人文南阳

　　据《晋书·天文志上》载:“至顺帝时，张衡又制作浑象，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，星中、出、没与天相应，因其关戾，又转瑞轮蓂荚于阶下，随月虚盈，依历开落。”这是关于张衡所制水运浑象的真切记录，其制作时间当在汉顺帝之时。张衡在第一次太史令任内（汉安帝时）铸造浑天仪在先，于第二次太史令任内（汉顺帝时）又制作水运浑象在后，它们是两部不同的仪器，当然后者又是在前者的基础上发展而来的。

　　从上述记载看，张衡水运浑象所包含的内容是相当丰富的。在球面上画有南北极和二十八宿中外星官、赤道、黄道和其上的二十四节气，至于日、月、五星当不是画在球面上的，而应是居于另设的圆环上，由“星中、出、没与天相应”句，可知水运浑象还设有子午环和地平环，因为无此二环，便很难言星中或星的出没了。可见，日、月五星环和子午环、地平环的设置应是张衡的发明创造。当然水运浑象的更重要的创造性，是浑象以漏水为动力的自动运转机制和自动启落的机械日历的机制，因为它们是后世得到进一步发展的机械天文钟的鼻祖。可惜其内部传动机构如何，因无史料可稽，不得其详。但它所采用的漏壶的形制，则有如下记述:

　　 “以铜为器，再叠差置，实以清水，下各开孔，以玉虬吐漏水入两壶，左为夜，右为昼”，又“铸金铜仙人，居左壶；为胥徒，居右壶”，皆以“左手抱箭，右手指刻，以别天时早晚”（《初学记》卷25），这是张衡对漏壶进行重大改进的重要记载。

　　从现有资料看，在张衡以前的漏壶，均为单壶泄水型漏壶，这种漏壶在单位时间内流出的水量是不均匀的，在进行时间的量度时，是依靠相应的不均匀刻划的漏箭来实现的。由于水运浑象必须均匀地旋转，对于漏水的流量，则要求在单位时间内有相同的流量，当时已有的单壶泄水型漏壶当然不能满足这一设计要求，所以需要设计新型的漏壶。上述记载所描绘的正是一种补偿式受水型新漏壶。其中“再叠差置”可以理解为至少有一个补偿壶，由于受水壶不断接受补偿壶的漏水，可大体上保持其水面的高度，从而初步满足受水壶的流水量保持均匀的条件。以这种漏水作为动力，自然能基本上保证水运浑象的均匀旋转。这种新漏壶的设计，在我国古代漏壶发展史上占十分重要的一页，它为后世具有多级补偿壶的补偿式漏壶的出现，开拓了道路。

　　二、候风地动仪的创造及其他

地动仪(模型)

　　在张衡生活的年代，较大的地震频频发生，于是对地震的观测与研究也成了张衡十分关注的问题，特别是他长期身居太史令，收集和记录地震的信息又是他的职责。经过苦心钻研，张衡于132年设计出了世界上第一架测定地震发生时间与方向的科学仪器——候风地动仪。

　　该仪“以精铜铸成，圆径八尺，合盖隆起，形似酒尊，饰以篆文、山、龟、鸟、兽之形。中有都柱，傍行八道，施关发机。外有八龙，首衔铜丸，下有蟾蜍，张口承之。其牙机巧制，皆隐在尊中，覆盖周密无际，如有地动，尊则振龙机发吐丸，而蟾蜍衔之。振声激扬，伺者因此觉知，虽一龙发机，而七首不动，寻其方向，乃知震之所在。”（《后汉书·张衡传》）

　　对这段文字，已有许多学者作过仔细的研究，其中又以王振铎先生的论证最为详尽。据研究，候风地动仪最主要的部件有二:一是竖立于仪体正中的“都柱”，它相当于一种倒立型的震摆。二是设在“都柱”周围和仪体相接连的八组杠杆机械（“八道”），它们分别置于东、西、南、北、东北、东南、西北、西南八个方向上，一旦发生较强的地震，仪体随之震动，而“都柱”由于本身的惯性和仪体发生相对的位移，失去平衡而触动“八道”中的一道，这一组杠杆机械便推动连接于仪体外部的龙口所衔的小铜珠，使之落入相应蟾蜍的口中，观测者便可据以得知地震发生的时间和方向。

