安提基特拉機械

安提基特拉機械，是一部古希臘機械裝置的殘存部分，由裝在木盒裡的青銅齒輪組成。使用者只要轉動一根小小的手搖柄，就能讓一組指針沿著時間向前或向後移動，並讀出天文資訊：太陽和月亮在黃道上的位置、月亮目前的相位、依據幾種不同曆法所推算的月份，以及是否即將發生日食或月食。

它常被稱為已知最古老的類比電腦。這並不表示它的運作方式和現代電子電腦一樣。它之所以被稱為「類比」，是因為它透過齒輪的轉動，來呈現天空中的各種週期：齒輪齒數之間的比例，正好對應天文週期之間的比例。齒輪一旦設定好，運算就會透過機械方式自動完成。

這件文物的名稱，來自克里特島與伯羅奔尼撒之間一座名叫安提基特拉的希臘小島，人們正是在其附近海域的一艘沉船中發現了它。如今僅存約三分之一，共82個殘片，但現代的影像技術，已經讓研究者得以重建其大部分的運作方式。

約在1900年復活節前後，來自錫米島、由迪米特里奧斯·孔多斯船長率領的一群採海綿潛水員，在安提基特拉停靠，等待順風。其中一人潛到約45公尺深處，發現海床上堆著一堆青銅與大理石雕像。在希臘海軍的協助下，潛水員在1900年底到1901年間，打撈出許多文物：包括青銅雕像「安提基特拉的青年」、一顆被稱為「哲學家」的青銅頭像、大理石人像、陶器、玻璃器皿、珠寶和錢幣。

這部機械裝置於1901年出水時，是一團鏽蝕的青銅與木頭殘塊，與其他文物一起被送往雅典的國立考古博物館。當時館方人員正忙於重組那些雕像，這塊殘塊並未受到妥善處理；隨著逐漸乾燥，鏽蝕的青銅開始龜裂、收縮。1902年5月17日，考古學家瓦萊里奧斯·斯泰斯，和他的堂弟——政治人物斯皮里東·斯泰斯，注意到其中一塊殘片裡嵌著一個齒輪。

這艘船本身，是一艘羅馬時代的貨船，沉沒於西元前一世紀第二個二十五年間。雅克·庫斯托的團隊在1976年發現的錢幣，鑄造年代約在西元前76年到前67年之間，陶器的年代也吻合，因此這艘沉船通常被定年為約西元前70年到前60年。至於這艘船從何處出發、又要駛往何方（也許是義大利），至今仍不確定。

這部機械的正面，有一個大型圓形刻度盤，分成兩個環。內環標示著黃道十二宮，每宮各占30度的等分扇形。外環則是一份曆法，以希臘字母寫著埃及曆法的月份名稱；其中三個月名——帕孔月、帕伊尼月和埃皮菲月——保存至今。

指針沿著這個刻度盤移動，顯示太陽（同時也標示日期）和月亮的位置。月亮指針的移動速度並不均勻：它會忽快忽慢，正如真實月亮因橢圓軌道而產生的運行變化。一顆一半明亮、一半陰暗的小球，會轉動來顯示月亮的相位。

刻度盤四周環繞著一份「帕拉佩格瑪」，也就是一份希臘星曆表，列出一年之中明亮恆星的升起與落下時間，並以字母對應到黃道刻度上。正面背蓋上的銘文，還描述了古代已知的五顆行星——水星、金星、火星、木星和土星，這強烈暗示著正面原本也曾顯示這些行星的位置，只是相關的齒輪已經遺失。

這部機械的背面，有兩個大型螺旋刻度盤和幾個較小的刻度盤。上方的螺旋盤共五圈，顯示的是「默冬週期」：235個朔望月，幾乎恰好等於19個太陽年。這讓人們能夠讓以月亮為基礎的曆法，與四季保持同步。盤上的月份名稱，後來被證實屬於科林斯式曆法。

下方的螺旋盤共四圈，顯示的是「沙羅週期」，即223個朔望月，約等於18年又11天，過了這段時間，日月食會以類似的模式再次發生。刻度格中的小符號（圖標），標示著預期會發生日食或月食的月份，以及發生的時辰。旁邊還有一個小刻度盤，稱為「埃克塞利格莫斯盤」，用來顯示需要額外加算的小時數，因為每個沙羅週期，都比整數天數多出約八小時。

