张衡,中国古代著名科学家,很多人应该都知道他,因为我们的小学课本里记载了张衡和他的地动仪。那我们今天来聊聊他在今天看来依然非常牛的科学发明与发现。
先来了解了解张衡这个人,汉和帝永元(89年—105年)年间,张衡被推举为孝廉,但他没有接受,公府几次征召也不到。当时,国家太平已久,自王侯以下,没有不奢侈过度的。张衡于是仿照班固的《两都赋》,殚精竭思十年,才作成《二京赋》,用以讽谏朝廷。大将军邓骘欣赏张衡的才华,多次征召他,张衡都不应命。公元100年(永元十二年),张衡应南阳太守鲍德之请,作了他的主簿,掌管文书工作。八年后,鲍德调任京师,张衡即辞官居家。
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。
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。
张衡在创作了浑天仪之后曾写过一篇文章。此文全文已佚。只是在梁代刘昭注《后汉书·律历志》时作了大段引述而使之传世。刘昭注中把这段文字标题为《张衡浑仪》。称之为“浑仪”可能是刘昭所作的一种简化。在古代,仪器的定名并不严格。虽然后世将“浑仪”一词规范为专指观测仪器,但在隋、唐以前,“浑仪”也可用于表演仪器。
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。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。
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。
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。
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。
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。”
历法——《灵宪》
张衡曾参加过在汉安帝延光二年(公元123年)的一次历法大讨论,据《后汉书·律历志》记载,张衡时任尚书郎。这次大讨论的起因是,有人从图谶和灾异等迷信观念出发,发难当时行用的较科学的东汉《四分历》,提出应改用合于图谶的《甲寅元历》。又有人从汉武帝“攘夷扩境,享国久长”出发,认为应该倒退回去采用《太初历》。张衡和另一位尚书郎周兴对上述两种意见提出了批驳和诘难,使这二宗错误意见的提出者或者无言以对,或者所答失误,从而为阻止历法倒退做出了贡献。张衡、周兴两人在讨论中还研究了多年的天文观测记录,把它们和各种历法的理论推算进行比较,提出了鉴定,认为《九道法》最精密,建议采用。的确,《九道法》的回归年长度和朔望月长度数值比《太初历》和东汉《四分历》都精密。
而且《九道法》承认月亮运行的速度是不均匀的,而当时其他的历法都还只按月亮速度均匀来计算。所以,《九道法》所推算的合朔比当时的其他历法更符合天文实际。只是如果按照《九道法》推算,将有可能出现连着3个月是30天的大月,或连着两个29天的小月等的现象。而按千百年来人们所习惯的历法安排,从来都是大、小月相连,最多过17个月左右有一次两个大月相连,绝无3个大月相连,更无2个小月相连的现象。所以,《九道法》所带来的3大月或2小月相连的现象对习惯守旧的人是难以接受的。这样,张衡、周兴建议采用《九道法》本是当时最合理、最进步的,但却未能在这场大讨论中获得通过。这是中国历法史上的一个损失。月行不均匀性的被采入历法又被推迟了半个多世纪,直到刘洪的《乾象历》中才第一次得以正式采用。
《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:
张衡认为宇宙是无限的,天体的运行是有规律的;月光是日光的反射,月蚀起因于地遮日光,月绕地行且有升降。他认识到太阳运行(应是地球公转)的某些规律,正确解释了冬季夜长、夏季夜短和春分、秋分昼夜等时的起因。他指出在中原可以见到的星有2500个,与今人所知略近。他经过对某些天体运转情况的观测,得出一周天为三百六十五度又四分度之一的结论,与近世所测地球绕日一周历时365天5小时48分46秒的数值相差无几。
文/第一直播网