張衡

張衡（公元78年—公元139年），字平子，南陽郡西鄂縣（今河南省南陽市臥龍區石橋鎮）人，是東漢時期乃至中國古代最著名的科學家之一，精通天文學、數學、地理學、文學諸多領域。張衡因其科學造詣被后世譽為科圣（或木圣），為南陽五圣之一，又因其文學造詣與司馬相如、揚雄、班固并稱漢賦四大家。

張衡是南陽郡西鄂縣人（今河南南陽石橋鎮），出生于東漢建初三年（公元78年），其家族是南陽世家大族，歷史悠久，早在春秋時期，張氏先祖曾為晉國大夫。到了兩漢交替時期，張衡的曾祖父是地主大戶，他的祖父張堪地位也是較高，曾任蜀郡太守、漁陽太守等職。然而，在張堪去世后，張家迅速衰落。在張衡幼年之時，南陽一帶曾有災荒，張家因貧弱而依靠當地富戶朱暉的賑濟。雖然幼年生活清苦，但張衡自幼仍能得到良好的教育，并且他天資聰睿，敏而好學，從小便文才出眾。東漢永元五年（公元93年），張衡離開故鄉南陽，開始到外游學。張衡先到關中西京長安，游覽三輔各地（今陜西省西安市一帶）。兩年后，張衡折首東向，往洛陽而去，經臨潼到驪山，于驪山山下溫泉沐浴時，有所感懷，即興而作《溫泉賦》。抵達洛陽后，由于張衡未有縣令和郡太守的推薦，因此不能作為正式的學生進入太學學習。但張衡在洛陽求學期間，結交了東漢經學大師馬融、東漢名臣竇融的玄孫竇章、東漢政論家王符等人，與書法家崔瑗[yuàn]成為摯友，張衡興趣廣泛，兼采眾家之長，將五經六藝融會貫通，得到了馬融、經學家賈逵等大儒的認可。東漢永元七年（公元95年），張衡被推舉為孝廉，州府幾次征召其為幕僚，都被張衡拒絕。

東漢永元十二年（公元100年），張衡應南陽太守鮑德之邀，從洛陽返回南陽，在鮑德手下任主簿一職，掌管文書工作，協助鮑德治理南陽郡政，頗有政績。閑暇之余，張衡多進行文學創作，寫下《綬笥[sì]銘》《司徒呂公諫》《司空陳公諫》等應用文。東漢永初元年（公元107年），張衡為頌揚漢朝國勢昌隆，也為諷諫王侯將相奢侈無度的現象，仿照東漢文學家班固的《兩都賦》寫出了《二京賦》。東漢永初二年（公元108年），南陽太守鮑德調離南陽，升任大司農。于是，張衡辭去南陽主簿之職，回到故里，一心鉆研學問。并且，張衡開始由對文學的愛好，轉向對天文、歷法、哲學的研究，比如張衡開始鉆研西漢思想家揚雄的《太玄經》。東漢永初三年（公元109年），張衡因才華出眾而獲大將軍鄧騭的青睞，于是鄧騭[zhì]多次征召張衡，而張衡一概婉拒不應。東漢永初五年（公元111年），漢安帝劉祜欣賞張衡的學問，特地指名征召張衡來京。張衡無法推卻皇命，只得第二次來到洛陽，并于尚書臺擔任郎中一職，負責起草文書。三年過后，于東漢元初元年（公元114年），張衡升任尚書侍郎。

張衡在尚書臺任職期間，多有顯露其在機械制造以及天文學方面的素養和能力，于是在東漢元初二年（公元115年），張衡被特調為太史令，負責天文歷法和編纂史書。張衡專心致志于天文歷法之學，并于東漢元初四年（公元117年），鑄成新設計的渾天儀。張衡還在大量天文觀測與研究的基礎上，寫出了中國第一部天文學理論著作《靈憲》，在其闡述他的天文學理論。張衡在數學領域也有所成就，寫出《算罔論》。從東漢建光元年（公元121年）到東漢延光四年（公元125年），張衡從太史令一職改任公車司馬令，負責皇宮安保，傳達內外奏章，接受各方上貢，以及接待各地應征入京人員。張衡雖不在太史令任上，但并未中斷天文歷法的研究工作，還積極參與當時歷法改革問題的辯論，主張以月行九道法來推算每月的朔日，因遭反對，未能施行。除了天文學之外，張衡還對數學、物理和木制機械進行研究，獲得較多成果。從東漢永建元年（公元126年）到東漢陽嘉二年（公元133年），張衡再度出任太史令。在此期間，張衡完成了他的另一部天文學著作《渾天儀注》，并且制作了世界第一臺地震觀測儀器——候風地動儀，又鑄成水運渾天儀。

