中外科学家发明家丛书:苏颂- 第4部分

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游环所朝向的、也就是望筒所对天体的赤道　

度数。这种浑仪所独创的是：在三辰仪的南端装了一个和赤道平行的较小的　


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圆环，叫做天运环。环上有齿，一条天柱把它和动力机构相连起来。通过这　

套系统使三辰仪可以自动运转，以便使黄道环等装置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。在过去时，没有这样一套系　

统，每次观测时，都要随时移动三辰仪，以便使仪器对准正确的位置。但越　

是匆忙移动，就越是难以精确的对准目标，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以后，只要把四游双环和三辰仪固结起来，就　

可以使望筒始终对准这个天体。这就类似近代望远镜中的转仪钟一样的结　

构。而转仪钟的想法于1670年才在欧洲提出来，1824年才建成第一台实用　

装置。　

　　　　　中层南面是一间密室，里面放置着浑象。浑象设在一个扁的方木柜里，　

浑象的天球有一半在柜外露着，柜面就相当于地平。浑象也有齿轮转动系统　

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昼夜的　

时间内东升西落，作周日旋转的景象。　

　　　　　下层南面是报时的机构，一共有5层。从上面数第一层是用音响来报时　

辰的机构。它是按照古代的时辰制度，每到一个时辰开始时，左边的门有个　

木人在摇铃；每到时正时右门有木人扣钟；从半夜子正时起，每过1刻，中　

门有木人敲鼓。　

　　　　　第二层只有正中的一个门，每到时初和时正时都分别有木人拿着时辰牌　

在门口显示。　

　　　　　第三层也只有正中的一个门，每过1刻也有木人到门口执牌显示。　

　　　　　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　

到待旦一共分为五更）、待旦（晓前10时，或者是日出前12刻半）、晓（日　

出前2刻半）、日出这9个时刻都有木人在门口击钲。　

　　　　　第五层是字牌显示，每到上述的9个时刻之一，或者是每更中的1筹（每　

更分为5筹）时都有木人抱牌到门口显示。　

　　　　　第四、五层的装置就是按照北宋皇宫中的更筹制度而设计的。　

　　　　　这5层报时装置的背后都有巧妙的机轮构造在控制。但是这些构造由于　

都隐蔽在一层层木阁后面，外面的人看见的只是在像木塔一样的　5层木阁　

里，木人在打击单响器或者是抱牌站立。　

　　　　　全仪的心脏部分在下层的北面。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。水斗贮水到一定时就能冲破控制　

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　

转过去以后，再来一个空水斗时又被制住而不再运动，这样，枢轮的运动就　

变为间歇性的了。枢轮的边缘一共均匀分布了36个水斗。只要平水壶中流出　

来的水速是均匀的，那么枢轮就会作均匀的间歇运动。　

　　　　　苏颂把这套控制机构称作是天衡。天衡是由左天锁、右天锁、天条、天　

权、枢衡、枢权、天关等一系列部件构成的。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来的格叉上面。左、右天锁使枢轮　

锁住。格叉托着的水斗则会受水。水到一定重量时，格叉就会下沉，拉动天　

条，因杠杆作用而使左天锁上升，枢轮就可以通过了。到下一个水斗又搁在　

格叉上时，左天锁又会沉下去，挡住枢轮。天权是起调整作用的，免得使左　

天锁升不起来，或者是沉不下去。这样的机构和锚状擒纵器的功用是一样的，　

左、右天锁的形制也很像擒纵锚。　


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　　　　　苏颂等人造完了这件巨大的仪器以后，翰林学士许将又给朝廷上奏说，　