　　 138年的一天，候风地动仪“一龙机发而地不觉动，京师学者咸怪其无证。后数日驿至，果地震陇西（今甘肃临洮）于是皆服其妙”（《后汉书·张衡传》）。

　　候风地动仪的设计、制作以及收到预期的效果，都是张衡在机械制造方面卓越才能的又一生动反映。欧洲最早的地震仪的出现，则在候风地动仪以后1600多年，这则表明中国古代在机械制造方面所处的领先地位。

　　其实，张衡 “善机巧”，还不单反映在浑象、水运浑象及候风地动仪的制作上，他还曾制造了许多奇巧器物，如记里鼓车、指南车和能够在空中展翅飞翔的木雕等等。

　　 126年，张衡第二次出任太史令时，曾作《应间》一赋，内中张衡拟一“有间余者”设问曰:“曾何贪于支离，而习其孤技邪?参轮可使自转，木雕犹能独飞，已重翅而还故栖，盍亦调其机而銛诸?”（《后汉书·张衡传》）即责问张衡:你曾醉心于学习先秦时期的巧匠支离益的技艺，能制作自动旋转的参轮和展翅高飞的木雕，今木雕已垂翅停于故处（暗指张衡复出又为太史令），为何不调节木雕内部的机关使其再振翅而飞呢?据史载:“张衡尝作木鸟，假以羽翮，腹中施机，能飞数里。”（《太平御览》卷752）这正与赋中所言的能独飞的木雕相吻合。至于能自转的参轮，南宋学者王应麟以为即记里鼓车，而梁代文学家和史学家沈约则指出:指南车“后汉张衡始复创造”（《宋书·礼志》）。

　　张衡不但是一位卓越的机械制造家，他在算术、地学以及绘画方面也深有造诣。张衡对于圆周率曾进行多方探索，先后得到π=√10=3.1622和π=730/232=3.1466等值。在刘徽《九章算术注》中，引有“张衡算”文，说是张衡对于球体体积的算法也曾作过研究。据唐代张彦远的《历代名画记》卷三称:“（张）衡尝作地形图，至唐犹存。”一幅地图又被视作名画，可见绘制技术之精到，说明张衡在地图的测绘上也是卓有成绩的。此外，张彦远还把张衡列为东汉六大画家之一，足证张衡在绘画领域也是一代名家。

　　张衡是当时一位全面发展的科学家，他在天文历法、仪器制造、地理、数学、文学和绘画等领域均有很高的造诣，是我国历史上非常罕见的人物。一方面，是那个时代造就了这样一位科学巨人；另一方面，又与他个人的素质和努力分不开。张衡好学不倦，“如川之逝，不舍昼夜”（崔瑗:《河间相张平子碑》）。他虚怀若谷，“虽才高于世而无骄尚之情”，他“不耻禄之不夥，而耻知之不博”，即不以追求金钱作为人生的目标，而以探索真知作为人生的最大乐趣，他 “约己博艺，无坚不钻”，即抱定向博大精深的知识领域不断开拓进取的决心，有一种坚忍不拔的攻坚精神。张衡曾自称:“捷径邪至，我不忍以投步”，这是他在探索新知的过程中，不存侥幸心理，不走邪门否定歪道，而是脚踏实地地工作，对于当时盛行的反科学的谶讳神学，张衡持反对态度，主张“收藏图谶，一禁绝之”。所有这些都是张衡能够攀上那个时代的科学高峰的内在因素。但是，张衡也不可避免地带有时代的局限性，他曾涉足于“卦侯、九宫、凤角”（以上均元《后汉书·张衡传》）之术，被后人称为“阴阳之宗”（《后汉书·方术列传》）。他的宇宙生成与演化的思想也带有不少客观唯心主义性质，这也给后人带来不好的影响。