清代南通科学家蒋煜

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清代科学家蒋煜及其创造的浑天仪和万年表

王秉钧(江苏南通通美公司)
《中国科技史料》第14卷第1期(1993年)

内容提要

笔者从古籍中搜集、整理了记载清代南通科学家蒋煜及其发明的史料,对其身世作了初步考证,介绍了蒋煜发明的世界上首台以机械钟为动力的多功能浑天仪,并对照东汉张衡的浑象加以评述。此外,还详细介绍了蒋煜发明的世界上第一台以水银配合摆牌作动力的自动钟。

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南通科学家蒋煜雕像

东汉科学家张衡创立浑天学说,于阳嘉元年(公元132年)发明了世界上最早的浑象, “定黄道交角为二十四度,分全球为三百六十五度又四分之一,立南北二极,布置二十八宿和日月五星,以漏水转之。某星始出,某星方中,某星今没,和实际完全一样;其精确是当时中外所没有的。”[1]遗憾的是,张衡关于水运浑象的制作方法未能流传下来。

我们从清代江南文人所辑的《崇川咫闻录・杂稽录》卷九第十五中有幸发现了关于南通州人蒋煜所发明的多功能浑天仪和“万年表”的详尽记载。这位清代的张衡式的科学家及其发明的多功能浑天仪,堪与张衡的浑象媲美,不仅是古代中国天文科技史上闪耀着神采的瑰宝,而且在当时世界上居领先地位。

一、蒋煜身世

清光绪《通州直隶州志》中有关蒋煜的一段记载:“蒋煜,字秋田,天姿敏慧,尝制浑天仪,观星测暑,了然心目;又为万年仪表,终岁自行,较西器尤良。工写真,纸上有生气。”[2]根搪地方文献记载的吉光片羽,我们对蒋氏父子身世略作一些考证。

据《南通书画家简谱》所载,蒋煜之父蒋震文,字翼邻,号霎山,岁贡,为清代南通有名的诗人和画家。《崇川各家诗钞汇存》对蒋震文评价极高,说他“兴至作山水一帧,神致闲逸,似元人笔。默坐裁诗,或半月不着一字,及诗成,见者敛手。……生平颖敏绝伦,兼工元人词曲及畴人之学,卜筮星命之书,歧黄之术,下逮围棋、击剑、吹竹、弹丝,诸艺无不精妙。盖分其余技,足了十人云。”[3]作为一位精通天文、历法、数学和艺术等的父亲显然会对其子蒋煜产生积极的影响,并使蒋煜受其文化薰陶。

清代南通州文坛活跃,诗人李懿曾(字渔杉)在他所作《望江南》词后自注:“家叔祖晴江公善梅竹。”而在其文《游北山记》中有“乾隆乙卯六日为予四十生辰,携琪儿暨周李两生往探其胜”[4]句。其中“晴江”即清代扬州八家之一的画家李方膺,“琪儿”系南通诗人李琪,乃为李方膺的曾侄孙。值得注意的是,李琪在所著《少山诗钞》卷三中的《己已正月六日过杨司马斋中晤朱石甫昆季、蒋秋田、龚岳庵、成盟荪作》一诗中透露,在这次聚会中,李琪与蒋煜欣逢,“主人问年辨坐次,鬑鬑短须颇相似。蒋侯差长余差少,余亦明年三十矣。”此诗沙系道光癸未三年(1823年)刊,李琪于同年自序云:“余学诗垂三十年矣。”因之,诗中“己已”当为清嘉庆十四年(1809年)。依此推算,蒋煜约生于乾隆四十五年(1780年)左右。李琪在上面所提的诗中有“蒋侯历落美风止”[5]句,正为我们描绘了蒋煜而立之年,风华正茂,与众不同的俊伟仪态。

由范仲淹的后代范镫纂、著名近代实业家张謇续纂的《南通县图志》中也有关于蒋煜的资料:“蒋秋田终其身为天算,解风角之术。与范崇简比邻而居,朝夕过从以为乐。”当时四周的人们都很敬佩蒋煜杰出的才能,认为蒋煌所作的“占验无不应者。秋田所居,有大皂荚树,至今犹存。众相传为灵怪,不敢伐也。”从此段资料中,可见蒋煜将毕生精力献给天文学事业,精察天象,禅精测候,勤心锐思,朝夕无倦。蒋煜既重视天文观测,又能预先推算日月五星的行度或日月食等天象的发生。至于观测实际天象是否和推算结果相符,系用实践来检验所用方法是否准确。总之,蒋煜能够科学地批判和继承古代天文占候之术,用于 “观星测晷,了然心目”。上文资料中述及世人相传蒋煜故居的皂荚树为灵怪,纯属无稽之谈,许是对蒋煜故居所留之物“爱屋及乌”的心情所致罢了。文中提到的范崇简乃北宋政治家、文学家范仲淹之后裔,范镫在《南通县图志・前纂叙传》卷二十三中记载:“曾祖讳崇简,字完初,自号日懒牛。为诸生,未久弃其衣巾。尝曰:吾平生他无所动心,独闻印渚大魁不免耳。印渚者,胡尚书长龄,与吾家比邻,与曾祖同学长而同艺能。”[6]因之,范崇简与南通乾嘉年间的状元胡长龄、科学家蒋煜均“比邻而居”,而蒋煜“所居有大皂荚树”。据此可初步考证出蒋煜居住之处当在现今南通之寺街之内,由胡状元故居而取名之胡家园左近。

