A. 张衡发明了什么
张衡发明了浑天仪、地动仪。
张衡的家族是当地的大户人家,他的祖父张堪被称为圣童。在光武帝时期张堪被任命过蜀郡太守,还立过大功,后来抗击匈奴立功,被任命渔阳太守。张堪在位的时候为官清廉,还教人民耕种。
张衡和他的祖父一样爱学习,从小就刻苦,在少年就会做文章,到了16岁又离开家里去游学。张衡的兴趣非常广泛,从算数到天文,地理,再到机械制造,张衡都接触,都会,除了这些,还喜欢诗歌辞赋。
漏水转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。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。
在东汉的时候,地震时比较常见频繁的,在30年中东汉就发生23次非常厉害的地震。在132年的时候,张衡发明了世界第一台测定地震方位的仪器,候风地动仪。
地动仪是精铜制造的,八尺,外形像一个酒樽,里面的的装置以及设计制作都非常精巧。据记载,工作原理是候风摆触动到机关的位置触发压机。如果有地震,都柱内的候风摆就会摆动,触发牙机,对应的龙口会张开,小铜珠落入蟾蜍的口中,这样就知道了地震发生的时间和方向,在地震波的第一时间就可以运作。
虽然这个发明根本无法提前预测地震发生的时间和地点,但却为地震过后的救援行动提供了参考的依据。
(1)张衡发明了几个机器扩展阅读:
张衡的主要成就:
1、瑞轮荚
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。听谓“随月盈虚,依历开落”,其作用就相当于现今钟表中的日期显示。
2、指南车
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。
3、计里鼓车
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”。记里鼓车与指南车制造方法相同,所利用的差速齿轮原理,早于西方1800多年。
4、独飞木雕
张衡制作独飞木雕,是模仿鸟类高空翱翔的滑翔翼型设计。
5、地形图
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。
B. 请问张衡除了发明了地动仪还发明了什么
张衡除了发明了地动仪,还发明了浑天仪。
一、地动仪
张衡在西汉耿寿昌发明的浑天仪的基础上,根据自己的浑天说,创制了一个比以前都精确、全面得多的“浑天仪”。
漏水转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。
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。
(2)张衡发明了几个机器扩展阅读
张衡为中国天文学、机械技术、地震学的发展作出了杰出的贡献,发明了浑天仪、地动仪,是东汉中期浑天说的代表人物之一。
张衡被后人誉为“木圣”(科圣),由于他的贡献突出,联合国天文组织将月球背面的一个环形山命名为“张衡环形山”,太阳系中的1802号小行星命名为“张衡星”。后人为纪念张衡,在南阳修建了张衡博物馆。
张衡在天文学方面著有《灵宪》、《浑仪图注》等,数学著作有《算罔论》,文学作品以《二京赋》、《归田赋》等为代表。《隋书·经籍志》有《张衡集》14卷,久佚。明人张溥编有《张河间集》,收入《汉魏六朝百三家集》。
C. 张衡发明了什么
张衡发明了浑天仪、地动仪,为中国天文学、机械技术、地震学的发展作出了杰出的贡献回。张衡是东答汉中期浑天说的代表人物之一,被后人誉为“木圣”由于他的贡献突出,联合国天文组织将月球背面的一个环形山命名为“张衡环形山”,太阳系中的1802号小行星命名为“张衡星”。
(3)张衡发明了几个机器扩展阅读:
