張衡畫像
一、張衡的生平
張衡（78~139年），字平子，南陽郡西鄂（今河南南陽市石橋鎮）人，是東漢時期偉大的天文學家、數學家、發明家、地理學家、製圖學家、文學家和著名學者。曾先後出任太史令、河間王相等職。為我國天文學、機械技術、地震學的發展作出了不可磨滅的貢獻，在文學上也取得了輝煌的成就。由於他的貢獻突出，聯合國天文組織將太陽系中的1802號小行星命名為“張衡星”。
張衡出身名門望族，其父曾任蜀郡（治今四川成都市）太守。張衡自幼好學，很早就開始到外地遊學。他在結束了三輔地區以後的遊學以後，就來到了首都洛陽，進入到當時的最高學府——太學。在太學之中，張衡系統地學習了儒家經典，號稱“貫六藝”。張衡雖然才華出眾，但並不好炫耀自己，尤其不好結交世俗之人。東漢的太學，學風相對來說比較自由，學生的學習生活也很輕鬆。在太學裡，張衡廣泛地結交雲集洛陽的優秀學者，為後來他的學術研究奠定了廣博的基礎。就是在洛陽的太學中，張衡和崔瑗結為摯友。而崔瑗是著名學者賈逵的學生，也精通天文歷數之學。張衡尤其喜好西漢揚雄的《太玄》，他曾向崔瑗表達過自己對《太玄》的讚賞之情。
張衡雖然才學出眾，但並沒有輕易地出仕。在完成太學學業之後，漢和帝永元十二年（100年），張衡回到了故鄉南陽（今河南南陽市），擔任南陽太守鮑德的主簿，負責一些文書方面的工作。在鮑德離任後，張衡就回鄉家居，潛心於天文曆法等方面的研究。他多次拒絕朝廷的徵召，直到永初五年(111年)才應漢安帝之徵而進京，拜為郎中。元初二年（115年），張衡被任命為太史令，後來一度調離，最後又被任命為太史令。張衡先後擔任太史令長達十四年之久，負責天文曆法的制定和天象的觀測。張衡的很多重要科學成就，就是在這期間完成的。
漢順帝陽嘉二年（133年），張衡被任命為侍中，這個職務可以更接近皇帝。張衡利用經常接近皇帝的機會，經常向漢順帝提一些建議。比如，對東漢時期比較流行的讖緯，張衡多次指出它的虛妄。張衡向皇帝上書稱讖緯並非什麼古籍，西漢末年漢成帝、漢哀帝以後，才漸漸傳開。這些荒誕不經的東西，“譬猶畫工，惡圖犬馬而好鬼魅，誠以實事難形，而虛偽不窮也”。（《後漢書》第1912頁）有一次皇帝問起張衡，當今天下什麼才是百姓的禍害。皇帝身邊的宦官趕緊向張衡使眼色，對張衡進行威脅。張衡攝於他們的淫威，沒敢暢所欲言。即便如此，那些宦官們仍然不放心張衡留在皇帝身邊，於是在他們的攛掇下，張衡被調離洛陽，擔任河間王劉政的相。河間王劉政驕橫不法，封國內的豪強大族也往往違法亂紀欺壓良善。張衡到任後，整肅法紀，打擊豪強，百姓生活逐漸安寧。三年後張衡請求退休，朝廷卻把他徵召到洛陽來擔任尚書。尚書的級別低於河間王相，但更接近權力的中心。朝廷很有可能打算進一步任用張衡，不過不久後，張衡就於永和四年（139年）病逝，終年六十二歲。
張衡墓坐落在河南南陽市北25公里石橋鎮南小石橋村西20米處，墓北約250米處，有平子讀書檯，古代洱河舊道跨其北，鄂城寺塔峙立其東。據有關史料記載，漢時墓園建造宏偉，翁仲、石獸對立，祠廟巍峨壯觀。漢代崔瑗曾有張平子碑，晉代夏侯湛也曾為之撰刻碑碣，唐代詩人駱賓王、鄭谷等人曾在此為張衡留下詩作。後經戰亂，以往勝蹟蕩然無存。1956年重修了張衡墓園與平子讀書檯。墓園面積12000多平方米，墓室封土高8米，周長79米。在高大的古墓周圍遍植松柏。墓前的明、清石碑加蓋了碑樓。並於墓前立方碑一座。墓北讀書檯遺址，亦重新建臺立碑。
