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水運(yùn)儀象臺
元祐元年(1086年),蘇頌奉命檢驗(yàn)當(dāng)時(shí)太史局等使用的各架渾儀(見渾儀和渾象)。因此想到應(yīng)有表演的儀器和渾儀配合使用。先前太平興國四年(公元979年)張思訓(xùn)曾創(chuàng)造水運(yùn)渾象“太平渾儀”,后因機(jī)繩斷壞,無人知其制法。蘇頌訪知吏部守當(dāng)官韓公廉精通數(shù)學(xué)、天文學(xué),告以張衡、梁令瓚、張思訓(xùn)儀器法式大綱。
韓公廉寫出《九章勾股測驗(yàn)渾天書》一卷,并造成機(jī)輪木樣一座。后由蘇頌和韓公廉于元祐三年(1088年)集合一批工人制造,元祐七年竣工。這是一座把渾儀、渾象和報(bào)時(shí)裝置三組器件合在一起的高臺建筑,整個(gè)儀器用水力推動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn),后稱水運(yùn)儀象臺,其中有許多突出的發(fā)明創(chuàng)造。
蘇頌所研制的水運(yùn)儀象臺是一座高12米,寬7米,像三層樓房一樣的巨型天文儀器。蘇頌在說明中說:“兼采諸家之說,備存儀象之器,共置一臺中。臺有二隔,置渾儀于上,而渾象置于下,樞機(jī)輪軸隱于中,鐘鼓時(shí)刻司辰運(yùn)于輪上,……以水激輪,輪轉(zhuǎn)而儀象皆動(dòng)?!彼\(yùn)儀象臺的上層是觀測天體的渾儀,中層是演示天象的渾象,下層是使渾儀、渾象隨天體運(yùn)動(dòng)而報(bào)時(shí)的機(jī)械裝置。它兼有觀測天體運(yùn)行,演示天象變化,以及隨天象推移而有木人自動(dòng)敲鐘、擊鼓、搖鈴,準(zhǔn)確報(bào)時(shí)的三種功用。它不僅在國內(nèi)取得了前無古人的成就,而且在三個(gè)方面為人類作出了貢獻(xiàn),使許多中外科技史專家為之嘆服。
首先,置于水運(yùn)儀象臺上層觀測用的渾儀,通過“天運(yùn)單環(huán)”與“樞輪”相聯(lián),使渾儀能隨樞輪運(yùn)轉(zhuǎn)。這與現(xiàn)代天文臺轉(zhuǎn)儀鐘控制天體望遠(yuǎn)鏡隨天體運(yùn)動(dòng)的原理是一樣的。因此,可以說水運(yùn)儀象臺的這套裝置是現(xiàn)代天文臺跟蹤機(jī)械——轉(zhuǎn)儀鐘的遠(yuǎn)祖。英國科技史家李約瑟對這一點(diǎn)給以高度評價(jià):“蘇頌把時(shí)鐘機(jī)械和觀察用渾儀結(jié)合起來,在原理上已經(jīng)完全成功。因此可以說他比羅伯特·胡克先行了六個(gè)世紀(jì),比方和斐先行了七個(gè)半世紀(jì)?!?/span>
其次,水運(yùn)儀象臺頂部設(shè)有九塊活動(dòng)的屋板,雨雪時(shí)可以防止對儀器的侵蝕,觀測時(shí)可以自由拆開。水運(yùn)儀象臺的活動(dòng)屋頂是現(xiàn)代天文臺圓頂?shù)淖嫦?。所以,蘇頌與韓公廉又是世界上最早設(shè)計(jì)和使用天文臺觀測室自由啟閉屋頂?shù)娜恕?/span>
