东汉科学家张衡和他的天文学成就介绍
张衡小传
张衡，字平子，章帝建初三年（公元78年），生于南阳郡西鄂县石桥镇（今河南省南阳市城北五十里）。他从十六岁开始，便离乡游学，广结学者名流。他曾到汉朝故都长安一带，游览了当地的名胜古迹，考察了周围的山川形势、物产风俗、世态人情。后来他又到了当时的首都洛阳，就读于最高学府?大学。
张衡对文学有特殊的爱好和研究。他的文学作品很多，风格也各不相同，如《归田赋》，《二京赋》，《四愁诗》、《同声歌》等。安帝永初四年（公元111年），张衡应征進京，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，前后达十四年之久。太史令是主持观测天象、编订历法、候望气象、调理钟律（计量和音律）等事务的官员。在他任职期间，对天文历算進行了精湛的研究，做出了重大的贡献。
张衡根据自己对天体运行规律的认识和实际观察，创制了一个能够精确表演浑天思想的“浑天仪”。他精通天文、历算，先后写出了《灵宪》、《灵宪图》、《浑天仪图注》等天文学著作，成为东汉中期浑天学说的代表人物之一。
天文学著作《灵宪》
张衡一生所著的天文学著作，以《灵宪》最为著名。这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。在《灵宪》中，张衡提出：“过此而往者，未之或知也。未之或知者，宇宙之谓也。宇之表无极，宙之端无穷。”就是说，我们能够观测到的空间是有限的，观测不到的地方是无穷无尽，无始无终的宇宙。这段话明确地提出了宇宙在时间和空间上都是无穷无尽的思想。
张衡在《灵宪》中指出月亮本身并不发光，月光是反射的太阳光。他说：“夫日譬犹水，火则外光，水则含景。故月光生于日之所照，魄生于日之所蔽；当日则光盈，就日则光尽也。”（景就是影，魄指月亮亏缺的部分。）他形象地把太阳和月亮比做火和水，火能发光，水能反光，指出月光的产生是由于日光照射的缘故，有时看不到月光，是因为太阳光被遮住了。同时，张衡还解释了月食发生的原因。他说：“当日之冲，光常不合者，蔽于地也，是谓暗虚。在星则星微，遇月则食。”这段话的意思是：“望月”时，应该能看到满月，但是有时看不到，这是因为日光被地球遮住的缘故。他将地影的暗处叫做“暗虚”，月亮经过“暗虚”时就发生月食，精辟地阐述了月食的原理。
此外，张衡在《灵宪》中还算出了日、月的角直径，记录了在中原洛阳观察到的恒星二千五百颗，和近代天文学家观察的结果是相接近的。在他的另一部天文著作《浑天仪图注》里还测定出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量的时间三百六十五天五小时四十八分四十六秒的数字十分接近。
张衡在《灵宪》一书中，用了赤道、黄道、南极、北极等名词，并画出中国第一张完备的星图， 包括2500颗恒星。据《灵宪》载，其中“中外之官常明者百有二十四，可名者三百二十，为星二千五百，而海人之占未存焉”。张衡所制星表，不仅大大超于前人，也为后世所不及。汉末丧乱，张衡所制星表失传。晋初陈卓建立的星表，有星1464颗，仅为其半。直到清康熙年间，用望远镜观察，方过三千之数。
“浑天仪”和“候风地动仪”
公元１１７年，张衡创造了世界上第一架利用铜壶滴漏带动的浑天仪，浑天仪分内外两圈，可以转动，上面刻有南北极和赤道、黄道。二十四节气以及日月星辰等，日月星辰位置和出没情况与宇宙间的情形完全一致。
公元１３２年，张衡又创造了候风地动仪，以精铜铸之，状似酒樽，四周镶有八条龙，龙头对着东、南、西、北及东北、东南、西北、西南八个方向，龙嘴各衔铜丸一个，每个龙头下面各蹲一只青蛙。如果发生地震，发生地震的那个方向的龙嘴会自动张开，铜丸随之滚出，落入青蛙嘴中，工作人员便可立刻记下地震的时间和方向。 公元138年，地动仪准确地预测了发生在陇西的一次地震。张衡发明的地动仪，是世界上第一架测定地震方向的仪器，比欧洲的地震仪要早1700多年。