二、張衡的《靈憲》
張衡關於天文學的理論，主要體現在他的著作《靈憲》中。《靈憲》也是東漢天文學發展水平的體現。《靈憲》原書已經散佚，但主要部分因為被《後漢書·天文志》劉昭注所徵引而傳世。
在《靈憲》中，張衡系統全面地闡述了他的天文學觀點。關於宇宙的起源，《靈憲》認為，宇宙最初是一派無形無色的精氣，幽清寂寞，其中蘊含著“道根”。之後在太素的階段裡，道根發動，產生了“道幹”。有了道幹以後，元氣開始分化，開始形成天地。他認為氣有清濁，清者在外而為天，濁者在內而為地。有了天地以後，就進入到太元的階段。在這個階段裡，由道幹生化出“道實”。道實生化出無窮無盡的萬事萬物。張衡雖然試圖去揭示宇宙的生成過程，但是他也強調了人所能認知的範圍是十分有限的，在這個範圍之外的宇宙是沒有時間的起點和空間的邊界的，“宇之表無極，宙之端無窮”。（《後漢書》第3216頁）
在《靈憲》中，張衡把天想象成一個橢球：“八極之維，徑二億三萬二千三百里。南北則短減千里，東西則廣增千里。……通而度之，則是渾已。”天上有一個北極，樞星正好在這個位置上。日、月、五星都繞它旋轉。天還有個南極，是在地底下，人不可見。人目所見的地表面是平的，正在天的中央，“自地至天，半於八極，則地之深亦如之”。（《後漢書》第3216頁）在他心目中的天地仍然是“天圓地平”的模式。
張衡認為，天動地靜，天施地合，萬事萬物因而發生。天地的運動也促使了四季的更迭。而整個天庭，與大地一一相應。尤其是列星，就是精氣所生，“體生於地精，成於天列”。（《後漢書》第3216頁）列星在天上的排列也是井然有序的，“紫宮為皇極之居，太微為五帝之廷，明堂之房，大角有席，天市有坐。蒼龍連蜷於左，白虎猛據於右，朱雀奮翼於前，靈龜圈首於後，黃神軒轅於中”。它們象徵著人世間的萬事萬物。
張衡在《靈憲》中對日月星辰進行了研究。張衡提出，日月的角直徑是周天的“七百三十六分之一”，換算成現代角度單位，即為29′21″，這和近代天文測量所得的日和月的平均角直徑值31′59″和31′5″相比，誤差都只有2′左右。以二千年前的觀測條件而論，張衡的測量能如此精確，的確難能可貴。在張衡之前，人們對日蝕和月蝕已經有所研究，但對於月食形成的原因沒有給出清晰的解釋。張衡首先指出，月亮本身不發光，月亮的圓缺是由於其受光面發生轉動的原因，而月食則是由於大地遮蔽的緣故。他還給大地的影子起了個名字叫“闇虛”。他說：“月，光生於日之所照；魄生於日之所蔽。當日則光盈，就日則光盡也。眾星被耀，因水轉光。當日之衝，光常不合者，蔽於地也，是謂虛。在星星微，月過則食。”（《後漢書》第3216頁）
張衡認為天上星辰的變動預示著世間的禍福，北斗在昭示著帝王的運命，散佈四方的二十八星宿無不與人間的福禍有關，都是上天意志的顯現。他認為天上的星斗，“常明者百有二十四，可名者三百二十，為星二千五百”。（《後漢書》第3217頁）除此之外，天空中還有人所不能看到的“微星”一萬一千五百二十顆。這個數字當然是張衡的推測，他認為這些“微星”象徵了世間的芸芸眾生。
