了不起的张衡

2.了不起的张衡

且说在公元138年，安置在京都洛阳的一台地震仪器——候风地动仪，有一天突然动作，一枚铜球从仪器上的一条龙的嘴里，吐落出来，掉到下面铜制的蟾蜍口中，发出了很大的响声，这说明某地已经发生地震。

可是，京都洛阳却没有任何震动，于是有些官员和学者对此议论纷纷。有人说：“这哪是地动仪，纯粹是哄孩子玩的玩具。国家出了这么多的钱，竟然养了白吃白喝之人。”

一时间，风言四起，街头巷尾，骂声不断。但是，三四天后，驿使骑着快马急奔洛阳，向皇上报告：“陇西地区发生了地震。”

驿使所报告的地震时间与龙嘴落下铜球的时间竟分毫不差。消息一传开，人们对这台仪器立刻由怀疑而变成赞美，而嫉妒谗言之人均有愧于色，不再口露黄牙了。

发明这台著名地动仪的是我国东汉时期的大科学家张衡。

张衡，字平子，东汉建初三年（78年）诞生于河南南阳郡西鄂县石桥镇的一个没落的官僚家庭。祖父张堪是地方官吏，张衡幼年时期，家境已经衰落。

但贫困的生活并未影响张衡对学业的进取，张衡学习十分勤奋，史书上形容他到了“如川之逝，不舍昼夜”的程度。加之南阳是经济和文化都发达的地区，这样的社会环境使他得以开阔眼界。

只读经卷典籍满足不了张衡的求知欲望，从17岁开始，他便离开故里，踏上求师问学的旅途。

他曾到汉朝故都长安一带考察了两三年，游览了当地的名胜古迹，考察了当地的山川形势、物产风俗、世态人情，足迹遍及广大的渭河平原。

后来他又到了当时的京都洛阳，求知若渴的张衡进入了当时的最高学府——太学学习。他虚心好学，勤奋努力，进步很快，终于成为学识比较渊博的学者。

这时候，地方上曾经推举他做“考廉”，公府也多次招聘他去做官，但他不为所动，一心扎进知识的海洋里。他对天文、地理、数学等无不潜心研究，在各方面均取得了很大成绩，深得许多名士的赞许。

和帝永元12年（100年），23岁的张衡为了谋生，应邀回乡出任南阳太守的主簿，掌管文书工作。在这期间，他劝太守减轻对老百姓的剥削，还采取了一些发展农业的措施，所以南阳境内连年丰收。

张衡在他29岁那年，完成了两篇著名的文学作品：《东京赋》和《西京赋》。他以很大篇幅无情揭露讽刺了京师中帝王贵族“取乐今日，遑恤我后，既定目宁，焉知倾”的腐朽寄生生活，受到了劳动人民的欢迎而传诵于世。

公元111年，张衡应征进京，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，达14年之久。

太史令是主持观测天象、编订历法、候望气象、调理钟律等事务的官员，在他任职期间，对天文历算进行了精湛的研究，为天文学做出了重大的贡献。

我们前面说过，汉代已形成了三种关于天体运动和宇宙结构的学说，即盖天说、浑天说和宣夜说。

张衡根据自己对天体运行规律的认识和实际观察，认真研究了这三种学说，认为浑天说比较符合观测的实际，并在前人研究的基础上，对浑天说加以修正和完善。

在此期间，张衡创制了一个能够精确地表演浑天思想的“浑天仪”，并且写出了《灵宪》、《灵宪图》、《浑天仪图注》等天文学著作，成为浑天学说的代表人物之一。

公元117年，一台利用水力推动自动连转的大型天文仪器——“水运浑象”（即浑天仪）在京都洛阳制造成功。

这台仪器的主体是一个大空心铜球，上面布满了星辰，球的一半隐没在地平下面，另一半显露地面，就象人们看到的天穹一样。

仪器靠漏壶流水的力量推动齿轮系，带动铜球缓慢地运转着，一天旋转一周。到了晚上，人们从仪器上可以看到星辰的起落，和实际天象完全相合。仪器的表演在当时引起了极大的轰动。