张衡还创造发明了计里鼓车、指南车、测影土圭、独飞木雕等，著有三十多篇科学、文学方面的著作。他在历法、算学以及文学艺术上都有很大贡献。
（英文版：http://www.pureinsight.org/node/1045）
https://www.zhengjian.org/node/16294
东汉科学家张衡和他的天文学成就介绍(二)
中国古代天文巨星中最璀璨的一颗是东汉时期伟大的天文学家张衡（78－139）。
他是宇宙结构理论中浑天说的代表人物。他认为天好象一个鸡蛋壳，地好比鸡蛋黄，天大地小；天地各乘气而立，载水而浮。他虽然认为天有一个硬壳，却并不认为硬壳是宇宙的边界，硬壳之外的宇宙在空间和时间上都是无限的。他在《灵宪》这篇著作中，一开头就力图解答天、地的起源和演化问题。他认为天地未分以前，混混沌沌；既分以后，轻者上升为天，重者凝结为地。天为阳气，地为阴气，二气互相作用，创造万物，由地溢出之气为星。他用“近天则迟，远天则速”，即用距离变化来解释行星运行的快慢。
张衡不但注意理论研究，而且注重实践，他曾亲自设计和制造了漏水转浑天仪、候风地动仪。浑天仪相当于现在的天球仪，原是西汉时耿寿昌发明的。张衡对它作了改進，用来作为浑天说的演示仪器。他用齿轮系统把浑象（见浑仪和浑象）和计时漏壶联系起来，漏壶滴水推动浑象均匀地旋转，一天刚好转一周。这样，人在屋子里看浑象，就可以知道哪颗星当时在什么位置上。候风地动仪制成于顺帝阳嘉元年（公元132年），是世界上第一架测验地震的仪器。他的“候风地动仪”和三国人物诸葛孔明的“木牛流马”是现今被公认的无法仿造出来的，并超越当时时代智慧的工具。
张衡还对许多具体的天象做了观察和分析。他统计出中原地区能看到的星数约2,500颗。他基本上掌握了月食的原理。他测出太阳和月亮的角直径是周天的1/736，即29′24″，同太阳和月亮的平均角直径31′59.″26和31′5.″2相差不多，可见张衡的测量是相当准确的。张衡认为，早晚和中午的太阳，其大小是一样的；看起来早晚大，中午小，只是一种光学作用。早晚观测者所处的环境比较暗，由暗视明就显得大，中午时天地同明，看天上的太阳就显得小。好比一团火，夜里看就大，白天看就小。
据《后汉书•张衡列传》记载，他共留下科学、哲学、文学方面的著作三十二篇，列传中全文收進去的有两篇，即《应闲赋》和《思玄赋》。这两篇赋确实反映了张衡的思想境界。前者表明他的为人和治学态度；后者则是一篇难得的人类到星际旅行的随想：“出紫宫之肃肃兮，集大微之阆阆。命王良掌策驷兮，埘高阁之锵锵。建罔车之幕幕兮，猎青林之芒芒。弯威弧之拨剌兮，射?(bo)冢之封狼。观壁垒于北落兮，伐河鼓之磅石良 。乘天潢之s??猓?≡坪褐?捞馈Ｒ姓幸 ⑸闾嵋缘突?-流兮，察二纪、五纬之绸缪啭皇。”（译文：我走出清幽幽的“紫微宫”，到达明亮宽敞的“太微垣”；让“王良”驱赶着“骏马”，从高高的“阁道”上跨越扬鞭！我编织了密密的“猎网”，巡守在“天苑”的森林里面；张开“巨弓”瞄着了，要射杀?冢山上的“恶狼”！我在“北落”那儿观察森严的“壁垒”，便把“河鼓”敲得冬冬直响；款款地登上了“天潢”之舟，在浩瀚的银河中游荡；站在“北斗”的末梢回过头来，看到日月正在不断地回旋。） （注：以上引号内的内容是古代天文星座。）
张衡的《思玄赋》显示出他元神离体后星际旅行的过程，不难看出这是他之所以知道地球是球体而非无限平面的原因。这也是他能提出符合宇宙结构的浑天说的原因所在。他走的是和现今实证科学完全不同的研究宇宙的方法。同时，我们不难看出，张衡的成就是与他的为人和治学态度紧密相关。
