张衡，字平子，东汉时南阳西鄂人，是我国古代杰出的科学家。也是世界上最早的天文学家之一。

　　张衡的祖父曾经担任蜀郡太守等职，后来家道却中落了。张衡从小过着较为贫的生活。张衡从少年时学习就很刻苦，后来到都城洛阳的太学，访师交友，探讨学问，阅读了不少的书籍。在他三十七岁的时候，开始担任太史令的官职，专为朝廷观测、记录天象，选择“黄道吉日”和记载全国各地发生的某些自然现象。这些工作不能不促使张衡对于天文、历法乃至地震等自然现象进行广泛的研究。

　　张衡在天文学方面的成就最为突出。他认真地研读过扬雄的《太玄经》，从中受到很大启发又深入学习和研究了当时天文学的最新成就，并通过多年的实际观测和研究，最后写成了一部天文学的巨著《灵宪》。

　　原来，我国自古以来，对于宇宙天体的看法，就有三种不同的论点。一种是“盖天说”，又称“天圆地方说”。认为天是圆的，象一把张开的伞，地是方的，象一个棋盘。一种是“宣夜说”。认为天没有一定形质，日月星辰都浮游在天空之中。另一种则是“浑天说”。认为天地的形状象个鸟蛋，天象蛋壳，地象蛋黄，天和地的关系就象壳包着黄那样， 所以叫做“浑天”。张衡就是“浑天说”的主要代表。

　　在《灵宪》中，张衡大胆地对天象提出了许多新的见解。他说，“月光生于日之所照”，“当日则光盈，就日则光尽也”。正确地说明了，月亮本身并不发光，它的光是受到太阳的照射后反射出来的。月亮对着太阳的时候，是满月，背着太阳的时候，月亮就不见了。他从日、月、地球所处的不同位置，对日月蚀的成因，作了我国最早的科学解释。张衡还对在中原地区能够用肉眼观测到的星数做了精确的统计，指出较亮的星二千五百颗，常明星一百二十四颗，叫得上名字的星三百二十颗。这个数字和现代天文学家所统计的，在同一地方，同一时间能用肉眼看到的星数为 2500-3000颗，基本相同。他在《灵宪》中绘制的标明星体位置的《灵宪图》，是我国最早的一张星图。

　　在张衡以前，已经有人制造过观测天象的“浑天仪”。公元117年，张衡根据他的“浑天说”，创制了比以前都精确全面得多的一架“浑天仪”。“浑天仪”是一个可以转动的空心铜球。铜球外表刻有二十八宿和其他一些恒星的位置；球体内有一根铁轴贯穿球心，轴的两端象征北极和南极球体的外面装有几个铜圆圈，代表地平圈、子午圈、黄道圈、赤道圈。赤道和黄道上各刻有二十四个节气。凡是张衡当时所知道的重要天文现象，都刻在“浑天仪”上面了。为了使浑天仪”能自行转动，张衡又利用水力推动齿轮的原理，用滴壶滴出来的水力发动齿轮，带动空心铜球绕轴旋转。 铜球转动一圈的速度和地球自转的速度相等。浑天仪旋转时，刻在它上面的天象依次表示出来，和天体上星球的运动十分相象。这样，人坐在屋子里，便能从“浑天仪”上看到天体运的情况。

　　张衡把他对天体构造、各种天象的看法和他制作水运浑天仪的方法等，专门写成一篇《浑天仪图象》加以介绍。另外，张衡还改进过测定天体位置的浑仪。

　　从公元89年到140年，五十年左右的时间内，东汉都城洛阳和陇西一带，共出现过三十三次地震。特别是公元 119年，洛阳和其他地区连续发生了两次大地震，促进了张衡加紧对于地震现象的研究。他终于在公元132年，发明并制造出了我国第一架测报地震的“地动仪”。这架“地动仪”通体铜铸，形状很象一个大酒樽。樽顶上有凸起的盖子，可以打开。樽的外部装饰有篆文和山龟鸟兽等花纹，上面铸着八条龙龙头按照东、南、西、北、东北、东南北、西南八个方向排列；每个龙嘴都衔有一个小铜球，并在它的下面蹲着一只铜制的、头向上仰、张着嘴的蛤蟆。 “地动仪的內部，有根叫做“都柱”的上粗下细的铜柱。“都柱”周围伸出八根横杆（曲杠杆），分别和八个龙头的上半部衔接。哪个方向发生地震，地震波传来，“都柱”就会倒向地震发生的那个方向，压在曲杠杆的下端，由曲杠杆再牵动龙头， 将龙嘴里的銅球掉到蛤蟆的嘴里，并发出清脆的响声。这样，看守仪器的人便能知道地震发生的日期和方向了。