第三,水運(yùn)儀象臺的原動(dòng)輪叫樞輪,是一個(gè)直徑1丈1尺,由72根木輻,挾持著36個(gè)水斗和36個(gè)勾狀鐵撥子組成的水輪。樞輪頂部設(shè)有一組叫“天衡”、“天關(guān)”、“天權(quán)”、“左右天鎖”的杠桿裝置,樞輪靠銅壺滴漏的水推動(dòng)。當(dāng)漏壺的水滴滿一個(gè)樞輪水斗時(shí),“樞權(quán)”失去平衡,“格叉”下傾,樞權(quán)揚(yáng)起,輪邊鐵撥子撥開“關(guān)舌”,拉動(dòng)“天衡”,“天關(guān)”上啟,樞輪下轉(zhuǎn)。由于“左右天鎖”的擒縱抵拒作用,使樞輪只能轉(zhuǎn)過一輻,以次循環(huán)往復(fù),等時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)。天衡系統(tǒng)對樞輪杠桿的這種擒縱控制與現(xiàn)代鐘表的關(guān)鍵機(jī)件——錨狀擒縱機(jī)構(gòu)(俗稱卡子),具有基本上相同的作用。所以說水運(yùn)儀象臺的天衡系統(tǒng)是現(xiàn)代鐘表的先驅(qū)。
李約瑟在深入研究了水運(yùn)儀象臺之后,曾改變了他過去的一些觀點(diǎn)。他在《中國科學(xué)技術(shù)史》中說:“我們借此機(jī)會聲明,我們以前關(guān)于‘鐘表裝置……完全是14世紀(jì)早期歐洲的發(fā)明’的說法是錯(cuò)誤的。使用軸葉擒縱器重力傳動(dòng)機(jī)械時(shí)鐘是14世紀(jì)在歐洲發(fā)明的??墒牵谥袊S多世紀(jì)之前,就已有了裝有另一種擒縱器的水力傳動(dòng)機(jī)械時(shí)鐘?!?/span>
蘇頌主持創(chuàng)制的水運(yùn)儀象臺是十一世紀(jì)末中國杰出的天文儀器,也是世界上最古老的天文鐘。國際上對水運(yùn)儀象臺的設(shè)計(jì)給予了高度的評價(jià),認(rèn)為水運(yùn)儀象臺為了觀測上的方便,設(shè)計(jì)了活動(dòng)的屋頂,這是今天天文臺活動(dòng)圓頂?shù)淖嫦?;渾象一晝夜自轉(zhuǎn)一圈,不僅形象地演示了天象的變化,也是現(xiàn)代天文臺的跟蹤器械 — 轉(zhuǎn)儀鐘的祖先;水運(yùn)儀象臺中首創(chuàng)的擒縱器機(jī)構(gòu)是后世鐘表的關(guān)鍵部件,因此它又是鐘表的祖先。從水運(yùn)儀象臺可以反映出中國古代力學(xué)知識的應(yīng)用已經(jīng)達(dá)到了相當(dāng)高的水平。
蘇頌和韓公廉在完成水運(yùn)儀象臺之后,又研制了一臺單獨(dú)的水力推動(dòng)的渾天象。人鉆入天球內(nèi)觀看,在天球上鑿孔為星,十分逼真。這是中國歷史上第一架有明確記載的假天儀,它的創(chuàng)造性也是前無古人的。
機(jī)械水運(yùn)儀象臺完成后,蘇頌于紹圣初年(約1094~1096年間)把水運(yùn)儀象臺的總體和各部件繪圖加以說明,著成《新儀象法要》一書。
