研制水运仪象台

研制水运仪象台

1085年（元丰八年）宋神宗赵顼病逝，哲宗赵煦继承大统。哲宗年幼，由其祖母太皇太后高氏执政。

每位皇帝初登大位，都要举行敬天祭祖的大典。仁宗听说自1075年（熙宁八年）7月15日，月食不验以来，天象与历法常常不合。1075年（熙宁八年）颁布了沈括与卫朴的《奉元历》，原以为会候天有准，交食相合。谁知月食不验的事又再次发生。有司欲处罚卫朴，沈括为他辩解，认为不是卫朴推算失误，而是测天之器不准，所测数据就不准，再精确的运算，也推不准日月之食。太皇太后与哲宗认为有道理，决心研制测天之器，整顿太史局与翰林院的天文机构。

1086年（元祐元年）11月，苏颂拜接诏书，担起了研制浑天仪的重任。

苏颂受命之后，视察了太史局与翰朴院的两个天文仪，他看到沈括在熙宁年间研制的仪器，环器已经磨薄，垫起仪器的水跌也已低斜，运转都很困难，何谈测验准确呢！

天文台的工作人员，敷衍塞责，不求进取者有之，尸位素餐，滥竽充数者有之，少数守职敬业的人，也感到积弊难返，无从下手。苏颂认为仪器的研制，关键是人才。所以，他决定从组织一支新的科研队伍入手。

旧历十二月的开封，寒风凛冽，大雪纷飞，各家都支起了炭火炉子。

67岁的苏颂却没有坐享天伦之乐，他大步向吏部的官衙走去。

他听说吏部守当官韩公廉是一个数学天才，深谙《九章算术》，常以勾股之术，推考天度。苏颂很想与他讨论周髀之术及如何以勾股重差推晷影极游，达到测天的目的。

苏颂刚刚由吏部侍郎擢升刑部尚书。吏部官员见他进来，全体肃立，拱手相迎。苏颂连忙示意大家坐下，然后问道：“哪位是守当官韩公廉大人？”

韩公廉跨前一步说：“尚书大人，小人便是。”

苏颂请他到吏部会客的房间，然后说：“老夫特来向您请问测天之术，请不吝赐教。”

韩公廉十分惊喜地说：“晚生虽然酷爱《周髀算经》和《九章算术》，也研读过赵爽的勾股图说和祖冲之的缀术。但是，对如何测天却从未涉猎。”

苏颂进一步请教：“韩大人读的是哪些算书？”

“我初读刘微注《九章算术》，而后学《孙子算经》，《夏侯阳算经》，《张邱建算经》，最后研读王孝通《缉古算经》和李淳风注释的《十部算经》。所学乃毛皮之术，浅尝辄止，不及老尚书之万一。”韩公廉谈起己之所爱，话语滔滔不绝。

苏颂见韩公廉如此谨慎，就更加高兴，“韩大人是否读过天文的经典。”

韩公廉立刻回答：“读过了张衡的《灵宪》与《浑天仪图注》，也学习过李淳风的《麟德历》和《法象志》，还研究过僧一行的《覆矩测量图》和《大衍历》。也去看过沈括大人的熙宁浑仪和张思训的浑象。只是从未参加过实际测量。”

苏颂最后说明了来意：“圣上命老朽提举太史局与韩林院所属司天两监，重制深天仪象。老朽想请韩公与我共赴大任，掌仪像设计和数据之运算。”

韩公廉受宠若惊计说：“如能学有所用，晚生愿效犬马之劳。”

