“试客巢”科普YUE读
“寻梦苍穹”系列第一期
张衡与浑天仪
前言：
人类探索星空的脚步从未停歇。好奇心驱使着人类一次次仰望星空，一步步接近宇宙和科学的奥义，探查未知世界的秘密，思索人类的未来。
宇宙构造究竟是怎么样的？中国可以说是天文学发展最早的国家。东汉时代，在这方面有三个主要派别，各代表一种学说，即：盖天说、浑天说和宣夜说。用今天的观点来看，这三种学说都不正确。当时，浑天说有其进步意义，而张衡（公元78—139年）是浑天说的杰出代表。
01
张衡的天文学思想
张衡，字平子，南阳郡西鄂县人，中国东汉天文学家，文学家。他善于器械制造技巧，在天文、气象和历法的推算等方向也很用心。汉安帝常听说他擅长术数方面的学问，命人特地征召他，先任命他为郎中，两次迁升后为太史令。在任职期间，他撰成《浑天仪图说》和《灵宪》，并绘制成《灵宪图》（中国最早的一张星体分布图），把中国古代的天文学思想向前大大推进了一步。
《浑天仪图注》指出“地如蛋黄，天大地小，天地各乘气而立，载水而浮”，“浑天如鸡子，天体圆如蛋丸，地如鸡中黄，孤居于内。天大而地小，天表里有水，天之包地，犹壳之裹黄。” 浑天说把天比做鸡蛋壳，把地比做蛋黄。认为蛋壳之外的宇宙是无限的，在天地未分之前，混混沌沌，既分之后轻者上升为天，重者凝结为地。
张衡像
02
张衡的浑天仪
在洛阳城东，今偃师市佃庄乡岗上村与大郊寨之间，有一座巨大的夯土台，这就是东汉灵台遗址。灵台是东汉最大的天文台，建于光武帝中元元年，距今已有近两千年。东汉科学家曾长期在这里进行天象观测和天文研究，当年张衡发明设计的浑天仪就放在这里。
浑天仪，又称“浑象”，是古代根据浑天说用来演示天体在天球上视运动的仪器，相当于现在的天球仪。虽然名称相似，但是与浑仪并不相同（浑仪是用以协助天文观测，测量天体球面坐标的仪器，它模仿了肉眼所见的天球形状，另有中空的窥管，功能相当于望远镜，只是没有镜片）。
现今复刻的浑仪
浑天仪的运行原理
张衡在西汉耿寿昌发明的基础上，根据自己的浑天说创制了浑天仪。浑天仪的主体是一个球体模型代表天球。球里面有一根铁轴贯穿球心，轴的方向就是天球的方向，也是地球自转轴的方向。轴和球有两个交点，一个是北极(北天极)，一个是南极(南天极)。
北极高出地平面成36度角，这正是当时东汉首都洛阳的地理纬度。在球的外表面上刻有二十八星宿和其它恒星。在球面上还有地平圈和子午圈，天球半露在地平圈之上，半隐在地平圈之上。另外还有黄道圈和赤道圈，互成24度的交角。在赤道和黄道上，各列有二十四节气，并从冬至点起，刻分成三百六十五又四分之一度，每度又分四格，太阳每天在黄道上移动一度。
张衡的浑天仪，几乎嚢括了当时所有先进的天文学知识，人们可以从浑天仪上面观察到日月星辰运行的现象。那么，张衡使用什么方法，能使浑天仪自行运转的呢？为此张衡又设计了一组滴漏壶。它用一个特制盛水的器皿，下面开个小孔，水一滴一滴流到刻有时刻记号的壶里，人们只要看到壶里水的深浅，就可以知道是什么时刻。张衡釆用齿轮系将浑天仪和计时用的漏壶连接起来，利用漏壶的流水产生力量，推动齿轮，从而带动浑天仪运转。张衡巧妙地、恰当地选择了齿轮的数目和齿数，因而他设计的浑天仪每运转一周，就表示一昼一夜，从而将一天的天象变化演示出来。
现今复刻的浑像仪
利用浑天仪，张衡对于一些具体的天文现象作了细致的观测和分析，并得出了正确的结论。他指出月球本身不发光，是由于反射太阳光而发亮。在这个基础上，他掌握了月食的原理，并作了详细而正确的阐述。他还测得太阳和月球的角直径是周天的1/736,即约29"24〃。现在釆用的太阳和月球的平均角直径值，分别是31，59〃和31，5〃，张衡的测量值分别是现今值的92%和95%,可以说是相当精确了。
03
浑天仪的后续发展
张衡的浑天仪，虽有明确记载，但并没有留传下来，因此它复杂精密传动系统，至今只能猜测。在张衡创制浑天仪以后，历朝历代都有人改进、完善它，如三国时期的王蕃、葛衡，南朝的钱乐之、陶宏景，隋唐的耿询、僧一行、梁令瓒等。到了宋代，天文学家苏颂集众家之长，于元祐七年（1092)制成最宏伟、最复杂、最精密的“水运浑天”——。它包括浑仪、浑象、报时三部分，可以说是近代天文台的雏形。
水运浑天
04
纪念张衡
因为令人瞩目的成就，张衡受到了全世界的仰慕与敬重，为了纪念这位伟大的科学家，月球背面有一座环形山，就是以张衡的名字命名的。环形山的月面坐标是：东经112°，北纬19°。以他名字命名的天体，则有我国紫金山天文台于1964年10月发现的一颗小行星，它的国际编号是1802号。在南京青奥会幕式中，也曾利用浑天仪形态的点火装置引燃圣火。我国首颗高精度地球物理场探测卫星也被命名为“张衡一号”，于2月2日15时51分在酒泉卫星发射中心用长征二号丁运载火箭成功发射至预定轨道。
“张衡一号”发射升空
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