張衡，字平子，南陽郡西鄂縣（今河南省南陽市南召縣南）人，東漢士大夫、天文學家、地理學家、數學家、科學家、發明家及文學家，官至太史令、侍中、尚書。張衡一生成就不凡，曾製作以水力推動的渾天儀、發明能夠探測震源方向的地動儀和指南車、發現日食及月食的原因、繪製記錄 2500 顆星體的星圖、計算圓周率準確至小數點後一個位、解釋和確立渾天說的宇宙論；在文學方面，他創作了《二京賦》及《歸田賦》等辭賦著作，拓展了漢賦的文體與題材，被列為「漢賦四大家」之一。他開創了七言古詩的詩歌體裁，對中華文化有巨大貢獻。 生平 張衡出身於南陽大族，祖父張堪是蜀郡太守。他少年時曾到雒陽太學讀書，通曉五經，好學不倦，不分日夜。張衡為人謙虛，意志堅定，淡泊名利。曾受舉薦「孝廉」，被大將軍外戚鄧騭徵召，但張衡都不接受。100 年，22 歲的張衡出任南陽郡太守鮑德的主簿，8 年後辭官讀書。鮑德升職為大司農後，熱心推薦張衡；111 年，張衡被漢安帝所召，出任尚書臺郎中，3 年後遷任尚書侍郎；115 年，37 歲的張衡開始出任太史令，121 年調職公車司馬令，126 年復任太史令。任職太史令期間，他製作了渾天儀與地動儀。張衡掌領太史令先後達 14 年之久，這個職位相當於現在中國科學院國家天文臺的臺長。張衡長期掌管歷史記載和曆法，沒有升官，被同僚所笑。他寫下《答難》來表明心志，不慕官位。他又曾上疏痛陳事弊，提出必須禁止大臣奢侈和僭越的主張。133 年雒陽大地震，張衡藉此上諫，批評宦官越權，主張大權歸還天子。同年張衡遷任侍中。因受當權宦官排斥，136 年外調河間相。在河間政績良好，138 年他升遷尚書，次年過世，享年 61 歲他的傳世著作有文集 11 卷，《靈憲》、《渾天儀》、《玄圖》各一卷及數學著作《算罔論》。 貢獻 天文學 thumbnailright 清代天球儀（又名渾天儀、渾象），用以表現恆星和星座位置，並能演示天體的週日運動。東漢張衡、三國王蕃、劉宋錢樂之都曾造過這種儀器。 張衡主張渾天說，認為天是球狀的，像個雞蛋，天相當於蛋殼，大地像蛋黃，天把大地包在當中，大地是平面的，周圍是水，大地浮在水上。他改進西漢耿壽昌的設計，製造了渾天儀，並著有《渾天儀》一卷加以解說。渾天儀一具安裝在室內，一具安裝在觀測臺「靈臺」之上。渾天儀以銅鑄造，是空心球體，直徑約五尺，上畫二十八宿、中外星官及黃道、赤道；天球半露在地平圈上，半隱在地平圈下，天軸則支架在子午圈上，天球可繞天軸自行轉動，與實際天球運動相一致，可預報天體運動情況；其外安裝了地平環、赤道環和子午環，內部設定四遊環。有學者認為，張衡的渾天儀上面裝置了可以眺望天體位置的望筒，兼具演示和觀測效用；也有學者認為，此渾天儀沒有望筒，只有演示作用，性質上是天球儀。渾天儀每日均勻地繞中軸旋轉一週，以滴水為原動力，與漏刻相連，水不斷定量而緩緩地流入刻漏的水斗中。水斗原是靜止不動的，當注水達到某個份量時，其重量就勝過渾天儀和齒輪的阻力，凸耳使齒輪轉動一齒，然後抵住下一齒而再次靜止下來，透過齒輪傳動而使渾天儀緩慢地旋轉。張衡所造渾天儀是個原型、早期的時鐘，在五胡亂華中毀壞；在西方，類似能自動旋轉的渾象在 16 世紀出現。 