苏颂一听，朗声大笑。两人走出吏部衙门时，已是三更过后，一片漆黑了。两人踏着积雪，冒着寒风，却谁也没感觉到丝毫的冷意。

韩公廉向苏颂推荐郑州原武县主簿，充寿州州学教授王允之。王允之曾参加过熙宁浑仪的制造，有实际工作经验。

苏颂派人骑马去寿州，请王允之立刻进京。他与王允之从辰时谈到正午，然后共进午餐，一直谈到戌时三刻，才让王允之回客馆安歇。

苏颂首先问王允之，熙宁浑仪为什么撤掉了白道环？王允之说明了白道环遮当观测视线，与浑仪简化的意义。苏颂又问沈括对漏壶的改进，王允之说明了直颈玉嘴比曲筒铜管的先进之处。苏颂还问及圭表的用法，王允之也阐述了沈括的改进。

苏颂听后，感到王允之所言，与沈括所言《浑仪议》、《浮漏仪》、《景表议》三篇文章完全相同，知他确有真才实学。当场决定，调王允之来京，负责浑仪的监造工作，并兼管收支官物。

苏颂深入太史局与翰林院，与天文工作人员一一谈话，了解情况。他将原设于太史局和翰林院下属的天文机构加以改组，裁汰了一批尸位素餐的冗员，进行了新的优化组合，成立了元祐浑天仪象所。办公地点设在印经院，拨专款做研制费用。

苏颂对那些兢兢业业，任劳任怨的官吏给以重用，选出夏官正周日严办官正于太古，冬官正张仲宣等，与韩公廉同充制度官，分兵把口，负责浑仪研制与天文观测工作。

苏颂不仅对那些具有敬业精神和实践经验的人加以任用，而且对那些有志于测天工作的青年人也加以培养。他选出局生袁惟几、苗景、张端，节级刘仲景、学生侯永和、于汤臣等，观测晷影，记载刻漏，核准文簿等。

最后，苏颂又调来在都察院工作多年，有监造军械经验和行政领导能力的尹清，部辖指画，统管全部组织工作。

1087年（元祐二年）8月16日，经过10个月的调查研究、周密准备，苏颂叩请太皇太后和哲宗皇帝批准，宣布正式成立元祐浑天仪象所。

第二天，苏颂召集各部门的主要负责人韩公廉、王允之、周日严等，讨论新仪象的研制工作。

韩公廉首先发言：“近日重读张衡的著作，知其浑天仪置密室之中，以漏壶之水转之，使掌管仪器的人闭户唱之，以告灵台之观者，仪器运转，其星开始出现，某星已达中天，某星已经隐没。仪器所演，皆如天象符合。耳知张衡的浑天仪是两套：灵台之观天者，兼浑仪、侯仪之法；置密室之中者，乃浑象也。以漏壶之水运转，乃张衡仪器之独特贡献。应该继承。”

王允之接着说：“唐一行的开元铜浑仪，造圆天之象，二十八宿与周天度数刻其上，注水运轮、令其自转，一日一夜，天转一周。置一木柜，以为地平，半在地上，半在地下，立二木偶人于柜前，又置钟鼓，使木人按辰刻自然、撞击，名曰：水运浑天俯视图。木人撞钟击鼓，其首创也。”

秩官正于太左建议说：“王蕃及《隋书·天文志》所载浑象，列紫宫于北顶，布中外宫星，二十八宿、周一矿藏数，黄赤道、天河于其上，皆可继承也。”

连续讨论研究了三天，苏颂让袁惟几、苗景将记录交韩公廉整理后，送他审阅。

第四天，苏颂率领元祐浑天仪象所全体人员，参观沈括在熙宁年间所造的天文仪器和张恩训在宋太宗时所造太平浑仪。

沈括所制熙宁仪器，仍在司天台使用，苏颂让大家看浑仪的运转。由于日久磨损，环壁已厚薄不一，运行时轨道已有微差，测星时自然不准。韩公廉也指给大家看，由于支撑仪器的水跌下沉，仪体已经倾斜，当然观天时定有误差。

张思训的太平浑仪存放于文德殿东鼓楼下，环器锈烂，机绳断坏，已不能用。但其构造机件还完好无缺。其木楼数层，高一丈余，内有轮轴关柱，激水以运轮。又有木人摇铃，扣钟，击鼓，每一昼夜周而复始。十二人各值一时，时至则执牌出报。又有日月星象，皆取仰观。苏颂命人扫去尘土，露出锈迹斑斑的机体，拆开楼板，大家仔细观察机轴的齿轮、水斗和环器，有的量尺寸，有的测厚薄，有的画图纸……