早在公元132年,张衡就研发了世界上最早的震后测量仪器,名叫候风地动仪。据后汉书记载,仪器整体由铜制成呈圆形顶端凸起,直径大概有八尺,外围还用各种文字鸟兽图案来装饰,也很像当时的酒杯,仪器内有八个柱子,安装驱动机关,仪器外有八条含着铜珠的龙,位居八方,每条龙下都有蟾蜍地震发生后,相应方向的龙珠便坠落,被蟾蜍之口所接。
D. 张衡有哪些发明
地动仪浑天仪完备的地形图候风仪记里鼓车独飞木雕土圭(日影器)地球仪只知道有地动仪 发明地动仪和侯风仪 东汉时期,中国发生地震的次数是比较多的,为了测定地震方位,及时地挽救人民的生命财产,公元126年,张衡在第二次担任太史令之后,就注意掌握收集地震的情报和记录,经过多年的潜心研究,终于在公元132年(东汉顺帝阳嘉元年),发明了世界上第一台测定地震方位的科学仪器——地动仪。利用它,不但可以知道有没有发生地震,而且可以测出地震的方向。 这个地动仪是用精铜铸成的,形状象一个酒尊,直径为八尺。仪器上有一个隆起的顶盖,仪器的外部刻有篆文以及山、龟、鸟、兽等图形。仪器的内部有一根都柱,这根柱能够沿导轨向八个方向侧移,并以此操纵一个启(发)、闭(关)的开关。它的外部,有八条龙,每一个龙头的口中都衔有一颗铜丸,在底座周围则有八只张着口的蟾蜍和龙头相对,以便随时承受从龙口中落下的铜丸。地动仪的牙机制得非常精巧,全部装在仪器的内部,盖子盖得非常严密,连一点缝隙也没有。一旦发生了地震,地动仪就会受到振动,结果就会有一个龙嘴吐出铜丸,让它下面的蟾蜍把铜丸衔着。这时,地动仪就会发出响亮的声音,从而引起看守人员的注意。尽管有一条龙的机关受到触发,但其余七条龙则会保持不动,因此,只要知道哪一条龙受到触发,就可以知道地震来自什么方向。根据所发生的地震的事实加以验证,地动仪所指出的地震方向和地震实际发生的方向几乎一点不差。 张衡的地动仪基本上是由两部分组成:一部分是表达惯性运动的摆,(《张衡列传》叫都柱),另一部分是设在摆的周围与仪体相接联的八个方向的八组杠杆机械,两者都装置在一座密闭的铜仪中。都柱是我国古代建筑中心柱的名称,张衡地动仪中的都柱,就是沿用这个定义。由此可知,张衡是受到地震灾害中房倒屋塌的启示,利用不稳定平衡的原理,在仪器中央安装着一根在静止状态下能够直立的柱,如果发生了地震,由于地震波的震动,使都柱产生位移,平衡遭受破坏,就要倾倒下去。由于地震波的纵波转播较快而走在前边,而且又从大地内部传来,所以都柱的基部首先受到纵波的推力而产生和震源方向相对的位移。但在都柱的顶部,还保持在原来的位置。因而造成都柱向着震源方向的倾斜状态,于是就重心偏移,平衡遭受坡坏,都柱便向着震源的方向倒下去。都柱倾倒灵敏度的高低差别,取决于都柱的高和底面直径的比值的大小。此外,以都柱为中心而设置的八组杠杆机械,其用途是在地震时,摆由于本身惯性而与仪体发生相对的位移,失去平衡而倾斜,推开一组杠杆,使这组杠杆与仪体外部相联的龙头吐出铜丸,落入蟾蜍口中,通过击落的声响和落丸的方位来报告地震和记录地震的方向。 从历史上的记载来看,张衡的地动仪是颇为灵敏的。公元138年,陇西(今甘肃省东南部)发生了地震,陇西离洛阳一千多里,但张衡的地动仪向西北方向的一条龙吐出了铜球,测出西北方发生地震,当时住在洛阳的人都丝毫没有感觉到地震。洛阳的官僚、学者们议论纷纷,怀疑地动仪是否准确。过了几天,陇西果然送来了报告,说那里发生了地震,于是,大家都承认这个仪器非常神妙。从洛阳人没有震感的情况来分析,地动仪可以测出的最低震级为3级左右,在当时的技术条件下,这是一个十分了不起的成就。从此,我国开始了远距离测量地震的历史。 张衡制成的地动仪是人类历史上的首创,是人类文明史上用科学方法认识地震的第一次勇敢尝试,它揭开了地震科学的新纪元。我们可以毫不夸张地说,张衡是世代人类从事地震科学研究的先驱和世界公认的地震学的泰斗。