仪器制造著作
中国古代创制了多种精巧的天文仪器,还有一些专门著作,介绍它们的结构和原理。这不仅在天文学上,而且在机械设计技术上,都有重要价值。
在众多的著作中,当属《新仪象法要》最为重要也最为著名。
《新仪象法要》(部分)
《新仪象法要》是北宋著名的科学家苏颂所著。苏颂在元祐七年(1092年)制成水运仪象台之后,为介绍该仪象台的结构及工作原理而写了这部著作,它为我们了解古代浑仪、浑象、漏刻及自动天象演示仪器的发展情况提供了十分宝贵的资料。
《新仪象法要》一书分三卷,分别详细介绍了浑仪、浑象和水运仪象台的设计和制作情况。卷上主要包括两部分内容,一是苏颂所作的“进仪象状”,二是对仪象台上所用浑仪结构的详细介绍。在“进仪象状”中,苏颂首先叙述了他奉命对当时太史局及天文院所用浑仪进行考察的结果,以及水运仪象台从构思、设计、木模制作到实际铸造的全过程,强调了韩公廉在设计与制作中的重要贡献。然后,他又简单回顾了自张衡以来的仪象发展史,重点介绍了一行、梁令瓒的开元水运浑天俯视图及宋初张思训的太平浑仪。把古代仪象分作三类,一为铜候仪,单纯用于观测;二为浑天仪,是一种自动天象演示仪,能自动演示恒星中天等天象;三为浑象,即天球仪,用以描绘周天星官的分布。苏颂在书中指出,新制的水运仪象台采纳了各家仪象之长,以浑仪、浑象配以自动装置,达到了“制备二器而通三用”的结果。除了演示天象、计时报时等功能外,台上的浑仪在自动装置的操纵下还可以对天体进行自动跟踪瞄准,这也是一项新的发明。
在介绍台上所用浑仪的结构时,苏颂先介绍了该仪的总体结构,然后离析为六合仪、三辰仪、四游仪三大部分,分别加以描述,接着又对这三部分的零件一一进行介绍,包括零件的名称、大小与作用等。全部文字共配图17幅,是现存最详细、最直观的一份古代浑仪资料。
卷中围绕台上所用的浑象介绍三方面内容,一是浑象结构,二是浑象上的星图,三是四季昏旦中星。对浑象构造的介绍仍按浑仪描述之例,从总体到部件一一绘图说明。四季昏旦中星的资料则分别取自《礼记·月令》的记载、一行的观测和宋元丰年间的观测结果,共绘九幅中星图。
卷中的五幅星图也很有特色。这五幅星图可分作两套全天星图,一套由一幅圆图及两幅连续的横图组成,圆图标画的是以北极为中心的拱极的紫微垣星官。横图则以赤道为对称轴,标画出恒显圈到恒隐圈之间的星官。第二套是两幅圆图。为绘制得更精确,苏颂采用了圆、横结合的办法。但当他把圆图上的星辰绘制到横图上时,却发现了失真问题。他大胆地采用了一种方案,将天球按照赤道分为两个半球,然后分别以南极和北极为中心,画两张圆图。这种画法在历史上还属首创。不过其中南极星图的恒隐圈内未标画星点,因为这部分星官在中原地区是无法观测到的。在附加的说明文字中,苏颂还对这两套星图的优劣进行了分析。苏颂的星图根据元丰年间的实测绘制,绘星1464颗,而西欧在400年后所测星数不过1022颗。因而,西方科技史专家认为:“从中世纪直到14世纪末,除中国的星图以外,再也举不出别的星图了。”这儿所说的“中国的星图”便是苏颂星图。
卷下主要介绍仪象台的机械结构与工作原理。机械结构也是从整体到局部,从驱动、传动及控制装置,到演示、报时机构一一剖析,分述其构造、形状、尺寸与功用,并配插图25幅,这是我国现存的最早、最完整、最系统的一套机械图纸,是我国乃至世界的一笔巨大财富。正是依靠了这些图纸和说明,1958年中国历史博物馆成功地复制了一架木制的、为原大1/5的水运仪象台模型,1989年北京天文馆再次复制成原大1/8的模型。