博古論今│中國治器計時【二】

計時與天象

渾天儀

單純利用水或沙的流動來計時有許多不便，人們逐漸發現了利用水做動力，以驅動機械結構來計時的方法。公元117 年，東漢的張衡製造了大型天文計時儀器——水運渾天儀，初步具備了機械性計時器的作用。

張衡製造的水運渾天儀後來失傳了，直到唐代才由當時的天文學家僧一行、粱令瓚複製成功，不過在這之後這種儀器再度失傳。

圭表

計時儀器是經過漫長的發展歷程逐漸精確化的。最古老的計時儀器是土圭、圭表和日晷，其原理是通過太陽的投影和方位計時，一般通稱太陽鍾。

圭表是我國最古老的一種計時器，古代典籍《周禮》中就有關於使用土圭的記載，可見圭錶的歷史相當久遠。圭表是利用太陽射影的長短來判斷時間的。它由兩部分組成，一是直立於平地上的測日影的標杆或石柱，叫做表；一為正南正北方向平放的測定表影長度的刻板，叫做圭。通過測量日影的長度，來確定時間。

日晷

日晷也是通過觀測日影計時的儀器，主要是根據日影的位置以確定當時的時辰或刻數。從出土文物來看，我國漢以前已使用日晷，在機械鐘錶傳入中國之前，日晷一直是通常使用的計時器。日晷的主要部件是由一根晷針和刻有刻線的晷面組成，隨著太陽在天空運行，晷針的投影像鐘錶的指針一樣在晷面上移動，就可以指示時辰。

日晷作為原理簡單的計時工具，通過人們不斷地改進，發展出了許多種類如：赤道式日晷、庭院式日晷等等。在便攜的機械錶出現後，日晷才逐漸退出人們的生活。

靈台

靈台是東漢的國家天文觀測台，也是當時最大的天文台，是太史令的下屬機構。它始建於東漢光武帝建武中元元年( 公元56 年)，距今已有1900多年的歷史，一直沿用到西晉，毀於西晉末年的戰亂。

水運儀象台

公元1088 年，北宋的天文學家、藥物學家蘇頌吸收了勞動人民使用水車、筒車、桔槔、凸輪等生產機械的經驗，終於在短短的兩年內成功製作出「水運儀象台」。水運儀象台高約12 米，寬約7 米，呈下寬上窄的正方台形，全部為木建築結構。全台分為三部分，以扶梯上下。最上層是渾儀，中層是渾象，下層是報時裝置。三部分用一套傳動裝置和一組機輪聯接起來，用漏壺水衝動機輪，底層水力驅動系統的核心是樞輪和天柱，水能通過一級級的齒輪傳遞，分別用於帶動渾儀、渾象、報時裝置一起轉動。通過控制勻速流動的水來調節樞輪向某一方向等時轉動，使渾儀和渾象的轉動與天體運動保持同步。

水運儀象台把觀測、演示和報時設備集中起來，組成了一個整體，成為一部自動化的天文台。渾象一晝夜自轉一圈，不僅形象地演示了天象的變化，也是現代天文台的跟蹤器械——轉儀鐘的祖先。水運儀象台中首創的擒縱器機構是後世鐘錶的關鍵部件，因此它又是鐘錶的祖先。

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