當了二十幾年地球科學老師，其實我從來沒有對中國古代天文學感興趣過。直到在科博館擔任解說志工，開始講解水運儀象臺上的渾儀時，才開始對渾儀上頭那些圈圈環環開始感到好奇。後來每次上網搜尋資料，總是會出現南台科大的網頁，才知道南台科大有個古機械研究所，對這些中國古代的機械很有研究。最近南台科大與創藝天時這個文創團隊，推出一些古代科技文物的模型，這個渾儀的模型就是他們最新的作品。

這個渾儀模型是根據北宋時蘇頌所發明水運儀象臺上方所設置的渾儀為基礎，保留所有渾儀運作與觀測的設計，只有稍微修改渾儀的基座。所以只要把模型組裝起來，就可以擁有和真實渾儀相同的操作方式與功能。我就是把這個模型組裝完成之後，才真正搞清楚渾儀構造的原理，以及操作和觀測的方法。

渾儀模型實際操作的說明影片

這件渾儀模型的材料是以一般雷射切割常用的木板，材料的彈性和耐用性都還不錯，我做了兩個都還沒有把材料折斷過。只是過程中裝錯好幾次，拆開來又很費事。有幾個零件拆下來之後就有點鬆，幸好外層的結構會再把內層的結構壓緊，整個渾儀不會變得七零八落，真是不錯的設計。

有別於原始的渾儀，渾儀模型每一片材料的組裝和榫接，都設計得相當精巧。雷射切割的精細度也很足夠，組裝起來不會鬆垮垮地掉下來或是硬塞也塞不進去的狀況。只不過組裝的過程要把許多環圈的構造一層包覆一層，到最後階段會需要一點「巧勁」和很大的「耐性」， 否則就容易折斷材料。

很多朋友都在最後階段折斷了一、兩根材料，幸好最後最難安裝的一個步驟，是在固定整個渾儀。即使弄斷材料，也只要以白膠固定就好，不影響渾儀的操作和功能。

其實除了底座之外，渾儀模型的極軸設計也和原始渾儀不同。原始渾儀的極軸是固定角度，這件渾儀模型的極軸是可調仰角的形式。如果地球科學老師要拿渾儀來教天文學，我覺得是有點困難。但如果已經學過天文學再來看渾儀的構造和原理，一定就會覺得有趣。

今天帶著渾儀的成品在路上走時，得到好多人的注目說，真驕傲！

以下是我在組裝渾儀時的一些心得（繼續閱讀），與大家共同分享。頁面圖檔來自渾儀模型內的使用說明書，引用時請註明出處是創藝天時。

創藝天時官方網站：https://www.amtech.org.tw/

創藝天時的渾儀商品網頁：Pinkoi

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9. 把蘇州石刻天文圖當作星座盤使用

蘇州石刻天文圖其實和今天的星座盤設計是相同的。…詳細內容

關於中國古代天文學最主要的參考資料來源是：
徐剛、王燕平，2019，星空帝國：中國古代星宿揭祕，楓樹林出版社。
https://www.books.com.tw/products/0010823350

這座宏偉的木塔，全部倚靠木造的結構建築而成，沒有半根鐵釘或其他金屬的材料。支撐著這座木塔最重要的建築技術，叫做「斗拱」。我們可以從木塔模型看見塔裡面的支柱，每一根支柱頂端好像開花一樣的木造結構就是斗拱（圖三）。這些斗拱不僅橫向可以連接每一根支柱，讓木塔穩固。還可以讓每一層的支柱向上延伸，承接更上一層的支柱。

觀眾們如果仔細觀察的話，還會發現釋迦塔的每一根支柱其實並不粗；更神奇的地方是，底層的支柱和上層的支柱並不相連。不禁讓人好奇，這一層和一層之間的支柱究竟怎樣可以向上支撐起這整座木塔呢？

原來這座木塔外觀看起來只有五層，但是在每一層木塔之間，其實還另外夾了一層木造結構，提供木塔斜向和弦向的支撐，讓木塔的結構具有更強的彈性與向上支持的力量（圖四）。[4][5][6]

除此之外，我們可以看見木塔的每一層樓，都有屋簷從支柱往外延伸，屋簷下還有迴廊，這些都是釋迦塔的建築特色，也都是依靠不同類型的斗拱設計來支撐（圖三）。據說在這座塔裡面存在數十種以上的斗拱，所以釋迦塔又被暱稱為中國的斗拱博物館。

至於這些斗拱的背後，隱藏怎樣的科學與技術原理，才能夠神奇地支撐起中國這些偉大的木造建築呢？這就要請各位觀眾移步到旁邊，看看展示現場的大型斗拱結構展示（繼續閱讀「斗拱撐起的中國建築－從唐朝大雁塔石刻還原的木造結構看起」）。

