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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，競相爭鳴，比較科學(xué)的渾天說漸占上風(fēng)。同時，觀測天象的儀器也不斷出現(xiàn)，如武帝時洛下閎制造了渾天儀，宣帝時耿壽昌又造了渾天儀，和帝時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。儀上附著兩個漏壺，壺底有孔，滴水推動圓圈，圓圈按著刻度慢慢轉(zhuǎn)動。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大殿的密室之中。夜里，室內(nèi)人員把某時某刻出現(xiàn)的天象及時報(bào)告給靈臺上的觀天人員，結(jié)果是儀器上、天上所現(xiàn)完全相符。

銅儀的兩側(cè)附有玉虬（龍）各一，吐水入壺，左為夜，右為晝。壺上分別立著金銅仙人和胥徒，“皆以左手抱箭，右手指刻，以別天時早晚”。更有妙者：臺階下還有內(nèi)裝機(jī)關(guān)與兩壺相聯(lián)的瑞輪、莢，靠著滴水的推動，依照月亮出入圓缺的變化，不停地旋轉(zhuǎn)開合，表示著朔、望、弦、晦等日期，有如活動日歷一般，可見這件渾天儀及其附器，與近世的假天儀有許多相似之處。在此儀誕生的前一年，張衡先用竹篾制成一個模型，名曰“小渾”，進(jìn)行了一系列的試驗(yàn)和校正，然后才鑄作大儀。渾天儀是張衡血汗的結(jié)晶。他接著寫了《渾天儀圖注》和《漏水轉(zhuǎn)渾天儀注》兩本說明書，又撰成《靈憲》一部，繪制《靈憲圖》一份

張衡制造的渾天儀是依據(jù)渾天原理而制成。

其形狀是個球形的東西，相當(dāng)于現(xiàn)在的天球儀。渾天儀分做內(nèi)外幾層，每層都可以轉(zhuǎn)動，中間有個鐵軸貫穿球心，軸的方向就是地球自轉(zhuǎn)的方向，軸和球體的接觸有兩個交點(diǎn)，即天球上的北極和南極。球的一半隱沒在地平圈的下面，另一半顯露在地平圈上面。

在球的表面排列有二十八宿和其它恒星，球面上還有黃道圈和赤道圈，二者成24度夾角，分列有二十四節(jié)氣。球體外面有兩個圓圈，一個是地平圈，一個是子午圈，外圈圓周長為一丈四尺六寸一分。天軸支架在子午圈上，和地平斜交成3