平子讲堂丨机械制造之相风铜鸟与瑞轮蓂荚-南阳市张衡博物馆

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古籍文献中多称相风铜“乌”，而今人多谓之“鸟”，下同。对风速、风向的测量和对风力破坏程度的计算，是我国古代气象科学取得的杰出成就之一。而就仪器制造来说，汉代的相风铜鸟类测风器的制作，已表明了这种成就。

相风铜鸟

据历史记载，东汉时风灾较多，而安帝时期尤为严重。《后汉书·五行志》中列举了多次大的风灾。如，“和帝永元五年（93年）五月戊寅，南阳大风拔树”、“安帝永初二年（108年）六月，京都及郡国四十大风拔树”、“安帝元初六年（119年）夏四月，沛国、勃海大风，拔树三万余枚”对这种自然灾害，朝廷极为重视，而作为两任太史令的张衡，“候风”的工作亦是其职守所在。张衡根据实际生活中的观测，并在借鉴前人“铜凤凰”、“相风乌车”的基础上，于顺帝阳嘉元年（132年）制造了这种用于风向观测的气象仪器——相风铜鸟，并安装于长安灵台之上。

《三辅黄图》载：“汉灵台在长安西北八里，汉始曰清台，本为候风者观阳阴之变，更名曰灵台。郭缘生《述征记》曰：‘长安宫南有灵台，高十五仞（120尺），上有浑仪，张衡所制，又有相风铜乌，遇风乃动，察其所自，云鸟动百里，风鸣千里’”。《古今图书集成·历象汇编》亦载：“东汉张衡制相风铜乌，置之于长安宫南灵台之上，遇风乃动。”

张衡的相风铜鸟是作为朝廷亦即官方的“候风”仪器而立于灵台之上的，其地位及重要性由此可见。对于相风铜鸟的制作方法及运行原理，李淳风在《观象玩占》中做了较为详细的介绍：“凡候风必于高平远畅之地，立五丈竿。于杆首做盘，上作三足乌，两足连上外立，一足系下内转。风来则转，回首向之，鸟口衔花，花施则占之。

中国考古工作者在河北安平县逯家庄发掘的一座东汉古墓墓室壁画中，发现一幅东汉建筑群鸟瞰图，图中的一座钟楼上立有相风鸟和测风旗。这是最早的相风铜鸟图，从而毫无疑问地证明相风鸟是世界上最早出现和使用的风向仪，而西方装在屋顶上的候风鸡，是在12世纪开始有的，比张衡的相风铜鸟晚了约1000年。河北安平县东汉墓壁画中的建筑群鸟瞰图我国著名气象学家竺可桢曾考证到：在气象仪器方面，雨量器和风信器都是中国人的发明，算年代要比西洋早得多。《后汉书·张衡传》：“阳嘉元年复造候风地动仪。”《后汉书》单说到地动仪的结构，没有一个字提到候风仪是如何样子的，因此有人疑心以为候风地动仪是一件仪器，其实不然。……由此可知，张衡的候风铜鸟和西洋屋顶上的候风鸡是相类似的。西洋候风鸡到12世纪的时候始见之于载籍，要比张衡候风铜鸟的记载迟了1000年。

东汉以后，张衡的相风铜鸟仍为历代所沿用，并在此基础上有所发展，这在史籍文献中多有记载。晋潘岳《相风赋》曰：“立成器以相风，栖灵鸟于帝庭”。《晋书》载：“东晋废帝初即位，有野雉集于相风，后为桓温所废。”

到了南北朝以后，相风鸟更被普遍使用在官吏、富豪之家的庭院林园中，也使用于外出的车辆和舟船上。《北史·信都芳列传》云：“信都芳，字玉琳，河间人也。少明算术，兼有巧思，每精心研究，或坠坑坎。延明家有群书，欲抄集五经算事为五经宗，及古今乐事为乐书。又聚浑天、欹器、地动、铜乌、漏刻、候风诸巧事并图画为《器准》。”《梁书》中载：“梁长沙五懿孙孝俨，从华林园，于坐，献相风乌。”梁朝马信的《马射赋》曰：“华盖平飞，风乌细转。”

北宋时期，相风鸟被继续使用。宋神宗时，高承在《事物纪原·集类·相风篇》中引少昊母曰：“皇娥游穷桑之浦，有神童称为白帝子，与皇娥宴戏泛于海，以桂枝为表，结芳茅为旌，刻玉为九鸟，置于表端，言知四时之候。今之相风乌，亦其遗像。”宋代诗人赵汝燧曾有“风乌破波帆樯急”的诗句。由此可见，宋代不仅继续使用相风鸟，而且已将之应用于舟船之上，观察风向，以提高行船技术。清代《河工器具图说》一书中绘制了相风鸟的图形，并云：“刻木象乌形，尾插小旗，立于长竿之杪或屋顶，四面可以旋转。如风自南来，则乌向南，而旗向北。”可见，直到清代，相风鸟仍在中国人的生产生活中发挥着不可或缺的作用。

瑞轮蓂荚

张衡曾根据传说中的一种植物“蓂荚”，创造出相当于自动日历的机械装置——瑞轮蓂荚。《晋书·天文志》载：至顺帝时，张衡又制浑象，以漏水转之于殿上室内，星中出没与天相应。因其关戾，又转瑞轮蓂荚于阶下，随月虚盈，依历开落。

蓂荚是传说中的一种神树，它从每月的初一到十五日，每天生长一荚，十六日开始，每天落一荚，所以看荚数的多少，就知道日期及月亮的圆缺。据《文选》引《白虎通义·封禅》云：日历得其分度，则蓂荚生于阶间。蓂荚者，树名也。月一日一荚生，十五日毕。至十六日一荚去，故夹阶而生，以明日月也。《文选》对此注曰：蓂荚，瑞应之草，王者贤圣，太平和气之所生。生于阶下，始一日生一荚，至月半生十五荚。十六日落一荚，至晦日而尽。小月则一荚厌不落，王者以证知月之大小。

张衡也曾在《东京赋》中写道：“盖蓂荚为难莳也，故旷世而不觌。惟我后能殖之，以至和平，方将数诸朝阶。”受此启发，张衡遂发明了瑞轮蓂荚。瑞轮蓂荚和张衡的另一发明漏水转浑天仪连在一起使用，作为漏水转浑天仪的附属装置，以示日期，同时借助滴漏壶的力量达到自动运转的效果。瑞轮蓂荚内部安装有多个齿轮，作为动力的传送装置，在其中心轴上均等围装着十五个具有凸轮作用的拨板，分别作用于十五个蓂荚。使用时，滴漏壶产生的动力通过漏水转浑天仪传送到瑞轮蓂荚，带动齿轮系运转，齿轮系通过运转又将动力传送至中心轴，中心轴上的拨片则依次作用于外部的十五个代表日期的荚片，按照应有的时刻升降，达到浑天仪转动一周，同时瑞轮蓂荚也升起或降落一片的目的。因为阴历是按照月亮的运行周期制定的，因此，瑞轮蓂荚不仅可以显示日期，同时，人们通过它也可以知道月亮圆缺的增减情形。

张衡发明的瑞轮蓂荚把机械天文钟和自动日历结合在一起，对计时器的发展具有划时代的意义，也对后世天文仪器的制造产生了巨大的影响作用。可惜，这种装置的制造方法并没有流传下来，我们今天所做的描述，只是后人根据文献记载所做的推测而已。

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编辑 | 陈枳佑

校对 | 付会军

审核丨黄迎光

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