張衡,字平子,章帝建初三年(公元78年),誕生于南陽郡西鄂縣石橋鎮(zhèn)一個破落的官僚家庭(今河南省南陽市城北五十里石橋鎮(zhèn)).祖父張堪是地方官吏,曾任蜀郡太守和漁陽太守.張衡幼年時候,家境已經(jīng)衰落,有時還要靠親友的接濟.正是這種貧困的生活使他能夠接觸到社會下層的勞動群眾和一些生產(chǎn)、生活實際,從而給他后來的科學(xué)創(chuàng)造事業(yè)帶來了積極的影響.
當(dāng)時的南陽是經(jīng)濟和文化都很發(fā)達的地區(qū),有“南都”之稱.張衡在這樣的環(huán)境熏陶下,加上他自幼刻苦好學(xué),在青少年時代就已經(jīng)為后來從事文學(xué)和科學(xué)事業(yè)打下了良好的基礎(chǔ).
由于家中的經(jīng)卷典籍慢慢地不能滿足張衡的求知欲望了,于是從十六歲開始,他便離鄉(xiāng)游學(xué),廣結(jié)學(xué)者名流.他曾到漢朝故都長安一帶,游覽了當(dāng)?shù)氐拿麆俟袍E,考察了周圍的山川形勢、物產(chǎn)風(fēng)俗、世態(tài)人情.后來他又到了當(dāng)時的首都洛陽,就讀于最高學(xué)府——太學(xué).并成為學(xué)識比較淵博的學(xué)者.當(dāng)時,地方上曾經(jīng)推舉他做“孝廉”,公府也多次招聘他去做官,但都被他拒絕了.
張衡自幼就對文學(xué)有特殊的愛好和研究.他的文學(xué)作品很多,風(fēng)格也各不相同.有的形式短小,重在抒情,如《歸田賦》.有的氣勢磅礴,廣寫景物,如《二京賦》；有的特色突出,獨樹一格,如《四愁詩》、《同聲歌》等.
和帝永元十二年(公元100年),二十三歲的張衡應(yīng)邀回鄉(xiāng)出任南陽太守鮑德的主簿,掌管文書工作.并在辦理政務(wù)之余,潛心于文學(xué)創(chuàng)作.他以游學(xué)長安和洛陽的見聞作為素材,先后花了十年功夫,精心雕琢、反復(fù)修改,于安帝永初元年(公元107年)寫成著名的《東京賦》和《西京賦》,總稱為《二京賦》,為人們廣為流傳,他畫的畫也很出色.
后來,鮑德調(diào)任,張衡便辭職回家.掌握朝政的皇親鄧騭為了籠絡(luò)士人,幾次派人邀請張衡作他的幕僚,以增強自己這一派的勢力.但張衡一方面厭惡外戚專權(quán),一方面想專心鉆研學(xué)問,都堅決地拒絕了.
在張衡三十四歲的時候,他的研究興趣逐漸轉(zhuǎn)到哲學(xué)和自然科學(xué)方面.他很喜愛揚雄的哲學(xué)著作《太玄經(jīng)》.《太玄經(jīng)》的內(nèi)容涉及天文、歷法、數(shù)學(xué)等方面,引起了他很大的興趣.《太玄經(jīng)》里的一些樸素的唯物主義觀點也給了張衡以很大的啟發(fā).
安帝永初四年(公元111年),張衡應(yīng)征進京,先后任郎中、太史令、公車司馬令等低、中級官職.其中擔(dān)任太史令時間最長,前后達十四年之久.太史令是主持觀測天象、編訂歷法、候望氣象、調(diào)理鐘律(計量和音律)等事務(wù)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.
漢朝時,關(guān)于天體運動和宇宙結(jié)構(gòu)的學(xué)說已經(jīng)出現(xiàn)了三種：蓋天說、渾天說和宣夜說.蓋天說又稱天圓地方說,認為天是圓的,像一把張開的傘,地是方的象一個棋盤；渾天說認為天地的形狀像一個雞蛋,天與地的關(guān)系就像蛋殼包著蛋黃；宣夜說認為天沒有一定的形質(zhì),日、月、五星(金、木、水、火、土五大行星)等都飄浮在氣體中.
張衡根據(jù)自己對天體運行規(guī)律的認識和實際觀察,認真研究了這三種學(xué)說,認為渾天說比較符合觀測的實際.他繼承和發(fā)展了前人的渾天理論,大膽地對天象提出了許多新的見解.
張衡在西漢耿壽昌發(fā)明的渾天儀的基礎(chǔ)上,根據(jù)自己的渾天說,創(chuàng)制了一個比以前都精確、全面的多的“渾天儀”.創(chuàng)制了一個能夠精確在表演渾天思想的“渾天儀”.
