5 现代的天文馆用光电子技术呈现天体的运行情况,其实宋代就有了这样的天文仪器,它是什么样的?

很多人都见过天文馆内巨大的穹顶式银幕。银幕上完全重现了太空的真实场景,那些恒星、流星以及其他各种各样的天体在各自的轨道上穿梭、运动,让人们不由得感叹宇宙的神奇。其实,早在宋代,人们就用仪器来模拟天象了。他们是怎么做到的呢?

这种仪器叫做水运仪象台,是用来呈现天体的运行情况的一种天文仪器。水运仪象台能形象、立体地演示天象的变化,类似现在的3D展现。水运仪象台的设计者叫苏颂,他被称为“宰相科学家”,和著名政治家王安石是同榜进士,在宋仁宗、英宗、神宗、哲宗、徽宗五朝为官。苏颂精通天文和医学,同时还是一位发明家。1088年,苏颂在京城汴梁制成了水运仪象台,在当时引起了轰动。

这台仪器广泛吸收了在此之前各种天文仪器的精华,并灵活运用了民间机械设备―水车、桔槔(jié gāo,俗称“吊杵”,是一种原始的井上汲水工具)、凸轮和天平等,融浑仪、浑象和报时为一体,简直就是一个自动化的天文台。

从外观上看,水运仪象台是底座为正方形,下部宽、上部略窄的木质建筑。它高约12米,底宽约7米,共分作3大层。上层是一个露天的平台,放着观测日月星辰位置的浑仪。浑仪上面覆盖着9块木板屋顶,可随意开闭,能多角度、多方位地观察运行中的恒星。中层放置浑象,浑象由东向西转动,一昼夜转动一圈,表现星辰起落的变化。下层包括报时装置和仪器的动力装置。报时装置为5层可自动开关的木阁,木阁中各有1个木人,到了报点时刻,门内的木人就会准时出来报时。不用担心这个自动装置的动力,它的发明者匠心独运,在木阁后面放置着高精度的漏壶、漏刻与机械传动装置,漏壶中的水冲动机轮,驱动传动装置,循环往复。只要有水,整个仪器就能持续有效地运行。

北宋水运仪象台复原图

苏颂依据这套仪器实测、绘制了两套星图,绘星1460颗,达到了当时世界上的最高水准。遗憾的是,1127年北宋灭亡,水运仪象台被金兵毁坏。苏颂为水运仪象台所作的设计说明书《新仪象法要》却流传了下来。《新仪象法要》图文并茂,以图为主,详细展示水运仪象台总体以及各部分的结构,并且均附有文字说明。据此,中国历史博物馆曾复原出了水运仪象台的模型,虽未能重现它的所有功能,但现代的人们还是有幸能一睹水运仪象台的风采。