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中國天文學(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)。宣夜說認(rèn)為天無定形，日月星辰“自然浮生虛空之中”，并不附著于“天體”之上。渾天說認(rèn)為天如蛋殼，地如蛋黃，天地乘氣而立，載水而行。

宣夜說后來不幸失傳了，蓋天、渾天兩說并行，競(jìng)相爭(zhēng)鳴，比較科學(xué)的渾天說漸占上風(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”，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。渾天儀主體是幾層均可運(yùn)轉(zhuǎn)的圓圈，外層周長一丈四尺六寸。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。

張衡制成青銅渾天儀后，把它安裝在一間密室里，用流水的力量使它轉(zhuǎn)動(dòng)。然后，讓一個(gè)管理人關(guān)閉在室內(nèi)，高聲向站在觀象臺(tái)上的觀察者報(bào)告說：渾儀上哪一顆星正在升起，哪一顆星正在達(dá)到天頂，哪一顆正在落下去。一切都準(zhǔn)確地同天象相符。

在渾天儀和滴漏壺之外，張衡還創(chuàng)造了一種機(jī)械日歷，叫做“瑞輪冥莢”?！稌x書·天文志》記載：“至順帝時(shí)張衡又制渾象……，以漏水轉(zhuǎn)之于殿上室內(nèi)。星中出沒，與天相應(yīng)。因其關(guān)戾，又轉(zhuǎn)瑞輪冥莢于階下，隋月虛盈，依歷開落?！壁?莢是傳說中的一種樹，每天生一個(gè)莢，生到5個(gè)以后，又每天掉一個(gè)莢，掉完以后再重新生長。受此啟發(fā)，張衡創(chuàng)造了瑞輪冥莢，其內(nèi)裝有機(jī)關(guān)，在一個(gè)立軸上裝上十五個(gè)具有凸輪作用的撥板，使它們依次分別作用十五個(gè)冥莢，各按著應(yīng)有的時(shí)刻升起和降落。然后把瑞輪冥莢放在渾天儀殿房外面階臺(tái)旁邊。接聯(lián)到滴漏壺上去，也是利用漏水轉(zhuǎn)動(dòng)和渾天儀聯(lián)動(dòng)。它從每月初一起，每天轉(zhuǎn)出一片木葉，到15日共轉(zhuǎn)出15片，然后每天再轉(zhuǎn)入一片，依次減少，到月落為止。因?yàn)殛帤v是和月亮的運(yùn)行配合的，所以這種儀器不僅可以表示出日期，它還可以表示出月亮圓缺的增減情形，也就是按照陰歷中的朔日、上弦、望日、下弦、晦日等順序，一次又一次地循環(huán)旋轉(zhuǎn)開合著，使人們從瑞輪冥莢上可獲得類似活動(dòng)日歷的效用。

隴西位于今甘肅省西南部，離洛陽很遠(yuǎn)。張衡怎么會(huì)知道那里發(fā)生了呢？原來，在張衡生活的年代，十分頻繁。光是從公元96年到公元125年這30年間，就有23年發(fā)生過，有好幾次就發(fā)生在洛陽附近。正因?yàn)檫@樣，引起了張衡的注意。 張衡經(jīng)過多年的摸索，在公元132年制成了世界上架測(cè)定的儀器，叫作“地動(dòng)儀”。地動(dòng)儀是銅做的，直徑約3米，樣子像酒壇。在這個(gè)“酒壇”的外壁上，倒掛著8條龍。每條龍的嘴里都含有一個(gè)銅球。每條龍下面，蹲著一只銅蛤蟆。蛤蟆仰著頭，張大嘴巴。8條龍的龍頭，分別朝著東、南、西、北、東南、西南、西北、東北。哪個(gè)方向發(fā)生，哪個(gè)方向的龍嘴里的銅球就震落下來，正好落在正對(duì)著它的銅蛤蟆嘴里，發(fā)出“當(dāng)啷”一聲。