張衡在東方最早正確說明月蝕，指出月蝕是由於地球的影子「闇虛」遮掩了月亮而引起的，並測得日、月的視直徑約為 frac 36525 730 度，約等於 05 度，與現今測值相近。張衡繪製了星圖，記錄星官 124 個，星星有 2500 顆，其中 320 顆有名字，指出曆法制定必須根據實測結果，曾在 123 年參與曆法辯論，反對依據圖讖而制定的「甲寅曆」，根據月亮執行有遲疾的規律，以「九道法」為基礎提出新曆，但沒有被朝廷採納。他提出五星視運動的理論，認為就同一行星而言，其執行軌道與地面時而接近，時而遠離，「近天則遲，遠天則速」，解釋五星執行的或快或慢；運動緩慢的外行星火星、木星、土星，張衡歸類為陽，運動較快的內行星水星和金星，歸類為陰。張衡沒有認識到北極高度會隨地點而變化，定出北極高度是 36 度，他也沒有認識歲差，因冬至點難以觀測，只從西漢末年所測的舊數值換算，定出冬至點以黃道度量為入斗宿 20 度，較當時實際情況偏東超過 3 度；他並根據觀測，定出冬至黃道最遠時去極 115 度，夏至黃道去極 67 度，因受儀器所限，資料稍欠精確。 宇宙論 張衡雖然反對圖讖，但他的宇宙論卻受當時流行的讖緯影響。他撰有天文學著作《靈憲》，敘述宇宙生成論，觀點接近西漢《淮南子天文訓》。他提出宇宙形成的三個階段，首先是「溟滓」，是氣的原始狀態，什麼都沒有，是「無」的階段，道的根本；第二是「龐鴻」，是元氣開始發動、連結在一起、混沌不分的狀態；第三是「太元」，元氣分化，有剛柔清濁之分，天地各自形成，陰陽四時變化而生萬物。天圓地平，天是一個中空的球體，地是半球體，上平下圓，處於天體下半部。八極約長二億三萬二千三百里，南北少一千里，東西多一千里，天地距離和地的厚度，都等於八極的一半。他指出宇宙是無窮無極的，肯定時間與空間的無限性，提出以「氣」為基本的自然觀，人是元氣的聚合，如水之凝結為冰，人死是元氣消散，如冰塊融化為水，復歸於元氣，與自然成為一體。 數學 130 年前後，張衡完成推算圓周率。根據三國時劉徽《九章算術注》，張衡認為立方體及其內接球體積之比，是 85，由此推論圓周率是 10 的平方根：。南北朝祖𣈶《渾天論》則提到張衡提出的另一個數字：；有學者認為今本文獻有衍文，張衡的數字其實是較準確的，此說未被廣泛接受。張衡的圓周率數字其實頗為粗疏，受劉徽嚴詞批評，西漢末年劉歆指出圓周率為 31547，已比張衡更準確；但張衡的計算並非倚靠實測，而是從理論出發，從立圓術公式推求圓周率，仍有開創性的貢獻。張衡也曾研究球體體積，但沒有重大改進。 地理學 thumbnailright 候風地動儀的其中一款模型 132 年，張衡發明和製造了世上第一部驗震器「候風地動儀」，形狀像圓形的酒甕，斷面直徑八尺，其內中央置有一根很重的柱子，稱「都柱」，可以向八個方向傾側或傾擺；酒甕外部的八個方向各有一個龍頭，龍頭下各有一隻蟾蜍，張口對著龍頭，八條龍各口含銅丸一顆，當都柱向某一方傾側時，該方向的龍口張開，銅丸落下，掉入蟾蜍口中。地震發生時，只有震源方向上的龍頭張口，據此可知地震的方向。範曄《後漢書》記載，地動儀放在洛陽，134 年 12 月 13 日，隴西發生地震，當時洛陽並無震動，但一個龍口掉出銅丸，其後才傳來隴西地震的訊息，證實其探測地震方向的功效。