科技世界之最:最早的天文钟

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最早的天文钟?今天就由童乐福儿童网科学小编带同学们学习这个科技世界之最小知识。​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​

​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​科技世界之最:最早的天文钟插图​​​​​​

适合年龄:3~5岁

难易程度:中级

天文钟是一种能用多种形式来表达天体时空运行的仪器,它把动力机械和许多传动机械组合在一个整体里,利用几组齿轮系把机轮的运动变慢,使它经常保持一个恒定的速度,和天体运动一致。世界上最早的天文钟是我国北宋时期,在苏颂的领导下创制的水运仪象台。

苏颂(公元1020~1101年),字于容,泉州南安(今福建泉州西北)人,历任重要官职,是杰出的科学家和科技工作的组织者。元祐三年(公元1088年),在他的倡议和领导下,创制了一座天文计时仪器-水运仪象台。

根据苏颂为水运仪象台所作的设计说明书《新仪象法要》的记载,水运仪象台是一座底为正方形、下宽上窄略有收分的木结构建筑,高大约有12米,底宽大约有7米,共分为三大层。

科技世界之最:最早的天文钟插图(1)

上层是一个露天的平台,设有浑仪一座,用龙柱支持,下面有水槽以定水平。浑仪上面覆盖有遮蔽日晒雨淋的木板屋顶,为了便于观测,屋顶可以随意开闭,构思比较巧妙。露台到仪象台的台基有7米多高。中层是一间没有窗户的“密室”,里面放置浑象。天球的一半隐没在“地平”之下,另一半露在“地平”的上面;靠机轮带动旋转,一昼夜转动一圈,真实地再现了星辰的起落等天象的变化。下层包括报时装置和全台的动力机构等。设有向南打开的大门,门里装置有五层木阁,木阁后面是机械传动系统。

水运仪象台有一组“铜壶滴漏”式的动力装置:在一个木架上设两个水槽,高的是天池,低的是平水壶。平水壶中的水流入全台机械结构的原动轮-枢轮的水斗,枢轮是由36个水斗和钩状铁拨子组成的由水力推动的机轮。枢轮运转的速度由一组叫“天衡”系统的杠杆装置控制。天衡系统对枢轮的这种擒纵控制,与现代钟表的关键部位–锚状擒纵器(俗称卡子)作用十分相似。可以毫不夸张地说,水运仪象台的“天衡”系统是现代钟表的先驱。英国著名的科技史专家李约瑟博士研究了苏颂的水运仪象台后,在其所著的《中国科学技术史》中说,中国在14世纪欧洲发明钟表以前,“就已有了装有另一种擒纵器的水力传动机械时钟”。

枢轮通过几组齿轮使计时仪器和天文仪器分别按一定的速度转动,苏颂在《新仪象法要》中称之为“以水激(枢)轮,轮,转而仪象皆动”。台上层的浑仪是观测天体运行的仪器,它通过齿轮和枢轮轴相连而随天体运转,与现代望远镜有转仪钟控制而随天体转动一样。台中层的浑象是一个球体,球面布列天体的星宿位置。浑象和台下层的昼夜机轮轴相接,随机轴由东向西转动,和天体运动一致,使得球面星座位置和天象相合。而昼夜机轮则能够随天象推移使小木人出来敲钟、击鼓、示牌等,准确地报告时辰。

水运仪象台顶端设有九块活动的屋板,雨雪时闭合,防止雨雪对仪器的侵蚀,观测时可以自由拆开。这种活动屋板是现代天文台可以开合的球形台顶的祖先。

苏颂领导创制的水运仪象台,实际上是一座设计非常巧妙,利用水轮为原动力带动仪器运转的自动化天文钟。在公元11世纪就能制造出如此复杂的天文钟,充分显示了我国古代科学技术的先进水平。

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