天文仪器研制工作的第一步是按苏颂与韩公廉研究的大纲，由韩公廉写一份用勾股重差之术，运仪测量的报告。韩公廉用半个月的时间就写完了。命名为《九章勾股测验浑天书》。

第二步由韩公廉与王允之领导制作一个浑天仪象的小木样机体，并进行实际演示。

1088年（元祐三年）5月，历时10个月，小样浑天仪象制成。

苏颂请韩公廉给浑天仪象所全体人员演示，其观测星辰，较熙宁浑仪更准确，其演示天象，比太平浑象更生动形象。

苏颂看完演示，给太皇太后和哲宗写奏书，报告研制工作的进展和小木样的精巧。哲宗批示：“赴都堂呈验，如候天有准，造大木样机轮。”

到十二日，又历时7个月，大木样造成。这是一座与实际水运仪象台尺寸完全一样的仪器，所不同者，一个机轮用木制，一个机轮用铜铸。

为了向太皇太后和皇帝与重臣们说明仪器的构造和演示仪器的功用，苏颂请求哲宗派一内臣，参与仪器的观测与演示，以便内臣进呈之日指画宣问。哲宗派内侍省供奏官黄卿从参与观测与演示。

闰12月2日，哲宗有旨，命将大木样置于集英殿演示。请宰臣与嫔妃、内侍陪他观看。辰时三刻，元祐浑天仪象所全体人员与众臣们已到齐，哲宗、太后与嫔妃们也出来了。

集英殿张灯结彩，披红挂绿。大木样矗立于殿门之前。这是一座高12米，宽7米，像三层楼房一样的巨型天文仪器。上层是观测天体的浑仪，中层是演示天象的浑象，下层是使学仪、浑象随天体运动而报时的机械装置。它兼有观测天体运行，演示天象变化，随天象推移而有木人自动敲钟，击鼓，摇铃，准确报时的三种功用。

内臣侍供奉黄卿从站出来问：“仪象台顶部的屋板为何可以启动？”

韩公廉回答：“晴朗时拆开观测，雨雪时关闭，使仪器不受侵蚀。此张衡、一行、张思训都不曾用过，乃此次首创。”

黄卿从又说：“请演示观星，测三辰之行度。”

韩公廉向太皇太后和皇帝及众人讲解说：“水运仪象台之浑仪有六合仪、三辰仪、四游仪、天经双环、阴纬单环、天常单环、三辰仪双环、赤道单环、黄道双环、四象单环、天运单环、四游仪双环、望筒、直距、龙柱、熬云、水跌十七个部件。”并一一指给大家看。

他又拉动黄道双环说：“以前浑仪只设黄道单环，只能日见半体，现改为双环，望筒可于双环中间，沿环面转动，可见整个太阳，太阳在双环间作周天运动。这也是此仪之独出新意。”

苏颂让韩公廉拉动望筒，使四游仪与三辰仪同步运转，向哲宗解释说：“如以水转，可以使望筒同步地跟踪天体。此乃老臣最得意之草创也。”

哲宗走上观测台，从望简看太阳，韩公廉罩上了黑色玻璃，哲宗连连称赞说：“看到了，看到了，很好，很好！”

哲宗走回原位，黄卿从又说：“演示星象，讲解星图。”

韩公廉先进浑象紫微垣星图：“北斗七星，皆在紫微垣，北极星乃北辰之最尊者，天星之枢也。居其所而众星拱之，其右有少丞，少卫……右枢，列成右桓，其左有上丞、上卫……左枢，列为左垣。五帝、天柱、御女各星座，皆群两坦间……”

