中外科学家发明家丛书:苏颂- 第3部分

要都归吏部　（这是宋神宗的想法），就要分左右曹掌之，每选还是以品秩分　

治。于是吏部就有了四选法。　

　　　　　宋神宗在苏颂陛对时，要苏颂修一本与辽国通好的书。苏颂在一二年后　

就将书修成，神宗赐名为《鲁卫信录》。　

　　　　　苏颂又被任命为吏部侍郎，升迁为光禄大夫。这时他的母亲去世了，宋　

神宗还派遣太监前来吊唁，并赐给苏颂白银1000两。　

　　　　　宋哲宗元祐　（1086—1094）初年，苏颂被擢升做刑部尚书，又迁转吏部　

尚书兼侍读。苏颂向宋哲宗上奏说，宋朝的典章制度都是沿袭唐朝，请求史　

官采用《新唐书》、《旧唐书》中君臣所行之事，每天上奏几条，供皇帝参　

考。苏颂的意思是要宋哲宗以史为鉴，以使天下得到治理。　


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　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　四、苏颂以前的水运浑天仪　



　　　　　公元1086年，苏颂奉命检验皇家所有的新旧浑仪。他乘汇报结果之便提　

出了制造水运仪象台的建议，建议得到批准后他马上组织一个班子进行设计　

制造。　

　　　　　浑仪是一种天文仪器，又叫做浑天仪。浑天仪是根据中国古代天体结构　

的一种学说制造的。　

　　　　　中国古代一共有三种天体结构学说：　

　　　　　第一种天体结构学说是宣夜说。宣夜说认为天不是物质造成的，没有一　

定的形状，没有止境。但是这种学说早已失传，只有晋代的虞喜（281—356）　

是信仰宣夜说的，他写了一篇《安天论》，可惜原著已经散失，只是在《晋　

书·天文志》里叙述了《安天论》的一些要点。从这些要点中可以看出，虞　

喜的《安天论》认为，宇宙是没有边际的，又是很安定的；天和地无方圆不　

同之理；所有天体都有自己的运动周期，以自己的轨道运行，并不是附着在　

一个固定的球壳上。　

　　　　　第二种学说是盖天说，西汉中期，我国古代的第一部算学著作《周髀算　

经》就持有这种学说，认为天像一个盖着的斗笠，地像一个扣着的盘子，但　

是，这种说法漏洞太多，史官多不采用。　

　　　　　第三是浑天说，这种说法认为天地之间就像一枚鸡蛋那样，由蛋清裹着　

蛋黄，天体的运行就像车毂的运行一样，周旋而没有尽头，它的形状是浑浑　

噩噩的，所以叫浑天。这种说法对于天体结构的设想比较接近于实际，多被　

史官采用。　

　　　　　西汉的落下闳为制历需要，亲自制造了一架符合他的浑天说观点的观测　

仪器，即浑仪。据推测，落下闳的浑仪由赤道环和其他几个圆环同心安置构　

成。直径8尺。有的环固定，有的则可绕转，还附有窥管以供观测。　

　　　　　东汉的张衡（78—139）撰写了一篇天文学的代表作《灵宪》，他在《灵　

宪》中把天描述成是恒星所在的地方，它是一个偏心率极小的椭球。天上有　

一个北极，恒星正好在这个位置上。日、月、五星都绕它旋转。天还有个南　

极，是在地底下，人不可见。　

　　　　　张衡在落下闳浑仪的基础上创制了一个能够精确表演浑天思想的“浑天　

仪”，成为东汉中期浑天学说的代表人物之一。　

　　　　　张衡的“浑天仪”，就是水运浑象，类似于现在的天球仪。这台仪器用　

精铜铸成，主体是一个球体模型，代表天球。球体可以绕天轴转动。天轴和　

球面有两个交点，一个是北极（应该称为北天极），一个是南极（南天极）。　

在球的表面上遍列有28宿（我国古代天文学家引入的区分和描述天球上为数　

众多的恒星的一种表示方法。意思是日、月的住处。月亮在恒星间移行一周　

需要27天半左右，古代天文学家把日、月、五星运动所经过的天区的可见恒　

星分成28组，起名叫：角、亢、氐、房、心、尾、箕、斗、牛、女、虚、危、　

室、壁、奎、娄、胃、昴、毕、觜、参、井、鬼、柳、星、张、翼、轸）和　

其他恒星。球面上还有赤道圈　（平面和天轴垂直。由于天轴和地球的自转轴　

