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物理史话之上知天文下知地理的文学家张衡

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今天科普君要说的这位,在中国的历史上非常著名,甚至在世界历史上也都很著名,无论是在文学史上还是在科技史上都有他老人家一号,他就是我国历史上著名的天文学家、地理学家、文学家、发明家、数学家张衡。

物理史话之上知天文下知地理的文学家张衡

张衡

张衡于东汉章帝建初三年(公元78年)出生在河南南阳。张衡的家族是当地的望族,他的祖父张堪曾经担任过蜀郡太守,后来又担任过渔阳太守,率领军队抗击过匈奴的入侵。张衡从小就刻苦学习,16岁后离开家乡去各地游学,他先来到了三辅地区(长安的周围),后来又去了首都洛阳,在那里进入了太学学习。在洛阳期间,张衡看到国家承平已久,公私皆奢侈过度,于是他就仿照班固的《两都赋》,殚精竭虑十年,写出了《两京赋》,以讽谏朝廷,不要太过奢侈铺张。当时的实际最高权力者大将军邓骘十分欣赏张衡的才学,多次征召他当官,但张衡都拒绝了。

到了汉安帝永初五年(公元111年),张衡被朝廷公车特征进京,先是担任郎中,后来又担任了太史令(最为我们所熟知的太史令是写下不朽名篇《史记》的司马迁,但实际上,太史令的主要工作不是记录历史,而是研究历法。国家每次要颁布新的历法的时候,都需要太史令根据日月阴阳等各种天文现象制定出可行的历法书。在中国历史上的那些历法书,基本上都是由太史制定的)。在担任太史令期间,张衡精研阴阳术学,精通天文历法,并亲手制作了浑天仪,发明了候风地动仪等一系列机械,写成了《灵宪》和《算罔论》等一系列历算著作。永和元年(公元136年),张衡担任河间王刘政的国相,他到任后,严整法纪,打击豪强,暗中探得奸党名姓,一时收捕,上下肃然,张衡为政以清廉著称。三年后,张衡上书请求辞职回家,但被朝廷征召任命为尚书。到永和四年(139年),张衡去世,享年62岁。

张衡在科学上的成就主要是发明了一系列用来观察天文、地理的仪器,包括候风地动仪、浑天仪、瑞轮荚、指南车、记里鼓车及地形图等。在这里,科普君就对这些仪器进行稍微的介绍。

候风地动仪,简称地动仪。是张衡在担任太史令期间发明的,主要作用是用来测试发生地震的方位。地动仪究竟是什么样的,现在已经无从知晓了,我们在学习中国历史的时候,会看到书上画有一个酒瓮状的器物,外面有倒挂着的八条龙,分别对应八个方位,龙口下分别有八个蟾蜍,张大嘴巴,可以接住从龙口中掉落下来的小球。关于地动仪的结构,主要有两个版本,一个是王振铎模型,一个是冯锐模型。其中冯锐模型经过测试,基本上与历史记载的相吻合。对于地震的观测,在西方,是19世纪以后的事了。候风地动仪可以称得上是地震仪器的始祖,虽然它的功能只是大概地测知地震的方位,然而却领先了世界1800年。

物理史话之上知天文下知地理的文学家张衡

地动仪

浑天仪,是张衡在西汉耿寿昌发明的浑天仪的基础上,加入了自己对于浑天说的理解,而创造的比之前的更精确、更全面的天文仪器。该浑天仪是一种水运浑象,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。

物理史话之上知天文下知地理的文学家张衡

浑天仪

瑞轮荚是张衡别出心裁创造的自动日历,它模仿神话中奇树蓂荚的特征,靠流水作用,从每月初一开始,一天出现一片叶子,到满月出齐15片,然后每天再收起一片,到月末为止,循环开合。

张衡制造的指南车利用机械原理和齿轮的传动作用,由一辆双轮独辕车组成。车箱内用一种能自动离合的齿轮系统,车箱外壳上层置一木刻仙人,无论车子朝哪个方向转动,木人伸出的臂都指向南方。

物理史话之上知天文下知地理的文学家张衡

吉林省科技馆的展品指南车

张衡创造的计里鼓车是用以计算里程的机械。据《古今注》记载:"记里车,车为二层,皆有木人,行一里下层击鼓,行十里上层击镯"。

物理史话之上知天文下知地理的文学家张衡

吉林省科技馆的展品记里鼓车

张衡也研究过地理学,根据他研究和考察的心得,画过一幅地形图。唐张彦远《历代名画记》卷三云:"衡尝作地形图,至唐犹存"。张衡的地形图的知识可能被晋代的裴秀所继承,裴秀后来开创中国古代地图绘制学,他制定的关于制图的"制图六体"理论,直到西方地图的投影法进入中国之前,一直是中国制图学的圭臬。

张衡是我国古代实验科学中的翘楚人物,他远在机械工业发展前约二千年的中国,发明制作出各种精妙的仪器,非常值得我们崇拜。东汉末年的学者蔡邕曾经见到过张衡发明的仪器,发出了愿意终生偃卧在浑天仪里的感叹,足见张衡的伟大和他发明的仪器的精巧绝伦了。

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