天文学钟

**天文鐘**是一種特別設計，能同時顯示天文訊息的時鐘。它可以顯示太陽、月亮、星座在該時刻的相對位置，有的更可顯示主要行星的位置。

## 定義

所有可以顯示時間和天文學訊息的鐘都可以稱作天文學鐘。這些訊息可以包括天空中太陽和月亮的位置，月亮的盈虧，日食，每晚某時的星空、恆星時，還有其它的天文訊息等。

天文鐘以地心說模型表示。鐘面中心常為一個圓形或球形的標記表示位於太陽系的中心的地球。常以一個金色的球表示繞地轉動的太陽。這種設計的理念來源於周日運動對於觀測者而言最為直觀，也是生活經驗的關係，也是在尼古拉・哥白尼提出日心說之前歐洲普遍的宇宙觀。

## 歷史

在中國，北宋刑部尚書蘇頌與韓公廉在元祐四年（1089 年）初製成水運儀象台由穩定的水流提供在基座的樞輪最原始的動力，推動報時系統、渾象（用於演示夜空狀況）與渾儀（用於天體測量）的運轉，由於具完善的自動化動力與演示系統，並著有《新儀象法要》一書，較詳細講述製造過程，在 1956 年被英國科學史學者李約瑟稱此為「中國的天文鐘」。

歐洲方面，以聖奧爾本修道院院長理察・沃林福德（Richard of Wallingford）在 14 世紀早期建造的一座天文鐘，以不同的齒輪演示月相與月食，並留下技術說明；另外在帕多瓦的天文學教授東迪（De'Dondi）在 1364 年亦獨立建造了一座天文鐘，除顯示時間外亦演示托勒密體系之下行星軌道的運行情況。這兩座也是歐洲最早出現的天文鐘。

製造天文鐘最大的困難在於，製作鐘的人必須不停的維護它，這不僅需要製造技巧，也需要很多金錢。因此，擁有一座天文鐘也是財富的象徵。

18 世紀，隨著天文學的興起，越來越多的天文鐘在那個時期建造。這個時期的鐘的特點是表現更精確的天文學訊息。

## 世界各地知名的天文鐘

### 蘇頌的水運儀象台

中國歷史博物館和英國科技博物館等博物館收藏了等比例復原的蘇頌設計的水運儀象台。這座巨大的天文鐘高約 10 米，是利用水輪為原動力帶動儀器運轉的自動化天文鐘，設計十分精妙，是世界上最早的天文鐘。

### 史特拉斯堡

史特拉斯堡大教堂自 14 世紀以來，一共有三座的天文鐘。第一座建於 1352 年和 1354 年之間，16 世紀初停止運行。第二座鐘由康拉德・達斯龐迪斯設計，建於 1547 年到 1474 年間，於 1788 年或 1789 年停止運行。大約 50 年後，簡・巴普蒂斯特・施維爾戈帶領 30 名工人建造了一座新的天文鐘。這座鐘增加了很多天文和日曆的功能，被認為是第一座完全用機械的方法計算日曆的鐘。

### 布拉格

捷克布拉格的舊市政廳里天文鐘是最著名的天文鐘之一，它被稱為 Prague Orloj。鐘的核心部分完成於 1410 年。鐘盤上畫著代表地球和天空的背景， 並且有四個主要的移動的圓盤，分別是黃道十二宮圓盤，老捷克時間表，太陽和月亮。1870 年，一個日曆盤增加在鐘的下方。

第二次世界大戰期間，這座鐘幾乎被納粹主義的戰火燒毀。1948 年鐘被修復，1979 年再次修理。根據當地古老的傳說，如果鐘沒有妥善維護，這個城市就會面臨災難。

### 奧洛穆茨

捷克摩拉維亞省的省會城市奧洛穆茨的市中心廣場上也有一個設計精巧的天文鐘。

### 隆德

瑞典隆德大教堂的天文鐘建造於 1424 年左右。1837 年這座鐘被收藏起來，1923 年經過修理又放回原處。當它運行的時候，你可以聽見曲子「In dulci jubilo」從教堂里最小的管風琴里傳出來。鐘平時每天演奏兩次，時間為中午 12 點和下午 3 點。周日第一次演奏在下午 1 點，而不至於打斷了周日的早禮拜。鐘上面部分是天文學鐘，它表示了不同階段的月亮和太陽落下的位置。鐘的下面部分是一個日曆板，目前的這塊日曆板顯示了從 1923 年到 2123 年的日曆。

### 哥本哈根

哥本哈根市政廳有一座完整的天文鐘，放置在一個玻璃小櫥內。這座鐘整整設計了 50 年，由業餘天文學家和職業制鐘匠簡斯・奧爾森設計。有一些部件的設計參考了史特拉斯堡天文鐘。鍾在 1948 年到 1955 年間組裝成功，開始運行。1995 年到 1997 年鐘被大規模重修。

### 拉斯馬斯・澤爾訥斯設計的天文鐘

挪威的拉斯馬斯・澤爾訥斯是最出色天文鐘設計者之一。他的設計複雜精確，在 0.70 x 0.60 x 2.10 m 的尺寸就可以製作出精密的天文鐘，包括了太陽和月亮的位置、儒略曆、格里曆、恆星時、格林威治標準時間、當地時間，還包括閏年、日食、月食、當地日出日落的時間、潮汐、太陽黑子周期。它還顯示了一些其它的恆星，如周期為 248 年的冥王星運行軌道和周期為 25,800 年的地球軸線歲差。所有的齒輪都是由黃銅製作，並鍍金，鐘盤鍍銀。