在张衡成功地研制出地动仪之后,又经过了1748年,欧洲才制造出同地动仪相类似的仪器。 张衡除发明了地动仪以外,还制造过另一件有关气象学的仪器——候风仪。人们在谈论张衡的科学创造时,多是把“候风地动仪”认为是一件仪器,不大注意“候风”两个字的意义。竺可桢先生特别指出:《后汉书张衡传》里所记“阳嘉元年复造候风地动仪”一句,是候风仪和地动仪两个仪器创造的记叙,不过《后汉书张衡传》把候风仪的情况忽略了没有写出来。 竺可桢先生在《中国过去气象学上的成就》一文里写道:“在气象仪器方面,雨量器和风信器都是中国人的发明,算年代要比西洋早得多。《后汉书张衡传》‘阳嘉元年复造候风地动仪’,《后汉书》单说到地动仪的结构,没有一个字提到候风仪是如何样子的,因此有人疑心以为候风地动仪是一件仪器,其实不然。《三辅黄图》是后汉或魏晋人所著的。书中说:‘长安宫南有灵台,高十五仞,上有浑仪,张衡所制,又有相风铜鸟,遇风乃动。’明明是说相风铜鸟是另一种仪器,其制法在汉书上虽然说得不详细,但是根据《观象玩占》书里所说的:‘凡俟风必于高平远畅之地,立五丈竿,于竿首作磐,上作三足鸟,两足连上外立,一足系下内转,风来则转,回首向之,鸟口衔花,花施则占之。’由此可知,张衡的候风铜鸟和西洋屋顶上的候风鸡是相类似的。西洋的候风鸡到12世纪的时候始见之于载籍,要比张衡候风铜鸟的记载迟了1000年”。
E. 张衡发明了哪些仪器
http://bk..com/view/16543.htm
F. 张衡的两项发明分别是什么
他创制了世界上第一架能比较准确地表演天象的漏水转浑天仪,第一架测试地震的仪器——候风地动仪,还制造出了指南车、自动记里鼓车、飞行数里的木鸟等!不过最重要的两项是地动仪和浑 天仪!
附:
张衡(78年—139年),字平子。汉族,南阳西鄂(今河南南阳市石桥镇)人[1] ,南阳五圣之一,与司马相如、扬雄、班固并称汉赋四大家。中国东汉时期伟大的天文学家、数学家、发明家、地理学家、文学家,在东汉历任郎中、太史令、侍中、河间相等职。晚年因病入朝任尚书,于永和四年(139年)逝世,享年六十二岁。北宋时被追封为西鄂伯。
张衡在天文学方面著有《灵宪》、《浑仪图注》等,数学著作有《算罔论》,文学作品以《二京赋》、《归田赋》等为代表。《隋书·经籍志》有《张衡集》14卷,久佚。明人张溥编有《张河间集》,收入《汉魏六朝百三家集》。
张衡为中国天文学、机械技术、地震学的发展作出了杰出的贡献,发明了浑天仪、地动仪,是东汉中期浑天说的代表人物之一。被后人誉为“木圣”[2] (科圣),由于他的贡献突出,联合国天文组织将月球背面的一个环形山命名为“张衡环形山”,太阳系中的1802号小行星命名为“张衡星”。后人为纪念张衡在南阳建设有张衡博物馆。
G. 张衡的两个发明
浑天仪是浑仪和浑象的总称。浑天仪浑仪是测量天体球面坐标的一种仪器,而浑象是古代用来演示天象的仪表。它们是我国东汉天文学家张衡所制的。西方的浑天仪最早由埃拉托色尼于公元前255年发明。葡萄牙国旗上画有浑仪。自马努埃一世起浑天仪成为该国之象征。而地动仪也是汉代科学家张衡的又一传世杰作,在张衡所处的东汉时代,地震比较频繁。据《后汉书·五行志》记载,自和帝永元四年(公元92年)到安帝延光四年(公元125年)的三十多年间,共发生了二十六次大的地震,地震区有时大到几十个郡,引起地裂山崩、江河泛滥、房屋倒塌,造成了巨大的损失,张衡对地震有不少亲身体验,为了掌握全国地震动态,他经过长年研究,终于在阳嘉元年(公元132年)发明了候风地动仪这也是世界上第一架地动仪
H. 张衡发明了什么
1、地动仪是中国东汉科学家张衡创造的一传世杰作。张衡所处的东汉时代,地震比较频繁。张衡对地震有不少亲身体验,为了掌握全国地震动态,他经过长年研究,终于在阳嘉元年(公元132年)发明了候风地动仪,这也是世界上的第一架地动仪。