在《淡远楼书画目录》中,我们可看到蒋煜极富诗画才能的记载:“蒋煜画人物,宣纸本,纵四尺一寸,横一尺六寸,彩笔。兴酣走笔欲通神,写出蟠桃会里人。潇洒童颜披鹤发,年年留取祝长春。丁亥春月恭鸳坡二兄大人六十荣庆。秋田弟蒋煜。”[7]目录中之“丁亥”当为道光七年(1827年),乃蒋燥47岁时为“鸾坡”即《崇川咫闻录》的编辑者之一徐缙(字鸾坡)所作的贺寿人物画。由此可证明,清代乾嘉道光年间蒋煜在世,其卒年待考。

二、发明机械运作的浑天仪

青年时代的蒋煜“精九数”,精通天文、历法、数学,擅长于制作天文仪器,对前人的发明、创造作了详尽的研究,融会各家之长,敢于超越前人,而“独有心得,为前人所未发方之。[8]

蒋煜制作浑天仪时,“先以杉木作八、九寸圆胎,后用绵纸十余层,皆粘以胶漆。上画黄道、赤道、十二宫线、三垣、二十八宿以及恒星、客星、天河。其色之浅深,光芒之大小,悉与星象准。”[9]这位“工写真,纸上有生气”[10]的蒋煜从颜色、光芒、位置上逼真地再现了星象。然后“从赤道剖开,将木胎脱去”,在内里装上经过精密计算而制造的机械钟的零件,“内用薄铜片作子口,以螺旋三面扭合。内装四柱铜夹板,以二铜杠悬架于球内。用大发条一鼓,中心用九十六齿塔轮,次接二轮,侧轮、尖齿轮、大圆摆。”有了各种传动装置后,运用机械钟“钥匙开劲”(旋紧发条)的方式,能“走十日或半月”。蒋煜发明的浑天仪机械运作的详细结构为:“塔轮轴长四寸余,透于北极出地之处半寸许,用钥匙开劲。夹板前塔轮轴上套一百八十齿大轮,大轮内用卡轮卡簧,开劲时方能随旋。再以逆轮接赤道平分处三百六十齿大圈塔轮,每日走两周,则天球每日走一周。又以三百五十九齿一圈与逆轮并接,中以活管套于塔轮轴上,外用一圈环于球上,圈上安一太阳运行一周,则太阳自然不及天一度。积一岁则太阳迟一周天。”[11]实即表示出恒星日与平太阳日之差别。

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《崇川咫聞錄》对蒋煜的记载

显而易见,它与张衡创制的世界上最早利用水力的浑象(也叫“浑天仪”。用来表示天象的仪器,类似现代的天球仪。)似乎更有长处。张衡利用计时仪器漏壶滴出的水发动齿轮系统,带动浑天仪绕轴旋转,并使浑天仪的转动与地球约周日运动相等,而将天象准确地表示出来。惜乎张衡所制水运浑天的复杂传动系统制度没有流传下来。经过唐、宋天文学家们的努力,宋代科学家苏烦集各家之长,所制仪器兼浑仪、浑象及世界上最早天文钟于一身,更为精巧精密。靖康乱后,宋代仪器均归金人所有。高宗南渡后想再造浑仪,惜无此类专家人才了。后来,苏颂之子苏携曾把其父专著奉上,遗憾的是,当时已没有人能了解专著中所讲方法,所以无法仿造矣[12]。