　　张衡制造的这台“地动仪”，相当灵敏准确。公元138年的一天，“地动仪”正对西方的龙嘴突然张开，铜球落了下来。可是住在洛阳的人丝毫没有感到有什么地动，有些学者怀疑“地动仪”的灵验。但是过了几天，便有人从陇西赶来报告说，那里在几天前发生了地震。于是人们“皆服其妙”了。陇西距洛阳有一千多里，“地动仪”能够精确地测知那里的地震，它的精密程度已经达到相当高的水平。

　　张衡在气象学方面，还创造了一种测定风向的仪器一一“候风仪”，又叫“相风铜鸟”。是在一根五丈高的竿顶上安放一只衔着花的铜鸟，可以随着风向转动。鸟头所对，便是风的方向。这个仪器和欧洲装在屋顶上的“侯风鸡”相似。在地理学上，张衡还绘制过《地形图》。此外，张衡还能文善画。张衡的治学态度非常认真、刻苦，“如川之逝，不舍昼夜”，几十年如同一日。这正是他博学多才，成就为一个大科学家的“秘诀”。

　　张衡关于天文学的理论，主要体现在他的著作《灵宪》中。《灵宪》也是东汉天文学发展水平的体现。《灵宪》原书已经散佚，但主要部分因为被《后汉书·天文志》刘昭注所征引而传世。

　　在《灵宪》中，张衡系统全面地阐述了他的天文学观点。关于宇宙的起源，《灵宪》认为，宇宙最初是一派无形无色的精气，幽清寂寞，其中蕴含着“道根”。之后在太素的阶段里，道根发动，产生了“道干”。有了道干以后，元气开始分化，开始形成天地。他认为气有清浊，清者在外而为天，浊者在内而为地。有了天地以后，就进入到太元的阶段。在这个阶段里，由道干生化出“道实”。道实生化出无穷无尽的万事万物。张衡虽然试图去揭示宇宙的生成过程，但是他也强调了人所能认知的范围是十分有限的，在这个范围之外的宇宙是没有时间的起点和空间的边界的，“宇之表无极，宙之端无穷”。（《后汉书》第3216页）

　　在《灵宪》中，张衡把天想象成一个椭球：“八极之维，径二亿三万二千三百里。南北则短减千里，东西则广增千里。……通而度之，则是浑已。”天上有一个北极，枢星正好在这个位置上。日、月、五星都绕它旋转。天还有个南极，是在地底下，人不可见。人目所见的地表面是平的，正在天的中央，“自地至天，半于八极，则地之深亦如之”。（《后汉书》第3216页）在他心目中的天地仍然是“天圆地平”的模式。

　　张衡认为，天动地静，天施地合，万事万物因而发生。天地的运动也促使了四季的更迭。而整个天庭，与大地一一相应。尤其是列星，就是精气所生，“体生于地精，成于天列”。（《后汉书》第3216页）列星在天上的排列也是井然有序的，“紫宫为皇极之居，太微为五帝之廷，明堂之房，大角有席，天市有坐。苍龙连蜷于左，白虎猛据于右，朱雀奋翼于前，灵龟圈首于后，黄神轩辕于中”。它们象征着人世间的万事万物。

