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古迹与文字

两千年前的齿轮怎样算天象?

希腊一处沉船里发现的青铜块上,竟有一排排小齿。它们原来属于一台古希腊天文计算装置,叫安提基特拉机械。机器只剩碎片,我们还能怎样认出它的本领?

研究者复原的圆形正面有多层同心刻度环,环上设有标记
研究者发表的正面计算机复原图。不同圆环用来表示不同天体或日期。留意图里的刻度和标记,再回头看看真正留下来的青铜碎片。 Freeth 等,Scientific Reports(2021),图 7,CC BY 4.0 · 图像出处

带着问题出发

这份案卷,哪里还没解开?

正面显示行星位置的齿轮有不少没保存下来。原机具体怎样装下并带动这些齿轮,还有待验证。

  1. 缺失的正面齿轮原来怎样排列?

    还缺的线索 刻字说明了部分显示内容,许多零件却没有留下来。需要同时符合刻字、齿数、残片位置和空间大小的复原。

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  2. 复原方案怎样在原尺寸中可靠地转动?

    还缺的线索 能画出齿轮关系只是一步,还要制作和测试实物,检查装配、摩擦和长期运转是否符合现存痕迹。

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沿着下面的图片和记录,看看我们已经走到了哪一步。

第一步

看看这些线索

想一想,每条线索能帮我们回答哪个问题?

  1. 残片里藏着许多齿轮

    A 号青铜残片的照片,左边有尺寸标尺,表面能辨认圆形轮廓和多处突起
    A 号残片的近照。先找左边的厘米刻度,再找原来装着零件的几处突起。 Freeth 等,Scientific Reports(2021),图 4a,节选,CC BY 4.0 · 图像出处 · 查看大图
    观察到了什么
    现存的 82 块残片中,研究者识别出 30 个留下来的青铜齿轮。大部分都在编号 A 的大残片里。
    它能说明什么
    齿轮的大小、齿数和位置是复原的线索。排在一起的齿轮可以按不同快慢转动,像是在计算长短不同的周期。
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  2. X 光帮助读出刻字

    论文图下半部分的两块深色 X 光刻字拼图,带有研究者加注的天体名称
    研究团队把多个残片的 X 光图拼起来,并在图上标出一些读到的文字。这是论文图 1 的刻字部分。 Freeth 等,Scientific Reports(2021),图 1b、1c,节选,CC BY 4.0 · 图像出处 · 查看大图
    观察到了什么
    研究人员用 X 光从不同角度扫描残片,看到了被腐蚀层和其他零件挡住的细小刻字。有些写着行星周期,有些描述显示天体的圆环。
    它能说明什么
    文字可以和齿轮互相印证。刻字让研究人员知道原机打算显示什么,也给他们提出了新的机械难题。
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  3. 背面的刻度记录食象

    观察到了什么
    研究者在背面刻度的残片和刻字中认出了与日食、月食有关的标记。
    它能说明什么
    这些标记与食象出现的周期对得上,支持机器可以计算哪些时候可能发生日食或月食。
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第二步

试着做判断

研究团队做出了能按刻字说明转动的正面模型。我们能据此得出什么判断?

点选一条,看看理由。

原机的每个零件都已经找到了。
再看看线索

现存的是一部分残片。模型补入了推算出的零件。

这个模型给出了一种与已知线索相符的装法。
这个判断有依据

能运转,还能对上刻字、残片和机器空间,是支持模型的理由。新证据仍可能帮我们分辨不同装法。

只要模型转得动,旧刻字就不重要了。
再看看线索

不少齿轮组合都能转动。刻字告诉研究人员原机需要算什么,才能检验模型有没有算对。

第三步

写下调查结论

已经知道
这是一台用青铜齿轮计算天象的古希腊装置,背面保留了预测食象的线索。
还在研究
正面显示行星位置的齿轮有不少没保存下来。原机具体怎样装下并带动这些齿轮,还有待验证。
下一步怎么查
把复原模型的大小、齿数和输出与残片、刻字一一对照,再用实物模型检验齿轮能否装得下、转得动。
给家长和想多读一点的你

做复原时,可以把每个零件标成「从残片读出」「由刻字推算」或「为了检验而暂加」。这些标签能帮读者看懂模型中证据有多少。

线索从哪里来

资料核对日期 · 原文需联网

  1. Freeth 等 · 安提基特拉机械的正面模型与残片图
  2. Freeth · 安提基特拉机械如何用背面刻度预测食象
  3. 伦敦大学学院 · 依据刻字和残片复原天文显示装置