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1《全后汉文》卷五十三。
第四节张衡在科学上的贡献《灵宪》。浑天说张衡第一次任太史令共六年。在这时期内他作了几件重大的科学工作明了浑天仪著《灵宪》和《算罔论》1。
《灵宪》是一篇杰出的天文学著作。它从理论的高度对当时的天文学知识作了精要的概括和重大的展。
当时我国并存着几种宇宙结构理论而以盖天说和浑天说最为流行。
张衡是主张浑天说的。他的《灵宪》是浑天说的第一部传世的代表作。这篇文章的开头就说“昔在先王将步天路先准之于浑体”明指天是个球体。后面又说到这个球的直径是2323oo里。从地到天则是此数的一半且地的深度也是如此。天“通而度之则是浑已”。但地则是一个近似的半球其中地面的南北距离比天的直径短1ooo里而其东西则长1ooo里。天这个球是从东向西不停转动的地这个半球却在天内静止不动。至于伸出天外的地块是否会阻碍天的转动？张衡没有说。显然他并不认为这是个问题。由此可见张衡心目中的天不是一个坚不可破的硬壳。而且更进一步张衡还认为天并不是整个物质世界的边界。《灵宪》说：“过此而往者未之或知也。未之或知者宇宙之谓也。宇之表无极宙之端无穷。”在天之外还有无限广漠的宇宙世界不过人们还不知道那些地方罢了。
说到天地人们自然会问它们是怎么来的呢？对此中国古代先哲们有一个很好的非神创论思想传统认为是有规律地演化而成的。老子《道德经》中就说到：“道生一一生二二生三三生万物。”所谓道是一种说不出形象和色彩不在当时人日常经验之内的物质；所谓一就是气；二乃是阴和阳；三则是阴、阳、天。三者结合生出地面万物。《易·系辞》则认为：“易有太极是生两仪。元气已分天地设位清浮升乎上沉浊居于下。”到了西汉时代《淮南子·天文训》展了两家学说提出“道始于虚霩虚霩生宇宙。宇宙生气。气有涯垠清扬者薄靡而为天重浊者凝滞而为地。”
在《灵宪》中宇宙演化的思想又有了新的展。张衡把天地的形成划分成三个阶段。第一个阶段称为“溟涬”。在这阶段里整个原始宇宙是“幽清玄静寂漠冥默不可为象。厥中惟灵1厥外惟无。”所谓“灵”是一种阴性的精气看不出任何形象也没有明显的运动因此整个宇宙空间中一片寂静。经过很长很长的时间从灵中逐渐生成各种不同的气。这些气互相混合在一起“并气同色混沌不分”。这混沌漫的元气自然还没有固定的形状而且也分辨不出它们的运动度。这个混沌的阶段称之为“庞鸿”也是一个很长很长的时期。然后来到第三个阶段称为“太元”。这时那片混沌同色的元气生了分离。清气向外形成了圆球形而不停运转的天；浊气向内积淀凝结成为一个上面平而静止的半球形大地。此后由1张衡的这些著作原书已佚。《续汉书·律历志》又《天文志》刘昭各注《太平御览》、《开元占经》等有其佚文。今据洪颐煊《经典集林》辑本《灵宪》和《浑天仪》。1“灵”字在中华书局校点本《后汉书·天文志》中作“虚”但其校勘记中指出汲本、殿本作“灵”今查《开元占经》引《灵宪》也作“灵”。故从“灵”字。
于天和地的互相结合与作用产生了天上的日月星辰和地上的万事万物。由上可知张衡不但继承了先辈学者的优良传统认为天地的形成是物质自身变化展的自然结果而且更加强化了这一传统的唯物主义倾向即他更明确地表明了在演化的各个阶段中都是物质——气而且只有气在起着作用。此外他把浑天说引进了天地形成的思想这也比古代演化学说中所依据的天上地下的质朴概念或盖天说思想要来得进步。