　　张衡在《灵宪》中对日月星辰进行了研究。张衡提出，日月的角直径是周天的“七百三十六分之一”，换算成现代角度单位，即为29′21″，这和近代天文测量所得的日和月的平均角直径值31′59″和31′5″相比，误差都只有2′左右。以二千年前的观测条件而论，张衡的测量能如此精确，的确难能可贵。在张衡之前，人们对日蚀和月蚀已经有所研究，但对于月食形成的原因没有给出清晰的解释。张衡首先指出，月亮本身不发光，月亮的圆缺是由于其受光面发生转动的原因，而月食则是由于大地遮蔽的缘故。他还给大地的影子起了个名字叫“闇虚”。他说：“月，光生于日之所照；魄生于日之所蔽。当日则光盈，就日则光尽也。众星被耀，因水转光。当日之冲，光常不合者，蔽于地也，是谓虚。在星星微，月过则食。”（《后汉书》第3216页）

　　张衡认为天上星辰的变动预示着世间的祸福，北斗在昭示着帝王的运命，散布四方的二十八星宿无不与人间的福祸有关，都是上天意志的显现。他认为天上的星斗，“常明者百有二十四，可名者三百二十，为星二千五百”。（《后汉书》第3217页）除此之外，天空中还有人所不能看到的“微星”一万一千五百二十颗。这个数字当然是张衡的推测，他认为这些“微星”象征了世间的芸芸众生。

　　张衡认为天上的星斗也是有生命周期的，当星斗处于其生命旺盛期时，“有似珠玉，神守精存，丽其职而宣其明”。而等到星斗的精气衰竭而死亡的时候，“于是乎有陨星”。（《后汉书》第3217页）这些陨星最终掉落在地上，就成了石头。张衡的这些说法当然不尽科学，但是在当时的条件下，他已经能比较合理地解释陨石现象。而且张衡关于星斗周期的猜想，也与当代天文科学的理论有相通之处。

　　张衡认为日月五星并非在一个球壳上运动，它们在天地之间运行，而且速度不同，近地则快，远地则慢，相应地近天则快，远天则慢。他还将日月五星分为两类，一类附于月，属阴，包括水星和金星，黄昏时出现。另一类附于日，属阳，包括火星、木星和土星，清晨时出现。抛开阴阳日月的话不说，水星和金星都是内地行星，火星、木星和土星都在地球之外，张衡的分类有一定的道理。

　　《灵宪》中还有许多不足的地方，而且也受到占星术的很大影响，当然这都是时代的局限性所致。总之，尽管《灵宪》有一些缺点，但是它在天文学史上的意义还是不能抹杀的，《灵宪》所取得的重要成就还是值得高度肯定的。所以梁代刘昭赞颂张衡是“天文之妙，冠绝一代”。（《后汉书》第3215页）

　　张衡在天文学上的重要贡献，还有“水运浑天仪”的发明。《隋书》记载，延熹七年（164年《隋书》关于张衡发明浑天仪的年代记载肯定是错误的。）张衡发明了浑天仪，“更以铜制，以四分为一度，周天一丈四尺六寸一分。亦于密室中以漏水转之，令司之者闭戸而唱之，以告灵台之观天者，璇玑所加，某星始见，某星已中，某星今没，皆如合符”。（《隋书》第517页）《晋书》还记载张衡的朋友崔瑗为张衡浑天仪所作的铭文：“数术穷天地，制作侔造化，髙才伟艺，与神合契。”（《晋书》第281页，中华书局1974年版）

　　水运浑天仪也称漏水浑天仪，简称浑天仪。它是一种水运浑象，用一个直径四尺多的铜球，球上刻有二十八宿、中外星官以及黄赤道、南北极、二十四节气、恒显圈、恒隐圈等，成一浑象，再用一套转动机械，把浑象和漏壶结合起来。以漏壶流水控制浑象，使它与天球同步转动，以显示星空的周日视运动，如恒星的出没和中天等。它还有一个附属机构即瑞轮冥菜，是一种机械日历，由传动装置和浑象相连，从每月初一起，每天生一叶片；月半后每天落一叶片。它所用的两级漏壶是现今所知最早的关于两级漏壶的记载。漏水转浑天仪对中国后来的天文仪器影响很大，唐宋以来就在它的基础上发展出更复杂更完善的天象表演仪器和天文钟。

