水運儀象臺模型
科技史科普系列之二十六：水運儀象臺。
水運儀象臺是北宋建造的大型天文儀器系統。這座集渾儀、渾象和計時裝置為一體的天文臺，具有天象觀測、天象演示與計時的功能。
它的創造性主要體現在兩個方面：①將水輪(“樞輪”)、齒輪系、控制機構、計時器、渾象和渾儀等集成為一個機械系統，反映了設計複雜機械的高水平；②發明了由杆系與秤漏等構成的控制機構(“天衡”)，其功能相當於近代機械鐘錶的擒縱機構。
水運儀象制度
中國古代有以水力驅動天文儀器的傳統。據《晉書·天文志》記載，張衡(公元78—139年)曾製作水力驅動的天球模型。唐代僧一行(張遂)和梁令瓚、北宋張思訓都曾製造水力驅動的渾象與計時裝置。1087年，鑑於北宋已有渾儀存在不足，吏部尚書蘇頌(1020—1101年)找到吏部官員韓公廉，討論製作新儀器。韓公廉通數學，擅長製作機巧之器。為了製造儀器，他首先寫成《九章勾股測驗渾天書》，並製成一座水輪驅動裝置的木模型。蘇頌看過後，認為設計有巧思，如果令其製造，必有可取。1087年9月宋哲宗批准蘇頌製造儀器的請求。1092年7月，製作者們在汴京(今開封)建成近12米高的水運儀象臺。
樞輪與天衡復原圖
1096年或稍晚成書的《新儀象法要》是中國現存最詳細的古代天文儀器“圖說”，該書以成套的繪圖與文字全面描繪了水運儀象臺的構造。從漏壺均勻流出的水注入水輪的水斗，驅使水輪轉動。在杆系與秤漏等構成的機構的控制下，水輪做均勻的間歇轉動。通過齒輪系甚至還有鏈傳動，水輪同時驅動計時裝置、演示天象的渾象、觀測星空的渾儀。計時裝置以木偶搖鈴、敲鐘、示牌、擊鉦、擊鼓等方式報時、報刻、報更等。渾儀主要由三重環構成，其內層的“四遊儀”帶有一個望簡。水輪驅動“四遊儀”隨天運轉，可以使望筒跟隨星空目標轉動。這個設計是後世轉儀鐘的雛形。
水運儀象臺復原圖
1127年，攻佔汴京的金人將水運儀象臺拆運到金中都大興府(今北京)，但未再按原貌將渾儀和其他零部件組裝成器。此後，中國人沒有再製作這樣複雜的機械。元明兩代都有人制作水輪驅動的計時器，但這些計時器不再與渾象結合。
原稿：張柏春
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