星图、天文钟、指南车……意想不到的古人的黑科技!

进入21世纪,我们一路见证着人类科技的飞速发展,也享受着由此带来的种种便利。作为四大文明古国之一,中国孕育过灿烂的科技文明,除了人尽皆知的四大发明,还有大量推动人类进步的『黑科技』。不论古人还是今人,发展科技的根本动力,都是为了看得更多、走得更远。

领先世界的中国古代星图

20世纪初,英国探险家斯坦因从敦煌藏经洞拿走9千多种敦煌卷轴,其中有一卷星图,大约绘制于8世纪初,图上有1350多颗星,是世界上现存星图中最古老、星数最多的。

这卷星图,是按照每月太阳所在的位置,利用类似墨卡托投影(正轴等角圆柱投影,荷兰地图学家墨卡托1569年创立)的方法,分12段把赤道带附近的星画出来。只是,它的出现,比墨卡托投影法要早600多年。

在敦煌星图出现之前,古人画星图的方法大约有两种。

第一种方法,是以北极为中心,将全天的星投影在一个圆形平面上,汉代的“盖图”大概都是这样画的,现今保存在苏州的宋代石刻天文图也沿用此法。这一方法最大的缺点是,南天的星(越往南越明显),在图上彼此的距离越远,实际上的距离越近。

另一种方法出现在隋代,利用直角坐标投影,把全天的星画在所谓“横图”上。这样做的结果是,赤道附近的星与其实际分布状况较为符合,但北极附近的星就相差甚远。

为了克服这两种画法的缺点,只能将天球一分为二:北极附近的星图画在“圆图”上,赤道附近的星则画在“横图”上。这种绘制方法一直应用至现代,而敦煌星图则是迄今所知的最早按照这种方法进行绘制的星图。

Tips

敦煌之外无星图?

敦煌星图出现以前,中国汉代墓中也有星图(例如洛阳西汉壁画墓出土的星象图),但星数太少,而且画得很不准确,难以辨认;而古埃及和古希腊的天图,都是以美术性质为主的星座示意图,严格说来不是星图。

自公元前2世纪到1609年发明望远镜,西方的星图上最多出现过1022颗星。外国的科学家们普遍认为,文艺复兴之前,除中国外,再也找不出别的星图。

宋代的自动化天文台

宋元祜元年(1086年),哲宗皇帝亲自下诏,由苏颂带领各路人才成立“元祜浑天仪象所”,先验证设计方案,再造大木样进行严格演示,最终于1092年铸造出铜制水运仪象台,共用铜两万斤,苏颂还编著了设计制造说明书《新仪象法要》,配有70幅示意图。

水运仪象台是一座巨型天文钟,也是一座大型自动化天文台,它的构思,吸取了北宋初年天文学家张思训所改进的自动报时装置的长处,以及各家仪器的优点,还采用民间使用的水车、筒车、桔槔、凸轮和天平秤杆等机械原理,将观测、演示和报时设备集中起来,组成一个整体。它的诞生,充分体现了中国天文计时仪器与机械设计制造技术多方面的成就。

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天文算学,国家要务

“历法乃国家要务,关系匪轻。”(康熙皇帝语)天文算学一直被视为改正朔、易服色、“受命于天”的标志,同时“观象授时”也可以指导农业生产,因此备受历代统治者的重视。自汉代以来,中国历代王朝都设有大规模的皇家天文机构,用以观测天文、制定历法,即使战乱之中也未中断。因此,中国古代天象记录之丰富为世界之冠,历法也备臻精确。

水运仪象台创下的“世界之最”

世界最早、最大、最重(20吨)、自动化程度最高同时也最复杂的巨型天文钟。

苏颂编著的《新仪象法要》是世界上最早的天文钟专著,其中的插图,是中国现存最早的机械图纸。

控制齿轮转动速度的擒纵器(天衡、天关、左右天锁、天条、天权、夹叉、关舌等),被西方国家公认为“欧洲中世纪天文钟的鼻祖”。

传说中的指南车

“指南车”也叫“司南车”,最早的文字记载出自《晋书·舆服志》。简单来说,“指南车”就是古代的“导向车”,车上立有一个木人,伸出一只手,不管车子开往哪个方向,这只手都会指向南方。这种指南车利用齿轮转动系统和离合装置来指示方向,显示了中国古代机械技术的成就。关于“指南车”有种种传说,如黄帝曾用它打败蚩尤等,但这些多为后人杜撰,不足为信。按照保守推断,“指南车”的名称、概念始于三国时代,当时的史料中有关于指南车及其制作的详细描述。不过彼时指南车大约只是玩物,直到西晋时,才真正在路上行驶。

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中国最早的“计程车”

记里鼓车,是中国古代一种用于计算道路里程的车,由“记道车”发展而来,与指南车同为天子大驾出行时的仪仗车。记里鼓车的基本原理与指南车相同,也是利用齿轮机构的差动关系,促使车上的木人到达一定里程后击鼓计数。

解救骑马者的神器

看以先秦时代为背景的古装电视剧时,脚踩马镫的画面总让人产生一种违和感。尽管目前马镫出现的具体年代尚不确知,但可以肯定的是,战国时代绝对没有。

在没有马镫的年代,由于马的身躯高大,人们上马时往往需要他人托举,或是先站在石头上,再跨上马背。没有马镫的支撑,骑行也是一件十分辛苦且危险的事,稍不留神就会身体失衡、脱鞍坠马。因此,马镫的发明和应用,在人类发展史上具有堪称划时代的意义。

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马镫与欧洲骑士

很少有人知道,马镫竟是欧洲11-14世纪骑士制度兴盛的一个重要原因。马镫发明之前,欧洲的骑士们也会遇到上马困难、骑行危险等各种状况,马上作战更为困难。自马镫出现之后,重装枪骑士便成为中世纪欧洲的经典形象。英国科技史学家怀特这样评价:“很少有发明像马镫那样简单而又具有如此重大的历史意义。”

从竹子中获得的灵感

水密舱壁,就是舰船上不透水和油的舱壁,当外壳破损或部分舱室进水时,使得舰船仍能漂浮在水上。这项技术也是中国人发明的。

有文献记载的水密舱壁出现在公元410年前后,发明人是晋代农民起义军领袖卢循。从目前已出土的唐朝及以后的古船中,普遍能看到水密舱壁的设置。

西方学者认为,水密舱壁的发明,是借鉴了竹子的横隔膜。美国科技史学者坦普尔在《中国发明与发现的国度》一书中写道:“建造船舶舱壁的想法是很自然的,中国人是从观察竹竿的结构获得这个灵感的,竹竿节的横隔膜把竹子分隔成好多节空竹筒。由于欧洲没有竹子,因此欧洲人没有这方面的灵感。”

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运气不佳的泰坦尼克号

泰坦尼克号被称为“不沉之船”,是因为采用了水密隔舱设计。但泰坦尼克号的储备浮力大约为4个排水舱,冰山不多不少,刚好划破了5个隔水舱。

原文标题:《古人的黑科技》

来源:《中国国家旅游》2016年04期     月海妖后

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