蘇頌在《新儀象法要》中繪制了有關(guān)天文儀器和機(jī)械傳動(dòng)的全圖、分圖、零件圖50多幅,繪制機(jī)械零件150多種,其中多為透視圖和示意圖,這是我國也是世界上保存至今的最早最完整的機(jī)械圖紙。正是根據(jù)這些圖紙,王振鐸、李約瑟等人才能較準(zhǔn)確地復(fù)原出水運(yùn)儀象臺的全貌。例如從這些圖紙和說明文字中可以知道,水運(yùn)儀象臺樞輪的運(yùn)轉(zhuǎn)規(guī)律是齒輪系從6個(gè)齒到600個(gè)齒的傳動(dòng);每25秒落水一斗,每刻鐘轉(zhuǎn)一周,一晝夜轉(zhuǎn)96周,而晝夜機(jī)輪、渾象、渾儀也轉(zhuǎn)一周,這與地球運(yùn)動(dòng)是大致相應(yīng)的。又如,通過這些圖紙,我們知道水運(yùn)儀象臺第一層木閣內(nèi)是晝夜鐘鼓輪,有不等高的三層小立柱,可以拉動(dòng)三個(gè)木人的撥子,以關(guān)撥作用拉動(dòng)本人的手臂,到一刻鐘時(shí),木人出而擊鼓,時(shí)初搖鈴,時(shí)正敲鐘。而第二層木閣內(nèi)是晝夜時(shí)初正輪,第三層木閣內(nèi)是報(bào)刻司辰輪,第四層木閣內(nèi)是夜漏金鉦輪,第五層木閣內(nèi)是夜漏司辰輪。要是沒有這些珍貴的圖紙,我們就難以弄清木閣內(nèi)的機(jī)械木人是如何按時(shí)擊鼓、搖鈴和敲鐘的。因此,《新儀象法要》中所附機(jī)械圖是了解蘇頌天文著作及其成就的關(guān)鍵,同時(shí)也是進(jìn)而釋讀張衡、一行、張思訓(xùn)等同類著作的鑰匙。
星圖
蘇頌為了能更直觀地理解星宿的昏曉出沒和中天,又提出設(shè)計(jì)一種人能進(jìn)入渾天象內(nèi)部來觀察的儀器,即假天儀。具體設(shè)計(jì)仍由韓公廉推算完成。它是用竹木制成,形如球狀竹籠,外面糊紙。按天上星宿的位置,在紙上開孔。人進(jìn)入球內(nèi)觀看,外面的光從孔中射入,呈現(xiàn)出大小不同的亮點(diǎn),好象夜空中的星星一般。人懸坐球內(nèi)扳動(dòng)樞軸,使球體轉(zhuǎn)動(dòng),就可以更形象地看到星宿的出沒運(yùn)行。這架儀器是近代天文館中星空演示的先驅(qū)。
蘇頌在《新儀象法要》中還繪有多種星圖,如“渾象紫微垣星圖”、“渾象東北方中外官星圖”、“渾象西南方中外官星圖”、“渾象北極星圖”、“渾象南極星圖”、“四時(shí)昏曉加臨中星圖”、“春分昏中星圖”、“春分曉中星圖”、“夏至昏中星圖”、“夏至?xí)灾行菆D”、“秋分昏中星圖”、“秋分曉中星圖”、“冬至昏中星圖”、“冬至?xí)灾行菆D”等,計(jì)14幅。
這14幅星圖中,最有價(jià)值的是前五幅。其中“渾象東北方中外官星圖”是從角宿到壁宿的星官,“渾象西南方中外官星圖”是從奎宿到軫宿的星官,“渾象紫微垣星圖”,是以北斗七星為主的布列于渾象之北上規(guī)的183顆星,“渾象南極星圖”和“渾象北極星圖”則是以天球赤道為最外界大圓的南天星圖和北天星圖。蘇頌為了星圖繪制精確,采取了圓橫結(jié)合的畫法。橫圖分成兩段:東北方中外官星圖是從秋分到春分,西南方中外官星圖是從春分到秋分。另外,在把球面上的星辰繪制到平面上時(shí),蘇頌發(fā)現(xiàn)了失真問題,于是他采用了把天球循赤道一分為二,再分別以北極和南極為中心畫兩個(gè)圓圖的方法,從而減少了失真,這是星圖繪制中的一項(xiàng)新成就。
