张衡画像
一、张衡的生平
张衡（78~139年），字平子，南阳郡西鄂（今河南南阳市石桥镇）人，是东汉时期伟大的天文学家、数学家、发明家、地理学家、制图学家、文学家和著名学者。曾先后出任太史令、河间王相等职。为我国天文学、机械技术、地震学的发展作出了不可磨灭的贡献，在文学上也取得了辉煌的成就。由于他的贡献突出，联合国天文组织将太阳系中的1802号小行星命名为“张衡星”。
张衡出身名门望族，其父曾任蜀郡（治今四川成都市）太守。张衡自幼好学，很早就开始到外地游学。他在结束了三辅地区以后的游学以后，就来到了首都洛阳，进入到当时的最高学府——太学。在太学之中，张衡系统地学习了儒家经典，号称“贯六艺”。张衡虽然才华出众，但并不好炫耀自己，尤其不好结交世俗之人。东汉的太学，学风相对来说比较自由，学生的学习生活也很轻松。在太学里，张衡广泛地结交云集洛阳的优秀学者，为后来他的学术研究奠定了广博的基础。就是在洛阳的太学中，张衡和崔瑗结为挚友。而崔瑗是著名学者贾逵的学生，也精通天文历数之学。张衡尤其喜好西汉扬雄的《太玄》，他曾向崔瑗表达过自己对《太玄》的赞赏之情。
张衡虽然才学出众，但并没有轻易地出仕。在完成太学学业之后，汉和帝永元十二年（100年），张衡回到了故乡南阳（今河南南阳市），担任南阳太守鲍德的主簿，负责一些文书方面的工作。在鲍德离任后，张衡就回乡家居，潜心于天文历法等方面的研究。他多次拒绝朝廷的征召，直到永初五年(111年)才应汉安帝之征而进京，拜为郎中。元初二年（115年），张衡被任命为太史令，后来一度调离，最后又被任命为太史令。张衡先后担任太史令长达十四年之久，负责天文历法的制定和天象的观测。张衡的很多重要科学成就，就是在这期间完成的。
汉顺帝阳嘉二年（133年），张衡被任命为侍中，这个职务可以更接近皇帝。张衡利用经常接近皇帝的机会，经常向汉顺帝提一些建议。比如，对东汉时期比较流行的谶纬，张衡多次指出它的虚妄。张衡向皇帝上书称谶纬并非什么古籍，西汉末年汉成帝、汉哀帝以后，才渐渐传开。这些荒诞不经的东西，“譬犹画工，恶图犬马而好鬼魅，诚以实事难形，而虚伪不穷也”。（《后汉书》第1912页）有一次皇帝问起张衡，当今天下什么才是百姓的祸害。皇帝身边的宦官赶紧向张衡使眼色，对张衡进行威胁。张衡摄于他们的淫威，没敢畅所欲言。即便如此，那些宦官们仍然不放心张衡留在皇帝身边，于是在他们的撺掇下，张衡被调离洛阳，担任河间王刘政的相。河间王刘政骄横不法，封国内的豪强大族也往往违法乱纪欺压良善。张衡到任后，整肃法纪，打击豪强，百姓生活逐渐安宁。三年后张衡请求退休，朝廷却把他征召到洛阳来担任尚书。尚书的级别低于河间王相，但更接近权力的中心。朝廷很有可能打算进一步任用张衡，不过不久后，张衡就于永和四年（139年）病逝，终年六十二岁。
张衡墓坐落在河南南阳市北25公里石桥镇南小石桥村西20米处，墓北约250米处，有平子读书台，古代洱河旧道跨其北，鄂城寺塔峙立其东。据有关史料记载，汉时墓园建造宏伟，翁仲、石兽对立，祠庙巍峨壮观。汉代崔瑗曾有张平子碑，晋代夏侯湛也曾为之撰刻碑碣，唐代诗人骆宾王、郑谷等人曾在此为张衡留下诗作。后经战乱，以往胜迹荡然无存。1956年重修了张衡墓园与平子读书台。墓园面积12000多平方米，墓室封土高8米，周长79米。在高大的古墓周围遍植松柏。墓前的明、清石碑加盖了碑楼。并于墓前立方碑一座。墓北读书台遗址，亦重新建台立碑。
二、张衡的《灵宪》
张衡关于天文学的理论，主要体现在他的著作《灵宪》中。《灵宪》也是东汉天文学发展水平的体现。《灵宪》原书已经散佚，但主要部分因为被《后汉书·天文志》刘昭注所征引而传世。
