近日，天津科技工作者羅寶琪成功復原大宋水運渾象儀的樞輪和報時系統。由國家天文臺、中國科學院自然史研究所、清華大學等專家組成的驗收鑒定委員會認為復原儀器穩定可靠，運轉良好，使現代人離這一失傳近千年的古代天文儀器更近一步。實際上，對水運渾象儀的復原始於上世紀50年代，這並不是它第一次被復原。水運渾象儀為何吸引了現代人長久的關注？它背後的科學意義又是什麼？

　　水運渾象儀長啥樣？

　　水運渾象儀由樞輪報時裝置、渾象和渾儀三部分組成。整座水運渾象儀高12米，寬7米，上狹下廣、呈正方檯形。

　　對水運渾象儀感興趣的並非只是中國人。根據記載，近50年來日本、英國等多個國家都曾按照不同比例復原了水運渾象儀，有學者將其稱作世界的科學遺産。這一讓世界多國專家、學者關注的儀器，到底是個什麼樣呢？

　　北京古觀象臺副臺長肖軍介紹説，水運渾象儀常被稱作水運儀象臺。據文獻記載，它由宋代天文學家蘇頌主導研製，于北宋元佑七年投入使用，僅僅運作了34年後便被金兵掠走，下落不明。北宋南遷後，多次想重新製作，均因技術問題而未果。可以説，歷史上的水運渾象儀並未留下實物，今人對它的了解，完全來自古書記載。

　　史學家對它的定位不僅僅是一架天文觀測儀器，而是中國歷史上第一台組合式的天文臺。肖軍介紹説，水運渾象儀由樞輪報時裝置、渾象和渾儀三部分組成。在渾象表面刻有中國古代二十八星宿、星官以及赤道、黃道、南北極、恒顯圈、恒隱圈等。由水流驅動的樞輪帶動整個儀器轉動，每24小時運轉一週，在報時的同時可模擬天體在天空的實際運作。功能如此完備的一座天文臺自然個頭不小。據記載，整座水運渾象儀高12米，寬7米，上狹下廣、呈正方檯形。除渾儀、渾象為銅制外，主體均由木結構製造。

　　這個近千年前的天文臺引發長久的關注，與它給現代科技發展留下的啟示分不開。為了觀測方便，水運渾象儀設計了可開啟閉合的屋頂，這被認為是現代天文臺活動圓臺的雛形。渾象能自動旋轉模擬天體運動則被認為是現代天文跟蹤設備的先驅。

　　“英國知名學者李約瑟對它的評價，也進一步提升了各國學者、專家對它的關注度。”肖軍説，擒縱器是水運渾象儀報時系統的重要動力部件。這位熟知中國科技史的英國專家認為，這一部件“可能是歐洲中世紀天文鐘的直接祖先。”1956年，李約瑟在《自然》雜誌發表論文，探討水運渾象儀的動力機制。而在此之前，清華大學學者劉仙洲也針對相同主題發表了2篇論文。世界學者對擒縱器動力機制的關注由此可見一斑。

　　復原之路，難在哪？

　　樞輪控制系統是復原的最大難點。成功的復原品既要讓能樞輪順利、合乎要求地轉起來，還要讓圖紙上的所有部件都發揮作用。

　　雖然水運渾象儀下落不明，但慶倖的是，《清四庫全書新儀像法要》較為詳細地記載了它的製造過程，並對儀器整體和各部件繪圖加以説明。這便是今日複製水運渾象儀的唯一藍本。

　　我國近代對水運渾象儀的復原可追溯至1958年。當時著名的博物館學學者、科技史專家王振鐸按照1：5的比例復原了儀器模型，並繪製了復原詳圖。近年來，日本、英國、美國、台灣等國家和地區都加入了復原儀器的隊伍。肖軍表示，北京古觀象臺內也有一台復原品。“它製作于上世紀九十年代。為了讓觀眾能看清楚擒縱器的工作過程，特意製作了放大的相關部件。”不過肖軍回憶説，限于當時復原水準，在採用水力驅動的同時，也用電力輔助驅動擒縱裝置。

　　“雖然復原品很多，但它們與書中記載的運作方式總是有些區別，其中樞輪控制系統是復原的最大難點。”羅寶琪説，在蘇頌的水運渾象儀中，樞輪控制系統的主體是一個木質樞輪，上面均勻地安裝著36個小水壺。“最初樞輪被相關裝置鎖死無法轉動。隨著水流注滿小水壺，樞輪會轉動一格，而後再次被鎖死，直到下一個小水壺充滿水。”羅寶琪説，通過這種方式，樞輪的連續轉動被分割為均勻的間歇運動，與時鐘中秒針的轉動非常相似。

　　“成功的復原品既要讓能樞輪順利、合乎要求地轉起來，還要讓圖紙上的所有部件都發揮作用。而過去的複製很難同時滿足這兩點要求。”肖軍説，雖然《清四庫全書新儀像法要》繪製了儀器的圖片，但對於復原工作來説，它們還是很不夠。“甚至有人一度懷疑，書中描繪的水運渾象儀是否真的能順利工作，”肖軍説，此次復原成功無疑是又向前邁進了一步。

　　在肖軍看來，水運渾象儀等古天文儀器的復原，是一個無限接近的過程。“復原者只能根據古書記載推測儀器的工作的原理，採用現在的復原工藝、材料，使其儘量接近原形。這是對古代科技的重新認識與發現的一個過程。”他説。

　　復原，不僅僅是為了再現

　　復原不僅能再現這些蘊含古人智慧的儀器，厘清我國古代科學的發展脈絡，還能從中幫助我們現代人認清自己的文化淵源。

　　製作于宋代的水運渾象儀是我國古代天文儀器製作的一個縮影。我國歷朝歷代非常重視天文觀測和儀器製作，給世界留下了寶貴的科學遺産。

　　水運渾象儀集報時器、渾象、渾儀于一身。其組成部件之一的渾儀曾是世界上最先進的天文觀測儀器，是我國古代天文學家用來觀測星象最重要的工具。通過渾儀上代表赤道、黃道的圓圈以及協助觀察用的窺管，可以測定天體的赤道經度和緯度。自從戰國時期被發明以來，它便不斷地被更新和重制，在宋代與渾象、水力機械裝置聯繫在一起，組成了功能多樣的天文臺。“目前存世最早的渾儀是明代正統二年（1437）製成的，陳列在南京紫金山天文臺。北京古觀象臺展出的渾儀是現代的複製品。”肖軍説。

　　肖軍介紹説，圭表、日晷、渾儀、渾像是我國古代幾類基本的天文儀器。前兩者利用日影來確定節氣和時間。後兩者則是用來觀測和顯示天象。早在1953年，渾儀便與司南、地動儀、記裏鼓車一起作為中國古代科技成就的代表，被印在郵票上。如今，它跟隨無數宣傳畫、雜誌，傳播到全世界。

　　“在發明望遠鏡之前，我國古代科學家利用渾儀、渾象等儀器實現了對天體位置的準確觀測，留下了豐富、可靠的星象記錄，使我國在世界天文發展史中佔據了無法替代的位置。”肖軍説，復原這些曾發揮過重要作用的天文儀器，探析其中的科學原理，不僅能再現這些蘊含古人智慧的儀器，厘清我國古代科學的發展脈絡，還能從中幫助我們現代人認清自己的文化淵源。