張衡認為天上的星斗也是有生命週期的，當星斗處於其生命旺盛期時，“有似珠玉，神守精存，麗其職而宣其明”。而等到星斗的精氣衰竭而死亡的時候，“於是乎有隕星”。（《後漢書》第3217頁）這些隕星最終掉落在地上，就成了石頭。張衡的這些說法當然不盡科學，但是在當時的條件下，他已經能比較合理地解釋隕石現象。而且張衡關於星斗週期的猜想，也與當代天文科學的理論有相通之處。
張衡認為日月五星並非在一個球殼上運動，它們在天地之間運行，而且速度不同，近地則快，遠地則慢，相應地近天則快，遠天則慢。他還將日月五星分為兩類，一類附於月，屬陰，包括水星和金星，黃昏時出現。另一類附於日，屬陽，包括火星、木星和土星，清晨時出現。拋開陰陽日月的話不說，水星和金星都是內地行星，火星、木星和土星都在地球之外，張衡的分類有一定的道理。
《靈憲》中還有許多不足的地方，而且也受到占星術的很大影響，當然這都是時代的侷限性所致。總之，儘管《靈憲》有一些缺點，但是它在天文學史上的意義還是不能抹殺的，《靈憲》所取得的重要成就還是值得高度肯定的。所以梁代劉昭讚頌張衡是“天文之妙，冠絕一代”。（《後漢書》第3215頁）
洛陽靈臺遺址
三、地動儀
大科學家張衡不僅是一位潛心思考的理論家，也是一位心靈手巧的發明家。他的一個重要發明就是候風地動儀。陽嘉元年（132年），張衡在洛陽發明了最早的地震儀，稱為候風地動儀。它有八個方位，每個方位上均有一條口含銅珠的龍，在每條龍的下方都有一隻蟾蜍與其對應。任何一方如有地震發生，該方向龍口所含銅珠即落入蟾蜍口中，由此便可測出發生地震的方向。在地動儀制成以後，西北方向那一條龍口中的銅珠掉了下來。當時京城洛陽中沒有絲毫的感覺，人們都認為張衡的候風地動儀不過是個不靠譜的擺設而已，沒想到過了幾天，西北地區地震的消息通過驛站送達洛陽，原來在隴西發生了很嚴重的地震。人們這才認識到張衡的這架地動儀的精妙神奇。這比起西方國家用儀器記錄地震的歷史早一千多年。
後人復原的地動儀
張衡的地動儀早已毀於戰火之中，後人再也沒有見過它的蹤影，只能根據《後漢書》的記載來猜測它的樣子。《後漢書》稱地動儀為圓形結構，直徑八尺，形狀像一個酒樽，“中有都柱，傍行八道，施關發機”。不過《後漢書》中也沒有詳細記載地動儀的構造，只是說：“其牙機巧制皆隠在尊中，覆蓋周密無際。”（《後漢書》第1909頁）自19世紀以來，即有人試圖運用現代科技知識，根據《後漢書》的記載，來複原張衡的這項偉大的發明。到了1950年代，王振鐸先生“復原”了張衡的地動儀，並且被認為是科學的，甚至廣泛納入小學生課本。近年來人們對王先生的複製品進行測試，多有懷疑，相對而言，國家地震局馮銳所提出的模型經過測試，可能更接近於歷史的真實。
四、渾天儀