蘇頌星圖是歷史上流傳下來的全天星圖中保存在國內(nèi)的最早星圖。保存至今的唐代敦煌星圖,在時(shí)間上比蘇頌星圖要早,但被斯坦因盜走,現(xiàn)存?zhèn)惗夭涣蓄嵅┪镳^。但是,蘇頌星圖比敦煌星圖更細(xì)致和更準(zhǔn)確。如敦煌星圖繪星1350顆,蘇頌星圖繪星1464顆;敦煌星圖主要依據(jù)《禮記·月令》的資料,并非實(shí)測;而蘇頌星圖則是根據(jù)元豐年間的實(shí)測繪制;敦煌星圖是從玄枵(子)開始,按十二次的順序作不連續(xù)排列,中間夾以說明文字,有關(guān)分野問題也不科學(xué),蘇頌星圖則從角宿開始,按二十八宿順序,作連續(xù)排列,并完全去掉了有關(guān)分野等不科學(xué)成分。
就所列星的數(shù)目而言,蘇頌星圖的貢獻(xiàn)也是值得稱道的。如歐洲到14世紀(jì)文藝復(fù)興以前,觀測的星數(shù)是1022顆,要比蘇頌星圖少422顆,因此,西方的科技史家蒂勒、布朗和薩頓等甚至認(rèn)為:“從中世紀(jì)直到14世紀(jì)末,除中國的星圖以外,再也舉不出別的星圖了。”
文學(xué)
蘇頌是一位“高產(chǎn)”的詩人,僅收錄在《蘇魏公文集》中的詩歌就有587首,且多是律詩、絕句。長律多達(dá)1400字,可謂“律詩之最”。
蘇頌的大部分詩作是奉和之作,其中有一些是與一代詩翁歐陽修、蘇東坡的奉和詩篇。但也不乏名篇佳作。
《前后使遼詩》就是他的上乘之作,具有現(xiàn)實(shí)主義筆觸和真摯情感。如《和土河館遇小雪》“人看滿路瓊瑤跡,盡道光華使者行”,反映為使者送行的盛況和使者的高尚、復(fù)雜心理;《和就日館》“戎疆迢遞戴星行,朔騎奔馳束火迎”,“每念皇家承命重,愧無才譽(yù)副群情”,生動(dòng)記述遼國使者迎接宋使的情形,反映詩人憂國憂民、惟恐任務(wù)完成不好的心情。此外,如描繪“青山如壁地如盤”的北國風(fēng)光,“牧羊山下動(dòng)成群”的勞動(dòng)景象,“依稀村落見南風(fēng)”的異國風(fēng)情等。
外交
蘇頌一生,兩次使遼,每次出使遼國往返時(shí)間多達(dá)四個(gè)多月;三次任接待遼使的伴使(陪同團(tuán)團(tuán)長)。
蘇頌首次使遼,是在宋·英宗·治平四年(1067年)八月丁卯,以三司度支判官身份,與張宗益等一同出使遼國的,時(shí)年48歲,途中寫下前《使遼詩》30首,主要記述他的所見所聞及抒發(fā)對老友的懷念之情。
蘇頌第二次使遼,為10年后宋·神宗·熙寧十年(1077年)八月已丑,以龍圖閣直學(xué)士、給事中(時(shí)任秘書監(jiān)兼集賢院學(xué)士)身份,作為大遼國的生辰國信使,和英州刺史姚麟等出使遼國,參加遼道宗的生辰慶典。往返途中寫下后《使遼詩》28首。由于時(shí)過10年,舊地重游,感慨萬千,不僅記述了遼國隆重的接待,而且用大量篇幅描繪了在和睦友好相處下,遼國人民悠閑、安逸的生活,歌頌和平睦鄰政策的可貴與正確。
