安提基特拉装置可以追溯到2000多年前。这台"天文计算机"通过一组精密的齿轮模拟天体的运行周期。从20世纪70年代开始，研究人员通过残片中齿轮的齿数和前后板上的铭文等信息，陆续复原了装置后部的齿轮传动结构，揭示了装置计算日、月食发生时间的工作原理。如今，装置前部结构也得到了复原，研究人员成功解释了它如何计算日、月、五大行星在天空中的位置。
在这篇节选自《环球科学》2月新刊的文章中，托尼·弗里思将带着我们回到2000多年前，领会古希腊人发明的安提基特拉机械装置背后的伟大智慧与成就。
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撰文|托尼·弗里思（Tony Freeth）
翻译|张楠
1900年，在克里特岛和希腊大陆之间的安提基特拉岛附近，一群来自地中海东部锡米岛的希腊潜水员正在寻找天然海绵。他们刚刚躲过了一场猛烈的暴风雨，当风暴平息后，他们再次潜入水中寻找海绵，却偶遇了一艘满载古希腊珍宝的沉船——这是迄今为止发现的最为重要的古代沉船。
潜水员埃利亚斯·斯塔迪亚蒂斯（EliasStadiatis）身着厚重的帆布外套，头戴铜制头盔，浑身颤抖着浮出海面，他不停地念叨着"一堆裸体的死人"。这些"裸体的死人"，其实是随其他文物一起散落在海底的大理石人像雕塑。随着沉船的现世，历史上第一次大规模水下考古挖掘就此拉开了序幕。
考古人员从沉船现场发现了一个与大字典尺寸相当的块状物，这在最初并没有引起人们的注意，因为令人兴奋的发现实在太多了。然而当这个块状物被安置于希腊国家考古博物馆几个月后，它裂开了，露出硬币大小的精密青铜齿轮。这一发现引发了巨大的争议。根据当时的历史认知，像这样的齿轮不应该出现在古希腊，或者同时期古代世界的其他任何地方。
这个块状物就是安提基特拉机械装置（Antikythera mechanism），一个让历史学家和科学家困惑了120多年的非凡之物。数十年间，它由最初被打捞上来时的块状物分裂成82块残片，留给了研究人员一幅难以复原的拼图。这似乎是一台无比复杂的齿轮式天文计算机。虽然我们已经可以复原它部分的工作原理，但依然存在一些未解之谜。
安提基特拉机械装置被认为是一台天文计算机。
2021年3月，我所在的伦敦大学学院安提基特拉研究团队（UCLAntikythera Research Team）发表了一篇论文。该论文重新讨论了此前悬而未决的问题，并复原了装置前部的齿轮传动结构。
巧夺天工
几十年间，研究安提基特拉装置的科学家一直通过残片的表面信息来破译它的工作原理。20世纪70年代初，普赖斯与希腊放射学家哈拉兰博斯·卡拉卡洛斯（CharalambosKarakalos）合作，对装置残片进行了X射线扫描。
令他们惊喜的是，至少可以辨认出30个独立齿轮：最大的残片中有27个，其他3块残片中各有1个。卡拉卡洛斯和他的妻子埃米莉（Emily）第一次对齿轮的齿数进行了推算，迈出了理解安提基特拉装置计算原理的关键一步。毫无疑问，这台计算机的复杂程度超出了所有人的想象。
这次X射线扫描是二维的，齿轮的结构看起来是扁平的，而且也只显示了部分齿轮的部分图像，因此科学家无法推断出全部齿轮的齿数。尽管如此，普赖斯还是通过月球每19年254次的会合周期关系复原出一个齿轮系。
这个齿轮系以一个38齿的齿轮（19的2倍，因为只有19齿的齿轮太小了）开始，由一个位于机构前部、被称为主驱动轮的齿轮驱动。而这个38齿齿轮（通过一些其他齿轮）可以驱动另一个127齿齿轮（254的一半，如果制造出完整的齿数，齿轮就会太大）。
安提基特拉装置可以用来预测过去或未来任何指定日期日、月、五大行星的位置。不过，制造者必须首先使用这些天体的已知位置来做校准。使用者只需转动手柄至所需时间，就能够预测相关的天文事件。在装置前板的"黄道刻度盘"上，黄道被分为十二个30°的区块，代表黄道十二宫的各个星座。
安提基特拉装置研究史上的第三位关键人物是迈克尔·赖特（Michael Wright），他是伦敦科学博物馆机械工程部门的前负责人。1990年，赖特与澳大利亚计算机学家阿兰·G。布罗姆利（AlanG。 Bromley）合作，使用一种被称为线性断层扫描的早期三维X射线技术对该装置进行了第二次X射线研究。在这次研究中，赖特最终确定了关键齿轮的齿数，并解释了装置背板上方的刻度表盘的作用。
2005年，来自英国和希腊的学术团队与希腊国家考古博物馆联合进行了第三次X射线研究。X-Tek系统公司（现为尼康公司所有）开发了一台X射线原型机，利用微焦计算机断层扫描技术（X射线CT）拍摄高分辨率的三维X射线影像。为了增强表面细节，惠普公司提供了一套出色的数字成像技术——多项式纹理映射。
残片集合：多年来，安提基特拉机械装置由原始块状物分裂成82个残片。对于研究人员来说，将它们恢复原状是一个极具挑战的难题。最大的残片（左上角）上载有主驱动轮。
新的数据让我们感到惊讶。第一个重大突破是发现这个装置除了可以预测天体的运动外，还可以预测日食和月食。新的X射线影像显示，在装置后部有一个223齿的大齿轮，通过它可以旋转后板下方刻度盘上的指针。表盘的刻度呈螺旋状向外旋转4圈，所划分的223个区域代表了223个朔望月。沙罗周期表盘以巴比伦交食周期的惯用名称"沙罗"（saros）为名，结合装置上描述每一次日食、月食特征的铭文，可以对某月是否会发生，以及会发生什么类型的交食现象进行预测。这项发现同时也留下了一个巨大的疑惑：位于这个大齿轮圆周内的一组齿轮（共4个），似乎没有任何用处。
我们花了几个月的时间来研究这组齿轮，结果令人震惊。这组齿轮非常漂亮地实现了对月球变速运动的模拟。在现代天文学的解释中，月球的公转轨道是一个椭圆，因此它的运动是不均匀的。月球轨道在太空中并不是固定不变的，整个椭圆轨道不到9年就可以旋转一周。古希腊人没有椭圆轨道的概念，他们通过两种圆周运动的结合，也就是本轮-均轮理论，来解释月球运动的微妙变化。
此前，赖特研究的是装置后部四个神秘齿轮中的两个。他发现其中一个齿轮表面上的销子，正好可与另一齿轮.............
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