张衡与天文学

        张衡，字平子，东汉建初三年（78 年）诞生于河南南阳郡西鄂县石桥镇的一个没落的官僚家庭。祖父张堪是地方官吏，张衡幼年时期，家境已经衰落。

         但贫困的生活并未影响张衡对学业的进取，张衡学习十分勤奋，史书上形容他到了“如川之逝，不舍昼夜”的程度。加之南阳是经济和文化都发达的地区，这样的社会环境使他得以开阔眼界。

        只读经卷典籍满足不了张衡的求知欲望，从17 岁开始，他便离开故里，踏上求师问学的旅途。他曾到汉朝故都长安一带考察了两三年，游览了当地的名胜古迹，考察了当地的山川形势、物产风俗、世态人情，足迹遍及广大的渭河平原。

        后来他又到了当时的京都洛阳，求知若渴的张衡进入了当时的最高学府——太学学习。他虚心好学，勤奋努力，进步很快，终于成为学识比较渊博的学者。

       这时候，地方上曾经推举他做“孝廉”，公府也多次招聘他去做官，但他不为所动，一心扎进知识的海洋里。他对天文、地理、数学等无不潜心研究，在各方面均取得了很大成绩，深得许多名士的赞许。和帝永元12 年（100 年），23 岁的张衡为了谋生，应邀回乡出任南阳太守的主薄，掌管文书工作。在这期间，他劝太守减轻对老百姓的剥削，还采取了一些发展农业的措施，所以南阳境内连年丰收。

        张衡在他29 岁那年，完成了两篇著名的文学作品：《东京赋》和《西京赋》。他以很大篇幅无情揭露讽刺了京师中帝王贵族“取乐今日，遑恤我后，既定目宁，焉知倾”的腐朽寄生生活，受到了劳动人民的欢迎而传诵于世。

       公元111 年，张衡应征进京，先后任郎中、太史令、公车司马令等低、中级官职。其中担任太史令时间最长，达14 年之久。太史令是主持观测天象、编订历法、候望气象、调理钟律等事务的官员，在他任职期间，对于天文历算进行了精湛的研究，为天文学做出了重大的贡献。

        我们前面说过，汉代已形成了三种关于天体运动和宇宙结构的学说，即盖天说，浑天说和宣夜说。

        张衡根据自己对天体运行规律的认识和实际观察，认真研究了这三种学说，认为浑天说比较符合观测的实际，并在前人研究的基础上，对浑天说加以修正和完善。在此期间，张衡创制了一个能够精确地表演浑天思想的“浑天仪”，并且写出了《灵宪》、《灵宪图》、《浑天仪图注》等天文学著作，成为浑天学说的代表人物之一。

       公元117 年，一台利用水力推动自动连转的大型天文仪器—－“水运浑象”（即浑天仪）在京都洛阳制造成功。这台仪器的主体是一个大空心铜球，上面布满了星辰，球的一半隐没在地平下面，另一半显露地面，就像人们看到的天穹一样。仪器靠漏壶流水的力量推动齿轮系，带动铜球缓慢地运转着，一天旋转一周。到了晚上，人们从仪器上可以看到星辰的起落，和实际天象完全相合。

        仪器的表演在当时引起了极大的轰动。浑天仪，类似于现在的天球仪。这台仪器用精铜做成，主体是一个球体模型，代表天球。球体可以绕天轴转动，天轴与地球面有两个交点，一个是北极，一个是南极。

        在天球的表面上遍列有28 宿和其他恒星。球面上还有赤道圈和黄道圈，两者成24度夹角，分列有24节气，从冬至起点，把圆周分为365 度。球体外面有两个圆环，一个是地平圈，一个是子午圈，和地平斜交成36度，就是说北极高出地平36 度，这是洛阳地区的北极仰角，也是洛阳地区的地理纬度。

        浑天仪是有明确记载的世界上第一架用水力发动的天文仪器，其中应用的齿轮系和凸轮机构在当时可以说是极其复杂的，浑天仪实质上可以认为是天文钟。在1800 多年前，我国能够制造出这样复杂而精巧的仪器，是很值得自豪的。张衡最重要的天文学著作是《灵宪》，它是一部阐述天地日月星辰生成和它们的运动的天文理论著作，代表了张衡在天文学中的丰硕成果。

        在《灵宪》中，他提出了一些独到的见解。他指出，月亮并不会发光，月光是反射的太阳光。“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。”

        张衡还在这部科学的著作中说明了月食的道理：“月光生于日之所照⋯⋯当日之冲，光常不合者，蔽于地也，是谓暗虚，在星则星微，遇月则月食。”就是说：望月的时候，月光常常没有了，这是因为被地影遮了的缘故。

        地影叫做暗虚，星碰上暗虚则变暗，月亮转动到暗虚处，就发生了月食。此外，张衡还在《灵宪》中算出了日、月的视直径，记录了在中原洛阳观察到的恒星2500 颗，这与近代天文学家观察的结果也是相当接近的。他还测出了地球绕太阳一年所需的时间是“周天三百六十五度又四分度之一”，和近代天文学家所测得的时间为365 天5 小时48 分46 秒这一数字极为接近。这时，张衡对天文学的研究已经达到很高的水平，可以说是前无古人，在当时的世界科学史上，无疑是一流的水平。

        在张衡造出浑天仪的同时，他还制造了一种可以显示月相的仪器“瑞轮寞荚”，它与浑天仪联动，从每月初一起，每天转出一片木叶，可以反映出月亮的盈亏。它实际上是世界上最早的机械日历。

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