曾名《绍圣仪象法要》、《仪象法纂》等。关于天文仪器的专著。二卷。宋苏颂撰。约成书于宋绍圣初。
苏颂,字子容。生于宋天禧四年(1020年),卒于宋建中靖国元年(1101年)。福建泉州南安人,宋庆历二年中进士,此后终生为官。先后担任过地方官与“馆阁校勘”、“集贤校理”等职,熙宁二年在中央政府任“知制诰”、司农寺长官等职,晚年由吏部尚书而翰林承旨,后任尚书左丞,升宰相。元祐占元年奉诏检验当时太史局、天文院所用新旧浑仪。元祐七年制成水运仪象台,约在绍圣初苏颂著成《新仪象法要》一书。他还曾在宋嘉祐二年组织增补过药物书《开宝本草》,嘉祐七年(1062年)著成《本草图经》。
现在看到的通行本,书的第一部分是《进仪象状》,是作者受诏以后校验仪象并组织领导制造新仪以后,向皇帝报告工作的呈状。以下分别是关于浑仪、浑象、星图、整体结构及动力与运转等五个部份。《进仪象状》说明了水运仪象台的缘起、研制经过及与前代同类仪器的比较,对于了解宋代天文学仪器和天文学发展十分重要。
宋代先后制成过许多大型的天文仪器,宋太平兴国四年,张思训制成一台漏水转浑象,实际采用水银为动力。因水银比重大,减小了动力水车上戽斗的体积;水银粘滞系数随温度变化小,可使仪器冬夏运行速率差别不大。宋至道元年韩显符制成一台铜候仪,宋大中祥符三年他又制成一台教学生使用的浑仪。宋皇祐三年舒易简等人制成皇祐黄道铜仪。宋熙宁七年沈括等人制成熙宁浑仪。这些仪器各有所长,所以元祐初苏颂受诏检验这些仪器。
《进仪象状》中他写了考察结果。他发现熙宁浑仪“环器怯薄,水趺低垫,难以行使。”还发现即使是在同一台仪器上观测,不同观测人员因其操作上的差别造成同一对象的不同测量结果。那时还没有提出人差的概念,但这一发现实际上是看到了人差对观测的影响,即“测候须人运动,人手有高下”故而“各指得失,终无定论。”
为了避免人差造成的“终无定论”状态,他想到了古代张衡和太平兴国年间的水运浑象都不需要人力去推动,若能将浑仪和演示用的浑象结合成一台仪器,都用水力推动使其同步旋转,则自然消除了人差。《进仪象状》写出了他制造水运仪象台的动机。
制造一台前人未曾作出过的大型仪器,不但两台仪器要联动,还要在水力推动下和实际天穹周日旋转的速度相同,显然不是容易的事。加之张思训的仪器“自思训死,机绳断坏,无复知其法制者。”制法失传,而“张衡之制,史失其传,开元旧器,唐世已亡”,以致没有现成资料。在这种情况下,他叙述了发现人才的过程。他发现吏部一个管文书的小官韩公廉精通数学和天文学,就委以设计制造的重任。
《进仪象状》讨论了古代浑仪称呼下实际上有三种类型的仪器,一种叫浑仪也叫铜候仪,是测量仪器,第二种叫浑象,是地平放在天球外边的演示仪器,第三种叫浑天象,是按张衡《浑天仪注》制成的地平放在天球里边的浑天说模型。苏颂认为浑象与浑天象功能相同,所以“今新制备二器而通三用”,新仪器中只有浑仪与浑象两种合在一仪之中。
在叙述了研制过程和制成后安装在武成殿前的盛况后,简略介绍了整个仪器的结构和功能,特别指出:“以水激轮,轮转而仪象皆动。”“浑仪则上候三辰之行度,增黄道为单环,环中日见半体,使望筒常指日,日体常在筒窥中。”“使人于其旁验星在之次,与台上测验相应,以不差为准。”其意思是说浑仪浑象都受水力推动,经过调整后仪器的转动速度达到白天太阳总在窥管中能看见一半,晚上看仪器上星的位置与天文台上实际观测的位置也不相差,这确实是当时世界上最高水平的仪器。不仅解决了人差问题,即使遇上连阴天看不见星象,也能从仪器上知道某星东出,某星中天。由于“璇玑中而星中为调,调则风雨时,庶草蕃庑而五谷登,万事康。由是言之,观璇玑者不独视天时而布政令,抑欲察灾祥而省得失也。”仪器与天相合则风调雨顺,所以在仪器上看天象是关系政令和占察灾祥的大事,对这样好的仪器需恭请皇帝看过后给于正名。
