从零建造北宋黑科技，一共分几步？

中国国家博物馆“古代中国”展区里，我就站在这里。

与展区内其他展品相比，我似乎显得有些与众不同。每位前来参观的游客，都会在我身旁的藏品说明牌读到这样一段白底黑墨的文字：

“水运仪象台。据《新仪象法要》1:5复制。”

是的。我并非诞生自遥远的古代，而是上世纪五十年代在中科院与文物局支持下，由新中国的研究员们复原制作的展示模型。

我的名字，是水运仪象台。英文名“Water-powered Astronomical ClockTower”，直译“水力天文钟”。

现在的我的确很年轻。但这并不代表，我没有一段足以向你讲述的传奇故事。

一/ 冬至之争

这个故事，要从九百多年前讲起。辽国上京（今内蒙古巴林左旗）的使臣大帐内，气氛似乎有些不同寻常。

“不论如何！今年冬至庆典，一定要以我朝历法为准！”

“凭什么？难道我大宋历法，竟会不及你北朝吗？”

辽朝馆伴使将拳头砸在桌面，厉声怒言；对面身披官服的宋朝使者只是一再摇头，绝不退让一步。双方争执不下，帐内本就寒冷的空气仿佛凝固成冰。

这一年是北宋熙宁十年，公元1077年。宋辽两国自“澶渊之盟”后已相安无事近百年，互称“兄弟之国”，时常互通使者以致友好。可一旦事关本国国体，外交上的擦枪走火依旧时有发生。

天文历法，无论对宋朝还是辽朝，都是关乎国体与尊严的大事。

按照惯例，宋朝使者出使辽朝后，将在冬至日与辽朝共同举行庆典。但1077这年，宋朝历法的冬至日要比辽朝早一日，两国官员都认为本国历法是正确的，各自坚持要在本国历法的冬至日庆祝。就在双方争论不休时，一个沉稳的声音响起在众人耳畔：

“历法推算但凡有微小的差异，难免会产生或早或晚的不同。就比方说，假定冬至节气的起始时刻在亥时（21:00-23:00），那冬至日就仍然是当天；可如果推算多了一时半刻，属于子时（23:00-次日1:00），冬至日就变成第二天了。故而看似差了一整天，实则只是历法推算上的微小误差所导致罢了。

“依苏某看，既然两朝历法早晚已定，不如各自遵从本朝历法庆贺冬至。诸位以为如何？”^①

说这番话的人名叫苏颂，字子容。他是备受宋朝士大夫尊崇的德高望重的长者，也是宋朝此次辽国使团的核心人物。

苏颂，福建同安县（今厦门市同安区）人，北宋中后期天文学家、药物学家。来源 / 澎湃新闻

这一年，苏颂五十八岁。

在苏颂的调解下，宋辽两国达成一致，摩擦得以妥善化解。从辽朝返回宋朝的路上，副使姚麟询问苏颂：

“究竟是辽国历法准确，还是我朝历法准确？”

“其实是辽国历法更准确。”苏颂回答，“辽国对民间不禁天文，历法推算往往也更为精准^[10]。但为了国家尊严，我不能因此就顺从他们，只好作调和处置。”

“看来太史局^②的天文官们要因此被官家^③罚金了。”

苏颂不答姚麟，只神色凝重地仰头，望向苍茫碧空中那轮皓白的冬阳。

二/问仪

历法不准确，怎么办？答案当然只有一个字：改！

如果要评比中国古代改历最频繁的朝代，宋朝一定拔得头筹，没有之一。这一方面是由于宋朝长久面临政治、军事等方面的压力，在政策上需要占象作为指导，这是宋人的天文思想尚没有脱离神学的一面；而另一方面，相较唐及以前，宋人认为历法的误差应当归咎于人为测算，而非盲信“天人感应”的灾异之说，则又体现出他们在天文研究上具有重视规律、勇于革新的科学态度。

中国古代历法沿革，其中具有重要意义的历法被标为深色。来源 / 上海天文馆 

在科学与神学的交织博弈中，两宋三百年，历法改革始终是重中之重。作为朝廷官员，也作为对天文素有研究的学者，或许很少有人会比苏颂更清楚历法的意义与分量。在亲眼认识到本朝历法的落后后，他更是为此深深地忧虑。