浑天仪，类似于现在的天球仪。这台仪器用精铜做成，主体是一个球体模型，代表天球。球体可以绕天轴转动，天轴与球面有两个交点，一个是北极，一个是南极。

在天球的表面上遍列有28宿和其它恒星。球面上还有赤道圈和黄道圈，两者成24度夹角，分列有24节气，从冬至起点，把圆周分为度。

球体外面有两个圆环，一个是地平圈，一个是子午圈，和地平斜交成36度，就是说北极高出地平36度，这是洛阳地区的北极仰角，也是洛阳地区的地理纬度。

浑天仪是有明确记载的世界上第一架用水力发动的天文仪器，其中应用的齿轮系和凸轮机构在当时可以说是极其复杂的，浑天仪实质上可以认为是天文钟。在1800多年前，我国能够制造出这样复杂而精巧的仪器，是很值得自豪的。

张衡最重要的天文学著作是《灵宪》，它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，代表了张衡在天文学中的丰硕成果。

在《灵宪》中，他提出了一些独到的见解。他指出，月亮并不会发光，月光是反射的太阳光。“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。”

张衡还在这部科学的著作中说明了月食的道理：“月光生于日之所照……当日之冲，光常不合者，蔽于地也，是谓暗虚，在星则星微，遇月则月食。”

就是说：望月的时候，月光常常没有了，这是因为被地影遮了缘故。地影叫做暗虚，星碰上暗虚则变暗，月亮转动暗虚处，就发生了月食。

此外，张衡还在《灵宪》中算出了日、月的视直径，记录了在中原洛阳观察到的恒星2500颗，这与近代天文学家观察的结果也是相当接近的。他还测出了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得的时间为365天5小时48分46秒这一数字极为接近。

这时，张衡对天文学的研究已经达到很高的水平，可以说是前无古人，在当时的世界科学史上，无疑是一流的水平。

在张衡造出浑天仪的同时，他还制造了一种可以显示月相的仪器“瑞轮寞荚”，它与浑天仪联动，从每月初一起，每天转出一片木叶，可以反映出月亮的盈亏。它实际上是世界上最早的机械日历。

再说东汉时期，我国的地震比较频繁，据记载，从公元92年到125年间，共发生了26次比较大的地震。地震区有时大到几十郡，引起地裂山崩，江河泛滥，房屋倒塌，给人民的生命财产造成很大损失。

据说，有一年冬天，一团团阴惨惨的乌云，在天空中沉重地、徐徐地移动。一小块一小块沉思般的冷冷的天空，不时地从乌云缝里向下探视。

大地沉没在泥泞和潮湿的空气里，散落在各处的村落、河谷、远方的森林和高山，像死一般苍白，显得十分悲惨。一些像死人眼睛般的黑黝黝的大水塘，在田野里闪闪发光。

人们不知道，一场灾难即将大祸临头。

入夜，大地开始震颤，人们不知怎么回事用被子死死地蒙住头，不一会儿，房屋开始摇晃。忽然狂风大作，一霎时，飞沙走石，扑天盖地，地震来了。

只听得一声声巨响，墙倒屋塌，村庄顿时乱了套，鸡飞狗跳，人声哀叫。接着，狂风扯天扯地的疾走，四面八方的乱卷，扭折了树枝，吹掀了屋草。

慌乱中的人们不知所措，人们赖以躲藏的居住之地顷刻成了平地。砸死砸伤无数，那些侥幸从房中逃生的又陷入寒冷之中。

据统计，有一个村庄1600余人，被房屋砸死900余人，冻死饿死600余人，只有10余人的命得以保住，但也是奄奄一息了。作为一个关心国计民生的学者，张衡对地震有了不少亲身体会，他不能对这满目疮痍的震后残景熟视无睹。于是，他暗下决心，一定要制造出预防地震的仪器。

经过长期研究，并汲取了当时民间预报地震的经验，阳嘉元年（132年），张衡终于发明了世界上第一台测定地震方位的仪器——候风地动仪，在人类与地震的斗争史上，又写下了光辉灿烂的一页。