澤爾訥斯根據自己對星空的觀察，還製作了一些有用的工具。這個出色的天文鐘很可能是最後一座由一個真正的製鐘高手獨立手工完成的傑作。這件作品，是機械時代的一個象徵。這座鐘曾經在美國伊利諾州羅克福德時代博物館和芝加哥科學工業博物館。2002 年，鐘被人收購，目前下落不明。

### 其它天文鐘

很多歐洲的城市都有天文鐘。你可以在各地看到他們，如威爾斯大教堂、艾希特、奧特里聖瑪麗、溫伯恩明斯特、漢普頓宮、溫特圖爾、克雷莫納、斯普利特、曼切華、布雷西亞、羅斯基勒、明斯特等等。

法國魯昂有一座 14 世紀的天文鐘，位於大時鐘街 (Gros Horloge) 街上。法國里昂的聖瓊斯大教堂也有一座 14 世紀的天文鐘。

瑞士首都伯恩的時鐘塔鐘樓有一座 16 世紀的天文鐘。

### 座鐘

由於座鐘的廣泛應用，因此有很多天文座鐘。在 17 世紀，奧古斯堡的學徒想成為制鐘高手，必須設計和製作一個高手級的鐘，如天文座鐘。倫敦的大英博物館保存了一些天文座鐘。

巴黎郊外的凡爾賽宮有一個華麗的洛可可風格的天文座鐘，它由一個製鍾師和一個學徒花費了整整 12 年製作而成，於 1754 年獻給路易十五。

### 表

近代獨立制鐘師克里斯汀・范德克勞製作了一個天文腕錶，命名為「Astrolabium」，之後又設計了「Planetarium 2000」，「Eclipse 2001」和「Real Moon」系列。瑞士的鐘表公司雅典錶（Ulysse Nardin）也推出了數款天文腕錶「Astrolabium」、「Planetarium」和「Tellurium J. Kepler」。

## 設計描述

儘管每一座天文鐘各有不同，但是它們有一些共同的特點。

### 時間顯示

大部分天文鐘錶盤外圈是一個 24 小時指針式錶盤，從羅馬數字 I（1）到 XII（12），然後再從 I（1）到 XII（12）重複一遍。當前的時間由一個指針指示，通常在指針的尾部有一個金色的球或者太陽的圖片。本地的中午通常在錶盤的正上方，子夜在錶盤的正下方。分針基本不使用。

指針指示了太陽的方位角和地平緯度。從方位角來看，錶盤的上方表示南方，兩個 VI（6）表示了東方和西方。從地平緯度來看，錶盤上方是天頂，兩個 VI（6）決定了水平線。（這是從地球的北半球來設計的。）當然，這種設計在春分秋分，即晝夜平分之際是最準確的。

如果 XII（12）不在錶盤的上方，或者數字是阿拉伯文而不是羅馬文，那麼時間顯示是義大利時間。在這種系統裡面，0 點是太陽落下的時候。

### 日曆和星座

年通常用 12 個星座來表示，一般在 24 小時錶盤的裡面排成一圈，顯示了黃道、太陽和星球在星空運動的軌跡。

由於地球的自轉有傾斜角，黃道星球投影在鐘的表面上有點偏離中心，並有一些細微變形。立體投影的角度是從北極為基點的。而通常星盤的設計是以南極為基點的。

確定日期的方法就是通過時針在星座盤的交叉點確定了當前的星座。這個指示點一年內繞星座盤轉動，太陽也就從一個星座移到另一個星座。以上圖的布拉格的錶盤為例，太陽盤現在移到了白羊座，左邊是雙魚座。因此時間是 3 月底或四月初。

### 月亮

鐘盤上有一圈數字從 1 到 29 或 30 表示月亮的周期：新月是 0，滿月是 15。通常用一個黑色的半球來指示月亮的位置。

### 小時線

不等長計時法通常把白天分成 12 個等長的小時和黑夜分成另外 12 個小時。在歐洲，夏天白天的時間要比晚上長很多，所以白天的小時要比夜晚的小時長一些。同樣的情況在冬天，白天的小時比夜晚的小時短。這些不等長的小時用鐘盤中間的曲線表示，夏天長的小時在圓盤的外周。

## 參考資料

* 約翰・諾思（John North）--《上帝的制鐘匠 - 理察・沃林福德》（_God's Clockmaker, Richard of Wallingford and the invention of time_），倫敦，2005 年。
* 托爾・澤爾訥斯（Tor Sørnes）--《制鐘者 - 拉斯馬斯・澤爾訥斯》（_The Clockmaker Rasmus Sørnes_），Borgarsyssel 博物館，挪威，2003 年挪威文版本，2006 年英文版本。
* 金・亨利（King Henry）--《星座的齒輪：恆星，太陽和天文學的革命》（_Geared to the Stars: the evolution of planetariums, orreries, and Astronomical Clocs_），多倫多大學，1978 年。
* 弗洛里安・萊特納（Florian Leitner） --《天文鐘原理》（Die Astronomische Uhr）德文，2003 年。 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）

## 參見

* 渾天儀
* 水運儀象台

## 外部連結

* （法文） Les Cadrans Solaires （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* 一個模擬天文鐘運行的網站 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）