元祐浑天仪象，实际上是仪和象这两件东西合在了一台仪器中，还不如造一　

台仪器，兼有仪和象的功用。许将的这个奏书，被朝廷批准，并交给苏颂去　

建造。　

　　　　　1089—1092年，苏颂造出了这件仪器。　

　　　　　1959年，王振铎作出了这件仪器的复原模型，在中国历史博物馆陈列。　

　　　　　1962年，王振铎发表了这件仪器的研究报告。他指出，这件仪器是中国　

也是世界上最早的一具假天仪。　

　　　　　苏颂、韩公廉所造的假天仪是一具像人体那样大的天球仪。天球用竹条　

做为骨架，外面糊纸。在纸面上按星星的位置凿了一个一个的孔。人由球南　

端开的口中进入球内，就可以看到满天的星斗。在球的转动轴上还挂有座椅，　

供观星的人乘坐；转动轴上还装有手轮，可以用来转动仪器作较快的旋转，　

以使观星者立刻可以得到星星东升西落的印象。这台仪器是近代天象仪的祖　

先。像北京天文馆用来表演四季星空的机械式的天象仪，20世纪初期才出　

现。苏颂在800年前“因星凿窍”，借室外自然光，在室内观看表演设计，　

是很巧妙的构思。　


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　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　六、　《新仪象法要》　



　　　　　苏颂、韩公廉等入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。　

　　　　　苏颂主持创造的水运仪象台，是　11世纪末我国杰出的天文仪器，也是世　

界上最古老的天文钟，国际上对它给予了高度评价。它的主要贡献是：　

　　　　　第一、为了观测上的方便，它的屋顶做成活动的，这是今天天文台圆顶　

的祖先；　

　　　　　第二、浑象一昼夜自转一圈，不仅形象地演示了天象的变化，也是现代　

的天文台跟踪机械——转仪钟的祖先；　

　　　　　第三、苏颂和韩公廉创造的擒纵器，是后世钟表的关键部件，因此，它　

又是钟表的祖先。　

　　　　　公元1093年，太皇太后高氏去世以后，宋哲宗开始亲政。苏颂辞去了官　

专门从事《新仪象法要》一书的撰写工作。　

　　　　　1094年，宋哲宗改年号为绍圣元年，起用新党的章惇（1035—1105）为　

宰相，贬逐高氏所用的旧党。新党中有人说，苏颂等人的仪器是元祐年间制　

造的，应当把它们毁掉。这时，幸亏有个中书舍人　（负责起草诏令工作）林　

希找到章惇去疏通，章惇去看了这些仪器以后，认为这些仪器的确造得精美　

绝伦，就没有把它们毁掉。　

　　　　　公元1096年，苏颂完成了《新仪象法要》全书，这是一部代表11世纪　

我国天文学和机械制造杰出水平的重要著作。　

　　　　　可是，令苏颂意想不到的是，他死了20多年以后，公元1127年，金兵　

攻入了开封，苏颂的这些仪器和北宋皇朝的大批图籍宝器一起被搬到了燕京　

　（今北京市）。这些仪器从开封拆下来以后，在运至燕京等候发落的漫长过　

程中都被毁弃了。　

　　　　　虽然苏颂、韩公廉等人所造的仪器没有被保存下来，但是由于苏颂为我　

们留下了《新仪象法要》这部全面介绍水运仪象的著作，使我们仍然可以了　

解这座水运仪象台的重大科学价值。　

　　　　　苏颂的《新仪象法要》一共分为3卷。卷上是介绍浑仪的，卷中介绍浑　

象，卷下则介绍水运仪象台的整体和水运、报时的机构。除了卷上的开篇是　

苏颂的《进仪象状》之外，其它都是采用了先图后文的方法，详细地介绍了　

仪器的整个面貌和各个部件的结构及其运转的方法。　

　　　　　　《新仪象法要》一共有47幅仪器构造图，这些图都是中国科技史上非常　

宝贵的遗产。我国自东汉的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，更没有图形能够流传下来。我们靠苏颂的《新仪象法要》　

这本书，就可以揭开中国水运天文仪器的秘密了。所以说，苏颂的　《新仪象　

法要》这部著作，它的历史意义并不比水运仪象台本身的意义小。王振铎就　

曾经说过，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　

图纸，虽然与今天的图纸在表达方法上多有不同之外，但是它的一点一线都　

是有根据的，和书中所记载的尺寸数字都是准确符合的。特别重要的是，依　

据《新仪象法要》的机械结构图我们才能彻底弄清天衡的全部机构和工作原　

理，由此才肯定了它是锚状擒纵器的祖先。　

　　　　　我们从《新仪象法要》这部书中还发现了水运仪象台已经采用了屋顶可　

以活动的观测室。因为在卷下《水运仪象台》这一条中有这样的记载：　


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　　　　　　“浑仪……其上以脱摘板屋覆之。”　