地动仪有八个方位,每个方位上均有口含龙珠的龙头,在每条龙头的下方都有一只蟾蜍与其对应。任何一方如有地震发生,该方向龙口所含龙珠即落入蟾蜍口中,由此便可测出发生地震的方向。
2、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。这个神话曲折地反映了尧帝时天文历法的进步。张衡的机械装置就是在这个神话的启发下发明的。听谓“随月盈虚,依历开落”,其作用就相当于现今钟表中的日期显示。
3、指南车又称司南车,是中国古代用来指示方向的一种装置。它与指南针利用地磁效应不同,它不用磁性。它是利用机械传动系统来指明方向的一种机械装置。
其原理是,靠人力来带动两轮的指南车行走,依靠车内的机械传动系统来传递转向时两车轮的差动来带动车上的指向木人与车转向的方向相反角度相同,使车上的木人指示方向,不论车子转向何方,木人的手始终指向指南车出发时设置木人指示的方向,“车虽回运而手常指南”。
4、记里鼓车,又称记里车、大章车,中国古代用来记录车辆行过距离的马车,构造与指南车相似,车有上下两层,每层各有木制机械人,手执木槌,下层木人打鼓,车每行一里路,敲鼓一下,上层机械人敲打铃铛,车每行十里,敲打铃铛一次。
5、浑天仪是浑仪和浑象的总称。浑仪是测量天体球面坐标的一种仪器,而浑象是古代用来演示天象的仪表。浑仪发明者是我国西汉的落下闳,东汉时期伟大的科学家张衡进行改进。
中国现存最早的浑天仪制造于明朝,陈列在南京紫金山天文台。
I. 张衡发明过什么
张衡(78-139),字平子,南阳西鄂(今河南南阳市石桥镇)人。他是我国东汉时期伟大的天文学家,为我国天文学的发展作出了不可磨灭的贡献;在数学、地理、绘画和文学等方面,张衡也表现出了非凡的才能和广博的学识。
张衡是东汉中期浑天说的代表人物之一;他指出月球本身并不发光,月光其实是日光的反射;他还正确地解释了月食的成因,并且认识到宇宙的无限性和行星运动的快慢与距离地球远近的关系。
张衡观测记录了两千五百颗恒星,创制了世界上第一架能比较准确地表演天象的漏水转浑天仪,第一架测试地震的仪器——候风地动仪,还制造出了指南车、自动记里鼓车、飞行数里的木鸟等等。
张衡共著有科学、哲学、和文学著作三十二篇,其中天文著作有《灵宪》和《灵宪图》等。
为了纪念张衡的功绩,人们将月球背面的一环形山命名为“张衡环形山”,将小行星1802命名为“张衡小行星”。
20世纪中国著名文学家、历史学家郭沫若对张衡的评价是:“如此全面发展之人物,在世界史中亦所罕见,万祀千龄,令人景仰。”
后世称张衡为木圣(科圣)。张衡字平子。南阳郡西鄂县(今河南南阳)人。东汉建初三年(公元78年)生;永和四年(公元139年)卒。天文学、机械技术、地震学。
张衡是一位具有多方面才能的科学家。他的成就涉及到天文学、地震学、机械技术、数学乃至文学艺术等许多领域。
张衡在天文学方面有两项最重要的工作——著《灵宪》,作浑天仪。此外,在历法方面也有所研究。
《灵宪》是张衡有关天文学的一篇代表作,全面体现了张衡在天文学上的成就和发展。原文被《后汉书·天文志》刘昭注所征引而传世。文中介绍的天文学要点如下:
(1)宇宙的起源。《灵宪》认为,宇宙最初是一派无形无色的阴的精气,幽清寂寞。这是一个很长的阶段,称为“溟滓”。这一阶段乃是道之根。从道根产生道干,气也有了颜色。但是,“浑沌不分”,看不出任何形状,也量不出它的运动速度。这种气叫做“太素”。这又是个很长的阶段,称为“庞鸿”。有了道干以后,开始产生物体。这时,“元气剖判,刚柔始分,清浊异位,天成于外,地定于内”。天地配合,产生万物。这一阶段叫做“太玄”,也就是道之实。《灵宪》把宇宙演化三阶段称之为道根、道干、道实。在解释有浑沌不分的太素气时引了《道德经》里的话:“有物混成,先天地生。”这些都说明了《灵宪》的宇宙起源思想,其渊源是老子的道家哲学。《灵宪》的宇宙起源学说和《淮南子•天文训》的思想十分相像,不过《淮南子》认为在气分清浊之后“清阳者薄靡而为天,重浊者凝滞而为地”。天上地下,这是盖天说。而《灵宪》主张清气所成的天在外,浊气所成的地在内,这是浑天说。 总之,张衡继承和发展了中国古代的思想传统认为宇宙并非生来就是如此,而是有个产生和演化的过程。张衡所代表的思想传统与西方古代认为宇宙结构亘古不变的思想传统大异其趣,却和现代宇宙演化学说的精神有所相通。
