复活沉睡千年的天文钟

我国古人为了精确掌控时间，观测天文，编制历法，发明了浑天仪、圭表、漏刻等仪器设备，为天文学创立、发展作出了贡献。古人观测天文用浑仪，演示天象用浑象，精准计时报时用圭表和漏刻。在很长的时间里，这四种仪器是独立分开使用的。到了北宋元v八年（1092年），担任宰相的苏颂带领他的研发团队，成功制造完成“水运仪象台”，将浑仪、浑象和计时、报时装置组合在一起，通过水力驱动运转。这是一座代表中国古代最高技术水平的天文观测及计时仪器，也是一座古代天文台，在世界上创造了史无前例的奇迹。

水运仪象台运转了34年，到了1127年，由于北宋灭亡，仪器被金人劫往北国，最终毁坏殆尽。从此之后，水运仪象台便没了音讯，只在古老典籍中沉睡至今。那么这台千年天文仪器还能够重见天日吗？答案是：能！然而让人想不到的是，复活这座宋代天文仪器花去了世界上顶尖专家60多年时间。

水运仪象台到底有何奥妙？

按照古代文献记载，水运仪象台高约12米，底边长约9米，功能区主要分为三大部分：最顶端是浑天仪，安装在窗户可开闭房间内，主要用来观测天文现象；中间是浑象仪，用于演示每天的星辰运行变化；最下层是水力驱动系统和负责计时报时的枢轮控制系统，这是天文钟的核心部分。

水运仪象台的计时报时系统是由从上到下的八重圆盘状机轮组成，与浑象、浑仪垂直位于一条主轴上。八个机轮的主要功能如下：“天轮”用来驱动浑象仪；“昼时钟鼓轮”和“时刻钟鼓轮”主要用来在整时、整刻的时候敲鼓、鸣钟、摇铃报时；“时初正司辰轮”的一周安装有24个小木人，相当于一昼夜分为12个时辰，每个时辰分配两个木人，分别在时辰开始和时辰正中出来报时；“报刻司辰轮”的四周除了24个司辰木人之外，还增加了72个司刻木人，每过一刻钟，就有一个小木人出来报时一次；“夜漏金钲轮”和“夜漏更筹司辰轮”是为了夜间打更之用；“夜漏箭轮”是两个夜漏打更机轮的驱动轮。以上计时报时的装置统称为“昼夜机轮”。

在这些复杂结构中，最让中外专家伤透脑筋的是水运仪象台如何仅仅通过水力运转起来，而驱动仪器运转的枢轮机构才是该仪器的最核心和最关键的部件，也是最难以解决的技术难题。

水运仪象台艰难的揭秘之旅

20世纪50年代初，清华大学刘仙洲教授和中国科学院外籍院士、英国剑桥大学李约瑟博士开始了水运仪象台的复原研究。到了1950年代末期，国家文物局科学史研究专家王振I先生将水运仪象台按照1：5比例复原完毕，并在历史博物馆展出，但是不能通过水力自主运转。20世纪60年代中期，李约瑟博士的助手乔治・康布里奇完成了第二台水运仪象台模型的复原工作，并将成果陈列于英国南肯辛顿科学博物馆，不过依旧未解决该仪器核心部件“擒纵机构”的运转问题。

1988年，第三台水运仪象台复制完成，并在福建省同安县的苏颂科技馆进行陈列。1993年和1997年，台湾的台中科学博物院和日本长野钟表博物馆分别完成了1：1比例的水运仪象台模型。但是上述三台仪器，均不能通过水力自主运行。

从2000年开始，由清华大学、北京航空航天大学、同济大学和西北农林科技大学联合成立课题组，继续对水运仪象台进行技术攻关，中国科学院自然科学史研究所孙小淳教授和中国科学技术大学李志超教授对复原工作有着开创性贡献。14年后的2014年，在国家天文台牵头组织研究下，水运仪象台的奥秘终于水落石出。此时，距离开始研究复原该仪器已经过去了61年。

千年天文钟终于复活了

为复活水运仪象台做出突破性贡献的是天津古天文仪器修复专家罗宝琪先生。罗先生祖籍天津，在铸造、雕塑和工艺制造领域均有很高的造诣，是部级技术能手、高级技师，还兼任天津市天文学会理事、中国文物修复委员会和中国文物保护委员会会员等职。

研究的过程是很艰辛的，罗先生通过阅读大量文献资料，对古代文献逐字逐句地分析，采用了“试验考古”的方法，最终推演出水运仪象台运行部件之间的逻辑关系，研究清楚了每一个部件的功能，设计了运行逻辑图和控制系统的各部件动作时程关系图，感悟出了古人在当时的技术条件下“巧拙互补、以简制繁、天法自然”的设计理念。

2013年春节，水运仪象台的核心驱动控制系统便进入了实物研制阶段，4个月后，核心驱动系统顺利完成。2014年8月4日，国家天文台和中国科学院自然史研究所组织6位天文领域的专家，对水运仪的驱动系统研发成果进行了鉴定，最后全票通过，对该技术难题攻克终于取得了胜利。

2016年8月底，第一台1：5比例的完全通过水力运转的水运仪象台模型制造完成。2016年10月12日，由中国科学院国家天文台组织的水运仪象台的鉴定工作在北京召开，与会专家给予了这台仪器极高的评价。自此，沉睡千年的古代天文钟终于复活了！

水运仪象台如何精准计时报时

当站在这台高约2.5米的水运仪象台面前之时，心中真的被震撼到了。这台按照1： 5比例复原完成的模型，其精美和精巧程度会让每一个初次相见的人都赞叹不已。整台仪器的外壳完全是木制品，并做成通透形状，可让参观者对整台机械的运行情况一目了然。

水运仪象台的驱动枢轮的外轮缘上面安装了36个固定受水壶，通过水力转动，每隔25秒便向下转动一格，枢轮转动一周便是15分钟。也就是说，在一千多年前的北宋时代，那些能工巧匠已经将时间的最小间隔缩短到了25秒。水运仪象台的枢轮每转过15分钟的时候，便自动敲鼓报时；每当转过1小时，就会自动敲钟报时；每过2小时（古代的一个时辰），就会摇铃报时。

这是一全依靠水力自主运行的天文钟，曾经无故障运行长达33天，报时系统中的鼓、铃报时误差为正负1分钟，与古籍文献记载的丝毫不差。

水运仪象台，这座穿越千年的天文钟，经过了中外无数专家半个世纪的呕心沥血，终于完成了复原工作，这是对中国古代天文学先驱的一次致敬，也是中国天文学史领域取得的重大进步。

当亲眼目睹这座古老仪器出现在自己面前，聆听着水流滴落漏壶的声音，聆听着枢轮运转发出的咔哒声，聆听着水运仪发出的晨钟暮鼓之声，千年的岁月仿佛触手可及，古老的科技重新焕发了勃勃生机。