1088年中国制造的水运仪象台世界最早的天文钟

Posted 2021-12-27

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1088年中国制造的水运仪象台世界最早的天文钟

世界最早的天文钟有多早？天文钟是一种特别设计的、能用多种形式来表达天体时空运行的仪器。它是把动力机械和许多传动机械组合在一个整体里，利用几组齿轮系把机轮的运动变慢，使它经常保持一个恒定的速度，和天体运动一致。天文钟既能表示天象，又能计时。后世的钟表即由此演变而来。接下来就跟小编一起具体看看世界最早的天文钟等相关内容。

世界最早的天文钟 1088年中国制造的水运仪象台

世界最早的天文钟

北宋哲宗元祐十一年（1088)，吏部尚书兼侍读学士苏颂和吏部会史韩公廉等人在开封研制成一种大型仪器设备“水运仪象台”，能用多种形式反映及观测天体的运行。

水运仪象台一部复杂的机械装置，整个机械系统利用漏壶流水做动力，使仪器经常保持一个恒定的速度，和天体运行保持一致。又通过一套复杂的齿轮系统获得所需要的各种运动，从而达到既能演示天象，又能以多种形式计时、报时。欧洲人把这种仪器称为“天文钟”。后世的钟表就是从这里演变出来的。

苏颂在1088年至1094年所著《新仪象法要》，详细介绍了水运仪象台的构造，反映了当时中国天文学和机械工程技术的伟大成就。它的突出贡献有三：为了观测上的方便，屋顶做成活动的，这就是今天天文台圆顶的祖先;浑象一昼夜自转一圈，不仅形象地演示了天的变化，也是现代天文台的跟踪机械——转仪钟的祖先；所创造发明的“天关”、“天衡”和“天锁”等部件组成的杠杆装置，是世界上最早的“擒纵器”，为后世钟表的关键部件，因而它又是钟表的祖先，也是世界上最早的天文钟。

世界最早的天文钟 1088年中国制造的水运仪象台

设计描述

时间显示

大部分天文钟表盘外圈是一个24小时指针式表盘，从罗马数字I（1）到XII（12），然后再从I（1）到XII（12）重复一遍。当前的时间由一个指针指示，通常在指针的尾部有一个金色的球或者太阳的图片。本地的中午通常在表盘的正上方，子夜在表盘的正下方。分针基本不使用。

指针指示了太阳的方位角和地平纬度。从方位角来看，表盘的上方表示南方，两个VI（6）表示了东方和西方。从地平纬度来看，表盘上方是天顶，两个VI（6）决定了水平线。（这是从地球的北半球来设计的。）当然，这种设计在春分秋分，即昼夜平分之际是最准确的。

如果XII（12）不在表盘的上方，或者数字是阿拉伯文而不是罗马文，那么时间显示是意大利时间。在这种系统里面，0点是太阳落下的时候。

日历和星座：年通常用12个星座来表示，一般在24小时表盘的里面排成一圈，显示了黄道、太阳和星球在星空运动的轨迹。

由于地球的地转有倾斜角，黄道星球投影在钟的表面上有点偏离中心，并有一些细微变形。立体投影的角度是从北极为基点的。而通常星盘的设计是以南极为基点的。

确定日期的方法就是通过时针在星座盘的交叉点确定了当前的星座。这个指示点一年内绕星座盘转动，太阳也就从一个星座移到另一个星座。以上图的布拉格的表盘为例，太阳盘现在移到了白羊座，东边是双鱼座。因此时间是3月底或四月初。

月亮：钟盘上有一圈数字从1到29或30表示月亮的周期：新月是0，满月是15。通常用一个黑色的半球来指示月亮的位置。

小时线：不等长计时法通常把白天分成12个等长的小时和黑夜分成另外12个小时。在欧洲，夏天白天的时间要比晚上长很多，所以白天的小时要比夜晚的小时长一些。同样的情况在冬天，白天的小时比夜晚的小时短。这些不等长的小时用钟盘中间的曲线表示，夏天长的小时在圆盘的外周。