一致，所以天球赤道圈平面和地球赤道平面是重合的）和黄道圈（古人认为　

太阳绕地旋转，黄道是太阳在天球上视运行的轨道，实际上就是地球绕太阳　

公转轨道平面和天球相交的大圆），二者成24度夹角，分列有24节气，从　

冬至点起　（古代以冬至作为一年的开始），把圆周分做　


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　　　　1　

365　　　度，每度又细分成4个小格。球体外面有两个圆环，一个是地平圈，　

　　　　4　

一个是子午圈（通过南北极和天顶的圆环）。天轴支架在子午圈上，和地平　

斜交成36度，就是说北极高出地平36度，这是洛阳地区的北极仰角，也是　

洛阳地区的地理纬度。天球半露在地平以上，半隐在地平之下。　

　　　　　为了使浑象能够自行运动，张衡采用齿轮系把浑象和计时用的漏壶联系　

起来，利用漏壶流水的力量发动齿轮，带动浑象运转。通过恰当地选择齿轮　

的个数和齿数，巧妙地使浑象一昼夜转动一周，把天象变化形象地演示了出　

来。　

　　　　　张衡还创制一种机械日历，叫做“瑞轮　荚”。这个仪器也是用漏水转　

动的，和浑象联动。它从每月初一起，每天转出一片木叶，到　15日共转出　

15片。然后每天再转入一片，依次减少，到月底落完。因为阴历是和月亮的　

运行配合的，所以瑞轮　荚可以表示出日期，又能告诉人们月亮的圆缺变　

化。　

　　　　　张衡的水运浑象是有明确记载的世界上第一架用水力发动的天文仪器，　

其中应用的齿轮系和凸轮机构在当时可以说是相当复杂的。水运浑象实质上　

还可以认为是一个天文钟，通过它的等速旋转，可以报告时刻。　

　　　　　唐代的一行　（俗名张遂，683—727）同机械专家梁令瓒合作，改进和发　

展了张衡的水运浑天仪。　

　　　　　一行和梁令瓒制造的水运浑天仪（浑象）也是用水力驱动的能模仿天体　

运行的仪器。不仅在球形的浑象上遍列各星宿和黄、赤道等，而且还在浑象　

外安装两个圆环，上边各装一个球标，分别代表日、月。利用水力推动齿轮　

系，使浑象每昼夜自转一周。日标除每昼夜回转一周外，沿黄道还日行一度，　

365天沿黄道移动一周；29天多，日、月相合一次。这种水运浑天仪很有规　

律地演示出日、月、星象的运转，比张衡的水运浑象更加精巧、复杂。　

　　　　　另外，一行和梁令瓒的水运浑天仪上还设有两个木人，用齿轮带动，一　

个每刻　（古代把一昼夜分做一百刻）自动击鼓，一个每辰　（合现在两小时）　

自动撞钟。可以说它是现代钟表的祖先，比公元1370年西方出现的威克钟要　

早6个世纪。　

　　　　　北宋时代对天文仪器的制造非常重视。宋太宗太平兴国年间（976—984）　

的张思训也改进和发展了张衡的水运浑天仪。此外，宋政府至少还造了4架　

观测用的铜浑仪。　

　　　　　公元995年制造的一台，置于测验浑仪刻漏所。　

　　　　　公元1010年制造的一台，置于宫内龙图阁。　

　　　　　公元1052年制造的一台，置于翰林天文院。　

　　　　　公元1074年制造的一台，置于太史局。　

　　　　　1081年，有人向宋神宗提出，应当有人来鉴定这4台铜浑仪，看哪一台　

最为准确。宋神宗为此专门任命一位天文学家欧阳发为详定浑仪官。欧阳发　

详定的结果是，这几架仪器都不行，应该重造。宋神宗又下诏命欧阳发再铸　

一套浑仪、刻漏和晷表（测日影的仪器）。但不知道这套浑仪是否开铸和铸　

成。　

　　　　　1086年，哲宗登位后，由太皇太后高氏听政，又提出了详定浑仪的事。　

这次的任务交给了苏颂。苏颂召集了政府内的许多天文学家，查阅了各种文　

书档案，再到各天文机构进行了实地调查。这次鉴定的结果是：公元995年、　


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1052年所造的两架浑仪，都很实用，否定了公元1074年所造的仪器，认为　