韩公廉又让侯永和，于汤臣将绘好的《浑象东北方中外官星图》、《浑象西南方中外官星图》、《浑象南极星图》等发给太皇太后和皇帝及各位重臣、嫔妃传视。因为多数人看不懂星图，没有兴趣，就匆匆而过了。

黄卿从又高喊：“演示报时”。

韩公谦让苗景与张端扳动浑车（带动枢轮的轮把名），枢轮带动全台的各种齿轮，开始运转起来。大家屏住呼吸，目不转睛地看着各层木阁。

辰时时初，木阁左门内转出一红衣木人，手摇铜铃；一刻钟时，中门内转出一绿衣木人连续击鼓；时正（右时一个时辰为现代两个小时，一个时辰开始为时初，过一个小时为时正）在门内转出一紫衣木人扣钟三次。在第一层木阁左门内红衣木人摇铃时，第二层木阁中门转出一红衣木人，手举木牌上写“辰时时初”；第一层木阁右门内转出紫衣木人扣钟时，第二层木阁中门，也出一紫衣木人，手举木牌上写“辰时时正”；第一刻钟，当第一层木阁中门内绿衣木人转出击鼓时，第三层木阁中门内同时转出绿衣木人，手举木牌上写辰时一刻，辰时二刻，辰时三刻等。

太皇太后与哲宗看得十分高兴，宰辅们看得笑逐颜开，嫔妃们更是神采飞扬，不断地响起鼓掌声和喝彩声。

黄卿从为了让大家平静下来，又高声大喊：“表演夜晚报更”。

夜间报更，用四五层木阁。日入，五更；日出等皆有木人出报更时。

韩公谦让侯永和与于汤臣摇动浑车，换下满头大汗的苗景与张端。枢轮再次转动起来，第四、五层木阁皆正中开一门。

日入，第四层中门转出一红衣木人敲击金钲，第五层木阁同时转出一红衣木人举牌报更，上写“日入”；夜有五更，每更又有五筹，每更每筹皆有人分别转出四、五层木阁的中门，击钲和举牌报更，时至即出，毫无差错。

已近午时三刻了，人们还没有看够。苏颂怕哲宗和太皇太后过累，就告诉黄卿从，宣布演示结束了。

哲宗连连夸奖苏颂与韩公廉的精妙的制造，宣布对元祐浑天仪象所的全体工作人员给以不同的奖励。大家兴致勃勃地散去了。

皇帝的称赞和群臣的夸奖，并没有使苏颂头脑发热，他深知科学要求老老实实的态度。来不得半点虚假和骄傲，必须慎之又慎。他又请老成持重有多年天文工作经验的翰林学士许将与同乡吏部尚书林希领导夏官正周日严和苗景等，再一次验核水运仪象台的大木样测天是否准确。

1089年（元祐四年）3月8日，又经过8个月的反复验核，许将才上奏太皇太后和哲宗：“元祐浑天仪象所研制之仪象，侯星有准，皆与天合，请以铜造。”

苏颂领导全体工作人员，又经过三年苦战，终于制成了铜造的水运仪象台。仅仅用铜就达二万千克之多，没有皇帝的支持，没有大笔的资金投入，这样巨大的科研项目是难以成功的。

1092年（元祐七年）6月16日，印经院内的元祐浑天仪象所，洋溢着节日的欢乐气氛。人们准备了锣鼓、彩倜和鞭炮，都换上了朝服和新衣，准备向皇帝报喜。但是，却传来使人胆战心寒的消息。

有人上书太皇太后和皇帝，参劾苏颂，并指责水运仪象台有严重的政治问题。皇帝有些疑惑，将奏书留中，没有立即批示。

苏颂命人再去打听，自己仔细阅读给皇帝的奏书——《进仪象状》，看有无不慎的诗句，可能让政敌抓住攻击的把柄。他想起孙纯、陈世儒两次冤狱，确实很担心，政治斗争实在太险恶了。