在《灵宪》中，张衡系统全面地阐述了他的天文学观点。关于宇宙的起源，《灵宪》认为，宇宙最初是一派无形无色的精气，幽清寂寞，其中蕴含着“道根”。之后在太素的阶段里，道根发动，产生了“道干”。有了道干以后，元气开始分化，开始形成天地。他认为气有清浊，清者在外而为天，浊者在内而为地。有了天地以后，就进入到太元的阶段。在这个阶段里，由道干生化出“道实”。道实生化出无穷无尽的万事万物。张衡虽然试图去揭示宇宙的生成过程，但是他也强调了人所能认知的范围是十分有限的，在这个范围之外的宇宙是没有时间的起点和空间的边界的，“宇之表无极，宙之端无穷”。（《后汉书》第3216页）
在《灵宪》中，张衡把天想象成一个椭球：“八极之维，径二亿三万二千三百里。南北则短减千里，东西则广增千里。……通而度之，则是浑已。”天上有一个北极，枢星正好在这个位置上。日、月、五星都绕它旋转。天还有个南极，是在地底下，人不可见。人目所见的地表面是平的，正在天的中央，“自地至天，半于八极，则地之深亦如之”。（《后汉书》第3216页）在他心目中的天地仍然是“天圆地平”的模式。
张衡认为，天动地静，天施地合，万事万物因而发生。天地的运动也促使了四季的更迭。而整个天庭，与大地一一相应。尤其是列星，就是精气所生，“体生于地精，成于天列”。（《后汉书》第3216页）列星在天上的排列也是井然有序的，“紫宫为皇极之居，太微为五帝之廷，明堂之房，大角有席，天市有坐。苍龙连蜷于左，白虎猛据于右，朱雀奋翼于前，灵龟圈首于后，黄神轩辕于中”。它们象征着人世间的万事万物。
张衡在《灵宪》中对日月星辰进行了研究。张衡提出，日月的角直径是周天的“七百三十六分之一”，换算成现代角度单位，即为29′21″，这和近代天文测量所得的日和月的平均角直径值31′59″和31′5″相比，误差都只有2′左右。以二千年前的观测条件而论，张衡的测量能如此精确，的确难能可贵。在张衡之前，人们对日蚀和月蚀已经有所研究，但对于月食形成的原因没有给出清晰的解释。张衡首先指出，月亮本身不发光，月亮的圆缺是由于其受光面发生转动的原因，而月食则是由于大地遮蔽的缘故。他还给大地的影子起了个名字叫“闇虚”。他说：“月，光生于日之所照；魄生于日之所蔽。当日则光盈，就日则光尽也。众星被耀，因水转光。当日之冲，光常不合者，蔽于地也，是谓虚。在星星微，月过则食。”（《后汉书》第3216页）
张衡认为天上星辰的变动预示着世间的祸福，北斗在昭示着帝王的运命，散布四方的二十八星宿无不与人间的福祸有关，都是上天意志的显现。他认为天上的星斗，“常明者百有二十四，可名者三百二十，为星二千五百”。（《后汉书》第3217页）除此之外，天空中还有人所不能看到的“微星”一万一千五百二十颗。这个数字当然是张衡的推测，他认为这些“微星”象征了世间的芸芸众生。
张衡认为天上的星斗也是有生命周期的，当星斗处于其生命旺盛期时，“有似珠玉，神守精存，丽其职而宣其明”。而等到星斗的精气衰竭而死亡的时候，“于是乎有陨星”。（《后汉书》第3217页）这些陨星最终掉落在地上，就成了石头。张衡的这些说法当然不尽科学，但是在当时的条件下，他已经能比较合理地解释陨石现象。而且张衡关于星斗周期的猜想，也与当代天文科学的理论有相通之处。
张衡认为日月五星并非在一个球壳上运动，它们在天地之间运行，而且速度不同，近地则快，远地则慢，相应地近天则快，远天则慢。他还将日月五星分为两类，一类附于月，属阴，包括水星和金星，黄昏时出现。另一类附于日，属阳，包括火星、木星和土星，清晨时出现。抛开阴阳日月的话不说，水星和金星都是内地行星，火星、木星和土星都在地球之外，张衡的分类有一定的道理。