張衡在天文學上的重要貢獻，還有“水運渾天儀”的發明。《隋書》記載，延熹七年（164年）[1]張衡發明了渾天儀，“更以銅製，以四分為一度，周天一丈四尺六寸一分。亦於密室中以漏水轉之，令司之者閉戸而唱之，以告靈臺之觀天者，璇璣所加，某星始見，某星已中，某星今沒，皆如合符”。（《隋書》第517頁）《晉書》還記載張衡的朋友崔瑗為張衡渾天儀所作的銘文：“數術窮天地，製作侔造化，髙才偉藝，與神合契。”（《晉書》第281頁，中華書局1974年版）
後世的渾天儀
水運渾天儀也稱漏水渾天儀，簡稱渾天儀。它是一種水運渾象，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。它還有一個附屬機構即瑞輪冥菜，是一種機械日曆，由傳動裝置和渾象相連，從每月初一起，每天生一葉片；月半後每天落一葉片。它所用的兩級漏壺是現今所知最早的關於兩級漏壺的記載。漏水轉渾天儀對中國後來的天文儀器影響很大，唐宋以來就在它的基礎上發展出更復雜更完善的天象表演儀器和天文鐘。
張衡還專門寫了一篇文章《張衡漏水轉渾天儀制》來介紹水運渾天儀，不過這篇文章已經散佚了，多虧南朝蕭梁的劉昭在給《後漢書·天文志》做注時曾部分引用，使後人可以窺見其大略。在劉昭注中，把這段文字標題為《張衡渾儀》。劉昭所引，近人已有證明，它應是張衡的原作。
郵票中的張衡
劉昭所引的部分，大體包含了三部分內容。第一部分講渾天學說和渾天儀中天極、赤道和黃道三者相互關係及彼此相去度數。第二部分講所謂黃赤道差的求法和這種差數的變化規律。這是這一殘文中的最多篇幅部分。第三部分講黃道二十八宿距度以及冬至、夏至點的黃道位置。
仔細研究這篇殘文，可以得到兩點重要信息。其一，文中介紹了在天球儀上直接比量以求取黃道度數的辦法。其二，文中給出了所謂黃赤道差的變化規律。黃赤道差後來在中國曆法計算中起了很重要的作用，作為首創者的張衡，其貢獻不可磨滅。
除了劉昭所引的這段文字之外，在《晉書》《隋書》的“天文志”裡所引述的葛洪的話中，轉引了一段題為《渾天儀注》的文字。在唐代《開元佔經》第一卷裡，編有一段題為《張衡渾儀註》和一段題為《張衡渾儀圖注》的文字。在《開元佔經》卷二十六“填星佔”中，還有三小段題為《渾儀》的文字；卷六十五的“天市垣佔”下小注中，有題為《張衡渾儀》的文字一句。這四段文字也不見於劉昭所引。不過這些文字中，或許有後人的摻雜或註釋混入的情況。
地動儀內部結構想象圖
遺憾的是，關於張衡渾天儀中的動力和傳動裝置的具體情況，史書沒有留下記載。張衡寫的有關渾天儀的文章只留存片斷，也沒有提及動力和傳動裝置問題。近幾十年來，人們曾運用現代機械科技知識對這個裝置作過一些探討。最初，人們曾認為是由一個水輪帶動一組齒輪系統構成。後來有人提出了一種完全不同的設計。他們把漏壺中的浮子用繩索繞過天球極軸，和一個平衡重錘相連。當漏壺受水時，壺中水量增加，浮子上升，繩索另一頭的平衡錘下降。這時繩索牽動天球極軸，產生轉動。不管張衡的動力和傳動系統的實情究竟如何，總之，他是用一個機械系統來實現一種與自然界的天球旋轉相同步的機械運動。這種作法在中國是史無前例的。由此開始，我們誕生了一個製造水運儀象的傳統，它力圖用機械運動來精確地反映天球的週日轉動。直到20世紀下半葉原子鍾發明和採用之前，一切機械鐘錶都是以地球自轉，亦即天球的週日轉動為基礎的。所以，中國的水運儀象傳統乃是後世機械鐘錶的鼻祖。
