凝聚张衡心血的浑天仪

来源:网络转载    作者:未知    更新于:2021-03-29 09:35:40

凝聚张衡心血的浑天仪

张衡是我国东汉时期的著名科学家。他改制浑天仪,创制候风仪、地动仪,不仅是伟大的天文学家、机械制造家,而且是才华横溢的文学家和唯物主义思想家。

这位文化巨人刻苦成才的历程和杰出的贡献,千百年来一直受到世人敬仰。其中,浑天仪更是巧夺天工,能够成功地演示天象情况。

公元111年,汉安帝下诏,让中央和地方大臣举荐一名有道德、有才能的人到京城里做官,当时任大司农的鲍德便举荐了张衡。

汉安帝对张衡的才学也早有所闻,于是“公车特征”,把张衡接到京城洛阳,拜为“郎中”。而这个官位并不费力,因此,张衡在公事之余便开始研究《太玄经》等天文学,探讨天地的结构。

天地究竟是怎样的呢?当时有两种解释,一是盖天说,一是浑天说。盖天说是一种很古老的学说,认为天是圆的,地是方的,天就像一口大锅,把地扣在里面。

后来为了合理地解释日月星辰的出没等天象,人们又把“天圆地方”说做了几次修正,制造出一套“七衡六间”令人难以捉摸的理论,但天盖在地上的基本认识并没有改变。

浑天说是一种新兴的学说,据说是西汉时期的天文学家落下闳提出来的,主张天包着地,天一半在地上,一半在地下。这种学说解释天象比盖天说方便。

比如晚上为什么看不见太阳?利用浑天说就能做出圆满的解释。但有时也会使浑天说陷入难堪的境地,如太阳和月亮是怎样转入地下的呢?浑天说就解释不通了。再加上盖天说比较符合人们的直观感觉,所以在浑、盖之争中,盖天说往往占上风。

张衡在前人研究的基础上详细研究了这两种学说,最后认为浑天说比较合理。他对浑天说加以修正发挥,使浑天说成了当时最圆满的一种天体结构学说。

汉安帝听说张衡在天文上有高深的造诣,便于公元115年,任命张衡为太史令。

张衡接任太史令以后,立即来到坐落在洛阳平昌门南的灵台,即为当时的天文台。这座灵台是公元56年建造的,高9丈,周围20丈,占地达4400平方米,有12个门,上下两层平台,平台间有坡道相连,气势雄伟壮观。这里的总领导者是灵台丞,属太史令管辖。下面有候气的、候风的、候星的、候日的等40多人,机构庞大,分工细密。

很快,张衡就发现,灵台的建筑虽然雄伟,但观天象的仪器却很陈旧,年久失修,不堪应用。他决定重新修造,特别是浑天仪,这是形象地体现浑天学说的一种重要的天文仪器,更应该好好地加以修改研制。

“浑天仪”,类似于现在的天球仪,用精铜铸成,主体是一个球体,代表天球。球体可以绕天轴转动。天轴和球面有两个交点,一个是北天极,一个是南天极,在球的表面上列有28星宿和其他恒星。

球面上还有天球赤道圈和黄道圈,二者成24度夹角,分列有24节气。球体外面有两圆环,一个是地平圈,一个是子午圈。天轴支架在子午圈上,和地平圈斜交成36度角,这也是浑天仪坐落处洛阳地区的北极仰角及地理纬度。

历史上记载制造浑象最早的是公元前73至公元前49年的耿寿昌,至于他造的浑象是什么样子,史书上没有留下任何记载。大概只是一个刻满星辰的大圆球,用人力转动圆球,就可以演示不同的天象。

张衡就在耿寿昌的基础上开始了辛勤地研究制造新浑天仪的工作。他花了一年的时间,先做模型进行试验。模型是用竹子做的。他把竹子劈开,刮削成簿簿的竹篾,在竹篾上刻上度数,然后弯成圆环,用细针穿连起来,这样,一个简易的浑象模型就造成了。

张衡把这个模型叫做“小浑”。他利用这个模型对照着天象,不断试验,不断调整模型的构造和竹篾上的刻度,直到完全满意了,才叫人用精铜铸成正式仪器。

仪器制成了,为了使仪器自动运转,张衡叫人铸造了两把铜壶,壶底开孔,又巧妙地利用齿轮系统跟浑象联系起来。铜壶里注满水,水从壶底孔里流出,推动齿轮转动,转动的齿轮又带动浑象绕轴转动。

张衡前后花了一两年的时间,到公元117年,一架用水力推动,可以自行运转的浑天仪终于诞生了!他的浑天仪惊动了京都的学者,他们纷纷来到太史令官邸,争先恐后地参观张衡的杰作。

浑天仪在制造房里放着,学者们一走进制造房,就会看到在房子正中有一个直径足有四尺多的大铜球,放在一个精制的架子上,钢球上铸着二十八宿中外星官,闪光耀眼。铜球外面还有几道铜囵,加上复杂的漏水转动装置,气势磅礴,令人赞叹不已。铜球在漏壶的推动下缓缓地转动着。

学者们对浑天仪这巧妙的构造很是惊奇,但对其是否能准确地演示天象表示怀疑。有一位学者问张衡:“张太史,能否让它演示一下?”

张衡说:“我正想请各位大人鉴定一下仪器是否精确呢?天黑以后,可以把门窗关严,让屋里的人看不到外边的星空。你们可以分成两组,一组在屋里看着仪器,不断向外面报告仪器上所表示的天象情况,一组在屋外观察星空,看是否和屋里仪器上的情况相符。”

学者们很高兴,按照张衡的部署很快安排停当。入夜,晴朗的夜空繁星点点。不一会儿,屋里的人报告说:“月亮正在升起。”

屋外的人也看到东南方向升起一弯明月。接着屋里的人又不断报告:某星已升起,某星已到中天,某星转入地下……,皆与屋外人看到的实际天象相合。

试验完毕,屋内外的人一起把张衡围了起来,纷纷向他祝贺,称赞道:“这真是巧夺天工的伟大发明啊!”

张衡确实是自动机械的先驱和天才,浑天仪和地震仪中的理论和技术含量都十分丰富,只这些理论和技术就足以让后代受益无穷。张衡的创造性发明是实用的典范。从实用的目的出发,直接达到实用的结果,这足以说明中国人在应用技术方面的天才。

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