中国古代科学家传记-第62章
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苏颂仪器为代表的中国水运仪象乃是世界机械钟表的祖先的论断。其后我
国科技史家王振铎通过全面的研究，对此仪器进行了完整的复原（原大的1／5），并恢复了苏颂原来给这台仪器所定的名称——水运仪象台。复原模
型现陈列在北京中国历史博物馆。
根据王振铎的研究，这台仪器总高35。65 尺（合12 米弱），宽21 尺，
全台是一座正方台锥形上狭下广的木构建筑，上下分成三个层面。顶上层
放置观测用的浑仪，其结构和一般浑仪大体相同。在十字形底座上立起4
根龙柱，上托一层固定不动的六合仪，包括地平环、赤道环和子午双环，
它们是固结在一起的。里面套一层可以转动的三辰仪，包括赤经双环、赤
道环和黄道双环，赤经双环用旋转轴套套在外面子午双环相当于南北极的
地方。最里面是一对四■双环夹持着一根望筒。四■双环也用旋转轴套在
南北极里，望筒则可以在四■双环内绕中心转动。转动四■双环，可以使
双环
图1 水运仪象台复原透视图
①浑仪②鳌云、圭表③天柱④浑象、地柜⑤昼夜机轮⑥柜轮⑦天衡、
天锁⑧平水壶⑨天池⑩河车、天河、升水上轮（复原人王振铎）
中央大圆对向天空任意一条赤经圈，转动望筒，可使它对向这条赤经圈上
的任何一点。从四■双环上可读出望筒所指向的天体的去极度，从三辰仪
中的赤道环上可以读出四■双环所朝向的，亦即望筒所对天体的赤道度
数，同样，从三辰仪的黄道环上可读出它们的黄道度数。这座浑仪所独创
的是，在三辰仪的南端装了一个与赤道平行的、较小的圆环，叫做天运环。
环上有齿有一条天柱把它与动力机构相连。通过这套系统使三辰仪可以自
动运转，以便使黄道环等和天上的黄道位置相适应。因为实际的天球和黄
道等都在作周日转动。在过去，没有这套系统的情况下，每次观测，都要
随时移动三辰仪，以使仪器对准正确的位置。但越是匆忙移动，就越是难
以对准精确，天运环的发明大大降低了这方面的误差。而且，当望筒对准
天体之后，只要把四■双环和三辰仪固结起来，就可以使望筒始终对准这
个天体。这就好像近代望远镜中的转仪钟结构一样。在欧洲，转仪钟的设
想提出于1670 年，第一具实用装置建成于1824 年。
中层南面有密室，置浑象。浑象设在一个扁的方木柜里，浑象的天球
半露在柜外，柜面就相当于地平。浑象也有齿轮传动系统和动力机构相连，
由此也可以自动旋转，表现出浑象上各个天体在一天中东升西落，作周日
旋转的景象。
下层南面是报时机构，共分5 层。自上起第一层为音响报时辰机构。
按古代时辰制度，每到时初左门有木人摇铃；每到时正右门有木人扣钟；
从夜半子正起，每过1 刻，中门有木人敲鼓。第二层只正中一门，每到时
初和时正分别有木人执时辰牌在门口显示。第三层也只正中一门，每过1
刻也有木人至门口执牌显示。
第四层、第五层是按照北宋皇宫中夜间的更筹时刻制度而设计的。第
四层是以声响报时的。每天日入、昏（日入后2 刻半）、五更（从昏到待旦共
分5 更）、待旦（晓前10 刻，或日出前12 刻半）、晓（日出前2 刻半）、日出
这9 个时刻就有木人在门口击钲；第五层是字牌显示，每到上述9 个时刻
之一，或每更中的1 筹（每更又分5 筹）时均有木人抱牌到门口显示。
这5 层报时装置的背后当然都有巧妙的机轮构造控制。但是这些构造
都隐蔽在一层层木阁后面。外面的人只能看见木人打击音响器或抱牌站
立，而5 层本阁就好像木塔一样。
下层的北面是全仪的心脏部分。它由打水机构、铜壶滴漏、动力枢轮
及其控制机构等部分组成。铜壶滴漏是一个二级漏壶。水从第一级天池滴
往平水壶，再由平水壶滴入枢轮边缘的水斗里。水斗贮水到一定程度即能
冲破控制机构的控制，使整个枢轮转动起来；但又由于控制机构的控制，
使这个水斗转过去之后再来一个空水斗时又被控制住而不再运动，这样，
枢轮的运动就变为间歇的。枢轮边缘一周共36 个水斗，均匀分布。只要平
水壶中流出的水速是均匀的，则枢轮就会作均匀间歇运动。
控制机构在苏颂书中称之为天衡，它是由左天锁、右天锁、天条、天
权、枢衡、枢权、天关等一系列部件构成。枢轮边缘的水斗向外还附有铁
拨牙，有一个拨牙就托在枢衡另一头伸出的格叉上。左、右天锁使枢轮锁