從當時人的描述來看，張衡渾天儀能和自然界天球的轉動配合得絲絲入扣，可見渾天儀的轉動速度的穩定性相當高。而渾天儀是以刻漏的運行為基礎的。由此可以知道，張衡的刻漏技術也很高明。
張衡塑像
五、張衡的文學成就
大科學家張衡也是兩漢文學史上一位重要的文學家，尤其是漢賦發展史上承前啟後、具有劃時代巨大貢獻的重要作家。他一生作賦，虛心學習，全面地繼承了前代賦家的各種賦體和表現手法。大賦遠繼司馬相如《子虛賦》，近取班固《兩都賦》，而創作了《二京賦》；騷賦上追屈原《離騷》、下蹤班固《幽通賦》，而創作了《思玄賦》；七體步枚乘《七發》、傅毅《七激》，而創作了《七辯》；文賦則依東方朔的《答客難》、班固的《答賓戲》，而創作了《應間》。其他還有受揚雄《蜀都賦》啟發而作《南都賦》；效傅毅《舞賦》而再作《舞賦》等等。以上所舉，雖皆屬模擬，成就又有高下之分，但都不同程度地顯現出了藝術上的創意。如《應間》，固然蹤跡東方朔的《答客難》和班固的《答賓戲》，但是又不似東方朔反話正說，辛辣尖刻地發洩遭時不遇的憤誹，也不似班固隱微地抒發內心以二世才術、位不過郎的不平衡的怨思。《應間》說有人對自己當太史令六年未遷升，一度轉官為接近皇帝、較有權勢的公車司馬令後復任太史令，這是“失志”、“非進取之勢”，然後做出應答，重在表明自己堅持高尚修潔的操守。《應間》說：“捷徑邪至，我不忍以投步；幹進苟容，我不忍以歙（脅）肩。……奉順敦篤，守以忠信；得之不休（美），不獲不吝（恥）。”儘管不被世俗理解也不愁悶，居下位而不憂，一心“與世殊技，固孤是求”。在太史令的位置上篤志於天文、科技的潛心研究，根本不以官職勢祿為意的人生志向。經如此廣收博取的學習繼承，張衡融匯貫通，極富創造性地以《歸田賦》實現了漢賦主體從鋪採摛（chī，鋪陳）文、閎衍巨侈、重體物而淹情志，向清新爽麗、短小精練、情境相生的轉變，而開啟了抒情小賦的創作時代。張衡賦的代表作歷來公認為是《二京賦》、《思玄賦》和《歸田賦》。
《二京賦》是張衡賦作中的代表。《二京賦》包括《西京賦》、《東京賦》兩篇。二京，指漢的西京長安與東京洛陽。《後漢書·張衡傳》說：“時天下承平日久，自王侯以下，莫不逾侈。衡乃擬班固《兩都》作《二京賦》，因以諷諫。”《二京賦》在結構謀篇方面完全模仿《兩都賦》，以《西京賦》、《東京賦》構成上下篇。《二京賦》是張衡耗費了十年心血完成的作品，從漢和帝永元八年（96年）張衡十九歲時草創，到漢安帝永初元年（107年）張衡三十歲在南陽主簿的任上才最終完成。
《西京賦》描寫長安的奢華無度，《東京賦》描寫洛陽的儉約之德、禮儀之盛，以為對比；歌頌東漢，是要統治者汲取西漢的教訓，悔而改之。這兩篇賦的體制比班固的賦更宏大、更細緻、更有特色。除了像它以前的事類賦一樣，鋪寫東西南北所有以及宮室、動植物等等外，還寫了許多民情風俗。《西京賦》寫商賈、遊俠、騎士、辯論之士以及角抵百戲雜技幻術等，《東京賦》寫驅逐疫鬼的大儺（nuó）、方相等，都有極其生動、具體、繪聲繪色的描寫。所以，禰（mí）衡吊張衡文稱其“下筆繡辭，揚手文飛”。長篇漢賦發展到張衡，已達極至。