两案他都出于忠君尽职的善意，依法而断，秉公惩罚。但竟被抓进监狱，多方威逼引诱，想屈打成招。幸亏神宗知他耿介忠直，仁厚爱民，才得免受牢狱之灾。此次，他已设法避开了一些可能被攻击的敏感问题。如自虞喜以来，就被天文学家承认的岁差，他竟避而不计。因为岁差证明了天道的变化，而“天变”乃皇家之大忌。

苏颂正沉浸在回忆之中，他的妻弟辛化光派人送来一信，说已经打听明白，诬告的人是前太史局直长赵齐良。其奏书说：“我朝顺天承运，以火德王。而苏颂之新仪，以水运名之，绝非吉兆。苏颂抗旨先帝，震动朝野，风闻天下，被撤职处罚，怨恨难免。其险恶用心，不可不防。”

苏颂读信后，十分奇怪。把信交给韩公廉说：“我并不认识这个赵齐良，他为什么要诬告我呢？”

韩公廉读完信后说：“尚书大人差矣，您整顿机构，撤销了太史局下的司天监，裁汰冗员，又打了人家的饭碗。他的怨恨之心和我的感激之情都是自然而来的，赶快向皇帝做些解释吧！”

苏颂最初有些担心，很快就平静了。他想起了与哲宗相处的日子，哲宗对自己是了解的。

哲宗读过赵齐良的奏书，并不信苏颂有什么不良的用心。因为从幼年时代起，苏颂就是他的侍读，常选汉唐皇帝的爱国爱民之故事，呈送御览，循循善诱。有业重臣，见太后执掌实权，军国大事，常只奏太后，不问哲宗。而苏颂却每事先奏太后，再奏哲宗。拳拳之忠，天人共鉴。但是，“水运”之名却实犯忌，一时难于做出决断。

哲宗正在犹豫不决时，内侍又转来了苏颂的奏书。哲宗展阅，原来是苏颂的《进仪象状》，为了补救他以水运命名引起的大忌，他在写好的《进仪象状》的最后，加了一段，请哲宗给新的仪象台命名。

这段话是“今新制备二器而通三用，当总谓之浑天，薛俟圣鉴，以正其名也。”哲宗阅后，十分高兴，略加思索，御批曰：赐名“元祐浑天仪象”“水运”之名的难题，终于雪化冰消了。

哲宗命元祐浑天仪象置于宫城西南的合台，西方属金，南方属火，也有以金水而护火之意。

6月17日举行了盛大的庆典，哲宗、太皇太后率众嫔妃亲临合台，命三公、宰相和门下、中书、尚书三省令丕及枢密使等重臣，皆参加庆典。仪仗队、鼓乐队、舞蹈队、齐集体台之下。

哲宗请太皇太后宣布对新仪象的赐名，太皇太后话音刚落，立即鞭炮震天，鼓乐齐鸣。排成方阵的宫女，载歌载舞，合台之下是一片欢乐的海洋。

上次哲宗与太皇太后已看过了测量、报时等实际演示，这次很想看看报时装置是怎样运转的。苏颂命刘仲景、尹清领人拆掉遮挡枢轮的楼板。一丈一尺直径的巨大枢轮，由72根辐条和36个水斗、格叉、天衡、天关、左右天锁的杠杆控制。漏壶的水一滴一滴地流入水斗，当流满水斗时，枢权失去了平衡，格叉下倾，枢权上扬，轮边的铁拨子拨开关舌，拉动天衡，天关上启，枢轮下转，由于左右天锁的擒纵抵拒作用，使枢轮只能转过一辐。漏壶的水滴入下一个水斗，满则再动，从此循环往复，准确报时。

哲宗与太皇太后看后，啧啧称妙，重臣们纷纷赋诗以记盛典。苏颂紧紧抓住韩公廉的手，站在台前的阳光下，幸福地笑了。他们笑得那样快乐，那样甘甜，只有经过艰苦地攀登达到科学顶峰的人，才能理解那种笑的幸福和快乐。