(2)关于宇宙的无限性。战国时代的《尸子》定义说,“上下四方曰宇,往古来今曰宙”。宇就是空间,宙就是时间。中国的传统思想是把空间和时间联系在一起的。这一点也和西方古代把二者看成是两个互相割裂的概念大不相同。但是,中国和西方一样,在二者是有限还是无限的问题上历来也有争论。《庄子》一书中就有宇宙在空间和时间上都是无限的说法。而西汉末年的扬雄却认为“阖天为宇,辟宇为宙”,在空间上是有限的,在时间上是有起点的。张衡虽然长期研究扬雄的《太玄经》,并受到扬雄较深的影响,但在宇宙的无限性上却不愿遵循扬雄。《灵宪》认为人目所见的天地是大小有限的,但是,超出这个范围,人们就“未之或知也。未之或知者,宇宙之谓也。宇之表无极,宙之端无穷”。宇宙在空间上没有边界,在时间上没有起点。扬雄的思想和目前天文学界最负盛名的大爆炸宇宙学说在终极本质上是相通的。而张衡的结论却和当代的辩证唯物主义哲学相合。看来,宇宙有限无限的问题还得长期争论下去。
(3)关于天地的结构。《灵宪》把天描述成是恒星所在的地方,它是一个偏心率极小的椭球:“八极之维,径二亿三万二千三百里。南北则短减千里,东西则增广千里。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”。可见,张衡心目中的地是个半球。在地面上来说,如以8尺高的表在同一天正午测量日影长度,则南北相距千里的两个地点所量得的表影长度相差1寸。
为什么把天地要设想成是个椭球结构?我们已无法了解,或许,一种可能是囿于传统。早在《吕氏春秋•有始览》中就提到:“凡四海之内,东西二万八千里,南北二万六千里”,东西比南北长了二千里。《淮南子•坠形训》中也引了这两个数值。可见古人大概相当相信天、地的东西要比南北来得长。
地平说和“表影千里差1寸”的理论,过去人们曾以为是盖天说的内容。但若据此即认为《灵宪》的天地结构模形是盖天说,那就不当了。浑天模型和盖天模型最主要的不同在于:浑天的天是球状的,天可以转到地下去。天不仅有出于地上的北极,还有隐于地下的南极。盖天的天则或像一个盖子笼罩着平地(近人称之为第一次盖天说),或者和地构成二片平行的曲面(近人称之为第二次盖天说)。总之,天永远在地之上。天只有北极而不可能有南极。因此,从对天的结构认识来看,《灵宪》只能划入浑天说而不能视之为盖天说。关于地的问题,必须指出,历史上的浑盖之争,主要在于天而不在于地。直到唐代一行彻底否定了日影千里差1寸的旧说之前,水平大地的观念还一直存在于浑天说中。就是在一行之后,直到西方天文学传入之前,我国仍然未能建立起明确的球形大地的数理模型。反倒是《灵宪》中的那种“天圆地平”说仍然占有重要地位。
(4)关于日、月的角直径。《灵宪》记载,日、月角直径为整个天周的“七百三十六分之一”。化成现代通用角度单位即为29′21〃,[根据钱宝琮的研究,认为《灵宪》的“(日、月)其径当天周七百三十六分之一,地广二百四十二分之一”当校改为“(日、月)其径当天周七百三十分之一,地广二百三十二分之一”。如此则日、月的角直径当为 29′35.3〃]。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,张衡测值可谓精确。
