秦漢史:張衡製造的地動儀,比歐洲製造出的同類儀器早了1700多年

百家原創作者:隔壁大嬸看歷史

張衡,東漢時南陽郡西鄂縣(今河南南陽北)人,字平子,是我國古代著名的科學家和文學家。出身於書香門第,年輕時就好學,善寫文章。後又到西漢舊都長安和東漢京師雒陽遊學,更增長了學識與才幹。他多才,謙虛,又潔身自好,對儒家經學和史學都很有研究,還喜好科學技術。在青年時代已很有名氣,但不願做官。

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南陽郡太守曾舉他為孝廉,要送他到京師,可充任“郎”官,郎官為皇帝的侍從,是飛黃騰達的重要途徑;可是他未接受。不久,朝廷的三公幾次召他到公府為官,他又都婉言謝絕了。鄧太后之兄鄧騭為大將軍,在朝中掌握大權,多次請他到大將軍府為官,他也未去。直到三十多歲時,漢安帝派公車到張衡家鄉請他,他才迫於皇帝之命,到了雒陽。初任郎中,後升任太史令,主管天文、曆法等。從此時起,他大約前後有二十年的時間從事這一工作。

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張衡為官清廉,剛直不阿,對宦官專權、政治日益黑暗的情況很不滿。後被宦官集團排斥出京,到今河北省河間縣任河間國相。河間王生活驕奢,不遵法度;豪強地主多圖謀不軌。張衡到任,整頓法度,逮捕違法豪強,“上下肅然,稱為政理”(《後漢書·張衡傳》)。張衡在任三年,以病辭職。順帝召他回雒陽,拜尚書。於永和四年(139年)以病去世,年六十二歲。著作:科學技術方面有《靈憲》《算罔論》等,闡述渾天說。文學方面有《西京賦》《東京賦》《南都賦》《思玄賦》《歸田賦》《四愁詩》及《應間》等。原有文集已佚,明人輯有《張河間集》。

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張衡在自然科學方面最大的成就是製造了觀測天象的渾天儀。渾天儀是世界上最早的比較準確地演示天象的儀器。中國是世界上天文學發達最早的國家之一。關於宇宙天體的結構有三種學說。一是“宣夜說”,這種學說已經失傳了;二是“蓋天說”,認為“天象蓋笠,地法覆槃”(《周髀算經》卷下)這種說法違失太多,史官多不採用。三是“渾天說”,認為天地之象如卵之裹黃,“天轉如車轂之運也,周旋無端,其形渾渾,故曰渾天”(《張衡渾天儀》,《經典集林》卷二七)。張衡根據渾天說製造的儀器用漏水轉動,星宿出沒與在靈臺上觀測天象所見的情況相符合,因此儀器叫作渾天儀。

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今天,北京建國門的古觀象臺建於明朝。上有清朝人仿張衡渾天儀制造的天文儀器。空心球面上佈滿了星辰,標出了二十八宿、各個恆星和天體。渾天儀用銅漏滴水為動力,帶動銅球緩慢而又有規律地運轉著,每天旋轉一週。渾天儀上日、月、星的出沒和實際天象一致,形象地演示著天體的執行情況。張衡撰《靈憲》一書,比較正確地闡述了許多天文現象。如說:“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。”這說明了月光是反射日光而成的,月蝕是由於日光被遮蔽。這是人類最早對月蝕成因的正確解釋。

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張衡的天文學成就巨大,千百年來,他一直受到我國和世界各國人民的尊敬。1970年,國際有關天文組織決定,以張衡的名字來命名月亮背面的一座環形山,從此張衡山就成為我們幾乎每晚都會看到的那個皎潔的月亮上的山名了。國際有關天文組織還將編號為1802號的小行星命名為張衡星,從此,張衡星也與其他日月星辰永遠同在了。

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張衡在科學方面的第二大成就是製成地動儀以測地震。地震是一種人類至今仍然無法征服的自然現象。它總是在人們毫無思想準備的情況下突然發生。輕微地震也會給人以心理上的不安,強烈地震更會給相當大的地區的人們帶來生產和生活上的巨大破壞,甚至是嚴重的災難。自古至今,各國各地區各民族的人們在談到地震時,莫不“談虎色變”。

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在我國古代文獻中所記最早的地震發生在五帝時的舜時,後來的夏和商朝亦有地震記錄。西周末年,今陝西關中地區發生了一次大地震,其情況很嚴重。《詩·小雅·十月之交》曰:“燁燁震電,不寧不令;百川沸騰,山冢崒崩;高岸為谷,深谷為陵。”可是直到西漢時,還沒有關於研究地震的記錄。張衡製造地動儀,標誌著東漢時研究地震的事已經開始。

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關於張衡所造地動儀的情況,《後漢書·張衡傳》有簡要記載。文曰:“以精銅鑄成,圓徑八尺,合蓋隆起,形似酒樽。”八尺約合今1。8米。表面作金黃色,上部鑄有八條金龍,分別伏在東、西、南、北及東北、東南、西北、西南八個方向。龍倒伏,龍首向下,龍嘴各銜一顆小銅球,與地上仰蹲張嘴的蟾蜍相對。地動儀空腔中央,立一根“都柱”,上粗下細。都柱周圍有八根橫杆,稱為“八道”,各與一龍頭相連。都柱是震擺裝置,八道用來控制和傳導都柱運動的方向。

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在地動儀受到地震波衝擊時,都柱就倒向發生地震的方向,推動同一方向的橫杆和龍頭,使龍嘴張開,銅球下落入蟾蜍嘴中,併發出響聲,以提示人們注意發生了地震及地震的時間和方向。現在歷史博物館和科技史館中陳列的地動儀,是我國考古學家根據古代文獻的記載復原而成,與當年張衡所造基本相符。地動儀的基本原理是科學的,符合觀測地震波傳動情況需要。今天使用的觀測地震的儀器,其基本原理與地動儀的基本原理是一致的。

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張衡在製成地動儀之初,在雒陽朝廷上的官僚們對此物是否靈驗半信半疑。可是就在此時,這臺儀器西北方向的金龍突然發作,自動張嘴吐出了銅球,“當”的一聲落入蟾蜍嘴中。可是雒陽這座都城仍在熙熙攘攘,好是熱鬧,並無地震感覺。許多官僚、貴族都說地動儀不靈。過了幾天,今甘肅臨洮地區的地震情報用驛馬飛報到雒陽朝廷。一場對張衡和地動儀的責難才平息下來。地動儀的神妙被迅速傳開。

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張衡造地動儀一事,不僅為我國曆代官民所重視和稱頌,而且也為世界上眾多的科學家、學者所讚揚。英國著名科學史家李約瑟在《中國科技史》一書中說:“地震儀的鼻祖則是出在中國,這一點是無可置疑的。這是卓越的數學家兼天文學家、地理學家張衡(78—139年)的貢獻。”(第五卷,二分冊,第341頁)《大不列顛百科全書》(中文版)“張衡”條說:“(張衡於公元)132年創制世界第一臺測地震儀器。”張衡製造的地動儀是當時世界地震學的最重要的成就。歐洲製造出第一臺同類的儀器是在張衡之後一千七百多年。

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