清代科学家蒋煜创制的“浑天仪”趋于微型,更为玲珑精巧,运转自如,“观星侧晷,了然心目”,并能较精确地表示出恒星日与平太阳日之差别。蒋煜“又于黄道上开一细槽,中束细铜丝圈,穿于太阳背面,使太阳依黄道(地球的公转轨道平面和天球相交的大圆)而行,冬夏分南陆北陆”。还在“球上两极处开小孔以套天轴。外用铜圈四足,架为地平。于南北设两湾条,约三寸许。两端有孔:一为北极出地之所;一为南极入地之所。其度数之差等可随各省分移动,以安两轴为旋转之机。”准确地表现太阳与地球之间的运动关系。至于昼夜之分与二十四个节气都能显示,“地平上立十二呆线,为地盘十二宫,即十二时之分刻,黄道上写节气。太阳圈上安一小黑点,与太阳紧对,如暗虚然,日入则黑点升。如夜半时黑点在午宫,则知太阳在子宫;黑点在己宫,则知太阳在亥宫;黑点在未宫,则知太阳在丑宫。余仿此,夜分即以此定时刻甚便。”[13]

蒋煜和他的朋友们为已取得的成果而自豪,敢与当时西方人所制的“天球”一比高低。蒋煜更直言不讳地批评西方人所制的天球“两极平施,将使天下人悉至南海外、赤道下观天乎?且不能自运,又无时刻可定,较斯制相去不啻倍蓰矣。”[14]确实,当时西方人制造的天球不能够“自运”,更不能定时刻,是远远落后于清代南通州“张衡”蒋煜创造发明的多功能浑天仪的。清代科学家蒋煜与他发明的占当时世界领先地位的多功能浑天仪为世界和中国天文学史上增添了光辉的一页,他的发明创造在天文学史上应有一定的地位。我们相信,历史会作出公允评价的。

三、创制“万年仪表”

蒋煜在科技的领域里执着追求,自强不息,积极不断地有所创造有所发明。除上文述及的浑天仪外,她还曾经创制了世界上第一台“万年仪表”(《崇川咫闻录》称“万年表”)。《崇川咫闻录》对此作了较详细的记载:这种自动钟“不用发条、塔轮、链子;只用中心侧轮,尖齿轮。其尖齿轮倒锉,用大圆摆,摆牌倒装,摆圈上用小匣,内藏水银,随摆力较其轻重。”内部有一系列控制装置,“有翻摆钉两旁,有细挺簧挡住。欲其走则摇动摆圈向左右,水银趁执着力,游丝又相助作开合。如此往来则摆永无休息,而摆牌拨尖齿轮,则诸轮自相应而走。”其法“以轻松为主。虽终年可以自行,而且其力甚微,一切齿轴永无损伤之虞。”这种一下子起码可走上一年的自动钟,与其它钟表用发条开劲者“以轮走摆”相比,它是“反以摆走轮”,“虽西人(外国人)亦未闻此法,诚创制也。秋田天姿敏慧,于此类中独有心得,为前人所未发方之。近世似江慎修(江永)制器之精、戴东原(戴震)割圆之奥,亦吾辈中之异人也。”[15],这是当时蒋煜的同辈人亲眼所见其发明后,作出的客观而公允的评价。

诞生于213年前的南通科学家蒋煜(1780-?年)不仅发明创造了世界上第一台以机械钟为动力的多功能“浑天仪”,也发明创造了世界上第一台以水银配合摆牌“终岁自行,较西器尤良”[16]的自动钟。关于蒋煜这两项极重要的发明创造的翔实史料,不仅是祖国古代天文学史上弥足称道的瑰丽珍宝,也为研究复制提供了详尽可靠的依据,同时也永远激励我们后人增强民族自尊心,攀登科技高峰,走科技兴邦之路!
参考文献与注释
〔1〕陈遵妫:《中国古代天文学简史》第99页之注②,上海人民出版社,1955年3月。
〔2〕梁悦馨、莫祥芝修,季念诒、沈锽纂:《通州直隶州志》卷末《杂绝・方技》,第18页,清光绪元年(1875年)版。
〔3〕孙灜:《南通书画家简谱》第11页,民国排印木;转引自同书第12页。
〔4〕徐缙(鸾坡)、杨廷撰(述君)合辑:《崇川咫闻录》卷九第十五“杂稽录”,第80页,清道光庚寅(1830年)版;见同书卷四.第26页。
〔5〕李琪:《少山诗钞》卷三,第11页,清道光癸未(1823年)版;见同书序.第1页。
〔6〕范镫纂、张謇续纂:《南通县图志》(稿本)卷二十二,《杂纪・占验记》,第7页,南通市图书馆油印本,1964年;见同书卷二十三,“前纂叙传”,第1页。
〔7〕同〔3〕,转引自同书,第12页,
〔8〕同〔4〕,第75页;第77页.
〔9〕同〔4〕,第75页。 (10]同〔2〕。
〔10〕同〔4〕,第75-76页。
〔12〕同〔1〕,第130一131页。
〔13〕同〔4〕,第76-77页。
〔14〕同〔4〕,第77页。
〔15]同〔4〕,第77页。
〔16)同〔2〕。

 



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