中国古代科学家传记-第14部分
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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。
制做浑天仪
张衡所做的浑天仪是一种演示天球星象运动用的表演仪器。它的外部
轮廓有球的形象，合于张衡所主张的浑天说，故名之为浑天仪。这架浑天
仪在《晋书·天文志》中有三处记载。
一处是在“天体”节中，其中引到晋代科学家葛洪的话说：“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。”在“仪象”一节中又有一段更具体的细节描写：“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■荚于阶下，随月盈虚，依历开落。”这里又称为浑象，这是早期对
仪器定名不规范的反映，并不表示与浑天仪是两件不同的仪器。第三处则
在“仪象”体之末，说到张衡浑天仪的大小：“古旧浑象以二分为一度，
凡周七尺三寸半分也。张衡更制，以四分为一度，凡周一丈四尺六寸一分。”
从这三段记载可知，张衡的浑天仪，其主体与现今的天球仪相仿。不
过张衡的天球上画的是他所定名的444 官2500 颗星。浑天仪的黄、赤道上
都画上了二十四气。贯穿浑天仪的南、北极，有一根可转动的极轴。在天
球外围正中，应当有一条水平的环，表示地平。还应有一对夹着南、北极
轴而又与水平环相垂直的子午双环，双环正中就是观测地的子午线。天球
转动时，球上星体有的露出地平环之上，就是星出；有的正过子午线，就
是星中，而没入地平环之下的星就是星没。天球上有一部分星星永远在地
平环上转动而不会落入其下。这部分天区的极限是一个以北极为圆心，当
地纬度为半径的小圆，当时称之为内规。仿此，有一以南极为中心，当地
纬度为半径的小圆，称之为外规。外规以内的天区永远不会升到地平之上。
张衡天球上还有日、月、五星。这7 个天体除了有和天球一道东升西
落的周日转动之外，还有各自在恒星星空背景上复杂的运动。要模拟出这
些复杂的运动远不是古代的机械技术所能做到的。因此，应该认为它们只
是一种缀附在天球上而又随时可以用手加以移动的一种附加物。移动的目
的就是使日、月、五星在星空背景上的位置和真正的位置相适应。
张衡的瑞轮■荚更是一件前所未有的机械装置。所谓■荚是一种神话
中的植物。据说长在尧帝的居室阶下。随着新月的出现，1 天长1 个荚，
到满月时长到15 个荚。过了月圆之后，就一天掉1 个荚。这样，数一数■
荚的荚数就可以知道今天是在一个朔望月中的哪一天和这天的月相了。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。
遗憾的是关于张衡浑天仪中的动力和传动装置的具体情况史书没有留
下记载。张衡写的有关浑天仪的文章也只留存片断。这片断中也没有提及
动力和传动装置问题。近几十年来，人们曾运用现代机械科技知识对这个
装置作了一些探讨。最初，人们曾认为是由一个水轮带动一组齿轮系统构
成。但因有记载明言浑天仪是“以漏水转之，而又有记载明言这漏水又是
流入一把承水壶中以计量时间的。因此，就不能把这漏水再用来推动原动
水轮。所以，原动水轮加齿轮传动系统的方案近年来受到了怀疑。最近有
人提出了一种完全不同的设计。他们把漏壶中的浮子用绳索绕过天球极
轴，和一个平衡重锤相连。当漏壶受水时壶中水量增加，浮子上升，绳索
另一头的平衡锤下降。这时绳索牵动天球极轴，产生转动。此种结构比水
轮带动齿轮系的结构较为合理。因为（i）张衡时代的齿轮构造尚相当粗糙，
难以满足张衡浑天仪的精度要求。（ii）这个齿轮系必含有相当数量的齿
轮，而齿轮越多，带动齿轮旋转的动力就必须越大。漏壶细小缓慢的水流
量就越难以驱动这个系统。（iii）更关键的是前面已提到的漏壶流水无法既
推动仪器，又用于显示时刻。而浮子控制的绳索传动就可避开上述三大困
难。人们已就此设想做过小型的模拟实验。用一个直径为6。5厘米，高3。5
厘米的圆柱形浮子和一块27 克重的平衡重锤，就可通过绳索带动质量为
1040 克的旋转轴体作比较均匀的转动。其不均匀的跃动在一昼夜中不过数
次，且跃动范围多在2°以下，这种误差在古代的条件下是可以允许的。
因此，看来浮子… 平衡重锤… 绳索系统比原动水轮… 齿轮系统的合理性要
大一些。不过，张衡的仪器是个直径达1 米以上的铜制大物。目前的小型
实验尚不足以保证在张衡的仪器情况下也能成功，还有待更进一步的条件
极相近的模拟实验才能作出更可信的结论。
不管张衡的动力和传动系统的实情究竟如何，总之，他是用一个机械
系统来实现一种与自然界的天球旋转相同步的机械运动。这种作法本身在
中国是史无前例的。由此开始，我们诞生了一个制造水运仪象的传统，它
力图用机械运动来精确地反映天球的周日转动。而直到20 世纪下半叶原子
钟发明和采用之前，一切机械钟表都是以地球自转，亦即天球的周日转动
为基础的。所以，中国的水运仪象传统乃是后世机械钟表的肇始。诚然，
在公元前4 世纪到公元前1 世纪的希腊化时代，西方也出现过一种浮子升
降钟（anaphoric clock），它的结构和最近人们所设想的浮子… 平衡锤… 绳
索系统浑天仪相仿，不过其中所带动的不是一架天球仪，而是一块平面星
图。可是在随后的罗马时代和黑暗的中世纪，浮子升降钟的传统完全中断
而消失。所以，中国的水运仪象传统对后世机械钟表的发展具有极其重要
的意义。而这个传统的创始者张衡的功绩自然也是不可磨灭的。
从当时人的描述来看，张衡浑天仪能和自然界的