另一個小刻度盤，則依循泛希臘體育盛會的四年週期：奧林匹克運動會、皮提亞運動會、地峽運動會和涅墨亞運動會，還有多多納規模較小的納亞運動會，以及羅得島的哈利亞運動會。這是唯一一個逆時針轉動的指針。它的存在，說明這部機械關心的，不只是天文，還有人類的時間、節慶與曆法。

手搖柄每轉一年一圈，帶動一個大型四輻齒輪（研究者稱之為b1齒輪）。從這個齒輪開始，一連串較小齒輪組成的輪系，依照各自齒數的比例，以不同速度驅動其他指針。舉例來說，驅動默冬盤的輪系，讓整個螺旋盤轉一圈所對應的天數約為6,939.5天，非常接近現代數值6,939.69天；驅動沙羅盤的輪系，則讓指針每轉一圈對應約1,646.3天，現代數值為1,646.33天。

其中最引人注目的特徵，是月亮齒輪系統。有兩個齒輪疊放在一個轉盤上，其中一個齒輪帶有一根銷釘，卡入另一個齒輪的槽溝之中。由於這兩個軸略有偏移，輸出速度會在每個朔望月中忽快忽慢一次。這種「銷釘與槽溝」裝置，以機械方式重現了與天文學家喜帕恰斯相關的月球運動理論；而這個轉盤本身，也會緩慢轉動，藉此模擬月球軌道逐漸偏移的週期，約為8.88年。這是目前已知最早使用「周轉齒輪」的例子。

這些齒輪的輪齒，是以手工切割出的小等邊三角形，平均間距約1.6公釐，齒輪本身厚約1.4公釐。齒形的不規則，顯示它們是以手工工具製成。這種手工製作的齒輪，難免會帶來一定的間隙與摩擦，限制了最精細修正的精確度，但整體設計本身，仍然極為精巧複雜。

這部機械結合了兩種天文傳統。巴比倫天文學提供了長期的週期關係——像是沙羅週期，以及用於行星計算的整數週期，這些都是經過數百年觀測、記錄在泥板上的成果。2006年的研究顯示，日月食的預測，正是建立在巴比倫的算術週期之上。

希臘天文學則提供了幾何模型，用圓和周轉圓來解釋不規則的運動，例如喜帕恰斯的月球理論。這部機械把這些模型轉化成實際運轉的零件，做出了一個以地球為中心的希臘宇宙的實體模型。

2016年，研究者解讀出正面背蓋銘文上的數字，記載著金星（462年）和土星（442年）的週期。倫敦大學學院東尼·弗里斯團隊在2021年提出的重建方案主張，這些週期可能是透過結合多個週期關係的方法推導出來的，而這種方法，他們認為與柏拉圖學園相關的數學傳統有關；他們並利用這些週期，為所有五顆行星，設計出了緊湊的齒輪輪系。

沒有任何製造者的名字留存下來。銘文是希臘文，天文學屬於希臘化時代，而其做工也顯示出這是一套成熟的技術傳統，而非單一的幸運發明：這部機械的精巧程度，不可能是同類裝置中的第一件，因此必定曾有更早、如今已經失傳的前身。

學界曾提出過幾個可能的地點。羅得島是天文學與工程學的中心，喜帕恰斯的故鄉，後來也是斯多噶派哲學家波希多尼烏斯的所在地——西塞羅曾記載，波希多尼烏斯製作過一部類似的裝置；運動會刻度盤上，包含了羅得島的哈利亞運動會，星曆表也與羅得島附近的緯度相符。科林斯式的曆法，以及提及多多納納亞運動會的內容，則指向希臘西北部的一位使用者，可能來自伊庇魯斯的某個科林斯殖民地。2008年的研究也曾提出敘拉古——阿基米德的故鄉——的可能性，但後來的研究顯示，這份曆法並不符合敘拉古的曆法。一種折衷看法認為，設計傳統來自羅得島，而這一件實物，則是為伊庇魯斯的某位客戶特別製作的。

