2017年2月22日

把整個宇宙搬到你家太陽系儀

作者/黃相輔(倫敦大學學院科學史博士,現任中央研究院近代史研究所博士後研究人員。)
圖一:太陽系儀近照。可看到在儀器上方的子午圈,以及中央陳列的行星及衛星。(黃相輔攝影)

「我會想像整個世界是一座大機器。機器不會有多餘的部分,它們總是分毫不差。所以我想,如果全世界是座大機器,我不會是多餘的,我存在於此一定是因為某些理由。」--雨果‧卡布里特



電影《雨果的冒險》中,孤兒雨果把世界比喻為機器:一座毫無累贅、所有零件各得其所的機器。《雨果的冒險》雖然背景設定在20世紀早期,這種將世界譬喻為機械的想法卻不是當代才有的。自啟蒙時代以來,許多西歐哲人追求以機械的原理去解釋自然、進而模擬自然。既然工匠能製造巧奪天工的自動人偶(automaton),那麼打造一個具體而微的宇宙,應該也不是件難事。

在大英博物館的展示廳裡就有一座精美的太陽系儀(orrery),大約製造於西元1750年代的倫敦,原本可能是英國國王或某位富人的收藏品。這座太陽系儀是個迷你的宇宙,包含了太陽、地球、月球,以及當時已知的其他行星與衛星。這個迷你太陽系置於十二邊形的木箱上頭,彷彿是個巨大的音樂盒。只要旋轉箱側的把手,就能驅動隱藏在箱內的齒輪裝置,讓星球們循著軌道運轉起來。

在人類文明長河中,利用自動機械來展示日月星辰等天體運行的資訊,是許多學者與工匠努力嘗試的目標。古希臘的安提基瑟拉機器(Antikythera mechanism)、中國北宋的水運儀象台,以及中世紀歐洲城市的天文鐘,都是古人結合科學及工藝的智慧結晶。17世紀的荷蘭天文學家惠更斯,也設計過展示行星軌道運動的機械模型。惠更斯的模型可說是後來的太陽系儀的遠親。

後世所謂的太陽系儀,特別指18世紀初起源於英國的太陽系機械模型。太陽系儀的原型是由英國鐘錶師傅格蘭姆(George Graham, 1673~1751)與湯平(Thomas Tompion, 1639~1713)在1704年所製作。這座原型僅包含太陽、地球及月球。格蘭姆與湯平將原型贈送給當時有名的科學儀器工匠洛里(John Rowley, 1668~1728)。洛里後來著手改良儀器,加入其他行星,並將太陽系儀呈獻給他的贊助者:「第四代歐瑞里伯爵(4th Earl of Orrery)」。這個新奇的玩意從此就以伯爵的名號來命名了。

早期的太陽系儀除了設計精巧,外部也常有精雕細琢的裝飾,簡直是座手工藝術珍品。這些龐然大物和機械時鐘一樣,內部由複雜的齒輪裝置來驅動。也因此,它們價值不斐,常作為進獻給王公貴族的禮物,或是有錢人的收藏品。大英博物館展示的這座太陽系儀,厚重沉穩,尺寸約如一張小型茶几;將它擺到書房或客廳的桌子上,絕對能吸引訪客目光,表現主人的品味。另一方面,儀器工匠也藉由製造太陽系儀,來炫耀本身的精湛技術,好爭取那些潛在客戶的青睞。

除了拿來炫技、炫富之外,太陽系儀也能作為天文教學的道具。倫敦皇家學會的實驗總管迪薩古利埃(John T. Desaguliers, 1683~1744)就看出太陽系儀在教育上的潛力。他在1717年提到,洛里的行星機器可以向觀眾清楚呈現地球、月球的公轉及自轉。迪薩古利埃是牛頓科學的忠實門徒,也是位優秀的講師。他從牛津大學畢業後,在倫敦開班授課、講授實驗哲學,後來被時任皇家學會會長的牛頓提拔為實驗總管。實驗總管負責保管皇家學會的儀器,並需在定期集會中公開演示實驗。在迪薩古利埃的推廣之下,太陽系儀逐漸被應用在天文學演講裡。

迪薩古利埃也和幾位工匠合作,監製了數座太陽系儀,甚至開發不同功能的衍生教具。例如,他們設計了一種橢圓形軌道的彗星儀(Cometarium),用來解釋克卜勒行星定律,以彌補太陽系儀的行星軌道都是理想正圓形的缺點。有些大型太陽系儀上面還加了黃道、赤道、子午圈等設備,儼然成為半個渾儀,使觀賞者能切換「從地球上向外看天球」以及「從外向內看太陽系」二種不同觀點。

雖然太陽系儀在天文教學上有莫大功用,然而其昂貴的造價、複雜的工藝,都使它成為庶民根本玩不起的奢侈品。儘管如此,當代還是有人期待這種行星機器能普及到民間,甚至深入每戶人家──至少是那些自詡愛好文化的家庭。正如作家史提爾(Richard Steele)的評論:

任何高水準的家庭,都該考慮將太陽系儀當作像時鐘一般的必備擺設。這個新奇的機械能開啟他們的想像力……,引發愉快、實用、清晰且優雅的談話。 ......【更多內容請閱讀科學月刊第567期】

1 則留言:

匿名 提到...

現在3d列印機盛行,有設計,就可以自行製作