中国古代科学家的典范——张衡

汪鑫

张衡是谁

张衡（78年—139年），字平子，生于东汉时南阳西鄂（今河南省南阳市石桥镇）的一户官宦之家。官至尚书，有浑天仪、地动仪等多项发明存世，是我国伟大的科学家、文学家。

117年张衡发明创造的“浑天仪”，是世界上第一台用水力推动的大型观察星象的天文仪器，他著的《浑天仪注》《灵宪》等书，绘有较为完整的天文星象图。132年，张衡发明了“地动仪”，这是人类历史上第一台测定地震方位的科学仪器，比欧洲早1700多年。“地动仪”揭开了地震科学的新纪元，张衡也成为人类从事地震科学研究的先驱和地震学鼻祖。在数学方面，他著有《算网论》，并定出圆周率π=3.1622。这在1800多年前，完全是不可想象的。

了不起的发明

张衡在科学技术、文学艺术等方面所取得的杰出成就，不仅是中华民族的光荣和骄傲，也是留给整个人类历史的宝贵财富，后世称张衡为“木圣”（科圣）。

英国剑桥大学李约瑟教授在《中国科学技术史》第24章“地震学”中指出：“地震仪的鼻祖出在中国，这一点是毋庸置疑的。这是卓越的科学家、文学家张衡的贡献。关于张衡，不少现代西方地震学家，如米尔恩、西伯格、贝尔拉格等，都曾坦率地承认张衡在这一方面取得的巨大功绩。”

为了纪念张衡的功绩，人们将小行星1802命名为“张衡小行星”。

1974年美国《地震消息公报》杂志上，以《汉朝地震计》专题文章介绍张衡的地动仪。

2003年，国际天文联合会将9092号小行星以张衡的故乡南阳命名为“南阳星”。

2018年2月2日，“张衡一号”卫星发射成功，这是中国首颗观测地震活动的电磁监测试验卫星。

人生超级剧场

天地在我心中

小时候，每当面对星光闪烁的夜空，我都会想：天到底有多大？地到底是什么样子？满天星辰到底有多少？

是的，在大人眼里，我学习十分刻苦，但是我也有很多稀奇古怪的想法，尤其是爱好探索天地之间的奥秘。家里虽然不富裕，但还是无条件支持我读书，因为我出生于官宦之家，家里人明白读书的重要性。

在17岁那年，我告别了家人，四处云游，见识了大好山川。在京城洛阳，我结识了很多饱学之士，经常与他们一起讨论天文、数学、历法等。这段时间，我眼界大开，汲取了很多在书本上学不到的知识。

从京城回到南阳的家中后，我开始致力于研究天文、历法等并将扬雄著的《太玄经》反复推演，仔细推敲。十多年后，我的研究成果终于引起了皇帝的注意，他召我进京为官。

我从郎中做起，由于我的专长，又被升任为太史令。太史令掌管历法、观测天象。从此我十几年如一日地观测日月星辰，记录它们在天空运行的规律。

当时，对于天象运动，大家有两种不同的观点：一种观点是，天像一个大斗笠，地像一个“戴斗笠”的盘，日月星辰都沿着斗笠底移动，这种观点叫作“盖天说”。另一种观点是，地球不是孤零零地悬在空中的，而是浮在气中，因此有可能回旋浮动；满天恒星都布于一个“天球”上，而日月五星则附于“天球”上运行。

我对这两种观点都持着怀疑的态度，并对天象进行了观测和研究。最后，我觉得“浑天说”的观点比较靠谱。

我指出天是圆的，宇宙是无限的，地载万物，围着太阳旋转。但是我的这些说法，一般人都不相信，就算相信了，也难以理解。

为了更好地解释“浑天说”，同时也出于掌管天文历法工作的需要，我决定制造一个新型的天体模型，以此来准确、生动、通俗地展现天象的实际面貌。

首先，我费尽力气将竹子削成一根根又细又薄的篾片，又把它弯成一个个竹圈，并在上面刻上不同的度数，然后想办法把竹圈穿起来。这样，我用竹片制成了一个小模型，它代表日月星辰运行的轨道。在反复试验和调整之后，我让工匠把它铸成铜质模型，并把这个模型称作“浑天仪”。浑天仪以一个大空心铜球代表天球，上面画有二十八宿中外星官、互成24度交角的黄道和赤道等，黄道上又标有二十四节气。紧附于天球外的有地平环和子午环等。天体半落于地平环之上，半隐于地平环之下。天轴则架在子午环上，天球可绕天轴转动。同时，浑天仪又以漏壶流出的水作动力，通过齿轮系统的传动和控制，使球体每日均匀地绕天轴旋转，从而达到自动地、非常接近地演示天象的目的。

此外，浑天仪上还带有一个日历，能随着月亮的盈亏演示一个月中日期的推移，相当于一个机械的日历。

在一个皓月当空、群星璀璨的夜晚，我邀请了很多人来观看浑天仪。当他们看到浑天仪和屋外天象的变化一模一样时，都发出了惊叹，从此也开始相信“浑天说”。尽管大家对我的浑天仪很认同，但是作为太史令，我不能沾沾自喜，因为我还有许多事情要做。比如，国家每年都有很多自然灾害事故，由于那时交通落后，信息不发达，很多可以避免的损失或者可以及时开展救护的事故，都被耽搁了。所以，我决定设计一个地动仪，检测地震发生的方位。

我设计的地动仪有8个方位，每个方位均有一条口含铜球的龙，在每条龙的下方都有一只铜蛤蟆与之对应。只要一方发生地震，该方向的龙口所含的铜球便落入蛤蟆口中，由此可测出发生地震的方向。

其原理就是地动仪内部正中间设有“都柱”，即悬锤摆，摆下方有一个小球，小球位于“米”字形滑道交会处。地震时，根据地震波传播的方向和频率，“都柱”会拨动小球，小球击发控制龙口的机关，使龙口张开，吐出铜球。

开始，人们都不相信我说的，都觉得地动仪只是一个好看的模型，没有实用价值。但我知道，地动仪总会有体现它价值的时候。

有一天，地动仪西方的龙嘴突然张开，吐出一个铜球。我当时就判断是京城西方发生了地震，可人们还是不信。没过几天，快马来报，陇西发生了地震，时间和龙嘴吐出铜球的那天吻合。这下，人们彻底相信了地动仪的作用，朝廷也开始使用地动仪测定地震方位了。