張 衡

草薰風

張 衡
文：小罐子老師
「如此全面發展之人物為中國之所罕見。」---郭沫若寫於張衡的墓碑
　

地牛翻身，神龍吐珠
西元138年，距離現在1862年前，那時候正是中國的東漢時期。
朝廷裡的大臣們都在議論紛紛：原來是張衡發明的「地動儀」竟然「動」了！地動儀上頭的龍頭口中的銅珠，突然「噹瑯」的一聲掉進蟾蜍的嘴巴裡，根據銅珠掉落的方位，預測洛陽西方正在發生地震。大家都半信半疑的。幾天後傳來隴西（現今的甘肅西南）發生了地震的消息。
隴西正好就在洛陽的西方。從此以後，東漢史官開始記錄國內地震的方位。直到科技高度發展的今日，地動儀仍然被視為是一項偉大的發明，更是人類歷史上的創舉。而他的發明者—張衡，更被全世界公認為地震學的「鼻祖」。
但是，如果你認為張衡的貢獻僅止於此，那可是大錯特錯嘍！他同時也精通天文、地理、機械、算數、文學、繪畫、哲學，甚至在他當官時也有不錯的政績，厲害吧！是不是對這個人有些興趣呢？走！讓小罐子老師帶大家回到東漢，認識這位偉大的人物。

　
上知天文，下通地理
張衡，別號平子，南陽西鄂人（就是現今河南省南陽縣人），他出生在東漢章帝建初三年，西元七八年。 他的曾祖父及祖父都曾經當官而且十分富有，到了他的父親卻很貧窮。
張衡自幼聰穎好學，多才多藝。十五、六歲時，就外出遊學—讀萬卷書、行萬里路，同時也結交了許多學問好、有抱負的學者，像是：馬融、竇章、王符、崔瑗等人，他們對於張衡的為人、治學以及多元化的才能，都有相當大的影響。二十多歲的張衡年紀雖輕，但是學問過人，他婉拒了一些當官的機會，來到南陽郡，擔任幕僚的工作，負責起草文書。這段期間他完成了：《同聲歌》、《定情賦》、《兩京賦》、《南都賦》，這些創作呈現出二千年前的時代精神和風貌，所用的辭藻豐富華麗，將漢代的辭賦推向另一個高峰。晚期，張衡還有其他創作，像是：《歸田賦》、《四愁詩》和一些抒情小賦等，都具有極高的價值。
南陽郡郡守因為政績卓越，被皇帝升遷，張衡並不打算和長官一起到洛陽，反而決定回鄉閉門讀書。回鄉這段期間，他博覽群書，並深入研究易經、太玄經、墨子等古代有關於哲學、科學的書籍，從而融會貫通了：幾何學、力學、機械、地理、測量、繪畫等應用科學的知識，這樣多元的學習發展，使得張衡成為東漢當代的「博學」之士。