这台浑天仪“环、器怯薄、水跌低垫，难以行使。”没有对公元1010年制造　

的那台进行鉴定。　

　　　　　苏颂趁汇报鉴定结果的便利机会，提出了他的新建议。他说，从汉代张　

衡以来直到本朝太平兴国年间的张思训都造过一种水运浑天仪。把这类演示　

用的仪器和观测用的铜浑仪配合起来，才能使天文仪器的妙用得到最大的发　

挥。　

　　　　　因此，他提出了建造一架把铜浑仪和水运浑天仪结合在一起的仪器——　

水运仪象台。　

　　　　　1087年8月，朝廷批准了制造水运仪象台的建议，并且命令苏颂组织一　

个专门的机构——水运浑仪所，来从事仪器的制造。　


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　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　五、苏颂的水运仪象台和假天仪　



　　　　　苏颂以前在吏部任职的时候，认识了吏部的一位守当官　（部里的中下级　

吏员），名叫韩公廉。韩公廉这个人善于数学运算，又懂得天文学。苏颂就　

把从东汉张衡以来，一直到本朝张思训的水运浑天仪设计思想告诉了韩公　

廉。韩公廉听了苏颂的想法后，表示，运用数学知识是可以重新设计制造水　

运浑天仪的。过了一段时间，韩公廉就交给苏颂一卷《九章勾股测验浑天书》　

和一座木样机轮。自从朝廷批准了苏颂制造水运仪象台的报告后，苏颂就组　

织了一支包括行政和科研人员在内的、大约10余人的攻关队伍，其中韩公廉　

的角色就类似于现代所谓的工程师。　

　　　　　1088年5月，苏颂造成了全部仪器的小木样。经过检验之后，在当年的　

12月份又造成了大木样。大木样造成以后，朝廷命令把大木样放置在宫内的　

集英殿。同时又命令翰林学士许将前来鉴定。许将率领着水运浑仪所里的天　

文工作者周日严、苗景等人，日日夜夜地检测了3个多月，认为这台水运仪　

象台与实际天象是相合的。于是朝廷命令用铜来制造正式的仪器。　

　　　　　我国古代的封建王朝受阴阳五行　（金、木、水、火、土）的影响，每个　

朝代都认为自己这个朝代都是得到了五行中的某一行，才得以建立起来的，　

这叫做“×德”，譬如宋朝就自认为是得到了火德，而“水”运浑仪的名称　

是不吉利的，所以，宋哲宗就把水浑仪改名为元宽祐（宋哲宗的年号）浑天　

仪象。　

　　　　　1092年6月，铜制的仪器铸成了，宋哲宗命令将此仪立在元祐浑天仪象　

所。因为这台仪器是一座3丈多的高台，台上又合有浑仪与浑象两种仪器，　

所以又称为合台。仪象铸成之前的两个月，宋哲宗就曾下诏给苏颂，命他撰　

写一篇《浑天仪象铭》；于是苏颂又把这台仪器画成了图形，写成书献给了　

宋哲宗，这本书就是著名的《新仪象法要》。仪成后两天，宋哲宗又下诏给　

三省（门下省、中书省、尚书省）、枢密院（最高军务机构），要他们“阅　

之”。　

　　　　　这台仪器的水运机构类似于现在机械钟表中所谓锚状擒纵器的部件，所　

以，以苏颂为代表的中国水运仪象是世界机械钟表的祖先。　

　　　　　我国现代的科技史专家王振铎在通过全面的研究后，对这台仪器进行了　

完整的复原，比例是原来的　1/5。王振铎还恢复了苏颂原来给这台仪器所定　

的名称——水运仪象台。复原后的模型现在在北京中国历史博物馆里陈列。　

　　　　　这台仪器总的高度是11。88米，宽7米，全台是一座正方台，锥形，上　

狭下阔的木构建筑，上下分成三个层面。　

　　　　　顶上层放置观测用的浑仪，它的结构和一般浑仪大体相同。在十字形底　

座上立起4根龙柱，上面托着一层固定不动的六合仪，包括地平环、赤道环　

和子午双环，它们是固定结在一起的。里面套着一层可以转动的三辰仪，包　

括赤径双环、赤道环和黄道双环，赤经双环用旋转轴套在外面子午双环相当　

于南北极的地方。最里面是一对四游双环夹持着一根望筒。四游双环也用旋　

转轴套在南北极里，望筒则可以在四游双环内绕中心转动。转动四游双环，　

可以使双环中央大圆对向天空任意一条赤经圈，转动双筒，可使它对向这条　

赤经圈上的任何一点。从四游双环上可读出望筒所指向的天体的去极度，从　

三辰环中的赤道环上可以读出中