　　　　　这条记载是世界上最早的活动屋顶观测室的记载。在这以前，观测用的　

天文仪器都是在露天放置的。这里我们可以和国外的情况进行一下比较：　

　　　　　13世纪的时候，阿拉伯人也曾把一些天文仪器放入室内，但是他们放置　

仪器的屋顶是开缝的，不知道他们是否有了遮蔽风雨的办法。　

　　　　　1561年，在欧洲普鲁士卡赛尔天文台出现了最早的活动屋顶观测室。　

　　　　　17世纪望远镜发明以前，欧洲有许多天文仪器还是露天搁置的。　

　　　　　苏颂的《新仪象法要》卷中还有5幅星图。这些星图也是世界星图史上　

的稀世珍品。这5幅星图一共分为2组。　

　　　　　第1组是1幅以北极为中心的圆图，2幅以赤道为中心线的横图。这组　

图与我国考古学家在敦煌发现的星图一样，是继承了古代传统的星图画法。　

　　　　　第2组星图的画法是苏颂自己创造的，它们分别以北极和南极为中心，　

赤道为外界的2幅圆图。图上所绘的是三国时代的陈卓（约230—320？）所　

定的283颗星官1864颗星。图上石申夫（公元前4世纪中期）星官的星、巫　

咸（古代传说中的神巫名）星官的星为小圈，还有甘德（公元前4世纪中期）　

星官的星。　

　　　　　这5幅星图的后面还有9幅四时昏、晓中星图，绘出了二分（春分、秋　

分）、二至　（夏至、冬至）日昏、晓2个时刻正南方的赤道度数和太阳所在　

的位置。这些恒星的位置以及图上所附的28宿的距度数值和昏、晓中星、日　

所在的度数等等，都出自于公元1084年的观测，它们的误差是非常小的。　

　　　　　苏颂在从事《图经本草》的编撰和水运仪象台的创造等科学研究过程中，　

能够注意发挥集体的力量和智慧，敢于提拔人才，他在领导建造水运仪象台　

的过程中，不仅表现出作为一个科学家的渊博学识，而且充分发挥了一个科　

学活动的组织者的组织才能。苏颂首先推荐起用了有真才实学的吏部守当官　

韩公廉，又组织当时太史局的一些年轻的生员、学生共同合作。苏颂等在设　

计制造新仪器过程中，认真吸收各家之长，加以创新。比如在仪器的构思上，　

他们广泛吸收了以前各家仪器的优点，尤其是吸取了北宋初年天文学家张思　

训所改进的自动报时装置的长处，在机械结构方面，采用了民间使用的水车、　

筒车、桔槔、凸轮和天平秤杆等机械的原理，把观测、演示和报时设备集中　

起来，组成一个整体。关于这一点，苏颂自己也是这样表示的：“今则兼采　

诸家之说，备存仪象之器，共置一台，台中有二隔，浑仪置于上，而浑象置　

于下，枢机轮轴隐于其中，钟鼓、时刻，司辰运于轮上，木阁五层蔽于前，　

司辰击鼓、摇铃、执牌出没于木阁内，以水激轮，轮转则仪象皆动，此兼用　

诸家之说也。”　

　　　　　苏颂本身是一位封建士大夫，晚年又位居高官，但是他热爱自然科学，　

把自己的主要精力投入到科学活动中去，并且以多方面的优异成绩丰富了祖　

国的科学文化宝库。这在封建社会中是非常难能可贵的。因为，在当时封建　

社会中，由于受儒家传统文化的影响，封建士大夫一般走的是读书做官之路，　

读的主要是儒家的经典著作，如四书《论语》、《大学》、《孟子》、《中　

庸》）、五经《诗经》、《尚书》、《周礼》、《周易》、《春秋》）等，　

自然科学