《二京賦》突出地表現出馳騁想象、體物抒情、鋪張揚厲、極盡誇張之能事的特點，篇幅更長，辭藻更華美，內容也更豐富。如《東京賦》中描寫洛陽的宮殿、飛閣、樓榭、湖苑的壯麗宏偉，氣魄浩大，真是江山雄峻，城市繁榮，商業發達，物產豐饒，十步一樓，五步一閣，宮闕巍峨，服飾奢麗，湖光山色，奇樹異果，描寫出極盡奢華豔絕巧奪天工的圖景。描寫宮殿樓臺遊苑湖山的富麗堂皇、絕妙幽深、動中有靜、靜中有動、有點有面、有聲有色，竟是一幅全景式的丹青長卷。寫景狀物，栩栩如生，飛鳥鳴泉，躍然紙上。且聚散有致，層次鮮明，語言清新，言簡意賅，顯示出藝術技巧上很高的成就。從這些描寫裡，既可以看出漢代都城和宮廷建築藝術已達到很高水平，也客觀地反映了漢帝國經過長久的統治，物質生產進一步發展所造成的那種物力的富裕和國力的強大。再如《西京賦》中關於“角抵百戲”的描寫，寫天子觀看演出的情景，生動地描述記載了漢代的雜技藝術已發展到很高水平，節目精彩，千變萬化。
張衡所作《二京賦》，在頌揚漢朝國勢隆盛社會繁榮的同時，文詞中含著濃厚的“恤民”氣息。他仗義執言，指責官僚豪紳們的昏庸腐朽，揭示黎民百姓的痛苦和仇恨。他的賦諷諫的是奢侈淫逸，寓意應節之以禮。聽其言而觀其行，張衡以自己的實際行動表明了是一個知行合一的人。《二京賦》是運用文學手法的社會剖析，其中有政治方面的諷諫，社會事物的描述，歷史的反思，哲理的寓含，感情的抒發，意境的想象，諸景畢現，文思泉湧，洋洋灑灑，蔚為大觀。《二京賦》的傳播，使張衡名聲大振。除了它文字典雅，取材翔實，更由於它改變了辭賦專一阿諛頌德的陋習，開一代新風。後被南朝蕭梁昭明太子蕭統收入《文選》。
張衡還留下不少詩歌作品，最為後人稱道的是《四愁詩》，其中“美人贈我金錯刀，何以報之英瓊瑤”，被後人廣為傳頌。
張衡不僅文學成就出色，在史學上也有所建樹。早在漢安帝永初年間，謁者僕射劉珍、校書郎劉騊駼（táotú）等人在東觀從事著作，撰寫《東觀漢記》的時候，曾向皇帝提議請張衡參與其中。不過很不幸的是，劉珍等人不久後就病死了，這件事情也就不了了之。張衡對此深感遺憾，一直想有機會了能夠完成《東觀漢記》的撰寫。後來張衡在擔任侍中的時候就向皇帝提出請求，到東觀之中去編撰史書。在任內，他向皇帝上書，指出司馬遷、班固等人著作中的缺憾和不足，還對一些具體史事的撰述提出了自己的意見。不過，很遺憾的是，張衡的這些著述後來都沒有能夠流傳下來。
張衡對儒家經典也有很深的造詣，他曾經寫有《周官訓詁》一書，還打算寫一本研究《周易》的著作，不過最終沒有能夠完成。《後漢書·張衡傳》記載張衡的作品為：“所著詩、賦、銘、七言、《靈憲》、《應間》、《七辯》、《巡誥》、《懸圖》凡三十二篇。”（《後漢書》第1940頁）後人將張衡的作品編輯為《張衡集》，在唐宋以後逐漸散佚。從明代，人們開始輯佚整理張衡的作品。清人嚴可均的《全漢文》中搜集張衡文章三十八篇，當代人逯欽立蒐集了張衡的詩歌作品。
[1] 《隋書》所記載的這一年代肯定是錯誤的，因為張衡早在公元139年就去世了。
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