天文钟，别名经纬时控器。用于路灯照明、广告灯、楼宇照明等等有需要在设定的经纬度下而跟随日出日落变化而有规律改变开关灯时间的场合。

相关历史

中国的天文钟

北宋时，刑部尚书苏颂与韩公廉在元祐四年（1089年）初制成水运仪象台由稳定的水流提供在基座的枢轮最原始的动力，推动报时系统、浑象（用于演示夜空状况）与浑仪（用于天体测量）的运转，由于具完善的自动化动力与演示系统，并著有《新仪象法要》一书，较详细讲述制造过程，在1956年被英国科学史学者李约瑟称此为“中国的天文钟”。

欧洲的天文钟

欧洲方面，以圣奥尔本修道院院长理查德德·沃林福德（Richard of Wallingford）在14世纪早期建造的一座天文钟，以不同的齿轮演示月相与月食，并留下技术说明；另外在帕多瓦的天文学教授东迪（De'Dondi）在1364年亦独立建造了一座天文钟，除显示时间外亦演示托勒玫体系之下行星轨道的运行情况。这两座也是欧洲最早出现的天文钟。

制造天文钟最大的困难在于，制作钟的人必须不停的维护它，这不仅需要制造技巧，也需要很多金钱。因此，拥有一座天文钟也是财富的象征。

18世纪，随着天文学的兴起，越来越多的天文钟在那个时期建造。这个时期的钟的特点是表现更精确的天文学信息。

知名天文钟

苏颂的水运仪象台

中国历史博物馆和英国科技博物馆等博物馆收藏了等比例复原的苏颂设计的水运仪象台。这座巨大的天文钟高约10米，是利用水轮为原动力带动仪器运转的自动化天文钟，设计十分精妙，是世界上最早的天文钟。

苏颂（公元1020-1101年），字于容，泉州南安（今福建泉州西北）人，历任重要官职，又是杰出的科学家和科技工作的组织者。元祐三年（公元1088年），在他的倡议和领导下，创制了一座天文计时仪器——水运仪象台。水运仪象台是一座底部为正方形，下宽上窄的木结构建筑，高36.65尺（约合12米），宽21尺（约合7米）。台分三层：上层放有观测天体的浑仪；中层是演示天象的浑象；下层是使浑仪、浑象随天体运转而报时的计时仪器，它的机械装置叫“昼夜机轮”。

水运仪象台有一组“铜壶滴漏”式的装置：在一个木架上设两个水槽，高的是天池，低的是平水壶。平水壶中的水流入全台机械结构的原动轮（枢轮）的水斗。枢轮是由36个水斗和钩状铁拨子组成的由水力推动的机轮。枢轮运转的速度由一组叫“天衡”系统的杠杆装置控制。天衡系统对枢轮的这种擒纵控制，与现代钟表的关键部位——锚状擒纵器（俗称卡子）——的作用十分相似。可以毫不夸张地说，水运仪象台的“天衡”系统是现代钟表的先驱。英国著名的科技史专家李约瑟博士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。”

枢轮通过几组齿轮使计时仪器和天文仪器分别按一定的速度转动，苏颂在《新仪象法要》中称之为“以水激（枢）轮，轮转而仪象皆动”。台上层的浑仪是观测天体运行的仪器，它通过齿轮和枢轮轴相连而随天体运转，与现代望远镜有转仪钟控制而随天体转动一样。台中层的浑象是一个球体，球面布列天体的星宿位置。浑象和台下层的昼夜机轮轴相接，随机轴由东向西转动，和天体视运动一致，使得球面星座位置和天象相合。而昼夜机轮则能够随天象推移使小木人出来敲钟、击鼓、示牌等，准确地报告时辰。

水运仪象台顶端还设有九块活动的屋板，雨雪时闭合，防止对仪器的侵蚀，观测时可以自由拆开。这种活动屋板是现代天文台可以开合的球形台顶的祖先。

苏颂领导创制的水运仪象台，实际上是一座设计非常巧妙，利用水轮为原动力带动仪器运转的自动化天文钟。在公元11世纪就能制造出如此复杂的天文钟，这充分显示了我国古代科学技术的先进水平。

斯特拉斯堡大教堂的天文钟

斯特拉斯堡大教堂自14世纪以来，一共有三座的天文钟。第一座建于1352年和1354年之间，16世纪初停止运行。第二座钟由康拉德·达斯庞迪斯设计，建于1547年到1474年间，于1788年或1789年停止运行。大约50年后，简·巴普蒂斯特·施维尔戈带领30名工人建造了一座新的天文钟。这座钟增加了很多天文和日历的功能，被认为是第一座完全用机械的方法计算日历的钟。