蘇頌在兩次使遼、三次伴使的與遼國打交道期間,蘇頌十分注意搜集整理遼國的政治制度、經(jīng)濟(jì)實(shí)力、軍事設(shè)施、山川地理、風(fēng)土民情、外交禮儀等情況,及時(shí)向朝廷提供。
蘇頌認(rèn)為:“彼講和日久,頗竊中國典章禮義,以維持其政,上下相安,未有離貳之意”,但也必須注意其“叛服不?!薄2⒏鶕?jù)宋、遼兩國的實(shí)際,提出與遼朝和睦修好的外交政策,深得皇帝的賞識與贊同,堅(jiān)定了宋朝對遼推行友好政策的信心。
藏書
蘇頌于皇祐五年(1053年)召試館閣校勘、遷集賢校理。當(dāng)時(shí)館閣校理吳及,奏請全面整理國家藏書,置館閣編訂書籍官,有秘書閣校理蔡抗、陳襄,集賢校理陳繹等,分為史館、昭文館、集賢院、秘閣各為編次書籍。他在館閣任職長達(dá)9年之久,富弼稱他“古君子”。因其整理藏書成就顯著,不久授秘書監(jiān)之職,統(tǒng)管國家三館秘閣圖籍之事。家藏書數(shù)萬卷,秘閣未收藏者頗多,然還從秘閣傳抄書籍每日兩千言,并親加校讎。他致仕后,當(dāng)時(shí)葉夢得為丹徒縣尉,聽說他藏書多,乃借其藏本回家傳抄。宋神宗曾仰慕其藏書之富,問其“卿家必有異書,何以父子皆以博學(xué)知名?”他對曰:“吾收書數(shù)萬卷,自小官時(shí)得之甚艱,又皆親校手題,使門閱不墜,則此文當(dāng)益廣”。曾作有《書帙銘》,告誡子孫要“唯蘇氏世,宦學(xué)以儒。何以遺后,其在此書。非學(xué)何立,非書何習(xí)。終以不倦,圣賢可及”。著有《蘇魏公集》72卷。孫蘇象先著有《譚訓(xùn)》,記其祖父藏書事跡甚詳。
藥物學(xué)
嘉祐初年,蘇頌受詔校定與編撰醫(yī)書。蘇頌做科技工作時(shí),不但指導(dǎo)全局,而且親自動(dòng)手,不憚繁巨,不畏勞苦?!秷D經(jīng)本草》的標(biāo)本、藥圖和說明文字來自四面八方,“今天下所上,繪事千名……事有詳略,言多鄙俚。向非專一整比,緣飾以文,則前后不倫,披尋難曉”。為整理這堆積如山、其亂如麻的原始材料,他提出了六項(xiàng)原則。蘇頌的前三項(xiàng)原則是想盡一切辦法把問題研究明白;后三項(xiàng)原則是實(shí)事求是,既不輕易舍棄來自基層的資料,也不急于作出判斷,而是兩說并存或存疑待考。這也是他的工作能取得重大成就并經(jīng)受住時(shí)間考驗(yàn)的一個(gè)重要原因。
嘉祐二年(1057年),與掌禹錫、林億等一起編寫了《嘉祐補(bǔ)注神農(nóng)本草》(簡稱《嘉祐本草》)。為了改變本草書中混亂和錯(cuò)訛狀況,他建議:“諸路州縣應(yīng)將產(chǎn)藥去處,并令識別人仔細(xì)辨認(rèn)根、莖、苗、葉、花、實(shí),形色、大小,并蟲、魚、鳥、獸、玉石等堪入藥用者,逐件畫圖,并一一開說著花、結(jié)果、收采時(shí)月及所用功效。其番夷所采藥,即令詢問榷場、市舶、商客,亦依此供析,并取逐味各一二兩或一二枚,封角,因入京人差赍送當(dāng)所投納,以昭憑證。畫成本草圖,并別撰圖經(jīng),所冀與今本草并行,使后人用藥知所依據(jù)?!?/span>
朝廷采納了蘇頌的建議,并委任他編撰《圖經(jīng)本草》。經(jīng)過四年的艱苦努力,在嘉祐六年(1061年),蘇頌編撰完成了《圖經(jīng)本草》21卷。
