物理史話之上知天文下知地理的文學家張衡

今天科普君要說的這位,在中國的歷史上非常著名,甚至在世界歷史上也都很著名,無論是在文學史上還是在科技史上都有他老人家一號,他就是我國曆史上著名的天文學家、地理學家、文學家、發明家、數學家張衡。

物理史話之上知天文下知地理的文學家張衡

張衡

張衡於東漢章帝建初三年(公元78年)出生在河南南陽。張衡的家族是當地的望族,他的祖父張堪曾經擔任過蜀郡太守,後來又擔任過漁陽太守,率領軍隊抗擊過匈奴的入侵。張衡從小就刻苦學習,16歲後離開家鄉去各地遊學,他先來到了三輔地區(長安的周圍),後來又去了首都洛陽,在那裡進入了太學學習。在洛陽期間,張衡看到國家承平已久,公私皆奢侈過度,於是他就仿照班固的《兩都賦》,殫精竭慮十年,寫出了《兩京賦》,以諷諫朝廷,不要太過奢侈鋪張。當時的實際最高權力者大將軍鄧騭十分欣賞張衡的才學,多次徵召他當官,但張衡都拒絕了。

到了漢安帝永初五年(公元111年),張衡被朝廷公車特徵進京,先是擔任郎中,後來又擔任了太史令(最為我們所熟知的太史令是寫下不朽名篇《史記》的司馬遷,但實際上,太史令的主要工作不是記錄歷史,而是研究曆法。國家每次要頒佈新的歷法的時候,都需要太史令根據日月陰陽等各種天文現象制定出可行的歷法書。在中國歷史上的那些曆法書,基本上都是由太史制定的)。在擔任太史令期間,張衡精研陰陽術學,精通天文曆法,並親手製作了渾天儀,發明了候風地動儀等一系列機械,寫成了《靈憲》和《算罔論》等一系列歷算著作。永和元年(公元136年),張衡擔任河間王劉政的國相,他到任後,嚴整法紀,打擊豪強,暗中探得奸黨名姓,一時收捕,上下肅然,張衡為政以清廉著稱。三年後,張衡上書請求辭職回家,但被朝廷徵召任命為尚書。到永和四年(139年),張衡去世,享年62歲。

張衡在科學上的成就主要是發明了一系列用來觀察天文、地理的儀器,包括候風地動儀、渾天儀、瑞輪莢、指南車、記裡鼓車及地形圖等。在這裡,科普君就對這些儀器進行稍微的介紹。

候風地動儀,簡稱地動儀。是張衡在擔任太史令期間發明的,主要作用是用來測試發生地震的方位。地動儀究竟是什麼樣的,現在已經無從知曉了,我們在學習中國歷史的時候,會看到書上畫有一個酒甕狀的器物,外面有倒掛著的八條龍,分別對應八個方位,龍口下分別有八個蟾蜍,張大嘴巴,可以接住從龍口中掉落下來的小球。關於地動儀的結構,主要有兩個版本,一個是王振鐸模型,一個是馮銳模型。其中馮銳模型經過測試,基本上與歷史記載的相吻合。對於地震的觀測,在西方,是19世紀以後的事了。候風地動儀可以稱得上是地震儀器的始祖,雖然它的功能只是大概地測知地震的方位,然而卻領先了世界1800年。

物理史話之上知天文下知地理的文學家張衡

地動儀

渾天儀,是張衡在西漢耿壽昌發明的渾天儀的基礎上,加入了自己對於渾天說的理解,而創造的比之前的更精確、更全面的天文儀器。該渾天儀是一種水運渾象,用一個直徑四尺多的銅球,球上刻有二十八宿、中外星官以及黃赤道、南北極、二十四節氣、恆顯圈、恆隱圈等,成一渾象,再用一套轉動機械,把渾象和漏壺結合起來。以漏壺流水控制渾象,使它與天球同步轉動,以顯示星空的週日視運動,如恆星的出沒和中天等。

物理史話之上知天文下知地理的文學家張衡

渾天儀

瑞輪莢是張衡別出心裁創造的自動日曆,它模仿神話中奇樹蓂莢的特徵,靠流水作用,從每月初一開始,一天出現一片葉子,到滿月出齊15片,然後每天再收起一片,到月末為止,循環開合。

張衡製造的指南車利用機械原理和齒輪的傳動作用,由一輛雙輪獨轅車組成。車箱內用一種能自動離合的齒輪系統,車箱外殼上層置一木刻仙人,無論車子朝哪個方向轉動,木人伸出的臂都指向南方。

物理史話之上知天文下知地理的文學家張衡

吉林省科技館的展品指南車

張衡創造的計裡鼓車是用以計算里程的機械。據《古今注》記載:"記裡車,車為二層,皆有木人,行一里下層擊鼓,行十里上層擊鐲"。

物理史話之上知天文下知地理的文學家張衡

吉林省科技館的展品記裡鼓車

張衡也研究過地理學,根據他研究和考察的心得,畫過一幅地形圖。唐張彥遠《歷代名畫記》卷三雲:"衡嘗作地形圖,至唐猶存"。張衡的地形圖的知識可能被晉代的裴秀所繼承,裴秀後來開創中國古代地圖繪製學,他制定的關於製圖的"製圖六體"理論,直到西方地圖的投影法進入中國之前,一直是中國製圖學的圭臬。

張衡是我國古代實驗科學中的翹楚人物,他遠在機械工業發展前約二千年的中國,發明製作出各種精妙的儀器,非常值得我們崇拜。東漢末年的學者蔡邕曾經見到過張衡發明的儀器,發出了願意終生偃臥在渾天儀裡的感嘆,足見張衡的偉大和他發明的儀器的精巧絕倫了。


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