日、月、五星天空中最亮的天体是日和月。月有圆缺而日则始终是圆的。古人在长期观察月亮的运动变化中已经认识到太阳是自己光的而月亮本身则不光只是靠反射太阳光才亮。公元前一世纪成书的《周髀算经》中说：“日兆月月光乃生故成明月。”西汉晚期的京房也说：“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。”1对于这个问题张衡也提出了进一步的看法：“日譬犹火月譬犹水火则外光水则含景。故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。”在这里明确指出了朔望现象取决于月亮和太阳之间的相对位置。所谓“当日”是指月亮行到了太阳的正对面（相对于地来说）。那么这样说来月在望时应该总是很明亮浑圆的了为什么有时又有月食的现象生呢？对此《灵宪》解释说：“当日之冲光常不合者蔽于地也。是谓虚月过则食。”所谓“月过则食”的虚用今天的概念来说那是太阳照射地球时在地球背后投射出的影子。但是张衡的地是个相当于半个天球那么大的东西因此这个虚与现今的地影概念很不相同。可是究竟张衡是怎么想象的我们现在还难解释。唯一肯定的是张衡知道月食的原因是地遮蔽了日光。不过仅仅这一点也已经是一个重要的现了。
除了日月外还有五颗肉眼可见的行星在星空背景上运动运动方向大多时候与日、月一样是由西向东。因此这样的运动称为顺行古代又称右旋。五大行星和我们所在的地球实际上是在各自的轨道平面上绕着太阳作椭圆轨道运动。这些运动都不是匀的。它们的平均度也各不相同离太阳越远的天体其平均度越小。由于行星和地球有上述这些运动因此在地球上的观测者就会看到行星有时会出现由东向西的运动这种运动称为逆行。在顺行和逆行变更之际行星就好象停留在天空中不动一样这种状态称之为留。这些天文现象以及行星运动度变化的规律都是在16世纪波兰天文学家哥白尼提出了太阳中心说又经17世纪德国天文学家开普勒现了行星运动三定律以后才得到科学解释的。比哥白尼早了14个世纪的张衡完全不可能达到他们那样的程度。但是他根据他那个时代所积累的天文观测和日常经验加上他自己的天才对行星运动的规律作出了自己的猜测。
张衡在《灵宪》中说：“文曜丽乎天其动者七日、月、五星是也。
周旋右回天道者贵顺也。近天则迟远天则。行则屈屈则留回留回则逆逆则迟迫于天也。”他认为行星的右旋是一种自然规律——天道。他又因为天本身是从东向西运动的所以又提出越靠近天行星的运1《开元占经》卷一。
动所受到天的影响也就越大（“迫于天”）这就可以解释行星度为什么会放慢下来甚至可以完全停止乃至倒退（逆行）。这种天的影响力使行星度生变化的想法是对控制天体运动的力的一种思辨性解释。张衡的解释是早期中国天文学史上探求天体运动变化的物理机制的最后一个企图。这种企图由于整个科学展状况的条件限制在古代中国就没有可能得到展和解决。正因为如此张衡的解释努力应得到后人的钦佩而不因其牵强不科学而忽视。
五星中火、木、土三行星离太阳比离地要远。金、水二星则离太阳比离地要近。前三者称为外行星后二者称内行星。张衡当时还不能测定行星与太阳的距离他当然无法说出何为内行星何为外行星（这问题也是哥白尼开始才解决的）。但是他已经知道三外行星度比太阳（实即地球）慢而二内行星则比太阳快。他还观测到“行迟者觌于东”即三行星都是先在早晨从东方地平线上出现。以后太阳离它越来越远过相当时间后太阳反从西面赶上外行星终于使它在黄昏时被淹没在太阳光中。直到太阳赶过它相当远后它又在早晨出现在东方地平线上。而内行星则不同它不但会在早晨出现于东方地平线上也会在黄昏出现在西方地平线上以后仍然在黄昏消失于太阳光中。因此张衡称之为“行者觌于西”。于是他借用阴阳观念说道：“觌于东属阳”“觌于西属阴”。并且用“日与月此配合也”把五星分成二类：“摄提（木星）、荧惑（火星）、地候（土星）见晨附于日也。太白（金星）、辰星（水星）见昏附于月也。二阴三阳参天两地故男女取焉。”虽然没有内、外行星的概念但两者是区分得清清楚楚的。而且其中终究运用了某种距离的概念这是在中国古代天文学中极为少见的。循此以往未必不能展出正确的概念来。很可惜的是以后再没有人往这个方向去努力。