東漢陽嘉二年（公元133年），張衡因受漢順帝劉保的重視，從公車司馬令升任侍中，作為皇帝顧問，得侍左右，參議樞密。張衡為官清廉，痛恨宦官專權，痛心政治腐敗。由于，宦官集團擔心張衡對其不利，便多次向皇帝進讒言，惡意誹謗張衡。張衡深感其處境堪憂，便多次上疏，請求到東觀（東漢的國家圖書館）去編撰史書，卻未能獲準。張衡深感政治腐敗，個人無能為力，于是作《思玄賦》來抒發心中郁悶。東漢永和元年（公元136年），張衡因遭宦官多次誹謗中傷，失去漢順帝劉保的信任，最終被排擠出了朝廷，外調出京，任河間王劉政的國相。河間王劉政驕奢橫暴，與當地豪強沆瀣[xiè]一氣。張衡暗地里訪知奸徒姓名，派吏收捕，堅決打壓黑惡勢力。在張衡的治理下，河間一帶大為改觀，張衡頗受當地百姓贊譽。

東漢永和三年（公元138年），張衡想告老還鄉，作《歸田賦》以明其志，但未能獲準，反而調回京城洛陽，任尚書一職，協助皇帝處理政務。一年后，張衡于東漢永和四年（公元139年）在尚書任上去世，享年六十二歲，后歸葬故鄉南陽西鄂。北宋大觀三年（公元1009年），張衡被北宋追封為西鄂伯。

張衡在其天文學著作《靈憲》中，闡述了自己對于宇宙生成的理論。張衡認為宇宙萬物是由運動變化著的“元氣”生成，“元氣”是目不可及的客觀實在，生成依次經歷了三個階段。第一階段稱作“溟滓”，宇宙沉寂，一片虛無，但虛無之中存在著宇宙萬物變化發展的客觀規律；第二階段稱作“龐鴻”，宇宙一片混沌，各種物質性元氣出現，并互相混合在一起；第三階段稱作“太元”，不同性質的元氣清濁逐漸分開，形成萬物。這三個階段，是一個從無到有，從小到大的發生、發展過程，并非神造，更非人為。這種宇宙生成理論，不但符合物質世界的發展規律，而且也符合物質不滅的先進定律。

張衡在其天文學著作《靈憲》中，將人類生活所在的天地與宇宙分開，天地只是宇宙的一部分，宇宙中還存在其他類似的客觀實在，它們都可以自由運動，然而天地是有限，但是宇宙是無極的，在空間上無限，在時間上無窮。

中國古代關于宇宙結構的理論有蓋天說、渾天說和宣夜說。渾天說大致起源于戰國時期，而張衡是渾天說的支持者，吸收前人理論，不斷完善渾天說。張衡在《靈憲》中有著早期渾天思想，但特殊之處在于張衡將渾天說的天球概念的范圍限定在人類所生活的天地之中，與無限的宇宙區分開來。張衡在之后的《渾天儀圖注》中，進一步發展了渾天說，認為天是球形，大地不是方形，如雞蛋蛋黃，打破了蓋天說和早期渾天說天圓地方的觀點。在渾天說的基礎上，張衡在《渾天儀圖注》中精確解釋了黃道和赤道的關系，探討了由黃道度數求赤道度數的改正值，由黃道度數求赤道度數要減或加一個改正數，即張衡所說的黃道進退數。這種科學見解的準確性已經為現代天文學研究成果所證明。張衡詳細地講到赤道、黃道、北極上規、南極下規，以及月行九道等度數；找出了太陽運行的規律（實際上是地球圍繞太陽公轉的規律），因此能夠科學地解釋為什么夏天晝長夜短，冬天晝短夜長的原因，說明春分和秋分時候晝夜時間一樣長的理由。

張衡對天體及其運動有很多深刻認識。第一，大地為宇宙的中心，其他天體行星繞著大地作旋轉；第二，在大地的最外層包著天球，不同的恒星就附著在天球上；第三，日月五星（即所謂“七曜”）在地與天球之間運動；第四，七曜視運動速度而決定于離開地的距離，近則速，遠則慢；第五，七曜可以分為運動速度快的和慢的兩類，運動速度快的以月亮代表，包括水星和金星，屬于陰性；運動速度慢的，以太陽為代表，包括火星、木星和土星，屬陽性；第六，七曜離開地的距離是常有變化的，所以反映在它們的運動速度上就有快有慢，順留逆的變化，是行星運動距離地遠近變化的反映。

