张衡发明浑天仪和浑象

张衡发明地动仪

张衡（78—139）字平子，南阳西鄂（今河南南阳县北）人。是东汉著名的文学家和科学家。

张衡少年时学习刻苦，喜好写文章。他时感光阴流逝之快，夜以继日地读书，希望自己能成为对社会有所贡献的人。他曾到长安、洛阳拜师求学，增长见识，后来又到太学深造。由于不断的学习，获得了渊博的知识。他通晓五经，尤精于天文、历算。他对自然界的奥秘有着浓厚的兴趣，而无意于通往富贵的仕途。朝廷屡次征召任职，他都没有接受。汉安帝时，特地下诏召他到朝廷任职，他想借此多阅览一些先代有关天文、历算等方面的典籍，便于日后的研究，便接受了汉安帝的召见，被任命为郎中，后来，两度任太史令，掌管天象观测。这期间，他对天文、历算的研究和探索更加深入了。在总结前人经验和自己研究试验的基础上，搞了大量的重要发明，撰写了很多饱含科学思维和创造智慧的著作。

汉代论天有盖天、浑天和宣夜三家，张衡是浑天说的代表人物。他在所著的《浑天仪图注》中指出“浑天如鸡子，天体圆如弹丸，地如鸡子中黄。天地各乘气而立，载水而浮”。他还指出天体每日绕地转一周，总是半见于地平之上，半隐于地干之下，等等。这里张衡明确指出大地是个圆球，形象地说明了天与地的关系。张衡在他的另一部著作《灵宪》中指出，浑圆的天体并不是宇宙的边界，“宇之表无极，宙之端无穷”，从而表达了宇宙无限的概念。张衡的浑天说虽然是一种以地球为中心的宇宙理论，但在当时的历史条件下，在浓重的天圆地方学说的氛围下，它能够比较近似科学地说明天体的运行，对后世产生了很大的影响。

张衡不仅倡导浑天说，而且还在西汉天文学家落下闳、耿寿昌等人创造浑天仪的基础上，设计制造了一种用于演绎浑天思想的新的仪器——水运浑象仪，这对浑天说能得到社会的广泛承认，起了重要作用。张衡所制的浑天仪是以一个直径为5尺的空心铜球表示天球，上画28宿，中外星宫及互成24度交角的黄、赤道等。紧附在球外的有地平圈和子午圈，天球半露于地平圈之上，半隐于地平圈之下，天轴则支架在子午圈上，天球可以绕天轴转动。水运浑象仪形象地表达了浑天思想，并解释了若干天文现象。张衡还利用当时已得到发展的机械方面的技术，巧妙地把计量时间用的漏壶与浑象联系起来，即以漏水为原动力，并利用漏壶的等时性，通过齿轮系的转动，使浑象每日均匀地绕轴旋转一周，这样浑象也就自动地、近似正确地把天象演示出来。张衡的这项创造是唐宋时代得到进一步改进的水运浑象仪的先声，在天文仪器史上占有重要地位。

张衡担任太史令（掌管天文观测的官员）先后达14年之久，所以他在天文学方面的贡献最为突出。在《灵宪》中，他系统地总结了前人关于宇宙生成及演化的思想。除了沿用道家的有生于无的客观唯心主义观点外，张衡还采用了当时得到发展的元气说，比较完整系统地描述了天地万物生成、变化、发展的过程，对后世产生了深远的影响。张衡还提出了五星视运动的重要理论。他用“近天则迟，远天则速”的理论，解释五星运行或快或慢的现象。这表明张衡或许已经认识到五大行星和地球的距离有远有近，而且就同一行星而言，其运动的轨道也时而接近地球，时而远离地球。这又是五星运动快慢与地球距离的定性关系的早期描述。张衡对月食的成因也有初步的认识，他认为月食是由于地球的影子——“暗虚”遮掩了月亮而引起的。此外，他还测得日、月的视直径为度（约等于0.5度），同今测值相近。这些论见说明张衡在天文学方面的造诣很深。

在张衡生活的那个时代，较大的地震屡屡，地震成了他十分关切的研究课题，基于对地震及其方向性的认识，特别是从当时建筑中有一种所谓都柱（即宫室中间设柱）的启示，张衡于公元132年首创了世界上第一架地震仪，即“地动仪”。“地动仪以精铜制成，圆径八尺，合盖隆起，形似酒尊”，里面有精巧的结构，主要是中间的“都柱”和它周围的“八道”。尊外面相应地设置了八条口含小铜珠的龙，每个龙头下面都有一只蟾蜍张口向上。一旦发生较强的地震，“都柱”就因震荡失去平衡而触动“八道”中的一道，使相应的龙口张开，小钢珠就落入蟾蜍口中，观者便可知道地震发生的时间和方位。公元138年的一天，地震仪西面的一个龙嘴吐出了铜珠，张衡便断定发生了地震。当时有很多人持怀疑态度，有的甚至认为张衡故弄玄虚，哗众取宠。结果，不久甘肃来人报告说那里地震了。

张衡是个多才多艺的人，他的贡献是多方面的。他研究过地理学，曾绘制了一幅地形图，流传了好几百年；在数学方面，他对圆周率作过研究，取用过π＝＝3.162值；他也是当时有名的文学家，有不少文学著作，其中以《二京赋》、《东都赋》最为有名，在东汉的文学史上有一定的地位；他还是个画家，曾被列入东汉六大名画家之一。

张衡是那个时代产生的著名科学家，他能够做出如此丰富而伟大的贡献，有其内在的因素。他博学多识，而且虚怀若谷，“虽才高于世而无骄尚之情”。他不以俸禄少为耻辱，而耻于知识不博，他抱定“约己博艺，无坚不钻”的决心，脚踏实地地进行工作，不为外界的冷嘲热讽所动摇，不为众目仰视而昏蔽，一直在执着地走自己的路。他说过“如果走邪路，即使是捷径，我也不忍心投足”，表明了他实事求是的科学态度。他曾建议“把天下的谶纬之书收集起来，一下子就禁绝”，反映了他反对谶纬神学的勇敢战斗精神。

心灵悟语

所有这些，都是张衡之所以能攀登上那个时代科学高峰的内在因素。而这些内在因素中尤其重要的是他那刚毅的性格和坚韧不拔的求索精神。