《灵宪》中还有许多不足的地方，而且也受到占星术的很大影响，当然这都是时代的局限性所致。总之，尽管《灵宪》有一些缺点，但是它在天文学史上的意义还是不能抹杀的，《灵宪》所取得的重要成就还是值得高度肯定的。所以梁代刘昭赞颂张衡是“天文之妙，冠绝一代”。（《后汉书》第3215页）
洛阳灵台遗址
三、地动仪
大科学家张衡不仅是一位潜心思考的理论家，也是一位心灵手巧的发明家。他的一个重要发明就是候风地动仪。阳嘉元年（132年），张衡在洛阳发明了最早的地震仪，称为候风地动仪。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入蟾蜍口中，由此便可测出发生地震的方向。在地动仪制成以后，西北方向那一条龙口中的铜珠掉了下来。当时京城洛阳中没有丝毫的感觉，人们都认为张衡的候风地动仪不过是个不靠谱的摆设而已，没想到过了几天，西北地区地震的消息通过驿站送达洛阳，原来在陇西发生了很严重的地震。人们这才认识到张衡的这架地动仪的精妙神奇。这比起西方国家用仪器记录地震的历史早一千多年。
后人复原的地动仪
张衡的地动仪早已毁于战火之中，后人再也没有见过它的踪影，只能根据《后汉书》的记载来猜测它的样子。《后汉书》称地动仪为圆形结构，直径八尺，形状像一个酒樽，“中有都柱，傍行八道，施关发机”。不过《后汉书》中也没有详细记载地动仪的构造，只是说：“其牙机巧制皆隠在尊中，覆盖周密无际。”（《后汉书》第1909页）自19世纪以来，即有人试图运用现代科技知识，根据《后汉书》的记载，来复原张衡的这项伟大的发明。到了1950年代，王振铎先生“复原”了张衡的地动仪，并且被认为是科学的，甚至广泛纳入小学生课本。近年来人们对王先生的复制品进行测试，多有怀疑，相对而言，国家地震局冯锐所提出的模型经过测试，可能更接近于历史的真实。
四、浑天仪
张衡在天文学上的重要贡献，还有“水运浑天仪”的发明。《隋书》记载，延熹七年（164年）[1]张衡发明了浑天仪，“更以铜制，以四分为一度，周天一丈四尺六寸一分。亦于密室中以漏水转之，令司之者闭戸而唱之，以告灵台之观天者，璇玑所加，某星始见，某星已中，某星今没，皆如合符”。（《隋书》第517页）《晋书》还记载张衡的朋友崔瑗为张衡浑天仪所作的铭文：“数术穷天地，制作侔造化，髙才伟艺，与神合契。”（《晋书》第281页，中华书局1974年版）
后世的浑天仪
水运浑天仪也称漏水浑天仪，简称浑天仪。它是一种水运浑象，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。漏水转浑天仪对中国后来的天文仪器影响很大，唐宋以来就在它的基础上发展出更复杂更完善的天象表演仪器和天文钟。
张衡还专门写了一篇文章《张衡漏水转浑天仪制》来介绍水运浑天仪，不过这篇文章已经散佚了，多亏南朝萧梁的刘昭在给《后汉书·天文志》做注时曾部分引用，使后人可以窥见其大略。在刘昭注中，把这段文字标题为《张衡浑仪》。刘昭所引，近人已有证明，它应是张衡的原作。
邮票中的张衡
刘昭所引的部分，大体包含了三部分内容。第一部分讲浑天学说和浑天仪中天极、赤道和黄道三者相互关系及彼此相去度数。第二部分讲所谓黄赤道差的求法和这种差数的变化规律。这是这一残文中的最多篇幅部分。第三部分讲黄道二十八宿距度以及冬至、夏至点的黄道位置。
仔细研究这篇残文，可以得到两点重要信息。其一，文中介绍了在天球仪上直接比量以求取黄道度数的办法。其二，文中给出了所谓黄赤道差的变化规律。黄赤道差后来在中国历法计算中起了很重要的作用，作为首创者的张衡，其贡献不可磨灭。
除了刘昭所引的这段文字之外，在《晋书》《隋书》的“天文志”里所引述的葛洪的话中，转引了一段题为《浑天仪注》的文字。在唐代《开元占经》第一卷里，编有一段题为《张衡浑仪注》和一段题为《张衡浑仪图注》的文字。在《开元占经》卷二十六“填星占”中，还有三小段题为《浑仪》的文字；卷六十五的“天市垣占”下小注中，有题为《张衡浑仪》的文字一句。这四段文字也不见于刘昭所引。不过这些文字中，或许有后人的掺杂或注释混入的情况。