　　张衡还专门写了一篇文章《张衡漏水转浑天仪制》来介绍水运浑天仪，不过这篇文章已经散佚了，多亏南朝萧梁的刘昭在给《后汉书·天文志》做注时曾部分引用，使后人可以窥见其大略。在刘昭注中，把这段文字标题为《张衡浑仪》。刘昭所引，近人已有证明，它应是张衡的原作。

　　刘昭所引的部分，大体包含了三部分内容。第一部分讲浑天学说和浑天仪中天极、赤道和黄道三者相互关系及彼此相去度数。第二部分讲所谓黄赤道差的求法和这种差数的变化规律。这是这一残文中的最多篇幅部分。第三部分讲黄道二十八宿距度以及冬至、夏至点的黄道位置。

　　仔细研究这篇残文，可以得到两点重要信息。其一，文中介绍了在天球仪上直接比量以求取黄道度数的办法。其二，文中给出了所谓黄赤道差的变化规律。黄赤道差后来在中国历法计算中起了很重要的作用，作为首创者的张衡，其贡献不可磨灭。

　　除了刘昭所引的这段文字之外，在《晋书》《隋书》的“天文志”里所引述的葛洪的话中，转引了一段题为《浑天仪注》的文字。在唐代《开元占经》第一卷里，编有一段题为《张衡浑仪注》和一段题为《张衡浑仪图注》的文字。在《开元占经》卷二十六“填星占”中，还有三小段题为《浑仪》的文字；卷六十五的“天市垣占”下小注中，有题为《张衡浑仪》的文字一句。这四段文字也不见于刘昭所引。不过这些文字中，或许有后人的掺杂或注释混入的情况。

　　遗憾的是，关于张衡浑天仪中的动力和传动装置的具体情况，史书没有留下记载。张衡写的有关浑天仪的文章只留存片断，也没有提及动力和传动装置问题。近几十年来，人们曾运用现代机械科技知识对这个装置作过一些探讨。最初，人们曾认为是由一个水轮带动一组齿轮系统构成。后来有人提出了一种完全不同的设计。他们把漏壶中的浮子用绳索绕过天球极轴，和一个平衡重锤相连。当漏壶受水时，壶中水量增加，浮子上升，绳索另一头的平衡锤下降。这时绳索牵动天球极轴，产生转动。不管张衡的动力和传动系统的实情究竟如何，总之，他是用一个机械系统来实现一种与自然界的天球旋转相同步的机械运动。这种作法在中国是史无前例的。由此开始，我们诞生了一个制造水运仪象的传统，它力图用机械运动来精确地反映天球的周日转动。直到20世纪下半叶原子钟发明和采用之前，一切机械钟表都是以地球自转，亦即天球的周日转动为基础的。所以，中国的水运仪象传统乃是后世机械钟表的鼻祖。

　　张衡其人是极其厉害的，他是我国东汉时期伟大的天文学家、数学家、发明家、地理学家、制图学家、文学家在汉朝官至尚书，为我国天文学、机械技术、地震学的发展作出了不可磨灭的贡献。

　　张衡文学天赋也极高，曾经著有《东京赋》《西京赋》。“两京赋”还描写了灵台、宫阙的天文和气象仪器。张衡指出月球本身并不发光，月光其实是日光的反射，同时正确地解释了月食的成因，他在人类天文史上首次解释月光是日光的反照，月食是月球进入地影。古代宇宙结构理论有盖天、浑天、宣夜三说，张衡是浑天说的代表。他认为天好比蛋壳，地好比蛋黄，天大地小，天地各乘气而立，载水而浮。他虽然认为天似蛋壳，但并不认为那是宇宙的边界。他在《灵宪》中说：“宇之表无极，宙之端无穷。”认识到宇宙的无限性和行星运动的快慢与距离地球远近的关系。



 

　　其也是一个大发明家，张衡观测记录了2500颗恒星，还制造出了刻漏计时仪器、指南车、自动记里鼓车、飞行数里的木鸟等等。对于宇宙起源，张衡认为天地未分之前，混混沌沌，既分之后轻者上升为天，重者凝结为地。天为阳气，地为阴气，阴阳气合而生万物。继承了古代朴素唯物主义的认识。
 

　　用今天的眼光看他的生平，都是令人惊奇的事，堪称一代名家。

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