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浑象
所属图书:《天问之路:中国古代天文学史话》 出版日期:2013-11-01

浑象

“象”是指演示天体视运动的仪器,相当于现在的天球仪。它和“仪”一起合称为仪象。“象”之所以称为浑象,与“仪”称之为浑仪的原因是一样的,都是与浑天学说密切相关。在早期,浑象也被称为浑天象、浑天仪甚至浑仪,以至于在名称使用上造成混乱。浑象的功用是“以著天体,以布星辰”,也就是用来演示浑天学说。在浑天说的早期发展及浑盖之争中,浑象的演示功能的确为增强该学说的说服力作出了重要贡献。

浑象

浑象的基本结构是一个球体,球面上标出全天可见的恒星、地平圈、黄道圈和赤道圈等。作为演示仪器,球体可绕连接南北极的极轴旋转,还有太阳、月亮和金、木、水、火、土五行星的活动标志,可方便地移动位置以模拟实际天象,帮助人们直观、形象地理解日月星辰的运动规律。

浑象除用作演示仪器外,另外的用途是用于黄道度数和赤道度数的换算。既然浑象上画有黄道和赤道,那么只要这个浑象足够大,就可以在浑象上直接进行比量,得到黄道度数和赤道度数互相对应的比较精确的数位。张衡《浑天仪说》中黄赤道进退度数的推求就是直接用薄竹篾在浑象上完成的。在没有球面三角学知识的情况下,这种解决问题的方式就显得尤为重要了。

浑象与浑仪不同。它的作用不是测天,而是对天象运动进行模拟,因而一方面需要一个稳定的动力,另一方面还需要有精确的计时装置,从而使浑象的运转与天同步。东汉天文学家张衡,为了证明浑天说的正确性,曾经设计制造了一架浑象,叫做水转浑天仪,也叫水运浑象。该仪器以漏壶流水为动力,通过齿轮系统,带动浑象均匀地旋转。经过调整校对,可使其正好一天转一周,自动地吻合天象。张衡的浑天仪把浑天说形象化了,对浑天说的传播起了重要作用。

值得一提的是唐代开元十一年(723年)一行和梁令瓒等人共同设计制造的“水运浑天”,不但能表演天体的视运动,还有两个木人按刻击鼓,按辰打钟。可惜的是,这架仪器很快就因锈蚀严重而不能使用了。北宋太平兴国四年(979年),来自四川的民间天文学家张思训制造了一架大型“太平浑仪”,高丈余,进一步完善了报时设备,有铃、钟、鼓三种报时信号,设有12个木人手持时辰牌,循环出来摇铃、击鼓、打钟报告时刻。这架仪器用水银代替了水作为原动力,克服了由于夏季水流快、冬季水流慢造成的仪器运转不均衡的缺点。

中国古代最为雄伟、最为复杂的“水运浑天”是北宋苏颂、韩公廉所制造的元祐浑天仪象,又称水运仪象台,堪称中国古代天象仪制造的高峰。仪象台高约12米,宽约7米,包括浑仪、浑象和报时系统三部分,分别置于三层木结构建筑的顶部、中部和底部,像一座小型天文台。三个部分共用一套传动装置和漏壶组,运转时能够保持与天体周日视运动同步。报时项目除过去的时、刻之外,又增加了昏、旦时刻和夜晚的更点等。毫无疑问,其结构十分复杂。研究发现,报时系统中有类似擒纵器的机构,擒纵器是近代机械钟表的重要部件。英国著名的科技史专家李约瑟研究了苏颂的水运仪象台后,在其所著的《中国科学技术史》中说:中国在14世纪欧洲发明钟表以前,“就已有了装有另一种擒纵器的水力传动机械时钟”。后来这座仪象台连同其他仪器一起被金国掠走,从此不知所终。南宋时有人提出重建,但已无人能了解其设计原理与制作工艺,连苏颂之子也无能为力。好在苏颂留下了一部名为《新仪象法要》的书,详尽记述了各部件的形状、尺寸、材料及其整体构联方式,特别是书中附有大量的机械图,使后代读者能够窥探其中的奥秘。尽管如此,直到今天为止,仪象台的一些细节仍没有彻底搞清楚。

苏颂和韩公廉还制造过一架可在内部观看的浑象。据宋代王应磷的《玉海》记载:浑象为中空球壳,直径超出人的身长,球面上以洞穿的小孔代表恒星,观看人就坐在其中的悬吊椅上。随着球壳自左向右旋转,透过小孔的点点亮光,宛若夜间真实的星空,景象尤为逼真。这是历史上第一架记载明确的假天仪。它与近代的天象仪作用类似,所不同的是苏颂浑象的光源在外,表演的内容比较单一。而天象仪的光源则在内,且能表演众多的复杂现象。

元代郭守敬于大德二年(1298年)造了一架灵台水浑。他让太阳和月亮在两个不同的圈上转动,并且月亮运行的那个圈能沿着太阳的圈后退,就像天上的白道沿黄道后退一样。郭守敬的灵台水浑表演的天象达到了十分复杂的地步。

我国浑象制造史上还有一件别致的作品。那是元至正年间,苏州有个王漆匠,他心灵手巧,曾经制造过一架可以折叠的浑天仪。它的收藏和携带都很方便。据推测,这架折叠式浑天仪大概是一架浑象,它的天球是用牛皮制成的,安装时充气鼓圆,收藏时放气折叠,其巧思真是出人意料。

苏颂水运仪象台模型

明代以后,天文学总的说来处于停滞状态,天文仪象方面也再没有重大的创造。虽然曾经仿制过浑象,但只是一般的天球仪而已,至于水运仪象方面的制造则完全停止。

天问之路:中国古代天文学史话