《圖經(jīng)本草》在藥物學(xué)上有重大價(jià)值。唐《新修本草》的藥圖和《天寶單方藥圖》都已散佚殆盡,韓保升《蜀本草》的藥圖也已不存。《圖經(jīng)本草》在這種情況下誕生,其意義更加重大。它不僅對藥性配方提供了依據(jù),而且對歷代本草的糾謬訂訛作出了新貢獻(xiàn),特別是使過去無法辨認(rèn)的藥物可以確認(rèn)無誤。如牛膝,《神農(nóng)本草經(jīng)集注》說:“其莖有似牛膝,故以為名。乃云有雌雄,雄者莖紫色而節(jié)大為勝爾?!币源撕茈y判斷出是什么植物?!秷D經(jīng)本草》則寫得十分具體:“春生苗,莖高二三尺,青紫色。有節(jié)如鶴膝,又如牛膝狀,以此名之。葉尖圓如匙,兩兩相對于節(jié)上,生花作穗,秋結(jié)實(shí)甚細(xì)?!蔽覀兛梢愿鶕?jù)匙形對生葉,細(xì)實(shí)穗狀花,節(jié)部結(jié)牛膝三大特征,斷定為莧科植物懷牛膝。
為編寫《圖經(jīng)本草》而進(jìn)行的全國性普查,其另一重要意義是擴(kuò)大了藥源。如菟絲過去從朝鮮進(jìn)口,現(xiàn)知冤句(山東荷澤)也產(chǎn)此藥。奚毒原知只有河南嵩山少室出產(chǎn),而從提供分析的樣品中知道四川也有,等等。
《圖經(jīng)本草》在生物學(xué)上也有較大貢獻(xiàn)。如它對動(dòng)植物形態(tài)進(jìn)行了準(zhǔn)確生動(dòng)的描述:烏賊魚,“形若革囊,口在腹下,八足聚生口旁,只一骨,厚三四分,似小舟,輕虛而白。又有兩須如帶,可以自纜,故別名纜魚?!闭媲械胤从沉祟^足綱烏賊科動(dòng)物的特點(diǎn)。
《圖經(jīng)本草》在礦物學(xué)與冶金技術(shù)方面也有一定貢獻(xiàn)。如它記載了丹砂、空青、曾青等105種礦物藥。丹砂條的描述說:“丹砂生符陵山谷。今出辰州、宜州、階州,而辰州者最勝,謂之辰砂。生深山石崖間,土人采之,穴地?cái)?shù)十尺,始見其苗,乃白石耳,謂之朱砂床。砂生石上,其塊大者如雞子,小者如石榴子……又似云母片可析者,真辰砂也,無石者彌佳。過此皆淘土石中得之,非生于石床者?!边@里不僅說明了丹砂這種礦物藥的產(chǎn)地和特點(diǎn),而且簡要介紹了丹砂礦的開采過程。
《圖經(jīng)本草》中關(guān)于冶金技術(shù)也有許多記載,如關(guān)于鋼鐵冶煉的工藝過程:“初煉去礦,用以鑄瀉器物者,為生鐵;再三銷拍,可做鍱者,為鑐鐵,亦為之熟鐵;以生柔相雜和,用以做刀劍鋒刃者,為鋼鐵。”這簡要描述了宋代三種鋼鐵的冶煉方法及其不同功用。又如對煉銀的方法記述說:“銀在礦中與銅相雜,土人采得,以鉛再三煎煉方成?!睂掖捣掋y的工藝說:“其初采礦時(shí),銀銅相雜,先以鉛同煎煉,銀隨鉛出。又采山木葉燒灰,開地作爐,填灰其中,謂之灰池。置鉛銀于灰上,更加火大煅,鉛滲灰下,銀住灰上,罷火,候冷出銀?!边@是關(guān)于灰吹法煉銀的最早最詳盡的記載?!秷D經(jīng)本草》的科學(xué)貢獻(xiàn)是多方面的,還有待我們進(jìn)一步地研究和發(fā)掘。