張衡對于日食和月食有著正確的解釋。張衡在《 靈憲 》里認為太陽是一團火，能發出強烈的光，而月亮卻不能發光。只有當太陽把月亮照亮時，人們才能看見。當月亮運行到地球和太陽之間，并且三者在一條直線上時，月亮正對地球的一面是暗面，人們看不見了，正是朔日，這時不發光的月亮擋住了發光的太陽，于是產生了日食。張衡在《靈憲》里闡述太陽照著地球，地球的另一面就有一個黑影子，望日晚上月亮進入地球黑影子時便產生月食。這里提出月食是由于太陽射向月亮的光為地球所遮蔽的說法，張衡把黑影子叫做“暗虛”，雖然“暗虛”這個概念不是張衡的獨創，而是由西漢的京房首先提出來的，但把“暗虛”這個概念用到解釋地球的陰影部分，則是張衡首先想到的。張衡對月食成因的解釋，是完全符合科學實際的。

張衡在《靈憲》中，詳細記載了自己的觀測所得。張衡認為天上常明星官（中國古代的星官類似于現代天文學的星座，一個星官可以有幾顆到幾十顆星）有一百二十四個，能叫出名字的星官有三百二十個，在洛陽地區能看到的亮星有二千五百顆。現代天文學認為。在同一時間，同一地點，人們能看到的六等以上的亮星在二千五百到三千顆之間，同張衡的觀測結果大體相同，張衡還說“微星”（不太亮的星）有一萬一千五百二十顆。以往人們不太相信通過目視能觀測到這么多顆恒星，但據英國李約瑟先生估計，肉眼能看到的星在六到七等之間，由此能看到的星數可以達到一萬四千多顆。張衡所說的“微星”之數，很可能是張衡長期辛勤觀測的結果。

張衡曾致力于歷法問題的研究，并積極參與有關歷法問題的爭論。東漢延光二年（公元123年），張衡此時任尚書郎，朝廷發生了一次關于歷法的大討論，討論是否取代“四分歷”，改用其他歷法。第一種觀點從圖讖和災異等迷信觀念出發，提出應改用合于圖讖的“甲寅元歷”。第二種觀點從漢武帝“攘夷擴境，享國久長”出發，認為應該倒退回去采用“太初歷”。而張衡認識到月亮運動不均勻，并推導出月亮實際行度，因而他與另一位尚書郎周興駁斥上述兩種意見，并主張歷法采用月行九道法來改進當時的四分歷，以更準確地推算朔日的時刻。雖然，張衡的建議未被采納，但這是試圖用定朔法的一次早期努力，在歷法史上具有一定地位。

從地震學史的角度考察，中國地震災害存在著周期性的運轉，而張衡所處的時期，恰是歷史上地震頻率最高發期。然而在東漢時期，地震科學研究卻舉步維艱，因為此時在讖緯神學極盛，從帝王到士大夫對地震的主流態度是將自然災害與政治興替相結合，并附會以神學解釋。在此情勢下，張衡出于史官的職守，也常借地震來發表“政善則休祥降，政惡則咎征見”的善政思想，如他所作《陽嘉二年京師地震對策》，但從他在太史令任上又嚴謹科學的研究地震，并尋求科學有效的應對方法。于是，張衡研制地動儀，成為人類歷史上的首創，張衡也因此被全世界公認為地震學的鼻祖。

張衡在數學方面的著作有《算罔論》，是一本古代數學通論。因天文研究與數學有著緊密聯系，因此張衡在渾天學說的研究過程中，對立方體和圓周率都有研究。首先，在立方體的研究中，張衡把立方體定名為質，把球體定名為立圓、渾，然后通過研究過球、球的外切立方體、內接立方體的體積，以及它們之間的比率關系，進而對先前立圓術中的數值進行了更為接近實際的修正。張衡把這種思路運用到圓周率的研究中，因此他放棄了古代《周髀算經》上“徑一周三”的簡單算法，用10的開平方值來表示圓周率，即圓周率約為3.1623。數學史家錢寶琮則通過對《靈憲》中“懸象著明莫大乎日、月。其徑當周天七百三十六分之一，地廣二百四十二分之一”內容的推算后，認為“天周七百三十六分之一”之“六”字為衍文，“地廣二百四十二分之一”之“四”字宜為“三”字，由此得出圓周率則約為3.1466，可見張衡對圓周率有過進一步的推算。

