要中國古代天文學家 張衡 的成就

張衡（78年—139年），字平子，中國東漢科學家、文學家、政治家和畫家，南陽西鄂（今河南省南陽縣石橋鎮）人。
張衡出生於沒落的官僚家庭，祖父張堪是地方官吏。張衡從小好學不倦，「如川之逝，不捨晝夜」（出自《史書》）。青年時代游學長安、洛陽，在併進入當時著名學府太學學習。張衡用了至少十年來研習文學，29歲時寫成著名的《東京賦》和《西京賦》，總稱《二京賦》。
張衡曾當南陽郡守的幕僚。三十多歲時（111年），張衡出仕，當過郎中、太史令、公車司馬令和尚書，其中擔任太史令長達14年。
三十歲後，張衡開始研習天文。對天文歷算有深刻研究，著有《靈憲》﹑《靈憲圖》﹑《渾天儀圖注》﹑《算罔論》。
公元117年，張衡改進了渾儀，設計製造的利用水利推動自動運轉的大型天文儀器水運混象（即渾天儀）在洛陽完工。張衡所著的《渾天儀圖注》是渾天說的代表作。
在《靈憲》中，「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。」指出月亮本身並不會發光，月光是反射的太陽光。「當日之沖，光常不合者，蔽於地也，是謂暗虛，在星則星微，遇月則月食。」第一次正確解釋了月蝕成因。在《靈憲》中，張衡還算出了日、月的視直徑，記錄了洛陽觀察到的恆星2500顆。還測出了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」
陽嘉元年（132年），他製成世界上第一個地動儀——候風地動儀，可以準確測出地震方位，並令使官記錄地震方向地點，積累了許多可貴資料。

張衡是中國東漢時候的人，他從小就很聰明，很喜歡閱讀各種書，求得更多的知識。他最大的興趣是研

究天文。


我國古時候對宇宙的構造，有三種不同的學說︰1.天是空洞洞的，日月星辰是飄浮在空洞洞的天上。2.

