宋元佑三年（公元1088年）在著名科學(xué)家蘇頌的倡議和領(lǐng)導(dǎo)下，一座杰出的天文記時儀器──水運儀象臺，在當(dāng)時的京城開封制成。水運儀象臺的構(gòu)思廣泛吸收了以前各家儀器的優(yōu)點，尤其是吸取了北宋初年天文學(xué)家張思訓(xùn)所改進的自動報時裝置的長處；在機械結(jié)構(gòu)方面，采用了民間使用的水車、筒車、桔槔、凸輪和天平秤桿等機械原理，把觀測、演示和報時設(shè)備集中起來，組成了一個整體，成為一部自動化的天文臺。

在蘇頌所著的《新儀象法要》中詳細(xì)介紹了水運儀象臺的設(shè)計和制作情況，并附有多幅繪圖。根據(jù)《新儀象法要》記載，水運儀象臺是一座底為正方形、下寬上窄略有收分的木結(jié)構(gòu)建筑，高大約有十二米，底寬大約有七米，共分為三大層。

上層是一個露天的平臺，設(shè)有渾儀一座，用龍柱支持，下面有水槽以定水平。渾儀上面覆蓋有遮蔽日曬雨淋的木板屋頂，為了便于觀測，屋頂可以隨意開閉，構(gòu)思比較巧妙。露臺到儀象臺的臺基有七米多高。

中層是一間沒有窗戶的“密室”，里面放置渾象。天球的一半隱沒在“地平”之下，另一半露在“地平”的上面，靠機輪帶動旋轉(zhuǎn)，一晝夜轉(zhuǎn)動一圈，真實地再現(xiàn)了星辰的起落等天象的變化。

下層設(shè)有向南打開的大門，門里裝置有五層木閣，木閣后面是機械傳動系統(tǒng)。

第一層木閣又名“正衙鐘鼓樓”，負(fù)責(zé)全臺的標(biāo)準(zhǔn)報時。木閣設(shè)有三個小門。到了每個時辰（古代一天分做十二個時辰，一個時辰又分為時初和時正）的時初，就有一個穿紅衣服的木人在左門里搖鈴；每逢時正，有一個穿紫色衣服的木人在右門里敲鐘；每過一刻鐘，一個穿綠衣的木人在中門擊鼓。

第二層木閣可以報告十二個時辰的時初、時正名稱，相當(dāng)于現(xiàn)代時鐘的時針表盤。這一層的機輪邊有二十四個司辰木人，手拿時辰牌，牌面依次寫著子初、子正、丑初、丑正等。每逢時初，時正，司辰木人按時在木閣門前出現(xiàn)。

第三層木閣�？虉蟮臅r間。共有九十六個司辰木人，其中有二十四個木人報時初、時正，其余木人報刻。例如：子正：初刻、二刻、三刻；丑初：初刻、二刻、三刻，等等。

第四層木閣報告晚上的時刻。木人可以根據(jù)四季的不同擊鉦報更數(shù)。

第五層木閣裝置有三十八個木人，木人位置可以隨著節(jié)氣的變更，報告昏、曉、日出以及幾更幾籌等詳細(xì)情況。

五層木閣里的木人能夠表演出這些精彩、準(zhǔn)確的報時動作，是靠一套復(fù)雜的機械裝置“晝夜輪機”帶動的。而整個機械輪系的運轉(zhuǎn)依靠水的恒定流量，推動水輪做間歇運動，帶動儀器轉(zhuǎn)動，因而命名為“水運儀象臺”。

蘇頌主持創(chuàng)制的水運儀象臺是十一世紀(jì)末我國杰出的天文儀器，也是世界上最古老的天文鐘。國際上對水運儀象臺的設(shè)計給予了高度的評價，認(rèn)為水運儀象臺為了觀測上的方便，設(shè)計了活動的屋頂，這是今天天文臺活動圓頂?shù)淖嫦龋粶喯笠粫円棺赞D(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；水運儀象臺中首創(chuàng)的擒縱器機構(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)達到了相當(dāng)高的水平。

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