张衡(公元78年-公元139年),字平子,南阳郡西鄂县(今河南省南阳市石桥镇)人。东汉时期杰出的天文学家、数学家、发明家、地理学家、文学家。为蜀郡太守张堪的孙子,举孝廉出身,历任郎中、太史令、侍中、河间相等职。晚年因病,入朝担任尚书。永和四年(公元139年),逝世,享年六十二岁。北宋时,获封西鄂县伯。《隋书·经籍志》有《张衡集》14卷,已经散佚。明代学者张溥辑有《张河间集》。
一、发明
1.地动仪。阳嘉元年(公元132年),张衡在太史令任上发明了最早的地动仪,称为候风地动仪。据《后汉书·张衡传》记载:地动仪用精铜铸成,圆径八尺,顶盖突起,形如酒樽,用篆文山龟鸟兽的形象装饰。中有大柱,傍行八道,安关闭发动之机。它有八个方位,每个方位上均有一条口含铜珠的龙,在每条龙的下方都有一只蟾蜍与其对应。任何一方如有地震发生,该方向龙口所含铜珠即落人蟾蜍口中,由此便可测出发生地震的方向。经过试验,与所设制,符合如神,自从有书籍记载以来,是没有过的。曾经一龙机发,地不觉动,雒阳的学者都责怪不足信,几天之后,送信人来了,果然在陇西地发生地震,众人于是都服其神妙。自此之后,朝廷就令史官记载地动发生的地方。世界上地震频繁,但真正能用仪器来观测地震,在国外,是19世纪以后的事。候风地动仪是世界上的地震仪之祖。虽然它的功能尚只限于测知震中的大概方位,但它却超越了世界科技的发展约1800年。
2.浑天仪。张衡在西汉耿寿昌发明的浑天仪的基础上,根据自己的浑天说,创制了一个比以前都精确、全面得多的漏水转浑天仪。其是一种水运浑象。用一个直径四尺多的铜球,球上刻有二十八宿、中外星官以及黄赤道、南北极、二十四节气、恒显圈、恒隐圈等,成一浑象,再用一套转动机械,把浑象和漏壶结合起来。以漏壶流水控制浑象,使它与天球同步转动,以显示星空的周日视运动,如恒星的出没和中天等。它还有一个附属机构即瑞轮冥菜,是一种机械日历,由传动装置和浑象相连,从每月初一起,每天生一叶片;月半后每天落一叶片。它所用的两级漏壶是现今所知最早的关于两级漏壶的记载。张衡在创作了浑天仪之后曾写过一篇文章。此文全文已佚。只是在梁代刘昭注《后汉书·律历志》时作了大段引述而使之传世。
张衡还发明了指南车、计里鼓车、独飞木雕、地形图等。
二、天文
《灵宪》是张衡有关天文学的一篇代表作,全面体现了张衡在天文学上的成就和发展。原文被《后汉书·天文志》刘昭注所征引而传世。文中介绍的天文学要点如下:张衡认为宇宙是无限的,天体的运行是有规律的;月光是日光的反射,月蚀起因于地遮日光,月绕地行且有升降。他认识到太阳运行(应是地球公转)的某些规律,正确解释了冬季夜长、夏季夜短和春分、秋分昼夜等时的起因。他指出在中原可以见到的星有2500个,与今人所知略近。他经过对某些天体运转情况的观测,得出一周天为三百六十五度又四分度之一的结论,与近世所测地球绕日一周历时365天5小时48分46秒的数值相差无几。
三、文学
张衡对汉赋发展具有巨大贡献,在他作赋的生涯中,较全面地继承了前代赋家的赋心与表现手法。大赋则远绍司马相如《子虚》,近取班固《两都》而有《二京赋》;骚赋则上追屈原《离骚》、下踪班固《幽通》作《思玄赋》;七体则步枚乘《七发》、傅毅《七激》作《七辩》;文赋则依东方朔的《答客难》、班固的《答宾戏》作《应间》。其他还有受扬雄《蜀都赋》启发作《南都赋》;效傅毅《舞赋》而再作《舞赋》等。以上所举,虽皆属模拟,成就又有高下之分,但也都确实不同程度地显现出了艺术上的创意。更突出的还在于张衡能融汇贯通,极富创造性地以《归田赋》,实现了汉赋主体从铺采摛文、闳衍巨侈、重体物而淹情志,向清新爽丽、短小精练、情境相生的转变,而掀开了抒情小赋的创作时代,为述志赋注入巨大活力。张衡的大多数作品都表现出对现实的否定与批评,他探讨人生玄妙哲理,也探寻合于自己理想与性格的生活空间 。张衡赋的代表作历来公认为是《二京赋》、《思玄赋》和《归田赋》。张衡与司马相如、扬雄、班固并称“汉赋四大家”
四、机械
张衡掌握高明的机械技术,据传他当时还制做过两件神奇的器物。一件是有三个轮子的机械,可以自转;一件是一只木雕,能在天上飞翔。《太平御览· 工艺部九》引晋代葛洪《抱朴子》:“木圣:张衡、马钧是也。”高似孙的《纬略》也说“张衡、马忠号‘木圣’。”
五、数学
《后汉书》提到,张衡曾写过一部《算罔论》。此书迟到唐代已经失传。从《九章算术·少广》章第二十四题的刘徽注文中得知有所谓“张衡算”,因此,张衡写过一部数学著作是应该肯定的。从刘徽的这篇注文中可以知道,张衡给立方体定名为质,给球体定名为浑。他研究过球的外切立方体积和内接立方体积,研究过球的体积,其中还定圆周率值为10的开方,这个值比较粗略,但却是中国第一个理论求得π的值。另外,如果按照钱宝琮对《灵宪》的校勘:“(日月)其径当天周七百三十分之一,地广二百三十二分之一”,则当时π值等于730/232=3.1466,较10的开方有精密了。但钱宝琮所作的校勘似乎未必都符合张衡的原来数字。
由于张衡的贡献突出,联合国天文组织将月球背面的一个环形山命名为“张衡环形山”,太阳系中的1802号小行星命名为“张衡星”。后人为纪念张衡,在南阳修建了张衡博物馆。