在张衡之前的《周髀算经》中也介绍过一个观测:用一根8尺高的竿子垂直立于地面,每当太阳过子午线时量竿影长度。当影长正为6尺时,用一根8尺长、孔径1寸的竹管观看太阳。《周髀算经》认为此时太阳视圆面正好充满竹管。由此,《周髀算经》按照“千里差1寸”的比例关系,求得此时太阳距人目为10万里,进而求得太阳的线直径为1250里。由于“千里差1寸”等基本出发点都是错误的,因而《周髀算经》所得极为荒谬(太阳的线直径实际为139.1万公里)。就观测本身而论,《周髀算经》的结果也是相当粗疏的。按竹管长8尺,孔径1寸计算,太阳角直径为42′58〃。误差比《灵宪》所载大多了。
(5)关于月食原因。在张衡之前,人们已对日食的原因有所认识。西汉的刘向就说过:“日蚀者,月往蔽之”(见《开元占经》卷九所引)。东汉王充在《论衡•说日篇》中引述过别人的一种更明确的说法:“或说,日食者月掩之也。日在上,月在下,障于日之形也。”而对于月食原因,则在张衡之前尚无明晰的解释。大概正是针对这种状况,张衡在《灵宪》中就未及日食原因,而是专门论述了月食的原因:“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。” 这段话中说到,月亮本身是不发光的,太阳光照到月亮上才产生光月。月亮之所以出现有亏缺的部分,就是因为这一部分照不到日光。所以,当月和日正相对时,就出现满月。当月向日靠近时,月亮亏缺就越来越大,终至完全不见。这样一种月相理论,在《周髀算经》中已有大概:“日兆(按:通照)月,月光乃生,故成明月。”西汉京房说得更为明确:“先师以为日似弹丸,月似镜体;或以为月亦似弹丸,日照处则明,不照处则暗”(《开元占经》卷一引)。张衡的月相理论和他们没有本质的差别,所突出的是张衡强调了月相与日、月相对位置的关系。但这样一来人们自然要问,既然“当日则光盈”,那么何以有时候当日时会有月食呢?对此,张衡回答说:“蔽于地也”,即大地挡住了日光,使日光照不到月亮上去了。张衡把这块大地所产生的影子起个名字叫“虚”。月亮进入虚时就发生月食。《灵宪》对月食原因的阐述是很科学的。
不过,再仔细思考一下虚,人们又会提出问题。按照《灵宪》所说的天地结构,地是其下部与天球相密合的半椭球。那么:(i)要使日、月能没入地平且能在地下运动,日、月就只能是两个无厚的圆面,这就和上面说的月相理论相矛盾。(ii)太阳没入地平后光线就会被地半球完全挡住,无论什么时候也不会投射上月亮。这样,晚上的月亮应该总是看不见的,这也就根本谈不上月食的问题了。要解释这两个矛盾,只能认为《灵宪》中的地有二层不同的含义。第一层含义是相对天来说的地,那是个半椭球。第二层含义是相对日、月来说的,那是孤悬在天球中央的一个较小的固体物。或者,可以把这二层含义统一起来说:孤悬在天内的是一片陆地,此外的地则全是水,故能与天球下半相密合。这样理解之下,则日、月仍可是个圆球;而日到水下之后日光仍能穿透水而照射到月亮上,只有那块相对较小的陆地才能产生一块虚。当然,在这样推测的时候还得再补充一点,即应该认为在张衡看来,水是一种透明度较高的物质,所以深入地下之后的日光仍能穿透厚厚的水层而射到月亮,产生皓然明月。
(6)关于五星的运动。《灵宪》中提出了4点极有价值的见解。第一,日、月、五星并非是在天球球壳上,它们是在天地之间运行,距地的远近各有不同。第二,这7个天体的运动速度也不同,离地近的速度快,离地远的速度就慢。第三,《灵宪》用天的力量来说明行星之所以有留、逆、迟、速等运动变化现象(“天道者贵顺也。近天则迟,远天则速。行则屈,屈则留回,留回则逆,逆则迟,迫于天也”)。第四,按照五星离地远近及其运行的快慢,可以将它们分成两类。一类附于月,属阴,包括水星和金星。另一类附于日,属阳,包括火星、木星和土星。