張衡一生創作了大量文學作品，其文學創作涉獵了了賦、詩、說、疏、策、諱、贊等許多領域，且在漢賦和詩歌領域里成就較大。

賦是中國古代的一種文體，介于詩和散文之間，類似于后世的散文詩。漢大賦則是漢賦的典型形式，用反復問答的問答體形式，以鋪敘渲染帝王、貴族生活為手段，以微刺帝王、貴族淫奢為旨歸，結構宏大，辭藻華麗。張衡繼承前人大賦已有之成就，進一步發揚光大，其《二京賦》被奉為大賦之極軌。《二京賦》是《西京賦》和《東京賦》的合稱，乃是張衡效仿班固《兩都賦》，用以諷諫時政而作，其內容突出表現了漢大賦馳騁想象、體物抒情、鋪張揚厲、極盡夸張之能事的特點。《思玄賦》是張衡所作之言志賦，所謂言志賦，在以賦體之鋪陳描寫，兼取騷辭之婉曲筆法，述心明理，體達人生哲學境界。該賦是張衡人生處于極為復雜而困惑時期的創作，故為其“宣寄情志”的代表性成果，也是漢代唯一的以大賦規模、騷辭情緒闡發“玄理”的文學作品，而所謂“思玄”就是思索宇宙人生吉兇禍福的深奧哲理。從《思玄賦》已知張衡在仕途中的失落與哀傷，此后他又創作了《歸田賦》，這篇短小明暢的抒情小賦更加強烈地表達了作者歸隱的思想。張衡在《歸田賦》中一改漢大賦鋪采縟[rù]文、繁重凝滯、虛夸堆砌的規矩，轉為文句平淡清麗、結構短小靈活的風格。《歸田賦》抒情濃郁，開中國文學史上抒情小賦之先聲，對魏晉抒情賦的發展產生了重大影響。

在詩歌領域，張衡一生創作《同聲歌》《怨篇》《四愁詩》《四聲詩》《四時詩》等，“四言”“五言”“七言”體裁都有涉獵。四言詩如《怨篇》《思玄賦系歌》《東巡誥[gào]系詩》，皆取法《詩》之體勢，用以發抒情感。而以《同聲歌》為代表的五言詩和以《四愁詩》為代表的七言詩創作，對五、七言詩體的成熟與發展起了較大作用，具有重要的詩史地位。

張衡在史學上有一定造詣。東漢安帝劉祜初期，謁[yè]者仆射劉珍、校書郎劉騊駼等人，負責撰集《漢記》，他們向皇帝上疏，請求讓張衡一起參與撰集工作。可見張衡在史學上的造詣能夠獲得專業人士的認同與肯定。此外，張衡曾對司馬遷的《史記》和班固的《漢書》提出了十幾條修改意見，例如建議王莽本傳只應記載篡奪皇位之事，至于編年月，記災祥，應作《元后本紀》，以及應該把更始年號置于光武之前等等。然而，張衡的這些意見向上反映多次，都沒被采納。

張衡在繪畫上有所成就，是東漢六大名畫家之一，唐朝畫家張彥遠在《歷代名畫記》里稱贊張衡心思靈巧，善于繪畫。但張衡沒有繪畫作品留存至今，只有張彥遠在《歷代名畫記》稱張衡曾作《地形圖》，仍流行于隋唐時期。據推測，《地形圖》不但標畫出全國主要山川的地理位置，而且形象地展現了各地的地理風俗。因此，張衡借助繪畫也表現出他在地理學上的成就。

渾天儀器的制造是與渾天說理論相伴生的。渾天儀器有“渾儀”與“渾象”兩種，“渾儀”是觀察天象與天體運行的測量儀器，“渾象”則是根據“渾儀”觀測所得結果而制成的天球模型，即天球儀。根據張衡所制“渾天儀”的外觀結構及工作原理上看，他所做的渾天儀的外部輪廓有球的形象，并采用水運渾天的方法，即我們現在所說的用水力帶動球體轉動的“水運渾象”，即是一種演示天球星象運動用的表演儀器。因此，張衡所制乃是“渾象”，也是世界上第一臺用水力推動的大型天文儀器。張衡所制渾天儀為銅鑄的球體模型，代表天球。每弧度長為4分，圓周長為一丈4尺6寸1分，直徑4尺6寸5分。渾天儀分內外幾層，每層都可以轉動。球體里面有個鐵軸貫穿球心，軸的方向就是天球運轉的方向，也是地球自轉軸的方向。軸和球體的接觸有兩個交點，即天球上的北極和南極。球的表面上刻有 28宿和中外星官。球的外面有地平圈和子午圈，球的一半隱沒在地平圈的下面，另一半顯露在地平圈上面；天軸即支架在于午圈之上，和地平斜交成36度，就是說北極高出地平36度，這是洛陽地區的北極仰角，也是洛陽地區的地理緯度。另外還有黃道圈和赤道圈，互成24度的交角；在赤道和黃道上，各列有24個節氣，并且從冬至點起，刻分成365.25度，每度又分4格，太陽每天在黃道上移一度。這架儀器的構造，幾乎囊括了當時所有先進的天文學知識。