年代的推估也各不相同。德瑞克·德索拉·普萊斯提出約西元前87年；也有學者主張西元前150年到前100年之間；2014年的一項研究，把日月食刻度盤的起始年代定在西元前205年；2022年的一項提案，則把最初的校準年代定在西元前178年。校準年代，未必等於製造年代——校準的基準點，也可能是從更早的一個範本沿用下來的。目前唯一的共識是，它一定是在沉船發生（約西元前70年到前60年）之前製成的。

古代作者曾提到過能顯示天體運行的裝置。西塞羅在對話錄《論共和國》（約西元前54年至前51年）中，描述了兩個由阿基米德製作、狀似天球的模型，是羅馬將軍馬爾克盧斯在西元前212年攻陷敘拉古之後帶回羅馬的，其中一個能顯示太陽、月亮和行星的運行。西塞羅還說，他的朋友波希多尼烏斯不久前也製作了一部裝置，其轉動方式能重現太陽、月亮和五大行星的每日運行。

亞歷山卓的帕普斯在數百年後寫道，阿基米德曾著有一部如今已失傳的《論球體製作》。後來的拉丁文與希臘文作者，從拉克坦提烏斯到普羅克洛，都持續提及阿基米德的天球儀。這些文獻顯示，這類儀器在當時廣為人知，也備受讚賞，儘管安提基特拉機械本身，無法確定就是這些記載中的任何一件。

在現存的實物中，複雜程度相仿的機械，要再等約1,500年後才會出現，也就是十四世紀歐洲、由沃靈福德的理查和喬凡尼·德·東迪製作的天文鐘。在古代與這些天文鐘之間，是否曾有一條連續不斷的齒輪裝置傳統相連，目前仍不確定，因為中間這段時期的證據相當稀少。

斯泰斯做出鑑定之後，許多學者都懷疑這件文物是否真的是古物，因為它看起來實在太過複雜。德國語言學家阿爾伯特·雷姆，是第一個清楚主張它是一部天文計算器的人。直到科學史學家德瑞克·J·德索拉·普萊斯在1951年重新展開研究，這項課題才獲得認真的探討；他與希臘物理學家哈拉蘭博斯·卡拉卡洛斯，於1971年拍攝了X光和伽馬射線影像，並於1974年出版《源自希臘人的齒輪》一書，提出第一個整體重建方案。

2002年，機械工程師麥可·萊特，根據已知的齒輪與他自己提出的行星顯示方案，製作出第一個能夠運作的模型；他也發現了月相顯示機構。從2005年起，「安提基特拉機械研究計畫」由卡地夫大學麥克·埃德蒙茲率領的團隊，與希臘同僚合作，利用高解析度表面成像和微焦點X光電腦斷層掃描，來觀察殘片內部的構造。他們在2006年和2008年發表於《自然》期刊的研究成果，使已解讀的銘文數量增加了一倍，也釐清了背面刻度盤的細節。

後續的研究，則聚焦於已經遺失的正面齒輪系統。2021年，倫敦大學學院的安提基特拉研究團隊，發表了一套完整的行星顯示重建方案，並主張先前的重建方案，並未能符合所有的證據。其他研究者仍持續檢驗不同的方案，例如關於正面曆法環刻度數量的爭論。

這部機械，改變了我們對古代科技的認識。在破解它的奧秘之前，歷史學家普遍認為，精密的齒輪機械是從中世紀鐘錶技術才開始出現的。它顯示出，希臘化時代的工匠，能夠把複雜的齒輪系統做到極為微小，而天文學家則希望把自己的理論，變得可見又可用。

它也顯示出，古代科學是如何跨越不同文化運作的：巴比倫的數值天文學、希臘的幾何模型，以及埃及和希臘的曆法，全都匯聚在同一件器物之中。它的運動會刻度盤與各種曆法，提醒我們天文學也服務於社會生活，從確定節慶與宗教日期，到可能與占星和教學相關的用途，都包含在內。

