“无坚不钻”的科学家张衡

“无坚不钻”的科学家张衡

　　前面已经说到张衡是浑天说的集大成者，这只是他的科学工作的一个方面。他是东汉时的杰出科学家，有着多方面的科技贡献，同时他还是著名的文学家。

　　张衡字平子，南阳(今河南南阳)人，生于公元78年，卒于公元139年。从青少年时代开始，张衡就非常勤奋地学习各种知识。为了增长自己的学识，青年时期便游学故都长安(今陕西西安)和国都洛阳。从此，他养成了好学不倦的习惯，“如川之逝，不舍昼夜”(崔瑗《河间相张平子碑》)，他以“约己博艺，无坚不钻”(《后汉书·张衡传》)作为自己为学的座右铭，不但如饥似渴地汲取既有的知识，而且努力探求未知的学术领域，从而把自己造就成一个博学多才的学者，并以杰出的科技贡献而名垂史册。

　　张衡曾两次担任掌管天文的官员太史令，共达14年，所以他在天文学方面的贡献最为突出。除了前面提到过的倡导浑天说外，他对古代观测星象的仪器浑仪进行改进，增加了地平环和子午环，使浑仪逐渐完善。他还在前人工作的基础上，创制了演示浑天思想的仪器水运浑象。他以一个直径约五尺的空心铜球表示天球，上画二十八宿，中外星官和互成24度交角的黄道、赤道，球外有地平圈和子午圈，天球半露于地平圈之上，半隐于地平圈之下，天轴则支架在子午圈上，天球可绕天轴转动。他巧妙地把计算时间用的漏壶与浑象联系起来，以漏水为原动力，利用漏壶的等时性，通过齿轮系的传动，使浑象每日均匀地绕轴旋转一周，这样浑象也就自动地、近似正确地把天象演示出来。这一创造，开了后世水运浑象研制的先声。

　　张衡在另一有关天文学的著作《灵宪》中，总结了当时的天文知识，论述了宇宙生成和演化的思想。书中还对一系列的天文现象进行探讨，提出许多独到的见解。他认为月食是由于地球的影子遮掩了月亮而引起的；他测得太阳、月亮的视直径约为365.25/730度，相当于现360°制的29'.6，与现代测得的太阳视直径32'.0，月亮视直径29'.6相近或相符；他提出日月五星和恒星与地球的距离有远有近，它们各自运行的轨道也有时接近地球，有时远离地球，而且速度也有快有慢；他测得的恒星有2500颗；……这些，在当时都是相当了不起的成就。

　　对于地震问题，张衡也进行深入地研究。他于汉顺帝阳嘉元年(公元132年)创制了世界上第一台地震仪，叫“候风地动仪”。地动仪“以精铜铸成，圆径八尺，合盖隆起，形似酒樽”(《后汉书·张衡传》)，内有精巧的机械构造，外在八个方位各有一条口含小铜丸的龙，龙头下面各有一只张口向上的蟾蜍。一旦发生较强地震，相应方向的龙口就会张开，铜丸落入蟾蜍口中，从而得知地震的时间和方位。据记载，汉永和三年(公元138年)二月初三日，地动仪西侧的龙突然吐出铜丸，而洛阳的人却丝毫没有感觉到地震。过了几天，陇西(今甘肃东南部)有人飞马来报发生地震，时间和方向都与地动仪所示相符，说明了地动仪的可靠性和实用性。

　　图6 候风地动仪复原图

　　此外，张衡精通于数学。他对圆周率进行过研究，给出了两个圆周率的数值，一为730/232，约等于3.1466；一为，约等于3.1622。他著有数学专著《筭罔论》，可惜已散佚。他在地图绘制上也有所贡献，曾绘制一幅地形图，一直流传到唐代。相传他还制造过指南车和记里鼓车，在机械制造方面有很高的造诣。

　　与张衡同时代的崔瑗曾评论他“数术穷天地，制作侔造化”(《后汉书·张衡传》)，恰切地概括了张衡在科技方面的才华。为了纪念张衡在科技方面的卓越贡献，国际天文学界把月球背面的一座环形山命名为“张衡环形山”。