公元138年二月初三日，一台新安置的青铜仪器上正西方向的龙嘴中的小球突然“当”地落到了下面铜制的蟾蜍口中，于是发生了我们开头叙述的一幕——千里之外的陇西地区发生地震。

这台青铜仪器就是张衡制造的候风地动仪，人们通过它有史以来第一次准确地测知地震，开始了用仪器研究地震的新纪元。

张衡的地动仪是以“精铜铸成”，“圆径八尺”，“形似酒樽”，上有隆起的圆盖，仪器的外表刻有篆文以及山、龟、鸟、兽等图形。

仪器内部中央立着一根起惯性摆作用的铜质“都柱”，柱旁有八条通道，称为“八道”。道中安有“牙机”，即控制含吐铜球的发动机关。

仪器外面周围铸有八条龙，头朝下，尾朝上，按八个方向排列，龙头和内部通道中的发动机关相连，每个龙头嘴里都衔有一个铜球，随时准备吐出。

对着龙头，八个铜蟾蜍蹲在地上，个个昂头张嘴，准备承接铜球。当某个地方发生地震的时候，地动仪内部的“都柱”就发生倾斜，触动“牙机”，使发生地震方向的龙头张开嘴巴，吐出铜球。

当铜球与铜蟾蜍相碰的时候，会发出很大声响。于是人们便知道哪个方向发生地震。史书记载说：“一龙发机，而七首不动。寻其方向，乃知震之所在。”

张衡地动仪的制造成功，是世界地震史上的一件大事。它是利用物体的惯性来拾取大地震震波，进行远距离测量的，这个原理到现在仍然沿用。

在国外，过了一千多年，直到十三世纪，古波斯才有类似仪器在马拉哈天文台出现，18世纪，欧洲才出现利用水银溢流来记录地震的仪器。

浑天仪和候风地动仪是张衡的两大发明创造，但是他的贡献并不止这些。他是个博学多能，全面发展的科学家。

除上述成就外，他在数学方面也很有研究，他算出来圆周率比10的平方根3.16多一点儿。现在看来，这个数字不够精确，可是印度和阿拉伯的数学家算出同样的结果来，比他晚了400年到600年。

张衡还创造了世界上第一架观测气象的仪器——候风仪，又叫相风铜鸟。他在五丈高的杆顶上安一只衔着花的铜鸟，可以随着风转，鸟头正对着风来的方向。

这架仪器和欧洲装在屋顶上候风鸡相仿，但是欧洲到了12世纪才有候风鸟的记载，比张衡晚了一千多年。张衡还造成了当时只是在传说中有过的指南车和记里鼓车。

对于张衡的成就，汉代崔瑗就作出了公正的评价：“数术穷天地，制作侔造化。瑰辞丽说，奇技伟艺；磊落焕炳，与神合契。”

在我国河南南阳县石桥镇上，有一座朴素而又肃穆的墓圜。在黄土堆起的坟墓前，树立着一方不高的石碑，上面刻写：

如此全面发展之人物，在世界史中亦所罕见，万祀千龄，令人景仰。

这是中华人民第一任国家科学院院长郭沫若为张衡新立的墓碑题的词，这也是人民对他的评价。

如今，无论是炎黄子孙，还是五湖四海的国际友人，来到这座墓圜，都会对这座黄土肃然起敬，因为那中间安睡着一位曾为祖国和人类作出过巨大贡献的大科学家。

张衡的肖像现在悬挂在世界上许多著名大学和天文台的厅堂墙上，他的名字出现在世界各大图书馆的科技史典籍中，他为人类作出的贡献，人们永远不会忘记。

1970年，国际天文学组织用他的名字为月球上一座环形山命名；1977年，又把他的名字赋予了太阳系中一颗编号为1802的小行星，这一切，都是为了表达今人对中国古代这位科学巨人的崇敬。

古今中外，享有如此殊荣的，实不多见，而他，是当之无愧的。