地动仪内部结构想象图
遗憾的是，关于张衡浑天仪中的动力和传动装置的具体情况，史书没有留下记载。张衡写的有关浑天仪的文章只留存片断，也没有提及动力和传动装置问题。近几十年来，人们曾运用现代机械科技知识对这个装置作过一些探讨。最初，人们曾认为是由一个水轮带动一组齿轮系统构成。后来有人提出了一种完全不同的设计。他们把漏壶中的浮子用绳索绕过天球极轴，和一个平衡重锤相连。当漏壶受水时，壶中水量增加，浮子上升，绳索另一头的平衡锤下降。这时绳索牵动天球极轴，产生转动。不管张衡的动力和传动系统的实情究竟如何，总之，他是用一个机械系统来实现一种与自然界的天球旋转相同步的机械运动。这种作法在中国是史无前例的。由此开始，我们诞生了一个制造水运仪象的传统，它力图用机械运动来精确地反映天球的周日转动。直到20世纪下半叶原子钟发明和采用之前，一切机械钟表都是以地球自转，亦即天球的周日转动为基础的。所以，中国的水运仪象传统乃是后世机械钟表的鼻祖。
从当时人的描述来看，张衡浑天仪能和自然界天球的转动配合得丝丝入扣，可见浑天仪的转动速度的稳定性相当高。而浑天仪是以刻漏的运行为基础的。由此可以知道，张衡的刻漏技术也很高明。
张衡塑像
五、张衡的文学成就
大科学家张衡也是两汉文学史上一位重要的文学家，尤其是汉赋发展史上承前启后、具有划时代巨大贡献的重要作家。他一生作赋，虚心学习，全面地继承了前代赋家的各种赋体和表现手法。大赋远继司马相如《子虚赋》，近取班固《两都赋》，而创作了《二京赋》；骚赋上追屈原《离骚》、下踪班固《幽通赋》，而创作了《思玄赋》；七体步枚乘《七发》、傅毅《七激》，而创作了《七辩》；文赋则依东方朔的《答客难》、班固的《答宾戏》，而创作了《应间》。其他还有受扬雄《蜀都赋》启发而作《南都赋》；效傅毅《舞赋》而再作《舞赋》等等。以上所举，虽皆属模拟，成就又有高下之分，但都不同程度地显现出了艺术上的创意。如《应间》，固然踪迹东方朔的《答客难》和班固的《答宾戏》，但是又不似东方朔反话正说，辛辣尖刻地发泄遭时不遇的愤诽，也不似班固隐微地抒发内心以二世才术、位不过郎的不平衡的怨思。《应间》说有人对自己当太史令六年未迁升，一度转官为接近皇帝、较有权势的公车司马令后复任太史令，这是“失志”、“非进取之势”，然后做出应答，重在表明自己坚持高尚修洁的操守。《应间》说：“捷径邪至，我不忍以投步；干进苟容，我不忍以歙（胁）肩。……奉顺敦笃，守以忠信；得之不休（美），不获不吝（耻）。”尽管不被世俗理解也不愁闷，居下位而不忧，一心“与世殊技，固孤是求”。在太史令的位置上笃志于天文、科技的潜心研究，根本不以官职势禄为意的人生志向。经如此广收博取的学习继承，张衡融汇贯通，极富创造性地以《归田赋》实现了汉赋主体从铺采摛（chī，铺陈）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，而开启了抒情小赋的创作时代。张衡赋的代表作历来公认为是《二京赋》、《思玄赋》和《归田赋》。
《二京赋》是张衡赋作中的代表。《二京赋》包括《西京赋》、《东京赋》两篇。二京，指汉的西京长安与东京洛阳。《后汉书·张衡传》说：“时天下承平日久，自王侯以下，莫不逾侈。衡乃拟班固《两都》作《二京赋》，因以讽谏。”《二京赋》在结构谋篇方面完全模仿《两都赋》，以《西京赋》、《东京赋》构成上下篇。《二京赋》是张衡耗费了十年心血完成的作品，从汉和帝永元八年（96年）张衡十九岁时草创，到汉安帝永初元年（107年）张衡三十岁在南阳主簿的任上才最终完成。