引用資料來源：
[1]八大遼構丨世界三大奇塔之一山西應縣佛宮寺釋迦塔
https://zi.media/@yidianzixun/post/YeQJij
[2]山西的一座木塔，被稱為「世界三大奇塔」
https://mttmp.com/d3jdnpg.html
[3]維基百科：遼朝
https://zh.wikipedia.org/wiki/%E8%BE%BD%E6%9C%9D
[4]應縣木塔：世界上最值得建築師膜拜的建築
https://pttnews.cc/9df503bee0
[5]中國第一木塔，你瞭解多少？
https://itw01.com/QHXR3EJ.html
[6]【中國第一木塔】雁門關附近結構複雜的高塔，歷經火燒雷擊地震千年不倒
https://chinaqna.com/a/10410

中國古代印刷術的繁盛，大概是從唐代開始的。根據歷史記載，唐代初期的皇帝開始大量蒐藏各式圖書，許多圖書因為保存狀況不好，都必須重新抄寫，加上當時佛教的盛行，抄寫經書的風氣盛行。當抄寫的速度趕不上大家對書籍的需求時，印刷術就開始蓬勃發展起來。唐代的印刷方式是利用木板雕刻出所需要的文字和圖案，上墨之後以紙壓印，稱為雕版印刷。目前被保存最古老的印刷品，是在唐代出版的妙法蓮華經。

宋代（11世紀）時畢昇發明了所謂的活字版印刷術。他用膠泥（陶土）刻字，再把膠泥燒過變硬成為活字。排版時把活字排列在鐵板上，鐵板和活字之間鋪松脂和蠟。等到整版的活字都排好時，就把鐵板加熱，同時把所有活字壓平。冷卻後的松脂和蠟就會把活字固定，此時就可以開始上墨印刷。

理論上應該因為活字版的發明而開始突飛猛進的印刷術，卻很意外地沒有太大改變。中國從宋代一直到清代，大部分的書籍都是以雕版印刷製作，活字版印刷的書反而比較少，而且大多還是以木材雕刻的木活字。究竟是什麼原因阻擋了活字版印刷術的飛黃騰達呢？答案是製作活字實在太費事。

要利用活字版印刷術，製作大量的活字就是必備的功夫。但是不論用膠泥或木刻，刻一個字就要好久，更何況常用的中文字有數千個，每一個字又要製作好幾個的狀況下，準備活字實在是很辛苦的事。很多人也嘗試用金屬來刻字或鑄字，但是因為墨水不容易附著在金屬上，所以金屬活字印刷的效果很差。

活字版印刷術的轉機發生在十五世紀，中國的印刷術傳入歐洲之後，德國人古騰堡以鋅、鉛和銻的合金製作活字，搭配使用含油的墨水，讓油墨可以均勻地附著在活字上，同時將農用的螺旋壓機改造成印刷機，大幅增加印刷的品質和效率，讓印刷術的進展往前跨了好大一步。

他所出版的古騰堡聖經，成為西方世界第一本活字印刷的書籍。在這之後，鉛活字和油墨成為印刷術的主流，持續數百年之久。

對活字版印刷術感興趣的觀眾，除了參觀科博館之外，還有一家日星鑄字行持續在傳遞活字印刷的歷史與文化，大家可以在日星鑄字行聽到老師傅鑄字和排版印刷的故事。此外，臺中大里有一間財政部印刷廠臺灣印刷探索館，則是提供許多臺灣早期活字排版印刷的歷史解說和體驗活動，適合大人小孩一起「玩」古董的轉動式活字印刷。

維基百科：活字印刷術
https://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%B4%BB%E5%AD%97%E5%8D%B0%E5%88%B7%E6%9C%AF

維基百科：約翰尼斯·谷騰堡
https://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%BA%A6%E7%BF%B0%E5%86%85%E6%96%AF%C2%B7%E8%B0%B7%E7%99%BB%E5%A0%A1

維基百科：古騰堡聖經
https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%8F%A4%E8%85%BE%E5%A0%A1%E5%9C%A3%E7%BB%8F

維基百科－印刷
https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%8D%B0%E5%88%B7

中研院史語所數位典藏（這裡收藏很多中國古代的書）
https://ihparchive.ihp.sinica.edu.tw/ihpkmc/ihpkm_op

書的大歷史（裡面有關於東、西方活字印刷技術發展的歷程）
https://www.books.com.tw/products/0010811804
print

中國印刷通史
https://www2.pccu.edu.tw/chineseprint/

維基百科－日星鑄字行
https://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%97%A5%E6%98%9F%E9%91%84%E5%AD%97%E8%A1%8C