河南南陽張衡博物館內渾天儀

東漢陽嘉元年（132年），張衡設計制造了世界上第一架測定地震發生時間與方向的儀器，稱為候風地動儀。張衡的地動儀由銅鑄成，形如酒樽，體似卵形，頂上有突起的蓋子，可以卸開。地動儀腰部按照東、南、西、北、東南、西南、西北、東北八個方位鑲著八條龍，每條龍皆嘴含一顆銅球，八個龍嘴下方各自正對著一只蟾蜍，蟾蜍頭向上昂起，嘴正好對著龍嘴。在地動儀內部中央，豎立著一根上粗下細的銅柱，稱為“都柱”。“都柱”和八條龍嘴之間用八個“曲橫桿”相聯接。“都柱”的下面接觸地面。由于它上粗下細，重心很高，稍有震動，“都柱”便向產生震動的方向傾斜過去，由此通過曲橫杠掀動龍嘴，龍嘴張開，原來含著的銅球也就掉到它下面的蟾蜍嘴里了，進而判斷出地震的方向。

地動儀結構

瑞輪莢是張衡創造的自動日歷，它模仿神話中奇樹蓂莢的特征，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，然后每天再收起一片，到月末為止，循環開合。這個神話曲折地反映了堯帝時天文歷法的進步。張衡的機械裝置就是在這個神話的啟發下發明的。聽謂“隨月盈虛，依歷開落”，其作用就相當于現今鐘表中的日期顯示。

張衡制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。

張衡創造的計里鼓車是用以計算里程的機械。記里鼓車的基本原理和指南車相同，也是利用齒輪機的差動關系。

張衡制作獨飛木雕，是模仿鳥類高空翱翔的滑翔翼型設計。張衡在其作品《應間》里寫道：“三輪可使自轉，木雕猶能獨飛。”這是目前世界已知最早機械飛行器的創造與記錄。

張衡的著作廣泛，說、疏、策、諱、贊等許多領域均有涉獵。詩歌有《四愁詩》《同聲歌》《歌》(殘)、《怨篇》《殘句》；漢賦有《溫泉賦》《二京賦》《南都賦》《思玄賦》《歸田賦》《髑髏賦》《冢賦》《舞賦》(殘)《羽獵賦》(殘)《定情賦》（殘）。另外張衡還有《應間》《七辯》《綬笥銘》《東巡誥》《司徒呂公諫》《大司農鮑德誅》《上陳事疏》《論貢舉疏》《請禁絕圖讖疏》《陽嘉二年京師地震對策》等作品。

東漢書法家、文學家崔瑗在《河間相張平子碑》評價張衡天資聰慧，敏而好學。東漢末年名士禰衡在其作品《吊張衡文》中評價張衡才華橫溢、德才兼備，并惋惜張衡懷才不遇。歷史學家郭沫若認為張衡是一個全面發展的全才，古今中外亦所罕見。

1970年，聯合國天文組織將月球背面的一個環形山命名為“張衡環形山”。1977年，中國紫金山天文臺報國際小行星中心批準，將該臺于1964年10月9日發現的1802號小行星命名為“張衡星”。2003年，國際小行星中心為紀念張衡及其出生地河南南陽，將中國科學院國家天文臺施密特小行星項目組所發現的9092號小行星命名為“南陽星”。

1986年，由上海造幣廠制造的張衡紀念銀幣發行，面值為5元，成色為90，發行量為30000枚。紀念幣正面為國徽，背面為張衡，規格為直徑36毫米，重量為22克。

張衡銀幣

1955年8月25日，發行“中國古代科學家(第一組)”紀念郵票，全套四枚，其一是張衡。

張衡紀念郵票

張衡博物館位于南陽市北郊二十公里的石橋鎮，成立于1984年12月，是在張衡墓園基礎上，建立的一座集文獻收集、科學研究、文物保護、宣傳教育、觀光旅游為一體的紀念性博物館。

1983年上映電影《張衡》中，演員許還山飾演張衡。