全国科普日

National Popular Science Day

本期，我们继续顺应科普日主旨

推出文物科学之美--下篇

带你走进文物里的

天文、地理、建筑、生态

揭开更多科学秘密

踏上科学的千年传承之路～

前言

文物见证了一个又一个历史细节，在走过漫长而艰辛的道路后，看到了现在的人类。它们饱经沧桑，从来都不是能用单一学科去概括的，文学、地理、物理、化学、匠艺等知识与之有着千丝万缕的联系。

因此，以下文物是在某一学科较为突出或具有代表性而提出，还请勿忽略它们本身所具备的学科综合性。文物的创造在多元碰撞中发生，也在学科融合中沉淀。

01天文

清乾隆金嵌珍珠天球仪

金嵌珍珠天球仪，图源故宫博物院官网

在北京故宫博物院珍宝馆的养性殿内，静静地摆放着一件清乾隆金嵌珍珠天球仪。长期以来，人们一直把它看作是一件金珠辉映、价值不菲的金器，是仅供皇帝赏玩的器物。但是，在天文学家的眼里，这件金碧辉煌的器物却是一件18世纪晚期中国天文仪器的实物代表，科学性极强。

这件金嵌珍珠天球仪是故宫院藏保存至今的唯一一件金质天球仪。仪器通高83厘米，总重5201千克，金质天球外壳直径30.7厘米，由底座、支架、子午圈、地平圈、赤道圈和球体组成。

金嵌珍珠天球仪现藏于故宫博物院

天球从中腰分为互相嵌合的两个半球，两个半球的嵌合处就是天赤道。天球的两端中心为南北天极，两极贯以钢轴，轴固定在球外的子午圈上。镂刻的十二时辰圈，以北极轴端为中心，也固定在子午圈上。

球外的子午圈，直径36.7厘米，珐琅质，一面篆书360度，即每隔10度用文字标出。架上平放的是金地平圈，与子午圈十字形嵌合，两端落在龙形支架的凹槽中。极轴与地平圈的相交角度是京师北极高度39度55分的倾斜度，赤道与黄道约以23度角相交，相交点为春分、秋分两个节气。

天球表面的星图，图源故宫博物院官博

天球表面以阴刻及珍珠镶嵌的方式布列星图，展现了整个“宇宙”：布列星辰、三垣、二十八宿、300个星座、2200多颗星，并阴刻紫薇垣、天市垣和太薇垣。每一颗星都由一颗珍珠替代，珍珠越大，则代表这颗星越亮，凝聚了历代天文学家对宇宙探索的心血和智慧。

金嵌珍珠天球仪近照

图源央视CCTV3节目《国家宝藏》截图

在球体的南天极附近，有三个刻有太极纹的金盖，打开金盖，则可看到隐藏在里面的钥匙孔，可插入钥匙上发条。据研究发现，这件天球仪还同时可以奏乐和报时。

钟的机芯就放置在金球壳内，有走时、奏乐、报时三组发条盒和塔轮、链条组成的动力源，上弦轴就贴近南极这三个圆洞，三组动力源各自带动齿轮传动。上弦后，球体转动，报时报刻，并逢报中午及子夜12时和晨昏6时之际开始奏乐，一天四次。

因此,这架天球仪还同时是一件相当珍贵的天文钟，将科学的严谨和人工技艺的浪漫集为一体。

金嵌珍珠天球仪，图源故宫博物院官博

02建筑

应县木塔

应县木塔

在华北地区，有一首古老的民谣广为流传：“沧州狮子应州塔，正定菩萨赵州桥”。

上世纪30年代，有一个人听到这首民谣后惊喜异常，立即将它记到了本子上，这个人就是著名建筑学家梁思成。

1933年的秋天，梁思成和林徽因前往山西大同开始了对中国古建筑的考察之旅。见到应县木塔后，梁思成在文中写道：“这塔真是一个独一无二的伟大作品。不见此塔，不知木构的可能性到了什么程度。我佩服极了，佩服建造这塔的时代和那时代里不知名的大建筑师，不知名的匠人。”