《灵宪》上述这4点都很有意思。其中第一点可以说基本上是正确的,虽然实际情况要比这种概括复杂得多。第二点则与古希腊人的思想完全相合。而在中国,则在张衡之前还没有人提起过,并且在他之后也未对此点给予重视,这就使中国古代数理天文学的发展受到很大的局限。第三点虽然说得非常含混难解,而且完全不正确,但它却显然是在寻求说明行星运动之所以有顺逆迟速的力学原因。这种努力的本身值得在整个天文学史上大书一笔。1500多年之后,王锡阐在《五星行度解》里提到了类似的思想,并进一步提出了天对日、月、五星有一种类似磁石吸针的力量。王锡阐的思想的力学性就更明确了。虽然张衡、王锡阐的思想都并不正确,但是行星和它们的卫星(月亮是地球的卫星,地球是一颗行星)的运动,的确都是受到万有引力定律所支配的。因此,追究这些天体运动中的力学原因无疑是一个正确的方向。在西方,对于这种力学原因的探讨在张衡之后的1000多年里仍然是没有的。许多伟大的希腊天文学家都只有对日、月、五星的运动作精细的运动学描述,而从未想到过解释其力学原因。力学原因的探讨要直到16世纪科学革命开始之后才被提出来。第四点也很有意思。《灵宪》的行星分类正好是太阳系中内行星与外行星的分类。当然,现在我们知道,所有的行星,包括地球,都是绕太阳转的,而月亮则是绕地球转的。所以,“附于月”的说法当然是错误的。之所以会有这样的错误,是因为张衡和其他古人一样,把月亮作为阴的代表。不过,从金、水两内行星的运动来说,人目所见的鲜有和外行星有截然不同的地方。那就是,外行星只能从晨出于东方开始一个会合周期。而内行星则在一个会合周期不但可以晨出于东方,而且还可以像月亮一样,昏出于西方。正是由于这种昏出于西方的相似性,《灵宪》才提出“附于月”的说法。
(7)关于星官。满天繁星,古人将它们组合成一个个星组,以便于对它们进行辨认和观测。这些星组少则一星,多则数十星。这样的星组古人称之为星官。由于各个天文学家的取舍、组合方法并不都相同,因此形成了许多家不同的星官体系。直到张衡时代,流传于世的星官体系有以《史记•天官书》为代表的体系,有石氏、甘氏、黄帝以及“海人之占”等等的体系。对这些各有特色的体系,张衡作了一番比较、整理和汇总的工作,发展出了一整套收罗恒星最多的新体系。《灵宪》记载,其中“中外之官常明者百有二十四,可名者三百二十,为星二千五百,而海人之占未存焉”。张衡的这一星官体系整理工作比(三国吴)天文学家陈卓总结甘、石、巫咸三家星官的时代要早100多年,而且所包括的星官、星数比陈卓要多得多(陈卓所总结的有283官1464星),成就当然要比陈卓大。可惜张衡星官体系已经失传,这是我国恒星观测史上的重大损失。
与恒星星官有关的一个问题是,《灵宪》中提出了星空里还存在一种“微星”即很暗弱的星,其数有11520颗。这个数字并非严格得自实测,而是来自《易经》中神秘的“万物之数”。数字当然是不正确的。但张衡认为有微星存在,且星数比亮星多得多,这却是符合客观实际的。
(8)流星和陨星。天空中除了日、月、星(古称三光。星包括行星和恒星)这些常见成员外,还不时见到流星之类的天体。《灵宪》认为“及其(按:指三光)衰也,神歇精■,于是有陨星。然则奔星之所坠,至地则石矣”。这里,张衡继承了前人“星坠至地则石也”(《史记•天官书》)的思想,对陨石的来源予以较正确的解释。同时,张衡还探讨了陨星产生的原因,认为是与日、月、星的衰败有关。虽然这个想法不正确(太阳系内有一些大大小小的流星体,当它们在运行中与地球相遇,进入大气层后因摩擦而燃烧,便成为流星;较大的流星体在大气层中未及烧尽而坠落地面,便成为陨星,或称陨石),但是,每个天体都有发展到“衰”败死亡的阶段,这却是非常科学的结论。张衡的这个思想非常合乎辩证法,而且也正是西方古代天文学中所缺乏的。