流行文化有時把這部機械，當作需要外星人、時空旅行或失落的超級文明才能解釋的謎團。但學者們的看法不同，他們認為這是一個已知知識世界所產生的成果，只是同時代其他的例子恰好沒能留存下來；青銅通常會被熔化再利用，因此，正是一場沉船，意外保存了尋常歷史通常會摧毀的東西。它曾出現在多部紀錄片中，也以虛構的形式，出現在2023年的電影《印第安納瓊斯：命運輪盤》裡。

背面的刻度盤，如今已被充分理解，但正面仍存在爭議，因為它的大部分齒輪都已遺失。主齒輪與正面面板之間的空間、四輻齒輪上的特徵，以及銘文內容，全都暗示著還有其他齒輪存在。萊特2002年的模型，加入了一根「真太陽」指針，以及所有五顆行星各自的指針。埃文斯、卡曼與桑代克在2010年，則把黃道刻度上不規則的間距，解讀為存在一種偏心太陽顯示裝置的證據，並主張行星部分採用較簡單的刻度盤。弗里斯與瓊斯在2012年提出，行星部分可能採用類似月亮機構的「銷釘與槽溝」裝置，組成緊湊的輪系；而2021年倫敦大學學院的模型，總共包含數十個齒輪與八個同軸輸出，其齒數是根據帶有小質因數的週期關係推導而來，並讓不同行星共用部分齒輪。

任何重建方案，都必須滿足嚴格的物理限制：現存面板的厚度、軸承與支柱的位置，以及背蓋「使用手冊」文字的描述——其中提到，顯示裝置以環狀排列，行星以「小球」表示，太陽則是一顆「小小的金球」。批評者指出，任何完整的模型，都必然涉及對已遺失部件的假設，因此沒有一個模型能被徹底證實；這些模型，最好被理解為與現有證據吻合程度不一的假說。

正面的曆法環，是另一個爭議案例。長期以來，人們都認為它有365個分格，對應埃及的太陽年，但對環下方現存孔洞所做的統計分析（布迪塞利奇及其同僚於2020年提出，隨後又有獨立研究跟進），卻顯示大約只有354個間隔，這指向的是一種陰曆。如果這個推論正確，將會改變我們對正面刻度盤使用方式的理解，儘管其上的埃及月份名稱，仍然令人費解。

為這部機械定年，需要結合好幾種證據。沉船本身提供了一個「不晚於」的年代上限：船上的錢幣（鑄造於約西元前76年到前67年）和陶器，把沉船的年代定在約西元前70年到前60年，而船體木材的放射性碳定年結果（西元前220年±43年），則被認為反映的是「老木料」的年代。天文學上的定年，則試圖找出各個刻度盤被校準的那一刻：卡曼與埃文斯在2014年主張，沙羅刻度盤上的日月食模式，最符合西元前205年的起始年代；也有學者偏好西元前204年或前178年。這些年代，指的是設計中內建的一個「紀元」基準點，而這個基準點，有可能是從更古老的範本抄襲而來的。

關於來源地的論證，則取決於曆法和節慶。2008年發表於《自然》期刊的論文，確認默冬曆法上全部十二個月份的名稱，都屬於科林斯式曆法，這指向了希臘西北部的科林斯殖民地，或是敘拉古。保羅·艾佛森在2017年針對曆法與運動會刻度盤所做的研究主張，這套原型設計來自羅得島，但這一件實物，則是為伊庇魯斯的一位客戶所改造的，採用了伊庇魯斯式的曆法，而且製作年代，不會早於沉船發生前的一個世代；亞歷山大·瓊斯在同一年，也支持這個看法。

從方法論的角度來看，這部機械是考古學、銘文學、天文學史、工程學與影像科學相互合作的最佳範例。在X光電腦斷層掃描讓研究者得以讀出鏽蝕層內、僅有幾公釐高的文字之前，其中大部分的文字內容都是無法看見的。同時，這段研究歷程，也是一個值得警惕的提醒：每當出現新的解讀，原本自信滿滿的重建方案，就會一再被修正；而某些殘片，例如在2005年之前都未被辨識出的「F殘片」，或許至今仍靜靜躺在博物館的庫房中，等待被人發現。