劃時代的天文貢獻
在累積深厚的學問和才能之後，張衡不再婉拒別人的推薦，西元一一一年，34歲的張衡進京擔任「尚書郎中」的官職，四年後被任命為「太史令」。太史令是主管觀察日月星辰、風雲雪雨、制訂曆法等事，相當於現在的中央氣象局或天文台的長官。張衡在太史令任內，有系統的觀測天體、從事理論研究，並有《靈憲》、《渾天儀注》等著作，全面闡述宇宙演化、天地結構、日月星辰的本質和運動，將中國古代天文學水準提升到新的階段。
張衡在天文學上的貢獻，有四個方面︰
一、在天體觀測方面的成就
張衡總結出天上長明的星官共有124個(中國古代的「星官」類似於現代天文學的「星座」，一個星官可以有幾顆到幾十顆)，能叫出名字的星官有320個。現在人們能看到6等以上的亮星，有2500到3000顆之間。跟張衡的觀測結果大致相同。
另外，張衡還指出「微星」(就是不太亮的星星)有11520顆。根據現代天文學家的校驗，肉眼能看到的星在6到7等星之間的，這些星星數可以達到14000多顆。張衡的觀測與現在實際的數目相去不遠。
張衡還測出太陽和月亮的角直徑是周天的1/736，即29’24”，與現代所測得的太陽與月亮的平均角直徑31’59”與31’5”2相差不多。1800年前，在天文觀測儀器很簡陋的情況下，能測出日、月的角直徑，是非常不容易的。
二、主張「渾天說」，製作「渾天儀」
中國古代對於天地的形狀有二種不同的學說，一種是蓋天說，一種是渾天說。蓋天說認為，天是圓的，像張開的傘；地是方的，像棋盤。什麼是渾天說呢？張衡在他的「渾天儀圖注」裏指出，天好像一個雞蛋殼，地好比雞蛋黃，天大地小，天地各乘氣而立，載水而浮。這個看法比「蓋天說」進步，更真實地反映了宇宙的本來面目。渾天說將大地看作是一個球，就是我們常說的地球，是很正確的。張衡早先說是浮在水上，後來認為是浮在「氣」上。現在大家都知道，各天體不是掛在哪裏，而是依靠萬有引力拉著，各自在不停地運動著。渾天說在我國流行了1000多年。明末從西方人傳入哥白尼的「日心說」後，國人才開始接受先進的宇宙觀。張衡晚年還提出宇宙是無限的看法，與現代的觀點一致。
「渾天儀」就是根據這種「渾天說」的想法來製作出來的儀器，它的材料是銅，裡面有幾層圓圈可以轉動，這幾層圓圈上面刻著日、月、和各種星辰。這個大銅球可以運用水的力量使它慢慢轉動，轉動一周的速度，跟地球自轉一周的速度一樣。人們從渾天儀上可以看出日月星辰是怎樣運動的。這在當時是天文學上很驚人的發明。
三、創立進步的行星運動理論
他提出，日月五星(指金星、木星、水星、火星與土星)距離地球近時，就運行得快些，距離地球遠時，就運行得慢些。這是他長期觀測中發現的。張衡將我們地球排在宇宙中心，這看法是錯誤的。德國天文學家開普勒發現了行星運動速度是不均勻的，行星接近太陽時，運動速度較快，遠離太陽時，運動速度較慢。不同的行星亦有此規律。
四、對日食、月食的成因及月向的變化提出了科學的解釋
在缺乏科學知識的古代，人們一看見日、月食就心驚膽顫。
張衡在《靈憲》裏說明日、月食的成因及月向變化原理，這些都完全符合現今科學的根據。

機械與數學上的成就
張衡在機械製作上也有不平凡的成就，他先後製造過：指南車、記里鼓車、自飛木雕、地動儀、候風儀等機械。製作機械必須有良好的數學基礎，因此也著有《算罔論》，不過現在已經失傳了！他還推算出圓周率是在3.14至3.16之間呢！
在張衡那個時代，常常發生地震。光是從西元96到125年這30年間，就有發生過23次大地震，而且有好幾次大地震都發生在洛陽附近。身為太史令的張衡經過很多年的實驗，在西元一三二年發明了世界上第一架測定地震時間和方向的儀器，叫做「地動儀」。
地動儀是用銅打造成的，直徑8尺，樣子像個酒罈子。在這個酒罈子形狀的儀器外壁上，倒掛著八條龍。每條龍的嘴裡都含有一顆銅球。每條龍下面，蹲著一隻銅蟾蜍。蟾蜍仰著頭，張大嘴巴。八條龍的龍頭分別朝著東、西、南、北、東南、西南、西北、東北。哪個方向發生地震，哪個方向的龍嘴裡的銅珠就震落下來，正好落在正對著蟾蜍嘴裡，發出「噹瑯」一聲。就在隴西發生地震的那天，朝西面的龍嘴裡的銅球掉了下來，於是，張衡就斷定是京都洛陽西面發生了地震。
地動儀為什麼可以測量出地震和發生地震的地方的方向呢？原來它是根據慣性原理設計的。發生地震以後，地震波傳來，地動儀裡面的一個像是鐘擺一樣的「都柱」就受到震動，然後朝向地震波傳來的那個方向擺動，通過槓桿使得代表那個方向的龍嘴張開，銅球就掉下來啦。
一千八百多年前，張衡能夠製造出這樣精巧、靈敏、準確、看起來又很好看的儀器，實在令人佩服極了！
　
月背上的張衡
就在張衡用地動儀測出隴西大地震的第2年，他不幸因為生病過世，享年62歲。張衡多才多藝，曾被列為東漢六大名畫家之一。他在天文學上的成就，不僅在我國，在世界上也受到極大的推崇。西元1970年，國際上用張衡的名字來命名月球背面的一座環形山；西元1977年，太陽系中，一顆編號為1802的小行星，也用他的名字來命名。
同學們去過台北市立天文館吧！下回去可得仔細看看，一樓展覽廳入口的雕像，正是這位偉大的人物喔。
(本文圖片來源: 國立自然科學博物館)

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