天如同一個笠帽、地如同棋盤，笠帽蓋在棋盤上，日月星辰固定在笠帽。笠帽不停的轉動，所以日月星辰固

定在笠帽。笠帽不停的轉動，所以日月星辰也不停的運行。3.天像一個蛋殼，地包在殼裏像蛋黃，日月星辰

都生長在殼上，天殼不停地轉動，日月星辰也跟著不停的運行。


張衡認為三種說法都不夠正確。他不斷的觀察天象，依日月星辰運行的規律，自創一套理論。在他的天

文學說中，已經提到赤道、黃道、南北極等的名詞。並且找出了太陽的運行規律，因此能夠解釋為甚麼夏天

會日長夜短，冬天日短夜的原因。同時，他觀察研究出月亮不會發光，是太陽照射到它而反射出來的光。


古時人們認為月蝕是天狗吃月亮，他認為這種說法不對。他認為是太陽走到月亮的前面把月亮擋住了。

雖然他的這種理論不對，但他在一千八百多年前，既無望遠鏡也無其他能幫助觀察天文的儀器，他僅靠肉眼

長久細心的觀察，而創出這種理論，已是難能可貴了。


張衡最偉大的發明是「渾天儀」和。「候風地動儀」。「渾天儀」是用銅鑄有內外兩圈，靠滴水慢慢轉

動，上面刻有赤道、黃道，南北極、二十四個節氣及日月星辰等記號。從它上面可看到日月星辰運行的現

象，與實際的天象完全符合。「候風地動儀」是用銅鑄造的，有報導地震的功能。它像個巨大的酒罈子，罈

四周有八條向下而昂起的龍。每條龍嘴裏含有一個銅球。每個龍頭下面坐著一隻張開大口的蟾蜍。當某一地

方發生了地震，若地震在東方，面朝東方的龍的龍嘴便會張開，嘴裏的銅球便會跌落下面的蟾蜍口中。雖然

這兩種儀器有很大的貢獻，但經過東漢末年的多次戰火，「渾天儀」和「候風地動儀」都已不再存在。現時

所能知道它們的廬山真面目，是因為後來的人從各種書籍中找到一些有關製造的方法和原理，再彷照著製造

了模型，所以我們現在才能看見它們的廬山真面目。


張衡除了喜歡研究天文、科學外，他也是一位文學家和畫家，他寫的「二京賦」和「南都賦」等作品在

文學史上都很著名。而且在「歷代名畫記」中，被選為東漢時候的六位名畫家之一。他可算是歷史上一位學

識廣博的能人了。
西元138年，距離現在1862年前，那時候正是中國的東漢時期。

朝廷裡的大臣們都在議論紛紛：原來是張衡發明的「地動儀」竟然「動」了！地動儀上頭的龍頭口中的銅珠，突然「噹瑯」的一聲掉進蟾蜍的嘴巴裡，根據銅珠掉落的方位，預測洛陽西方正在發生地震。大家都半信半疑的。幾天後傳來隴西（現今的甘肅西南）發生了地震的消息。

隴西正好就在洛陽的西方。從此以後，東漢史官開始記錄國內地震的方位。直到科技高度發展的今日，地動儀仍然被視為是一項偉大的發明，更是人類歷史上的創舉。而他的發明者—張衡，更被全世界公認為地震學的「鼻祖」。

但是，如果你認為張衡的貢獻僅止於此，那可是大錯特錯嘍！他同時也精通天文、地理、機械、算數、文學、繪畫、哲學，甚至在他當官時也有不錯的政績，厲害吧！是不是對這個人有些興趣呢？走！讓小罐子老師帶大家回到東漢，認識這位偉大的人物。






張衡，別號平子，南陽西鄂人（就是現今河南省南陽縣人），他出生在東漢章帝建初三年，西元七八年。 他的曾祖父及祖父都曾經當官而且十分富有，到了他的父親卻很貧窮。

張衡自幼聰穎好學，多才多藝。十五、六歲時，就外出遊學—讀萬卷書、行萬里路，同時也結交了許多學問好、有抱負的學者，像是：馬融、竇章、王符、崔瑗等人，他們對於張衡的為人、治學以及多元化的才能，都有相當大的影響。二十多歲的張衡年紀雖輕，但是學問過人，他婉拒了一些當官的機會，來到南陽郡，擔任幕僚的工作，負責起草文書。這段期間他完成了：《同聲歌》、《定情賦》、《兩京賦》、《南都賦》，這些創作呈現出二千年前的時代精神和風貌，所用的辭藻豐富華麗，將漢代的辭賦推向另一個高峰。晚期，張衡還有其他創作，像是：《歸田賦》、《四愁詩》和一些抒情小賦等，都具有極高的價值。

南陽郡郡守因為政績卓越，被皇帝升遷，張衡並不打算和長官一起到洛陽，反而決定回鄉閉門讀書。回鄉這段期間，他博覽群書，並深入研究易經、太玄經、墨子等古代有關於哲學、科學的書籍，從而融會貫通了：幾何學、力學、機械、地理、測量、繪畫等應用科學的知識，這樣多元的學習發展，使得張衡成為東漢當代的「博學」之士。
在累積深厚的學問和才能之後，張衡不再婉拒別人的推薦，西元一一一年，34歲的張衡進京擔任「尚書郎中」的官職，四年後被任命為「太史令」。太史令是主管觀察日月星辰、風雲雪雨、制訂曆法等事，相當於現在的中央氣象局或天文台的長官。張衡在太史令任內，有系統的觀測天體、從事理論研究，並有《靈憲》、《渾天儀注》等著作，全面闡述宇宙演化、天地結構、日月星辰的本質和運動，將中國古代天文學水準提升到新的階段。





張衡總結出天上長明的星官共有124個(中國古代的「星官」類似於現代天文學的「星座」，一個星官可以有幾顆到幾十顆)，能叫出名字的星官有320個。現在人們能看到6等以上的亮星，有2500到3000顆之間。跟張衡的觀測結果大致相同。

另外，張衡還指出「微星」(就是不太亮的星星)有11520顆。根據現代天文學家的校驗，肉眼能看到的星在6到7等星之間的，這些星星數可以達到14000多顆。張衡的觀測與現在實際的數目相去不遠。