应县木塔

应县木塔全称为佛宫寺释迦塔，位于山西省朔州市应县县城内西北角的佛宫寺院内。据木塔第三层正中的“释迦塔”匾额记载，该塔于辽清宁二年（1056年）始建，为中国现存最古老最高大的纯木结构楼阁式建筑。

木塔通高67.31米，共用木料2600多吨，采用斗拱结构，将梁、坊、柱结成一个整体，构件间全部为榫卯结构咬合而成。据统计，木塔共使用62种榫卯形式，54种形制不同的斗拱，种类之多，国内罕见，被誉为“斗拱博物馆”。

木塔结构近照

应县木塔外观五层，实为九层，整体比例适当。各明层外柱均立在下层外柱的梁架上，并向塔心收进半柱径，使塔的外观轮廓构成一条优美的逐层收分的曲线。

塔内明层都有塑像，头层释迦佛高大肃穆，顶部穹窿藻井给人以天高莫测的感觉。头层内槽壁面有六尊如来画像，比例适度，色彩鲜艳，六尊如来顶部两侧的飞天，更是活泼丰满，神采奕奕，是壁画中少见的佳作。二层的坛座是方形的，上面塑有一佛、二菩萨和两身胁侍。从第二层开始，以上每层都有塑像，塑像的题材和内容相当丰富。

塔内的佛像塑身，图源这里是朔州官号

木塔建成后，历代名人挂匾题联，寓意深刻，弥足珍贵，为木塔增色不少。

其中，明成祖朱棣于永乐四年(公元1406年)率军北伐，驻宿应州，登城玩赏时亲题“峻极神功”；明武宗朱厚燳正德三年(公元1508年)督大军在阳和(阳高县)、应州一带击败入侵的鞑靼小王子，登木塔宴请有功将官时，题“天下奇观”。

应县木塔上历代名人的挂匾题联

应县木塔不用一颗铁钉，所有木构件互相咬合构成塔身，千年间历经地震雷劈、枪击炮轰，其他类似的木塔或毁于天灾、或失于人祸，唯有应县木塔存于世间。

在防雷问题上，更是让人惊愕于古人的建筑知识。应县木塔不受雷击和其高达10米的金属塔刹有关。塔刹全为铁件制成，有覆钵、相轮、露盘、月牙、宝珠等，略显亮光，中心有铁轴一根，插入梁架之内，周设8根铁链系紧，迄今完好无损。

塔刹位于塔的最高处，由全金属制成

此外，木建结构都怕虫蛀，那为什么应县木塔伫立千年之久却没有虫蛀呢？

根据研究，目前的解释是夏天有成千上万只麻雀生活在塔楼上。这些麻燕以木塔上的蛀虫为食，几千年来一直扮演着“护塔卫士”的角色。

03地理

错金银铜版兆域图

错金银铜版兆域图，图源央视新闻

河北博物院中，有一件看起来平平无奇却十分珍贵的文物，被央视《如果国宝会说话》节目称为战国“黑科技”——它，就是错金银铜版兆域图。

据《周礼·春官·冢人》记载，“冢人掌公墓之地，辨其兆域而为之图”。可见“兆域”指墓地四周的疆界，而兆域图，就是陵墓规划图。这件错金银铜版兆域图1977年出土于中山王墓主椁室，是迄今发现的最古老的铜版建筑规划图。

