五、中国古代天文钟
——浑天仪和水运仪象台

（一）东汉张衡等制作的水力浑天仪

公元2世纪初，东汉科学家张衡制作的水力浑天仪上，有机械转动的计时部分每天规律地回转一周。之后汉末陆绩，吴国的王蕃，南北朝葛衡、钱乐之，隋初的耿询都先后制造过带有计时装置的浑天仪。唐代开元十三年张遂、梁令瓒等制造的水力浑天仪，宋人张思训于太平兴国四年创制的水力浑天仪上，计时部分都有所发展。

唐朝张遂（僧一行，673—727），青年时代到长安拜师求学，研究天文和数学，成为著名的学者。梁令瓒于玄宗开元年间，曾任率府兵曹参军，是天文业余爱好者。张遂与梁令瓒共同制造的“浑天铜仪”是在汉代张衡“浑天仪”的基础上发展而来的，上面画着星宿，仪器用水力运转，每昼夜运转一周，与天象相符。“浑天铜仪”装有两个木人，用齿轮带动，一人每刻（古代把一昼夜分成100刻）自动击鼓，一人每辰（合现在两小时）自动撞钟。可以说它是现代钟表的祖先，比1370年西方出现的威克钟要早6个世纪。

梁令瓒仔细研究了前人所制天文仪器，用木料制成模型“黄道游仪”。皇帝派僧一行和梁令瓒主持，铸成金属黄道游仪，用它测量28宿距天球极北的度数，在世界上第一次发现了恒星位置变动的现象，比欧洲要早约1000年。他在制造浑天仪的同时发明了自动报时装置，是世界上最早的机械钟。

（二）世界上第一座天文钟——水运仪象台

一提到钟表，大家都会想到是欧洲人发明的，可事实是，1088年，北宋苏颂和韩公廉就发明了水运仪象台，是世界上第一座时钟，足足比罗伯特·胡克先行了6个世纪。

苏颂（1020—1101），北宋中期宰相，中国历史上杰出的天文学家、天文机械制造家、药物学家。元丰八年（1085）奉宋哲宗的诏命，苏颂组织了一批科学家，开始设计制作水运仪象台，历时数年终于告成。仪象台共有150多种机械零件，使浑仪浑象和计时仪器构成统一体系，以水力运转，集天象观察、演示和报时三种功能于一体，是世界上最早的天文钟。

（三）水运仪象台工作原理

水运仪象台的结构近似于现代钟表的结构，可称为钟表的鼻祖，每天仅有一秒的误差，而且它有擒纵器，擒纵器工作时能发出嘀嗒嘀嗒的声音，这就是钟表与计时器的区别。整个水运仪象台高12米，宽7米，共分3层，相当于一幢四层楼的建筑物。水钟放在一座高达四五层楼的建筑内，最上层的板屋内放置着一台浑仪，屋的顶板可以自由开启，平时关闭屋顶以防雨淋，这已经具有现代天文观测室的雏形了；中层放置着一架浑象；下层又可分成五小层木阁。

每小层木阁内均安排了若干个木人，5层共有162个木人，它们各司其职：每到一定的时刻，就会有木人自行出来打钟、击鼓或敲打乐器，报告时刻、指示时辰等。在木阁的后面放置着精度很高的两级漏刻和一套机械传动装置，在机械方面是一个极为精巧的擒纵装置，以水流量来调节钟的快慢。水流下时，灌到水车转轮边上装的容器。容器装满水后，重力把水车的转轮推动，把管擒纵的棘齿推过，使齿轮走一格，走过后，容器倾斜，把装的水倒掉，齿轮就停下，要再等到下一次把水车的下一个容器装满后再走一格。可以说这里是整个水运仪象台的“心脏”部分，用漏壶的水冲动机轮，驱动传动装置，浑仪、浑象和报时装置便会按部就班地运动起来。

宋朝曾砸170亿造世界第一天文钟，然而却被愚昧者诬蔑为不祥之物。宋哲宗元祐三年（1088），苏颂的水运仪象台研制成功。但关于水运仪象台的命名却出现了一场风波，差点要了苏颂的命。按照惯例，得请皇帝亲自命名，于是苏颂上了《进仪象状》请皇帝为其命名。当时有个太史局直长赵齐良，他上书哲宗皇帝说，我们大宋王朝是以“火德”而兴，而苏颂称这天文仪象为“水运”，与大宋“火德”是水火不容，很不吉祥啊，而且水能灭火，此更是大忌！若这项“罪名”成立，苏颂的脑袋就得搬家。还好，哲宗皇帝蛮信任苏颂，没有深加追究，而且最后还赐名为“元祐浑天仪象”。

（四）中国发明第一个擒纵器

张遂与梁令瓒所制浑天铜仪比东汉张衡的浑天仪更为进步，其中的计时部分可以说是一座用水力发动的机械时钟。近代钟表关键部件“天关”（即擒纵器）也是在那时发明的。在计时器部分已有擒纵机构，相当于近代机械钟表上的擒纵器或卡子，因此，它在钟表发展史上有极为重要的意义。英国科学家李约瑟博士称赞道：“这一切都是公元723年左右一行和梁令瓒发明第一个擒纵器之前的情况，从8世纪初起，这种仪器正是以巨型天文钟的形式走在欧洲14世纪第一具机械时钟的前面。”可见，在发明机械时钟的时间上，中国人比欧洲人早走了6个世纪，这一点我们应该为古代科学家自豪。李约瑟还提出了关于机械钟表的擒纵器这一关键部件的发明权属于中国的问题。他研究了苏颂的水运仪象台之后，在《中国科学技术史》中说，以前关于“钟表装置……完全是14世纪早期欧洲的发明”的说法是错误的。

1987年，国际著名钟表大师矫大羽指出：北宋苏颂创制的“水运仪象台”是世界上第一个装置有擒纵机构的计时系统天文钟，并且在世界范围内首次提出了钟表是可以与中国古代四大发明相提并论的伟大发明之一，是中国人开创了钟表史。

（五）中国早期的时钟机械是“下凡的天使”

我国的时钟机械是和天文仪器一起发展起来的，是天文仪器不可分割的一部分，到14世纪完全脱离了天文仪器，成为一种独立的时钟。英国科学家普赖斯称这种独立的时钟机构为“从天文学世界下凡的天使”。自张衡创制浑天仪以来，作为时钟的各种组成部分逐渐完备，动力系统由“以水激轮”组成，漏水冲动一个轮子，这个轮子再转动着，于是原动力就具备了，传动系统则由一定数量的齿轮系构成，这一点在计时鼓车中就应用了。1360年詹希元创制的一种机械时钟“五轮沙漏”已经完全成为独立的时钟机械，比欧洲同类计时器早200多年。它以沙为动力带动齿轮系工作，古人称其为“轮钟”。 9iorn1BIw26qP6uJVLIeEJ9rmhYkSsDiIH80DoPMZQU6AfN4QckTRLlCYIZvfPMn