正如现代需要建造精密的观测设备助力天文研究。在宋朝，历法最终是否准确、用于推算历法的天象数据是否精确，获取数据的天文仪器同样是先决条件。

苏颂和北宋朝廷的目光，一同瞄准在候台^④放置的浑仪上。

与辽朝冬至之争后数年内（元丰年间），北宋完成一次大规模“星口普查”^⑤，力图弥补天文上的不足。九年后的元祐元年（1086），北宋朝廷颁布诏书，命苏颂“定夺新旧浑仪”，主持新仪器的建造工程。

这一年，苏颂六十七岁。已满头白发的他没有丝毫推辞，义无反顾地接受了使命。

他在接受诏命后第一时间赶赴太史局和翰林天文院^⑥，调取宋以前历代天文仪器的资料。

他与天文官们热烈讨论。听闻后者频频为数据差异而彼此争执，陷入沉思。

图4 苏颂的思索。来源 / 纪录片《时间·千年之旅》

他在深夜的书房里点燃孤灯——平生清贫节俭，他只愿点一盏灯。灯火照亮的有限空间里，苏颂手指划过册册泛黄的书卷，看到了身前千年。

“汉代张衡倡导浑天说，造‘水运浑象’。”苏颂抄录，“水运浑象使用漏壶水流驱动仪器，利用漏壶的等时性，模拟天球的自然推移、运转不息。

“唐代一行、梁令瓒等人造‘水运浑天’，在张衡基础上优化齿轮传动结构，并置两木偶于仪器前，随仪器转动敲击钟鼓，实现自动报时功能。

“本朝初年，巴蜀人张思训造‘太平浑仪’，足有数层楼规模。它同样以水力驱动、具备精准的报时功能，此外能够对日月星象进行演示。怎奈张思训离世后，仪器机件断裂损坏，再没有人知晓制法了。”

为文献记载的贫瘠，更为太平浑仪的绝迹，苏颂叹息扼腕。与此同时，一个前所未有的宏大构想点亮在他的脑海。

三/ 浑天仪象所

浑仪。浑象。报时功能。水力驱动。这些前人遗留的宝贵遗产，是否有可能统合于一台仪器？

苏颂决定去寻找答案。

他在朝廷内多方走访，物色能够帮助自己的人选。不论是否是专业天文官，不论官职尊卑如何，他都亲身访问考察，很快收获了一批杰出的天文及工程人才。

就是在这时，苏颂遇到了韩公廉。一名吏部的文书小吏。

一名经常在夜晚仰望星空，爱好用数学算法推算天体运行的文书小吏。

“你现在做的事在千百年前，曾是张衡、一行所做的事。”苏颂对韩公廉说。

“可我只是个不入流的小官。”韩公廉忐忑地说，“像您这样才德兼备、备受官家倚重的大人，为什么会选择我？”

苏颂蔼然一笑，先不回答韩公廉，却向他询问起勾股算术及天文相关的问题。在回答这些问题时，韩公廉侃侃而谈，仿佛变了一个人。

“这就是我选择你的原因。”苏颂笑道，并将自己整理的前代天文仪器的资料交给韩公廉。

“依据这些有限的资料，你能否推究出新仪器的制法？”

“请苏大人允许在下一试。”

正在调试仪器模型的韩公廉和苏颂。来源 / 纪录片《时间·千年之旅》

韩公廉没有让苏颂失望。不久，他制造出一台机轮小模型，并写著《九章勾股测验浑天书》一卷。仔细审阅、询问之后，苏颂心下惊喜不已。他告诉韩公廉：

“虽然和古人说法不尽相同，但独具巧思。如果按此模型制造实物，一定有前所未有的独到之处。——恳请韩君助苏某，一臂之力。”^⑦

看着面前这位请求自己的白发苍苍的老人，韩公廉的眼眶湿润了。

“能得苏大人如此信任。公廉，荣幸之至。”

元祐二年（1087）八月十六日。中秋佳节刚过，朝廷同意了苏颂的请求，下诏设置“详定元祐浑天仪象所”，进行新仪器的专门研制：

郑州原武县主簿兼寿州州学教授王沇之，担任仪象台监制。

太史局夏官正周日严；秋官正于太古；冬官正张仲宣。以上人等与韩公廉一同担任仪器的制度官。

节级（唐宋时武职人员）刘仲景，天文学生袁惟几、苗景、张端、侯永和、于汤臣。以上人等负责测验日影及漏壶刻度。

都作人员（总管操作的人员）尹清，负责统辖、指导仪器筹备。

而苏颂。用现代的说法，担任新仪器的“总工程师”，主持整个浑天仪象所及新仪器的建造工程。