東漢科學家張衡和他的天文學成就介紹

史珂 整理

【正見網2002年06月01日】

張衡小傳

張衡,字平子,章帝建初三年(公元78年),生於南陽郡西鄂縣石橋鎮(今河南省南陽市城北五十裡)。他從十六歲開始,便離鄉遊學,廣結學者名流。他曾到漢朝故都長安一帶,遊覽了當地的名勝古蹟,考察了周圍的山川形勢、物產風俗、世態人情。後來他又到了當時的首都洛陽,就讀於最高學府?大學。

張衡對文學有特殊的愛好和研究。他的文學作品很多,風格也各不相同,如《歸田賦》,《二京賦》,《四愁詩》、《同聲歌》等。安帝永初四年(公元111年),張衡應徵進京,先後任郎中、太史令、公車司馬令等低、中級官職。其中擔任太史令時間最長,前後達十四年之久。太史令是主持觀測天象、編訂曆法、候望氣象、調理鐘律(計量和音律)等事務的官員。在他任職期間,對天文歷算進行了精湛的研究,做出了重大的貢獻。

張衡根據自己對天體運行規律的認識和實際觀察,創製了一個能夠精確表演渾天思想的「渾天儀」。他精通天文、歷算,先後寫出了《靈憲》、《靈憲圖》、《渾天儀圖注》等天文學著作,成為東漢中期渾天學說的代表人物之一。

天文學著作《靈憲》

張衡一生所著的天文學著作,以《靈憲》最為著名。這是一部闡述天地日月星辰生成和它們的運動的天文理論著作。在《靈憲》中,張衡提出:「過此而往者,未之或知也。未之或知者,宇宙之謂也。宇之表無極,宙之端無窮。」就是說,我們能夠觀測到的空間是有限的,觀測不到的地方是無窮無盡,無始無終的宇宙。這段話明確地提出了宇宙在時間和空間上都是無窮無盡的思想。

張衡在《靈憲》中指出月亮本身並不發光,月光是反射的太陽光。他說:「夫日譬猶水,火則外光,水則含景。故月光生於日之所照,魄生於日之所蔽;當日則光盈,就日則光盡也。」(景就是影,魄指月亮虧缺的部分。)他形像地把太陽和月亮比做火和水,火能發光,水能反光,指出月光的產生是由於日光照射的緣故,有時看不到月光,是因為太陽光被遮住了。同時,張衡還解釋了月食發生的原因。他說:「當日之沖,光常不合者,蔽於地也,是謂暗虛。在星則星微,遇月則食。」這段話的意思是:「望月」時,應該能看到滿月,但是有時看不到,這是因為日光被地球遮住的緣故。他將地影的暗處叫做「暗虛」,月亮經過「暗虛」時就發生月食,精闢地闡述了月食的原理。

此外,張衡在《靈憲》中還算出了日、月的角直徑,記錄了在中原洛陽觀察到的恆星二千五百顆,和近代天文學家觀察的結果是相接近的。在他的另一部天文著作《渾天儀圖注》裡還測定出地球繞太陽一年所需的時間是「周天三百六十五度又四分度之一」,和近代天文學家所測量的時間三百六十五天五小時四十八分四十六秒的數字十分接近。

張衡在《靈憲》一書中,用了赤道、黃道、南極、北極等名詞,並畫出中國第一張完備的星圖, 包括2500顆恆星。據《靈憲》載,其中「中外之官常明者百有二十四,可名者三百二十,為星二千五百,而海人之占未存焉」。張衡所制星表,不僅大大超於前人,也為後世所不及。漢末喪亂,張衡所制星表失傳。晉初陳卓建立的星表,有星1464顆,僅為其半。直到清康熙年間,用望遠鏡觀察,方過三千之數。

「渾天儀」和「候風地動儀」

公元117年,張衡創造了世界上第一架利用銅壺滴漏帶動的渾天儀,渾天儀分內外兩圈,可以轉動,上面刻有南北極和赤道、黃道。二十四節氣以及日月星辰等,日月星辰位置和出沒情況與宇宙間的情形完全一致。

公元132年,張衡又創造了候風地動儀,以精銅鑄之,狀似酒樽,四周鑲有八條龍,龍頭對著東、南、西、北及東北、東南、西北、西南八個方向,龍嘴各銜銅丸一個,每個龍頭下面各蹲一隻青蛙。如果發生地震,發生地震的那個方向的龍嘴會自動張開,銅丸隨之滾出,落入青蛙嘴中,工作人員便可立刻記下地震的時間和方向。 公元138年,地動儀準確地預測了發生在隴西的一次地震。張衡發明的地動儀,是世界上第一架測定地震方向的儀器,比歐洲的地震儀要早1700多年。

張衡還創造發明了計裡鼓車、指南車、測影土圭、獨飛木雕等,著有三十多篇科學、文學方面的著作。他在曆法、算學以及文學藝術上都有很大貢獻。

(英文版:http://www.pureinsight.org/node/1045

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