張衡發明地動儀(張衡發明地動儀有幾條龍)

來源：科技日報

張衡是我國東漢時期著名的文學家和科學家，他發明地動儀的事跡，不僅在史書中有記載，還被收錄到教材中，在我國幾乎人人耳熟能詳。而除了發明地動儀，張衡還有很多巧妙的構思與制作，為我國天文學、氣象學、數學、機械制作等的發展做出了重要貢獻。

張衡，字平子，是東漢時期南陽西鄂人，也就是今天的河南南陽人。他出生在一個官宦家庭，祖父張堪曾經擔任過蜀郡太守和漁陽太守，在當地很有名望，但隨著祖父病故，家境敗落，所以他從小過著清貧的生活。雖然生活貧困，但張衡天資聰穎，勤奮好學，很小的時候就很擅長寫文章。俗話說，“讀萬卷書，不如行萬里路”，在17歲那年，張衡決心出外游歷，他先是來到了三輔地區，也就是西漢時期以都城長安為中心的京兆、左馮翊、右扶風，相當于今天陜西中部地區，然后再從三輔來到京師洛陽，在那里熟讀五經，貫通六藝，并且與馬融、崔瑗等青年學者結為摯友。

雖然學問出色，但張衡并不熱衷于功名，直到23歲那年，才答應了南陽郡太守鮑德的邀請，擔任南陽郡主簿。回到南陽后，他精心鉆研天文、陰陽、歷算等方面的學問，引起了漢安帝的注意，特例征召他為郎中，并很快升其為太史令，專門掌管天時、星歷。在任太史令期間，張衡寫出了《靈憲》《算罔論》等著作，還制作了渾天儀。

《靈憲》是我國第一部重要的天文學理論著作，在書中，張衡全面闡述了天的生成和結構、宇宙的起源和演化、日月星辰的本質等問題，并且第一次正確地解釋了月食的成因，極大地提高了我國古代天文學水平，使其處于世界領先地位。《算罔論》是張衡在數學方面的重要著作，雖然已經失佚，但劉徽在《九章算術注》中引用了張衡的一些觀點，從中我們可以知道張衡提出了π=√10，對祖沖之推算出圓周率起到了促進作用。

渾天儀是古代觀測天象的儀器。東漢時期，關于宇宙的學說主要有蓋天說和渾天說兩種，蓋天說認為地是平的，天像一只碗扣在地上；渾天說認為天像蛋殼，地像蛋黃。相較而言，渾天說有較多的支持者，他們制作了不少觀測天象的儀器，被稱為渾天儀，比如漢武帝時期的落下閎就曾經制作過渾天儀。而張衡在繼承和發展了前人成果的基礎上，對渾天儀進行了改造。他先是用竹篾做了一個小模型，稱作小渾，用了整整一年的時間，進行了多次試驗、改進之后，才用銅鑄而成。

《晉書·天文志》對張衡所改造過的渾天儀有詳細的記載，從記載中可以知道，張衡所造的渾天儀主體是一個大銅球，和現在的天球儀類似。上面有南北極、黃道、赤道、二十四節氣、二十八星宿和日月等恒星。在銅球相當于南、北極的地方，有一根可以旋轉的軸。球體外面還有兩個圓環，其中通過南北極的圓環叫子午圈，另一個是表示地平線的地平圈。銅球由西向東旋轉之后，就可以看到刻在上面的星星升到地平圈之上，隨著旋轉向地平圈之下落去，正如天空中恒星東升西落的樣子。張衡渾天儀的偉大之處在于，他通過設計，用水力來轉動銅球，并且使得銅球轉動一周的速度和地球自轉一周的速度一樣。所以，當銅球轉動起來后，人們在室內看著渾天儀，就能知道室外的夜空中哪顆星剛升起，哪顆星已經到了半空中，哪顆星就要落下去了。

更巧妙的是，張衡還設計了一個叫做“瑞輪蓂莢”的機械裝置。所謂瑞輪是指月亮，蓂莢則是傳說中的一種神草。根據《竹書紀年》的記載，這種神草生長在古代圣王堯的時代，月朔之日，也就是每個月的農歷初一開始，每日長出一片葉子，半個月就長十五莢，十六日之后，又一天掉一莢，到月晦之日，也就是每個月農歷的最后一天，葉子就掉完了。如果碰上這個月是少一天的小月，那么最后那片葉子就會凋零但是不掉落。因為這種草可以指示出日期和月相，所以又叫“歷莢”。張衡根據這個傳說制造了一種機械裝置，能夠“隨月盈虛，依歷開落”，說是當時的活動日歷也不為過。

在漢順帝初年，經過兩次轉任之后，張衡又當上了太史令，并發明了地動儀。有時候，人們也將地動儀稱為侯風地動儀，但實際上，侯風儀是張衡在氣象學方面的一項發明，可以用來測風的方向，和西方屋頂上的侯風雞類似，但卻比西方要早一千多年。

在機械制作方面，根據《太平御覽》記載，張衡曾經制作過木鳥。這個木鳥不僅有翅膀，而且在鳥腹中有機關，借助機關和翅膀，木鳥可以飛數里地。此外，張衡還制作過一種有三個輪子，可以自轉的機械，有人認為這是一種記里鼓車，但也有人認為這就是指南車。這些靈巧的機械都已經失傳了，但書籍中留下的相關記載足以證明張衡在機械制作中的高超技藝。晉代的葛洪將張衡和一位三國時期的機械大家馬鈞稱為“木圣”。

張衡的這些創造發明，令人嘆服，和他同時代的學者，也是他的好友崔瑗曾說他“奇技偉藝，磊落炳煥。術數窮天地，制作侔造化”；曾任中國科學院院長的郭沫若曾說他是世界史中罕見的全面發展的人物。如今，張衡的名字不僅被各種科技史典籍記載，也被永遠地刻在了天體上。1970年，國際天文學聯合會將月球上一座環形山命名為“張衡山”，并在7年之后，把太陽系中編號為1802的小行星命名為“張衡星”。

作者系濟南中華文化學院（濟南市社會主義學院）講師