住。格叉托着的水斗则受水。水到一定重量，格叉下沉，拉动天条，因杠
杆作用使左天锁上升，枢轮即可通过。到下一个水斗又搁在格叉上时，左
天锁又复下沉，挡住枢轮。天权则是起调整作用，免使左天锁升不起来或
沉不下去。这样的机构的确和锚状擒纵器的功用一样，而左、右天锁的形
制也颇有擒纵锚的意味。
苏颂等造完这件巨大的仪器之后，并未散伙。原来翰林学士许将又给
朝廷上奏说，元■浑天仪象，实际是仪、象两件东西合在一台仪器中，莫
不如造一台仪器，兼有仪和象的功用。这正是出了一道大难题，因仪和象，
一是观测器，一是演示器，实在难以合一。而朝廷居然准奏，并交给苏颂
建造。史籍记载道：“颂因其家藏小样而悟于心。令公廉布算。数年而器
成。”这则史料中还记载了它的大体结构：“大如人体。人居其中，有如
笼象。因星凿窍如星，以备激轮旋转之势，中星、昏、晚（王振铎指出，此
应为“晓”字），应时皆见于窍中。”并说：“星官历翁聚观骇叹，盖古未
尝有也。”据推测苏颂造这件仪器是在元■四年到元■七年间（1089—
1092）。
根据这段今仅见于《玉海》的珍贵史料，王振铎在1959 年作了复原模
型，陈列在中国历史博物馆，1962 年他发表了研究报告。他指出，这是中
国也是世界最早的一具假天仪。根据他的研究，苏颂、韩公廉所造的是一
具大如人体的天球仪。天球用竹条为骨架，外糊纸。在纸面上按星星的位
置凿了一个一个孔。人由球南端开的口中进入球内，就可以看到满天星斗。
在球的转动轴上挂有座椅，供观者乘坐；转动轴上还装有手轮，可用以转
动仪器作较快的旋转，以使观者立刻可以得到星星东升西落的印象。
苏颂、韩公廉等人造的水运仪象台和假天仪，其中许多技术比国外领
先了400—600 年。可是，政治上的变动也影响到这些仪器的命运。元■八
年，太皇太后高氏去世，哲宗开始亲政。次年改年号为绍圣元年（1094），
起用新党章■为相，贬逐高氏所用旧党。新党中有人说，苏颁等人的仪器
是元■年间所造，应当毁掉。幸有中书舍人林希找了章■疏通，章■看了
这些仪器，认为的确精美卓越，就没有毁去。但其后这些仪器的维修保养
等等肯定是很困难的了。又过20 多年，金兵攻入开封，苏颂的这些仪器和
北宋皇朝的图籍宝器都被搬到了燕京，据《金史·历志》记载，苏颂仪器
中的许多部件“久皆弃毁，惟铜浑仪置之太史局候台”。这里所说的：“久
皆弃毁”当然主要是指从开封拆下后运至燕京等候发落的漫长过程，但其
实际损毁过程恐怕还是从绍圣年间开始的。■
图3 假天仪复原图（复原人王振铎）
①基座，②枢轴，③球体，④天经双环，⑤地纬单环，⑥把手，⑦椅，
⑧吊环，⑨跳板。
3．关于《新仪象法要》
苏颂、韩公廉等人的仪器没有留传下来，但很幸运的是由于苏颂留下
了一部全面介绍水运仪象的著作《新仪象法要》，而使我们得以知道这座
水运仪象台的重大科学价值。
书共分3 卷。卷上介绍浑仪，卷中介绍浑象，卷下介绍水运仪象台整
体和水运、报时机构。除卷上开始是苏颂的《进仪象状》之外，其他则是
以先图后文的方法，详细介绍了仪器整个面貌和各个部件的结构及其运转
方法。今传本共有仪器构造图47 幅，这些图是中国科技史上至为宝贵的遗
产。我国自张衡以来制造过许多机械化的天文仪器，但都没有留下详细的
记载，更没有图形流传下来。我们靠《新仪象法要》这本书，才得以揭开
中国水运天文仪器的秘密。从这个意义上说，苏颂的这部著作，其历史意
义绝不下于水运仪象台本身的发明。王振铎曾指出：“这些珍贵的附图可
以说是我国遗存最早的机械图纸”，“这些古老的机械图纸，表达的方法
虽多与今天不同，通过我们研究证明，它一点一线都有根据，与书中所记
尺寸数字是准确符合的”。特别是依据《新仪象法要》的机械结构图我们
才得以弄清了天衡的全部机构和工作原理，由此肯定了它是错状擒纵器的
祖先。另外，从该书中还得到了另一个重要的发现，即水运仪象台中已采
用了屋顶可以活动的观测室。卷下“水运仪象台”条中记道：“浑仪。。
其上以脱摘板屋覆之。”这是世界最早的活动屋顶观测室的记载。在此之
前，观测用天文仪器都是露天放置的。此后13 世纪阿拉伯人也曾把一些天
文仪器放入室内，但他们的屋顶是开缝的，是否已有了遮蔽风雨的办法则
无可考。在欧洲，最早的活动屋顶观测室见于1561 年的普鲁士卡赛尔天文
