开元七年六月的洛阳,暑气初起。
皇城东南角的格物院,却比往日更加安静。这处由前朝太史局旧址改建而成的院落,三进三出,青砖灰瓦,与金碧辉煌的宫室相比显得朴实无华。院中古柏参天,蝉鸣阵阵,唯有东侧偏殿内不时传来金属敲击声和低低的交谈声,打破了午后的沉寂。
偏殿内,三丈见方的空间里,一座庞然大物占据了大半。
那是一尊高达八尺的铜制仪器,由上、中、下三层组成,结构繁复精巧。最上层是一个浑天仪,铜铸的星宿缀在球面,二十八宿、黄道赤道、南北极圈一应俱全。中层是数层交错的齿轮组,铜齿咬合紧密。最下层则是四个大小不一的铜壶,最大的足可装水三石,最小的仅如茶盏。清水从最高处的“天池壶”缓缓流出,经过“平水壶”、“分水壶”的调节,最后滴入最下方的“受水壶”。随着水滴,中层齿轮缓缓转动,带动上层的浑天仪模拟星辰运行。
这便是汉代张衡所创“漏水转浑天仪”的仿制品。
格物院首席张衡——与四百年前那位天文学家同名,也继承了其探索精神——此刻正站在仪器前,眉头紧锁。这位年过五旬的老者须发花白,身穿一袭洗得发白的青布袍,袍角还沾着几点铜锈。他手中拿着一卷泛黄的图纸,正是当年张衡所绘《浑天仪图注》的摹本。
“还是不对。”张衡放下图纸,指着受水壶旁的一个浮箭,“一日十二时辰,这浮箭指示快了半个时辰。连续七日,日日如此。”
旁边站着的司天监少监李淳风,是个三十出头的年轻人,师承家传历法之学,三年前调入格物院协助天文仪器研制。他俯身观察水流的细微变化,沉吟道:“张公,学生以为问题出在平水壶的漏孔。汉代所用漏孔尺寸,乃依洛阳水质而定。如今虽用同一水源,但百年来河道变迁,水中泥沙含量有变,流速自然不同。”
“有道理。”张衡点头,唤来一旁的工匠头领,“周师傅,将平水壶拆下,重制漏孔。”
工匠头领周大锤是个五十余岁的粗壮汉子,双臂筋肉虬结,却有一双极灵巧的手。他带着两个徒弟上前,小心翼翼地将平水壶卸下。这铜壶重三十余斤,壶底有一个直径三分的漏孔,孔缘光滑如镜。
“张公,李少监,这漏孔尺寸如何调整?”周大锤问。
张衡从怀中掏出一个小布包,展开是十余根铜针,从细如发丝到粗如竹签。“先试减少半分。淳风,你计算一下,若孔缩小半分,一日累计误差可减少多少?”
李淳风走到一旁的书案前,案上摊着算筹和纸笔。他快速摆弄算筹,片刻后答道:“依学生演算,孔缩半分,日误差可减三刻,但仍有一刻偏差。”
“那就再制一个缩小一分的。”张衡将一根稍粗的铜针递给周大锤,“用这根做芯,浇铸时裹泥范,务必保证孔圆、壁滑。”
“得嘞!”周大锤接过铜针,带着徒弟去了院中的铸造坊。
张衡与李淳风继续研究其他部分。这尊浑天仪自开元五年开始仿制,历时两年,耗铜三千斤,动用工匠三十余人。司马柬对此极为重视,每月必问进展。因为准确的时间计量,不仅关乎天文观测、历法修订,更关系到朝廷政令发布、军事行动协调、市场开闭管理等方方面面。
“张公,”李淳风指着浑天仪上的星宿位置,“学生近日观测,发现北斗七星之位,较汉代星图有细微偏移。是否应在浑天仪上相应调整?”
张衡眼睛一亮:“有数据否?”
“有。”李淳风取来一卷观测记录,“去岁冬至、今岁春分、夏至三次测量,北斗天枢星位置较永平年间(东汉)东移三分。”
“好!好!”张衡连说两个好字,“这才是格物院该做的事——不泥古,要求实。周师傅回来,让他一并调整星位。”
说话间,周大锤已捧着新铸的平水壶回来了。铜壶还带着余温,漏孔在光线下泛着金黄的光泽。师徒三人将壶重新安装,注入清水。张衡手持沙漏——这是目前最可靠的计时工具——与铜壶滴漏对比。
水滴声在寂静的殿中格外清晰,嗒,嗒,嗒,规律而持久。
一个时辰过去,张衡查看浮箭刻度,又对照沙漏,脸上终于露出笑容:“误差减至一刻。有进展!”
李淳风却道:“张公,一刻误差,对于天文观测仍是太大。学生有一想法:可否在受水壶上加设一副壶,以浮杆联动,将水滴积累的重量转化为齿轮动力,再通过一组减速齿轮,驱动更精细的刻度盘?”
张衡沉思片刻,猛地拍案:“妙啊!汉代浑天仪以漏水流速直接驱动,水流稍有变化,误差即生。若改为以受水重量驱动,只要水源稳定,重量积累的误差远小于流速误差。周师傅,取纸笔来!”
三人围在案前,张衡执笔勾勒草图。他画出一个双层受水壶,上层接滴水,下层为称重壶,壶底设杠杆,杠杆另一端连接齿轮组。李淳风在一旁计算齿轮传动比,周大锤则琢磨如何铸造那些精细的铜齿。
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