《西京赋》描写长安的奢华无度，《东京赋》描写洛阳的俭约之德、礼仪之盛，以为对比；歌颂东汉，是要统治者汲取西汉的教训，悔而改之。这两篇赋的体制比班固的赋更宏大、更细致、更有特色。除了像它以前的事类赋一样，铺写东西南北所有以及宫室、动植物等等外，还写了许多民情风俗。《西京赋》写商贾、游侠、骑士、辩论之士以及角抵百戏杂技幻术等，《东京赋》写驱逐疫鬼的大傩（nuó）、方相等，都有极其生动、具体、绘声绘色的描写。所以，祢（mí）衡吊张衡文称其“下笔绣辞，扬手文飞”。长篇汉赋发展到张衡，已达极至。
《二京赋》突出地表现出驰骋想象、体物抒情、铺张扬厉、极尽夸张之能事的特点，篇幅更长，辞藻更华美，内容也更丰富。如《东京赋》中描写洛阳的宫殿、飞阁、楼榭、湖苑的壮丽宏伟，气魄浩大，真是江山雄峻，城市繁荣，商业发达，物产丰饶，十步一楼，五步一阁，宫阙巍峨，服饰奢丽，湖光山色，奇树异果，描写出极尽奢华艳绝巧夺天工的图景。描写宫殿楼台游苑湖山的富丽堂皇、绝妙幽深、动中有静、静中有动、有点有面、有声有色，竟是一幅全景式的丹青长卷。写景状物，栩栩如生，飞鸟鸣泉，跃然纸上。且聚散有致，层次鲜明，语言清新，言简意赅，显示出艺术技巧上很高的成就。从这些描写里，既可以看出汉代都城和宫廷建筑艺术已达到很高水平，也客观地反映了汉帝国经过长久的统治，物质生产进一步发展所造成的那种物力的富裕和国力的强大。再如《西京赋》中关于“角抵百戏”的描写，写天子观看演出的情景，生动地描述记载了汉代的杂技艺术已发展到很高水平，节目精彩，千变万化。
张衡所作《二京赋》，在颂扬汉朝国势隆盛社会繁荣的同时，文词中含着浓厚的“恤民”气息。他仗义执言，指责官僚豪绅们的昏庸腐朽，揭示黎民百姓的痛苦和仇恨。他的赋讽谏的是奢侈淫逸，寓意应节之以礼。听其言而观其行，张衡以自己的实际行动表明了是一个知行合一的人。《二京赋》是运用文学手法的社会剖析，其中有政治方面的讽谏，社会事物的描述，历史的反思，哲理的寓含，感情的抒发，意境的想象，诸景毕现，文思泉涌，洋洋洒洒，蔚为大观。《二京赋》的传播，使张衡名声大振。除了它文字典雅，取材翔实，更由于它改变了辞赋专一阿谀颂德的陋习，开一代新风。后被南朝萧梁昭明太子萧统收入《文选》。
张衡还留下不少诗歌作品，最为后人称道的是《四愁诗》，其中“美人赠我金错刀，何以报之英琼瑶”，被后人广为传颂。
张衡不仅文学成就出色，在史学上也有所建树。早在汉安帝永初年间，谒者仆射刘珍、校书郎刘騊駼（táotú）等人在东观从事著作，撰写《东观汉记》的时候，曾向皇帝提议请张衡参与其中。不过很不幸的是，刘珍等人不久后就病死了，这件事情也就不了了之。张衡对此深感遗憾，一直想有机会了能够完成《东观汉记》的撰写。后来张衡在担任侍中的时候就向皇帝提出请求，到东观之中去编撰史书。在任内，他向皇帝上书，指出司马迁、班固等人著作中的缺憾和不足，还对一些具体史事的撰述提出了自己的意见。不过，很遗憾的是，张衡的这些著述后来都没有能够流传下来。
张衡对儒家经典也有很深的造诣，他曾经写有《周官训诂》一书，还打算写一本研究《周易》的著作，不过最终没有能够完成。《后汉书·张衡传》记载张衡的作品为：“所著诗、赋、铭、七言、《灵宪》、《应间》、《七辩》、《巡诰》、《悬图》凡三十二篇。”（《后汉书》第1940页）后人将张衡的作品编辑为《张衡集》，在唐宋以后逐渐散佚。从明代，人们开始辑佚整理张衡的作品。清人严可均的《全汉文》中搜集张衡文章三十八篇，当代人逯钦立搜集了张衡的诗歌作品。
[1] 《隋书》所记载的这一年代肯定是错误的，因为张衡早在公元139年就去世了。
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