与陨石相联系,《灵宪》中对恒星的产生也有一种解释:“地有山岳,以宣其气,精种为星。星也者,体生于地,精成于天。”这种星生于地的见解当然是完全错误的。它是当时已流行了几百年的天地相应的思想的反映。《灵宪》说道:“在天成象,在地成形。天有九位,地有九域。天有三辰,地有三形。有象可效,有形可度。情性万殊,旁通感薄,自然相生,莫之能纪。”这些所谓天地之间的对应,纯粹出于人的主观附会,毫无内涵上的科学联系。例如,所谓天的九位(即古人所谓九天)和地的九域(即所谓九州)全都是中国古人的人为划分。所以,这种相应纯属数字偶合。不过,张衡之所以会有山岳之精气上升为星的想法,原因即在于他见到的陨星至地都是石头,而山岳则正是最多石头的地方。石头又怎能上天?所以必然会想到这是山岳的精气,这就可以上升到天上成为星。这些反映了陨石来自天外的思想。而在西方,直到17世纪,还有天文学家认为陨石并非来自地外的说法。
《灵宪》作为一篇杰出的古代天文学著作,当然仍会有许多不足的地方。除了前面已经提到的各点外,比如文中还把嫦娥奔月的神话当作事实记载在内,甚至说嫦娥入月后化成了蟾蜍。至于文中流露的种种星占术思想,那是当时整个时代的风气,倒也不必去苛求张衡。总之,尽管《灵宪》有一些缺点,但是它在天文学史上的意义并不因此而逊色。梁代刘昭赞颂张衡是“天文之妙,冠绝一代”,其评价的主要根据之一就是《灵宪》这篇杰出的著作。
J. 张衡发明的什么
在东汉时期,中国出现了一位创制天球仪,候风仪,地震仪的天文学家张衡.
张衡于公元78年出生在河南南阳,家境贫苦.但他自幼喜欢读书,成年后曾在南阳郡做了几年文官,后来辞职回乡,潜心天文研究.中国汉朝先后出现了三种关于天体运动和宇宙结构的学说,这就是“盖天说”、“浑天说”和“宣夜说”.“盖天说”认为天在上,地在下,天像一个半圆形的罩子,大地像一个倒扣着的盘子.”“浑天说”主张天是浑圆的,日月星辰会转入地下,早期的浑天说认为大地是平的,改进的浑天说认为大地是球形的.“宣夜说”认为天没有一定形状,而是无边无际的充满气体的空间,日、月、星辰都飘浮在气体中.张衡根据自己对天体运行的认识和实际观察,认为“浑天说”比较符合观测实际.他还制作了一个能够精确演示浑天思想的“浑天仪”.
张衡的另一发明是制作了水运浑象,它是世界上第一架用水力发动的天文仪器.水运浑象实际上是个天文钟,通过它的等速旋转,可以报告时刻.世界上第一个可以测定地震方位的地动仪,也是这位古代科学家发明的.张衡还在《灵宪》等天文著作中,阐述了无限宇宙的思想,解释了月亮反射阳光和月食发生的原因.他对2500颗恒星的观测记录和“周天三百六十五度又四分之一度”的计算结果,和近代天文学非常接近.
公元117年,张衡根据浑天学说理论和对天象的实际观察,创造出了利用漏壶滴水推动的大型“漏水转浑天仪”.这是世界上第一台自动演示恒星和太阳周日运行的仪器
公元132年发明了界上第一台测定地震方位的科学仪器——地动仪
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.张衡关于齿轮系统的应用和相对运动的原理,被西方学者赞为“是一切控制论机械的祖先”.
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”.“记里鼓车”和“指南车”的制造方法相同,所利用的差速齿轮原理,早于西方1800多年.
张衡制造的“瑞轮荚”(即活动日历),内装机关,在一个立轴上装15个拨板,依次分别作用于15个荚,按着应有的时刻升落,利用水力运动,从每月初一起,每天转出一片木叶,15日后每天再转入一片,到月落为止,循环旋转开合,使人们从而获得类似活动日历的效用.这是世界上最早的计时器.
张衡创造的“独飞木雕”是机械飞行器.它是模仿鸟类高空翱翔的又宽又长的滑翔翼型设计,靠腹内施机,加以控制,能飞数里.这一发明制造,比国外的机械飞行器早1500多年.
张衡制造的“候风仪”(即候风铜鸟),是气象学中预测风力风向的仪器.它与西方的候风鸡类似.但西方的候风鸡到12世纪才始见于记载,要比张衡的候风铜鸟晚了1000多年.