渾天儀是一個可以轉(zhuǎn)動的空心銅球.銅球外表刻有二十八宿和其他一些恒星的位置；球體內(nèi)有一根鐵軸貫穿球心,軸的兩端象征北極和南極.球體的外面裝有幾個銅圓圈,代表地平圈、子午圈、黃道圈、赤道圈,赤道和黃道上刻有二十四節(jié)氣.凡是張衡當(dāng)時知道的重要天文現(xiàn)象,都刻在了渾天儀上.
為了使“渾天儀”能自動轉(zhuǎn)動,張衡又利用水力推動齒輪的原理,用滴壺滴出來的水力推動齒輪,帶動空心銅球繞軸旋轉(zhuǎn).銅球轉(zhuǎn)動一周的速度和地球自轉(zhuǎn)的速度相等.這樣,人們坐在屋子里,便能從渾天儀上看到天體運行的情況了.
從公元89年到140年,東漢都城洛陽和隴西一帶,共出現(xiàn)過三十三次地震.特別是公元119年,洛陽和其他地區(qū)連續(xù)發(fā)生了兩次大地震,促進了張衡加緊對于地震的研究.他終于在公元132年,發(fā)明并制造出了我國第一架測報地震的儀器——地動儀.
張衡制造的這臺地動儀,相當(dāng)靈敏準確.公元138年的一天,地動儀精確的測知距離洛陽一千多里的隴西發(fā)生地震,表明他的精密程度達到了相當(dāng)高的水平.歐洲在1880年才制造出類似的地震儀,距張衡已經(jīng)晚了一千七百多年.
在氣象學(xué)方面,張衡還創(chuàng)造了一種測定風(fēng)向的儀器——侯風(fēng)儀,又叫相風(fēng)銅鳥.是在一根五丈高的桿頂安放一只銜著花的銅鳥,可以隨著風(fēng)向轉(zhuǎn)動.鳥頭所對的方向就是風(fēng)向.這個儀器和歐洲裝在屋頂上的候風(fēng)雞相似,但是后風(fēng)雞是在十二世紀才出現(xiàn)的,比起張衡的候風(fēng)儀晚了一千年.
張衡一生為我國的科學(xué)文化事業(yè)作出了卓越的貢獻,是我國古代偉大的科學(xué)家之一.他謙虛謹慎、勤學(xué)不倦.“如川之逝,不舍晝夜”,幾十年如同一日,在所從事的事業(yè)中表現(xiàn)出了一絲不茍、精益求精、不畏強權(quán)、勇于進取的研究風(fēng)格.而他不慕名利的高尚品德更值得我們學(xué)習(xí).
永和四年(公元139年),張衡請求告老還鄉(xiāng)不準,又被調(diào)到朝中做尚書,但只任職一年就與世長辭了,終年六十一歲.
《靈憲》
張衡一生所著的天文學(xué)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,代表了張衡研究天文的成果.它總結(jié)了當(dāng)時的天文知識,雖然其中也有一些錯誤,但還是提出了不少先進的科學(xué)思想和獨到見解.
例如,在闡述渾天理論的時候,雖然仍舊保留著舊的地平概念,并且提出了“天球”的直徑問題,但是張衡進一步明確提出在“天球”之外還是有空間的.他說：“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,是十分可貴的.
張衡在《靈憲》中指出月亮本身并不發(fā)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.故月光生于日之所照,魄生于日之所蔽；當(dāng)日則光盈,就日則光盡也”(景就是影,魄指月亮虧缺的部分).他生動形象地把太陽和月亮比做火和水,火能發(fā)光,水能反光,指出月光的產(chǎn)生是由于日光照射的緣故,有時看不到月光,是因為太陽光被遮住了.他這種見解在當(dāng)時是十分新鮮的,也是正確的.
同時,張衡還進一步解釋了月食發(fā)生的原因.他說：“當(dāng)日之沖,光常不合者,蔽于地也,是謂暗虛.在星則星微,遇月則食.”這段話的意思是：“望月”時,應(yīng)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(jīng)過“暗虛”時就發(fā)生月食,精辟地闡述了月食的原理.至于“在星則星微”一句,說的是星星碰上“暗虛”就隱而不見了.
現(xiàn)在看來這種說法是不正確的.由于星星距地球極為遙遠,又大都是發(fā)光的恒星,不象月球一樣屬于行星,因此沒有任何一個星星會進入地球的影子之中而失去了光芒.這是張衡的不足之處.這也可以看出在當(dāng)時的水平下,古人的研究不可能作到盡善盡美.今人也一樣,做任何事情的時候都不可能將事情作的絕對正確,但一定要最大程度的正確反映客觀現(xiàn)實.
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恒星二千五百多顆,常明星一百二十四顆,叫得上名字的星約三百二十顆.這和近代天文學(xué)家觀察的結(jié)果是相當(dāng)接近的.
在張衡的另一部天文著作《渾天儀圖注》里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”,這和近代天文學(xué)家所測量的時間365天5小時48分46秒的數(shù)字十分接近,說明張衡對天文學(xué)的研究已經(jīng)達到了比較高的水平.