台。但直到17 世纪望远镜发明以前仍有许多仪器是露天搁置的。
卷中有5 幅星图。它们也是世界星图史上的希世珍品。这5 幅图分2
组。1 组是以北极为中心的圆图1 幅，以赤道为中心线的横图2 幅。这是
继承古代传统的星图画法，例如，敦煌发现的星图就是如此。另1 组是分
别以北极和南极为中心，赤道为外界的2 幅圆图。这种画法是苏颂的创造。
图上所绘是三国时代陈卓所定的283 星官1464 颗星。书中所述，图上的星
是有色彩的，红色星表示石申夫星官的星，黑色表示甘德星官的星，黄色
表示巫咸星官的星。但今传本只见石申夫、巫咸的星为小圈。这5 幅星图
之后还有9 幅四时昏、晓中星图，给出二分、二至日昏、晓2 个时刻正南
方的赤道度数和太阳所在的位置。这些恒星的位置及图上所附二十八宿距
度数值和昏、晓中星、日所在度数等等，据潘鼐研究，都出自元丰七年（1084）
的观测。经他核算，其误差都相当小。
苏颂自小受到严格的教育，养成了珍惜时间、刻苦学习的良好习惯。
小时读书，一天的功课自有定规，白天有事耽误了，晚上乃至通宵达旦一
定补上。他的父亲苏绅有一套记忆的方法。苏颂继承家传，更有发展，其
博闻强记达到本朝典故可以日月不差的程度。记忆力之惊人每每引起皇
帝、上司、同僚们的惊叹。他在给皇家藏书作校勘整理工作的9 年间，每
天把皇家所藏珍本秘籍强记2000 字，晚上回家把它默写出来。由此积聚起
大量藏书。
苏颂具有机变干练的办事能力。他任知江宁县时，进行了自李唐灭亡
后几十年来未曾进行过的户籍田产的清理工作，定出了简而易行的赋税办
法，革除了任由收税人员说了算的弊端，被周围的几个县令奉为榜样。苏
颂曾奉命送辽国使者返回，走到恩州（今河北清河）夜宿时，馆驿失火。当
时周围大乱，谣言四起，说是使者要作乱。苏颂当时非常镇定，把借口救
火实欲生事的州兵拒之门外，只是让自己的部下迅速扑灭了火灾，从而避
免了一场复杂事件的发生。
苏颂为人宽厚，宋神宗选他去知杭州时就说：“苏某仁厚，必能拊安
吴人。”他在杭州时得罪过一个人，此人后到中央当了有监察权力的官员，
就屡屡攻击、为难苏颂。苏颂却从不把当年的恩怨告诉外人。他在知颍州
时正逢宋仁宗死，仓猝为他建陵。有关部门不时严令各地速交各种难得的
物料。苏颂批评说：岂有本地不产的东西可以硬性征调的！他把所需物料
根据当地生产的情况高估价值，放慢限期，由官府出钱来买，保护了民间
不受骚扰。
苏颂廉洁奉公，对自己要求相当严格。他在给皇家校理书籍时俸禄较
低，尽管自己妻儿衣食不足，还要瞻养祖母、母亲及亲属多人，一家人相
处得很好。后来他官做大了，仍然生活得像寒士一样，晚年在京口修的府
第极为朴素。死后人们来谒灵的看到他家的情形，无不叹息。
苏颂从政时正是北宋皇朝党争纷纷的时候，苏颂对此始终未曾参与。
作为一个实干家，他也未曾对新旧两党的政治主张发表过战略性的意见。
但从作为执行者的角度来说，第一，他反对扰民。许多地方应王安石推行
青苗法而专设的提举青苗官邀功争利，而且与原来的财税部门不相统属，
各个上级部门发的文件互不统一，人民既受烦扰，各州县长官也不知所从。
苏颂主张将提举青苗官划归转运使统一领导，这样对新政也没有损害。第
二，他反对未经主管长官同意，大幅度越级提拔未经实迹考核的官员到重
要岗位上去。熙宁三年（1070）他任知制诰（代皇帝起草赐爵封官诏书的官）
时，宋神宗想任命支持新法的秀州判官（知州任命的助手）李定当监察御史
里行（里行是一种副职），让苏颂起草诏书。苏颂认为朝廷急于用才，可以
破格。但现在这样破坏了法制（州判官不属中央管理，且与监察之职无关，
未经御史部门考虑），益小损大，于是他退还了神宗批示，拒绝起草诏书。
以后又当面向神宗坚持自己的意见，结果被神宗免去了他知制诰之职。
作为一个古代科学家来说，苏颂最突出的是他组织和领导大型科学工
作的才能。他的《图经本草》编撰过程和水运仪象台的创造过程都证明了
这一点。对于苏颂这样一位由于组织大型科技项目而取得成就的科学家，
我们应该予以特别的尊敬。
文献
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研究文献
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