布拉格旧市政厅里的天文钟

捷克布拉格的旧市政厅里天文钟是最著名的天文钟之一，它被称为Prague Orloj。钟的核心部分完成于1410年。钟盘上画着代表地球和天空的背景，并且有四个主要的移动的圆盘，分别是黄道十二宫圆盘，老捷克时间表，太阳和月亮。1870年，一个日历盘增加在钟的下方。

第二次世界大战期间，这座钟几乎被纳粹主义的战火烧毁。1948年钟被修复，1979年再次修理。根据当地古老的传说，如果钟没有妥善维护，这个城市就会面临灾难。

奥洛穆茨的天文钟

捷克摩拉维亚省的省会城市奥洛穆茨的市中心广场上也有一个设计精巧的天文钟。

隆德大教堂的天文钟

瑞典隆德大教堂的天文钟建造于1424年左右。1837年这座钟被收藏起来，1923年经过修理又放回远处。当它运行的时候，你可以听见曲子“In dulci jubilo”从教堂里最小的管风琴里传出来。钟平时每天演奏两次，时间为中午12点和下午3点。周日第一次演奏在下午1点，而不至于打断了周日的早礼拜。钟上面部分是天文学钟，它表示了不同阶段的月亮和太阳落下的位置。钟的下面部分是一个日历板，目前的这块日历板显示了从1923年到2123年的日历。

哥本哈根市政厅的天文钟

哥本哈根市政厅有一座完整的天文钟，放置在一个玻璃小橱内。这座钟整整设计了50年，由业余天文学家和职业制钟匠简斯·奥尔森设计。有一些部件的设计参考了斯特拉斯堡天文钟。钟在1948年到1955年间组装成功，开始运行。1995年到1997年钟被大规模重修。

拉斯马斯·泽尔讷斯设计的天文钟

挪威的拉斯马斯·泽尔讷斯是最出色天文钟设计者之一。他的设计复杂精确，在0.70 x 0.60 x 2.10 m的尺寸就可以制作出精密的天文钟，包括了太阳和月亮的位置、儒略历、格里历、恒星时、格林尼治标准时间、当地时间，还包括闰年、日食、月食、当地日出日落的时间、潮汐、太阳黑子周期。它还显示了一些其它的恒星，如周期为248年的冥王星运行轨道和周期为25 800年的地球轴线岁差。所有的齿轮都是由黄铜制作，并镀金，钟盘镀银。

泽尔讷斯根据自己对星空的观察，还制作了一些有用的工具。这个出色的天文钟很可能是最后一座由一个真正的制钟高手独立手工完成的杰作。这件作品，是机械时代的一个象征。这座钟曾经在美国伊利诺州罗克福德时代博物馆和芝加哥科学工业博物馆。2002年，钟被人收购，至今下落不明。

其它天文钟

很多欧洲的城市都有天文钟。你可以在各地看到他们，如威尔士大教堂、艾希特、奥特里圣玛丽、温伯恩明斯特、汉普顿宫、温特图尔、克雷莫纳、斯普利特、曼切华、布雷西亚、罗斯基勒、明斯特等等。

法国鲁昂有一座14世纪的天文钟，位于Gros Horloge街上。法国里昂的圣琼斯大教堂也有一座14世纪的天文钟。

世界最早的天文钟 1088年中国制造的水运仪象台

瑞士首都伯尔尼的Zytglogge钟楼有一座16世纪的天文钟。座钟，由于座钟的广泛应用，因此有很多天文座钟。在17世纪，奥古斯堡的学徒想成为制钟高手，必须设计和制作一个高手级的钟，如天文座钟。伦敦的大英博物馆保存了一些天文座钟。

巴黎郊外的凡尔赛宫有一个华丽的洛可可风格的天文座钟，它由一个制钟师和一个学徒花费了整整12年制作而成，于1754年献给路易十五。

表，近代，独立制钟师克里斯汀·范德克劳制作了一个天文腕表，命名为“Astrolabium”，之后又设计了“Planetarium 2000”，“Eclipse 2001”和“Real Moon”系列。瑞士的钟表公司Ulysse Nardin也推出了数款天文腕表“Astrolabium”、“Planetarium”和“Tellurium J.Kepler”。

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