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中國(guó)天文學(xué)發(fā)展的歷史是悠久的。到漢代已有蓋天、宣夜和渾天等學(xué)派。蓋天說(shuō)認(rèn)為，天如蓋，蓋心是北極，天蓋左旋，日月星辰右轉(zhuǎn)。宣夜說(shuō)認(rèn)為天無(wú)定形，日月星辰“自然浮生虛空之中”，并不附著于“天體”之上。渾天說(shuō)認(rèn)為天如蛋殼，地如蛋黃，天地乘氣而立，載水而行。

宣夜說(shuō)后來(lái)不幸失傳了，蓋天、渾天兩說(shuō)并行，競(jìng)相爭(zhēng)鳴，比較科學(xué)的渾天說(shuō)漸占上風(fēng)。同時(shí)，觀測(cè)天象的儀器也不斷出現(xiàn)，如武帝時(shí)洛下閎制造了渾天儀，宣帝時(shí)耿壽昌又造了渾天儀，和帝時(shí)崔瑗的老師賈逵更制造了黃道銅儀。[1]

張衡繼承和發(fā)展了前人的成果。任太史令后，他更加勤奮地“研核陰陽(yáng)”，終于“妙盡璇璣之正”。元初四年（公元117年），一件成就的銅鑄渾天儀，被張衡造了出來(lái)。渾天儀主體是幾層均可運(yùn)轉(zhuǎn)的圓圈，外層周長(zhǎng)一丈四尺六寸。各層分別刻著內(nèi)、外規(guī)，南、北極、黃、赤道，二十四節(jié)氣，二十八列宿，還有“中”、“外”星辰和日、月、五緯等等天象。儀上附著兩個(gè)漏壺，壺底有孔，滴水推動(dòng)圓圈，圓圈按著刻度慢慢轉(zhuǎn)動(dòng)。于是乎各種天文現(xiàn)象便赫然展現(xiàn)在人們眼前。這件儀器被安放在靈臺(tái)大殿的密室之中。夜里，室內(nèi)人員把某時(shí)某刻出現(xiàn)的天象及時(shí)報(bào)告給靈臺(tái)上的觀天人員，結(jié)果是儀器上、天上所現(xiàn)完全相符。

龍嘴里吐出了銅球 公元138年，東漢京都洛陽(yáng)傳開(kāi)了驚人的消息： “發(fā)生啦！”“京都西面發(fā)生啦！” 這消息是從太史令（專管天文和工作）張衡那里傳出來(lái)的。 然而，在京都，誰(shuí)也沒(méi)覺(jué)察發(fā)生過(guò)。幾天過(guò)去了，誰(shuí)也沒(méi)聽(tīng)說(shuō)哪兒發(fā)生過(guò)。“張衡吹牛！”“張衡瞎說(shuō)！”京都議論紛紛。 正在這時(shí)，從洛陽(yáng)西面的隴西來(lái)人說(shuō)，那里前幾天發(fā)生了！這下子，人們既，又佩服。

司南和底盤(pán)都做好以后，便將司南 放在底盤(pán)上。用手輕輕一撥司南的柄，它便會(huì)旋轉(zhuǎn)起來(lái)，等到司南等下來(lái)時(shí)，它的長(zhǎng)柄就一定會(huì) 指向南方，勺子的口就會(huì)指向北方。

司南除了利用磁石的吸鐵性外，還利用了磁石的指極性。每塊磁石兩頭都成不同的磁極， 一頭指向S極，一頭指向N極。

 而地球也是一塊天然的大磁體，靠近北極的是S極，靠近南極的 是N極。因此，旋轉(zhuǎn)一個(gè)長(zhǎng)棒形的磁石，當(dāng)它停止下來(lái)時(shí)，總是一端指向南方，另一端指向北方^

司南制成以后，給人民的生產(chǎn)生活帶來(lái)了方便。戰(zhàn)國(guó)時(shí)期韓國(guó)國(guó)王就用司南來(lái)確定方向。 鄭國(guó)人到深山中去采玉，也在車子上裝上司南，幫助自己不迷路。