張衡還測出太陽和月亮的角直徑是周天的1/736，即29’24”，與現代所測得的太陽與月亮的平均角直徑31’59”與31’5”2相差不多。1800年前，在天文觀測儀器很簡陋的情況下，能測出日、月的角直徑，是非常不容易的。

中國古代對於天地的形狀有二種不同的學說，一種是蓋天說，一種是渾天說。蓋天說認為，天是圓的，像張開的傘；地是方的，像棋盤。什麼是渾天說呢？張衡在他的「渾天儀圖注」裏指出，天好像一個雞蛋殼，地好比雞蛋黃，天大地小，天地各乘氣而立，載水而浮。這個看法比「蓋天說」進步，更真實地反映了宇宙的本來面目。渾天說將大地看作是一個球，就是我們常說的地球，是很正確的。張衡早先說是浮在水上，後來認為是浮在「氣」上。現在大家都知道，各天體不是掛在哪裏，而是依靠萬有引力拉著，各自在不停地運動著。渾天說在我國流行了1000多年。明末從西方人傳入哥白尼的「日心說」後，國人才開始接受先進的宇宙觀。張衡晚年還提出宇宙是無限的看法，與現代的觀點一致。

「渾天儀」就是根據這種「渾天說」的想法來製作出來的儀器，它的材料是銅，裡面有幾層圓圈可以轉動，這幾層圓圈上面刻著日、月、和各種星辰。這個大銅球可以運用水的力量使它慢慢轉動，轉動一周的速度，跟地球自轉一周的速度一樣。人們從渾天儀上可以看出日月星辰是怎樣運動的。這在當時是天文學上很驚人的發明。


他提出，日月五星(指金星、木星、水星、火星與土星)距離地球近時，就運行得快些，距離地球遠時，就運行得慢些。這是他長期觀測中發現的。張衡將我們地球排在宇宙中心，這看法是錯誤的。德國天文學家開普勒發現了行星運動速度是不均勻的，行星接近太陽時，運動速度較快，遠離太陽時，運動速度較慢。不同的行星亦有此規律。



在缺乏科學知識的古代，人們一看見日、月食就心驚膽顫。張衡在《靈憲》裏說明日、月食的成因及月向變化原理，這些都完全符合現今科學的根據。



張衡在機械製作上也有不平凡的成就，他先後製造過：指南車、記里鼓車、自飛木雕、地動儀、候風儀等機械。製作機械必須有良好的數學基礎，因此也著有《算罔論》，不過現在已經失傳了！他還推算出圓周率是在3.14至3.16之間呢！

在張衡那個時代，常常發生地震。光是從西元96到125年這30年間，就有發生過23次大地震，而且有好幾次大地震都發生在洛陽附近。身為太史令的張衡經過很多年的實驗，在西元一三二年發明了世界上第一架測定地震時間和方向的儀器，叫做「地動儀」。

地動儀是用銅打造成的，直徑8尺，樣子像個酒罈子。在這個酒罈子形狀的儀器外壁上，倒掛著八條龍。每條龍的嘴裡都含有一顆銅球。每條龍下面，蹲著一隻銅蟾蜍。蟾蜍仰著頭，張大嘴巴。八條龍的龍頭分別朝著東、西、南、北、東南、西南、西北、東北。哪個方向發生地震，哪個方向的龍嘴裡的銅珠就震落下來，正好落在正對著蟾蜍嘴裡，發出「噹瑯」一聲。就在隴西發生地震的那天，朝西面的龍嘴裡的銅球掉了下來，於是，張衡就斷定是京都洛陽西面發生了地震。

地動儀為什麼可以測量出地震和發生地震的地方的方向呢？原來它是根據慣性原理設計的。發生地震以後，地震波傳來，地動儀裡面的一個像是鐘擺一樣的「都柱」就受到震動，然後朝向地震波傳來的那個方向擺動，通過槓桿使得代表那個方向的龍嘴張開，銅球就掉下來啦。

一千八百多年前，張衡能夠製造出這樣精巧、靈敏、準確、看起來又很好看的儀器，實在令人佩服極了！

　

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