关于恒星关于恒星张衡认为是：“地有山岳以宣其气精种为星。星也者体生于地精成于天。”这个见解当然是错误的它是当时已流行了数百年的天地对应思想的反映。《灵宪》中就说到：“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。”这种尺地之间的对应纯粹是附会的是毫无道理的。例如天的九位（九天）和地的九域（九州）全都是人为的划分。这种对应纯属数字偶合。不过话得说回来《灵宪》所说的星“体生于地精成于天”的话却也不是全无原由的。《灵宪》又说到“夫三光同形有似珠玉神守精存丽其职而宣其明；及其衰神歇精于是乎有陨星。然则奔星之所坠至地则石矣。”因为天上坠落的星星（陨星）掉到地上的都见到是石头（陨石）所以使古人起了错觉认为星星原是地上之物。那么为什么会升到天上的呢？这就自然会解释成是地上山岳（山多石头）的精气上升就成为星而星星陨落也自然是“神歇精”的结果了。因此不管这种解释是多么的荒谬但却反映了古人对陨石的观察。要知道在欧洲一直到十七世纪还不认为陨石是从地球以外的空间掉入地面的。关于恒星《灵宪》还说到它们的命名计数：“众星列布其以神著有五列焉是为三十五名。一居中央谓之北斗四布四方为二十八宿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。征星之数盖万一千五百二十。”这里给出的星官命名数和星数都大大过了《汉书·天文志》的记载。这篇写作时代离张衡不远的志文中也有个数字：“凡天文在图籍昭昭可知者经星常宿中外官凡百一十八名积数七百八十三星。”可见张衡在当太史令的期间是亲自做过恒星的观测、命名、综合（其他前人所定的星官）和计数工作的。张衡所定的星官体系甚至比后来三国时陈卓综合石氏、甘氏和巫咸三家星官而成的星官体系还要庞大。后者只有星官283官星数1464星。可惜的是《灵宪》中没有记录下张衡星官的详情其他可能记下详情的张衡著作也未有留存。不过近年有人在南宋郑樵编的《通志·天文略》中找到了一些张衡关于某些星官的描述及其星占文字的残篇。只是郑樵是按《步天歌》星官系统——陈卓系统的重新组合——来写的所以只有与上述283官相合的张衡星官才会被引入《通志》。至于这个体系之外的张衡星官那就只有寄希望于未来的考古现了。此外张衡所说的征星之数则并不是实际观测的结果（在整个星空中人眼所能看到的恒星总数不过6千多颗其中还包括了南极附近中国古代所一直看不见的天区中的恒星）而是从《易·系辞》中说的“万物之数”来的。这是天地对应思想的又一个反映。
浑天仪张衡所作的浑天仪是一种演示浑天说的仪器故有此名。
《晋书·天文志》中记载了一段葛洪论天的话其中说到：“张平子既作铜浑天仪于密室中以漏水转之。令伺之者闭户而唱之。其伺之者以告灵台之观天者曰：‘璇玑所加某星始见某星已中某星今没’皆如合符也。”既然是在密室中用的当然不可能是观测天体的仪器而只能是一种演示仪器。这件仪器的细节在《晋书·天文志》的“仪象”中有更具体的记载：“张衡又制浑象具内外规、南北极、黄赤道列二十四气、二十八宿中外星官及日月五纬以漏水转之于殿上室内星中出没与天相应。因其关戾又转瑞轮蓂荚于阶下随月盈虚依历开落。”这里又称张衡的浑天仪为浑象。事实上在早期浑天仪、浑仪和浑象这些名称是混用的即凡是表现浑天说的仪器都可以称之为浑天仪或浑仪；而不象隋唐以后名称逐渐规范专以观测仪器称仪而以表演仪器称象。
从《晋书》的上述记载可知张衡的浑天仪主体是一个大圆球。与现今的天球仪相仿。球上画了张衡所定的星座和星星也画了赤道、黄道。黄道上则绘出二十四节气。在大球相当于南、北极的地方伸出一根转动轴。q i s u w a n g 。 c o m ＇奇 书 网＇这根轴架在一个圆环形支架上。圆环循所在地的子午面方向