《新仪象法要》卷上介绍浑仪,有图十七种,并有文字说明。例如天运单环,图中画出一个圆齿轮,说明中指出这是一个新创,它与三辰仪在黄道南环外周的齿牙相联,有四百七十八牙,使之随天运环运转,与天符合。末尾是具体的尺寸数。事实上它是将浑仪分解后用图文对照的方式说明的。
卷中介绍浑象。除五种结构图外,另有星图二种五幅,四时昏晓中星图九种。五幅星图是为往浑象上镶嵌星象而准备的,是一部极为珍贵的全天星图,也是世界上最古的传世星图之一。星图中恒星位置的测量值取自元丰年间(1078—1085年)的观测。英国科学史家李约瑟赞叹说:“苏颂在一○九四年出版的书中所画的一幅星图以麦卡托投影法描绘出半个天空,要记住,这在麦卡托之前五百年!”竭力称赞星图画法的先进。这五幅图中有二八三个星官,一四六四颗星,用小圈表示石氏与巫咸氏星,用黑点表示甘氏星。是本书中独放异彩的一个部份。
卷下是水运仪象台的总体、台内各原动及传动机械、报时机构等,共图二十三种,附别本作法图四种。其中还有一段无附图的文字,讲的是“仪象运水法”,即利用水力带动整个仪象台运转的过程。这些结构图是我国现存最古的机械图纸。它采用透视和示意的画法,给出机件的名称,是研究中国工程图学史的重要资料。王振铎先生在复原水运仪象台时,发现这些图的一点一线都有根据,书中所记尺寸数字是准确的。
根据书中尺寸,可知水运仪象台是一个巨型仪器,相当于今日说整个仪器高约十二米,分三层,宽约七米,大体相当于今日一座三层小楼。底层是动力装置和报时钟,中层密室内旋转着浑象,最上层是屋顶可以启闭的放着铜浑仪的观测室。它集测时、守时和报时于一仪,相当一座授时天文台。
动力和控制转动速度的部分,更是令世人瞩目。学者们一致认为书中记录下来的是世界上最早的天文钟。书中叙述一组提水机械将水灌入天河中,经过恒定水位的水箱漏水,每注满枢轮上的一个水斗,水斗就下沉,从而转动了枢轮,这就是动力。但一套杠杆装置使枢轮转动不会失控,它会被铁拨子阻挡而停止,只有下一个水斗又被注满下沉时才会打开。其作用是将枢轮变速转转化为间歇转,从而达到控制转速的目的,这套装置就是擒纵器。
擒纵器是钟表的灵魂,水运仪象台实在是一架带有擒纵器的水钟,这比欧洲发明擒纵器早了三百多年。《新仪象法要》用事实说明了钟表中这个关键设备的发明和应用,成为欧洲一些科学史家细心研读的书籍。他们还根据书中介绍,制造复原动力装置和水运仪象台,并将他们的复原制品送到博物馆展览。
《新仪象法要》是研究中国科学史、中国机械史、钟表史、中国天文学史的重要文献。它早已走出国界,成为世界各国科学史家关注的一部著作。但是它还不能看成水运仪象台设计图纸汇总,因为有些部分没有图,有些部分说明欠详。以致南宋时代想再造浑仪,拿着《新仪象法要》,调来了苏颂的儿子,也造不出来新的浑仪。
现今流传的《新仪象法要》一书的版本,都源出于南宋乾道八年(1172年)施元之的刻本,施元之曾根据当时所见的各本进行过校补,成为三卷的刻本。通行本中以《守山阁丛书》刊本为善,书中第一篇就是前面介绍的《进仪象状》。其它版本不详。