错金银铜版兆域图模拟建筑动图，图源央视新闻

错金银铜版兆域图长96厘米，宽48厘米，其长宽之比正好为2:1。图版的中心部位，用金片嵌出五个方形的享堂建筑轮廓线，享堂是建在陵墓上供陈设祭品的建筑物。

兆域图释本，图源央视新闻

兆域图释图，图源央视新闻

在五个享堂轮廓线中，中间三个大小相同，正中央的享堂轮廓线内标有“王堂方二百尺”六字，由此推测应该是王的享堂，左侧轮廓线内标有“哀后堂方二百尺”字样，应为先于王去世的哀后的享堂，右侧轮廓线内标有“王后堂方二百尺，其葬视哀后”的铭文，由此可知这是王后的享堂，与哀后的规格相同。最外侧的两个享堂轮廓线形制较小，位置也向后稍错，根据铭文推测为王的两位夫人的享堂。

另外，在王堂上部铸有国王命令营建陵墓的42字诏书。图中还标示出各个建筑的长度和间距，整幅图内容翔实、规划科学，堪称一份完美的设计图。

兆域图释图，图源央视新闻

虽然兆域图上没有明确标明方向，但通过读图可以大致推断出来。在兆域图的“内宫垣”和“中宫垣”两道宫墙轮廓线上方，各有一个“闵”的文字注记。闵，是指门阙，从图中可以看到门阙位于图的上方，根据实地考古发现，中山王陵园的大门位于南面，由此可知兆域图上方指向南，下方指向北，与我们今天的图示方位正好相反。

兆域图释图，图源央视新闻

之所以称之为战国“黑科技”，是因为它是目前已知世界上最早的有比例的铜版建筑图。经过专家计算得知，兆域图是以1：500的比例精确制作的，有尺和步两种测量方式。可以说，绘图者将空间的概念融入兆域图之中，这在当时可谓超前观念。

不过可惜的是，兆域图的宏伟规划未能完全实现。它所构建出的理想陵园，在仅仅完成两座墓区的建造后，便同中山国一起，消失在历史长河之中。

错金银铜版兆域图现藏于河北博物院，图源河北博物院官网

04生态

错银铜牛灯

错银铜牛灯，图源南京博物院官号

1980年5月，错银铜牛灯出土于江苏省邗江县甘泉镇一座东汉初年墓（甘泉二号汉墓），墓主人应为东汉初年广陵王刘荆。

错银铜牛灯通高46.2厘米，牛身长36.4厘米。灯座是一头体形肥硕、张口低头、起步欲斗的黄牛。它两耳直立，双目圆睁，尾巴上翘，显得雄健而强劲。它通体光滑，设计精美，工艺精湛，纹饰以流云纹、三角纹、螺旋纹为地，刻画了龙、凤、虎、鹿等神禽异兽的形象，是汉代众多青铜灯具中的上乘之作，是实用性与艺术性的完美结合。

它通过导烟管与注水腹腔有机结合，将灯火点燃的烟尘污染降到最低，体现了极为超前的环保设计理念，现收藏于南京博物院，是该博物院的镇馆之宝之一。

错银铜牛灯结构分解三维动图，图源南京博物院官号

错银铜牛灯由灯座、灯盏、烟管三部分组装而成。它的三部分均可拆卸，使用和擦洗相当方便。灯座是一俯首站立、双角上耸、四足矮而敦实、尾卷曲向上、雄浑壮硕的黄牛。

牛腹中空，背负圆形灯盘，灯盘一侧设置扁平把手，便于转动灯盘，盘上饰两片可以灵活转动的灯罩，其中的一片刻镂空菱形斜方格形纹，起到散热、挡风和调光的作用。灯罩上紧扣穹顶形罩盖，盖顶之上均匀弯曲的烟管与牛头顶上方凸出的短管紧密套接。当灯火点燃时，所产生的烟尘通过烟管导入灯座腹腔中的清水被净化，从而确保室内空气清新。

《博物馆里的中华文明》节目截图

图源央视中文国际CCTV4

这一具有环保意识的发明在世界灯具史上处于领先地位，比西方发明铁皮导烟灯罩早了一千多年。通过它，我们也更加认识到环保对于人类生存的重要性，古人的环保理念也将继续由我们传承发扬下去。

错银铜牛灯现藏于南京博物院，图源南京博物院官网