参考文献
《中国大百科全书（天文卷）》
《张衡年谱》
https://www.zhengjian.org/node/8520
张衡的天文巨著《灵宪》
张衡品行高洁，淡泊名利，才识卓著，以“不患位之不尊，而患德之不崇；不耻禄之不厚，而耻智之不博”的自诫。在太史令任内，积极从事理论研究工作，系统观测天体运行，著《灵宪》等书，创制浑天仪，且在历法方面也有所研究。
张衡一生所著的天文学著作，以《灵宪》最为著名。这是一部积多年的观察研究写成的一部天文巨著，也是世界天文史上的不朽名作。该书全面阐述了天地的生成、宇宙的演化、天地的结构、日月星辰的本质及其运动等诸多方面，将中国古代的天文学水平提升到了一个前所未有的新阶段，并对后世产生了深远的影响。
一、阐述了宇宙的起源和结构。关于天地的生成问题，《灵宪》认为天地万物是从原始的浑沌未分的元气发展来的。元气最初浑沌不分，后来才始分清浊，清气和浊气相互作用，便形成了宇宙。清气所成的天在外，浊气所成的地在内。这种天体演化思想，是从物质的运动来说明宇宙的形成，认为宇宙结构不是亘古不变的，而是不断发展变化的。
二、宇宙的无穷尽观。虽然张衡把天比作一个鸡蛋壳，把地比作蛋壳中的鸡蛋黄，但他并不认为硬壳是宇宙的边界。张衡认为，人们目之所及的宇宙世界是有限的，但在人们目之所及之外呢，张衡進一步明确提出在“天球”之外还是有空间的。他说：“过此而往者，未之或知也。未之或知者，宇宙之谓也。宇之表无极，宙之端无穷”。就是说，我们能够观测到的空间是有限的，观测不到的地方是无穷无尽，无始无终的宇宙。这段话明确地提出了宇宙在时间和空间上都是无穷无尽的思想。
三、月食的成因。在浑天说的基础上，阐述了月食的原因。张衡在《灵宪》中写道：“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。”他认为，月亮本身是不发光的，而是太阳光照射到月亮上，月亮才折射出光，太阳光照不到的地方则出现亏缺，即“月有阴晴圆缺”。如果月亮進入地影（张衡将地影取名叫“暗虚”），就会发生“月食”。
四、测日和月的平均角直径值。张衡实测出日、月的角直径是整个周天的1／736，转换为现行的 360度制，即29度21分”，这与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，绝对误差仅有2＇。在两千多年前，没有现代科学技术水平及观测条件，这个数值可以说是相当精确的。
五、重制载星三千的新星表。张衡在认真观察天体的基础上，对前人留传下来的几种星表作了整理、汇总，建立了恒星多达三千的新星表。据《灵宪》记载，其中“中外之官常明者百有二十四，可名者三百二十，为星二千五百，而海人之占未存焉”。张衡所制星表，不仅大大超于前人，也为后世所不及。遗憾的是，因汉末战乱，张衡所制星表失传。晋初陈卓建立的星表，有星1464颗，仅为张衡的一半。到清朝康熙年间，通过望远镜观察，数目才过三千。
六、五星的运动。关于五星的运动问题，张衡提出：日、月、五星是在天地之间运行，而非在天球壁上运行。并且，这七个天体运动的速度各不相同，“近天则迟、远天则速”。所谓天，是指设想中的天球壁，也就是说距地近则速度快，距地远则速度慢。按照五星距地的远近及运行的迟速，他将五星分为两类：水、金二星，距地近，运动快，附于月，属阴；火、木、土三星，距地远，运动慢，附于日，属阳。他还将星体运行方向分为顺行、留和逆行。
《灵宪》留给人们的不仅仅是张衡杰出的天文成就，更应该给人思索：在两千多年前，中国古代科学何以能达到如此水平？
https://www.zhengjian.org/node/16293