財政部印刷廠臺灣印刷探索館
https://twin.ppmof.gov.tw/index.aspx

科博館展示的「司南」，曾經被認為是中國最古老的指南針。根據東漢王充（西元一世紀）在《論衡》是應篇中提到，「司南之杓，投之於地，其柢指南」。說的或許就是這個以天然磁石所製成的湯匙形狀司南，如果投在地盤上，司南的柄會指向南方。

但是這個理論上是由天然磁石所製成的司南，卻從來沒有真正被發現過。我們只有在東漢古墓裡的石刻上曾經發現過司南的形貌，與一些以玉石製作的司南。加上磨製天然磁石的時候會降低磁石的磁性，以及要測定天然磁石的磁性方向來製作司南的柄也不容易，所以是不是真的有以天然磁石製作而成的司南，而且真的可以當作指南針來使用，目前並不確定。

比較確定的是，到了北宋時期，就開始有許多關於指南針的文獻記載。像是科博館展示的北宋（西元十一世紀）沈括所著《夢溪筆談》裡面的指南針，是以人工方式加工所製成的磁針。將磁針頂在指甲上（圖左上）或是頂在碗唇上（圖右下），會減少磁針的接觸面積，降低摩擦力，讓磁針容易轉動。也可以讓磁針浮在水上（圖左下）或懸掛在細絲線上（圖右上），同樣能夠降低磁針所受到的摩擦力，讓磁針容易轉動。

在這之後，指南針的製作就持續改進，成為導航時最重要的工具。

雖然生活在陸地上的我們，很難想像在一望無邊的汪洋上，能夠憑藉著指南針找到正確方向是一件多麼偉大的事。但大家應該比較容易想像的是，如果手機沒辦法幫我們導航，那會是一件多麻煩的事。沒錯，即使到今天，我們每個人的手機裡面，都還有一個小小的指南針在指引我們方向。雖然手機裡的指南針原理已經改成電磁效應的材料，但我們依舊可以看到指南針對我們生活的重要性，幾百年來可能是不減反增了吧！

所以指南針被譽為中國古代四大發明之一，實在名符其實。

既然說到指南針的發明對航海來說是多麼地重要，那就不能不提中國航海技術的發達自然也是不落人後。在指南針旁邊，就展示了中國明代先進造船工藝的成就。兩種不同形式的帆船，曾經帶領著許多人跨越大洋促進東西方文化的交流，居功厥偉。關於中國造船的技術與科學，未來有機會我們再詳細介紹。

此外，有個名稱和指南針很像的東西，叫做指南車。不過指南車是以齒輪原理所製造的指向工具，可以指向固定方向，但不是地理或地磁上所指的南方。目前科博館保存有兩種不同形式的指南車，一種在中國科學與技術展示區有展示，另一種每隔一段時間會在現場展示讓觀眾操作。雖然指南車的設計和構造也很有趣，只是他的原理和指南針並不相同，一樣等未來有機會我們再詳細介紹。

延伸閱讀：
關於地磁和指南針的介紹，可以在維基百科[1][2]找到相關的資料。關於司南可能不是指南針的討論，可以在[3][4]找到相關的討論和說明。最近（2017）有一位研究學者，依照古法以天然磁石打磨，真的做出可以指南的司南，可以參閱[5]的相關報導，或是搜尋原始論文[6]。
關於指南車和造船技術的相關資料，可以參考科博館的資訊[7][8]。
近代手機中地磁感測器的相關資料[9][10]。

[1]維基百科－磁
https://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%A3%81

[2]維基百科－指南針
https://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%8C%87%E5%8D%97%E9%92%88

[3]百度百科：司南
https://baike.baidu.com/item/%E5%8F%B8%E5%8D%97/3671419

[4]司南、式盤與占卜
https://hk.chiculture.net/0802/html/b11/0802b11.html

[5]天然磁石勺能指南吗？
http://www.qstheory.cn/science/2018-11/09/c_1123687106.htm

[6]天然磁石勺“司南”实证研究.《自然科学史研究》第36卷第3期（2017年）：361-386

[7]國立自然科學博物館－指南車
http://web2.nmns.edu.tw/Web-Title/china/A-1-5_display.htm

[8]中國古代造船（科博館解說手冊）
https://libknowledge.nmns.edu.tw/nmns/upload/guide/000000026/209000c/02.pdf

[9]百度百科－電子羅盤
https://baike.baidu.com/item/%E7%94%B5%E5%AD%90%E7%BD%97%E7%9B%98

[10]地磁感測器
https://www.rohm.com.tw/electronics-basics/sensors/sensor_what2