而候風地動儀所謂的「候風」，是指測定風的變化，地震相信是因為陰陽兩氣相搏而形成，氣的變化會產生風；哪個地方有地震，哪個方向就有氣的變化，就有風來可以測到。候風地動儀流傳到隋代，北朝信都芳、隋代臨孝恭都研究過，到唐代失傳。 地動儀利用物體的慣性來測震，其構造學者有兩種看法，其一認為，都柱是個掛起的懸擺，又重又粗，都柱下有一小銅球，組成觸發機制，在地震波水平運動中，都柱移位，小銅球脫落，撞擊機關，又或都柱帶動八條向八個方位伸出去的臂，連線扛杆，當懸擺向某一方向擺動時，龍口就會張開。另一種觀點是，都柱是一種倒立的震擺，附有重錘，安裝在底座上，周圍有八組機械裝置，一旦地震，重錘傾側，都柱失去平衡，觸道機械裝置，使相應的龍口張開。現代中、日學者都嘗試復原地動儀，日本學者曾以直立震擺式的地動儀模型做實驗，証明地震初震很強的話，銅丸會因初到的縱波而落下，確定地震的方向；但其他地震學者卻指出，直立震擺的傾倒方向有隨機性，對震動反應遲鈍，沒有驗震作用，直立震擺底部所用的彈簧，也不可能是漢代技術水平的產物，而懸擺式的地動儀模型，在 2000 年代則透過中國地震學者用振動臺模擬地震狀態的試驗，得到中國學術界的認可。張衡地動儀比直至 19 世紀前期西方的水銀地震儀更先進，但亦有個別學者質疑《後漢書》中有關地動儀的記載，指出從現代地震學的觀點看，若單獨一個儀器，僅在一個地點進行測量，難以測定震源。 116 年，張衡繪製和呈獻地圖「地形圖」，流傳到唐代；李約瑟推測張衡曾運用計裡畫方的網格繪圖，但此說受其他學者質疑。 其他發明 渾天儀和候風地動儀以外，張衡發明瞭指南車、「自飛木雕」和機械日曆，並改良了漏刻的構造。指南車是雙輪馬車，內建齒輪裝置，即使行駛時多次轉向，車上人像亦永遠指向正南；張衡所造指南車在漢末戰亂中被毀。自飛木雕是一隻木鳥，有羽翼，腹內有機械，能飛起，張衡〈應間〉曾提到這隻能飛的木雕：「木雕猶能獨飛」。李約瑟推測自飛木雕以彈簧為動力，推動直升陀螺的螺旋槳。張衡在漏刻使用虹吸管（稱為「玉虯」），代替壺底的漏咀，並在貯水壺和受水壺之間加入一個補償壺，使計時更準確；受水壺蓋上鑄有個小塑像，左手持著可以上下浮動的垂直指示桿（「漏箭」），右手則指向指示桿上的刻度。機械日曆「瑞輪蓂莢」像渾天儀一樣，都是水力推動的，能顯示月相和朔望月的天數。有學者認為張衡也製造了風向儀，古書上「候風地動儀」其實是指風向儀和地動儀兩種儀器，這種風向儀是鳥狀的，能隨風轉動。 思想 政治上，張衡堅持批判現實，對宮廷政治的汙濁奸詐深感憂憤，反對王侯貴族的奢侈生活。他受道家思想影響，傾向老、莊，主張無為，有人生無常、遁隱厭世的思想，企圖超越世俗生活，其宇宙論也體現道家觀念，晩期作品〈思玄賦〉道家傾向更強。他繼承了西漢儒家董仲舒的災異、天人感應之說，認為星象變異和地震等災異，是上天對世人和朝廷的譴告，促使他製造更精密的儀器去認識宇宙和偵測地震，以察知天意；但他反對讖緯預言，曾上〈請禁絕圖讖疏〉，指出圖讖弄虛作假，為迎合當權者而偽造。他推崇西漢揚雄的《太玄》，認為「玄」是宇宙的根本原理，《太玄》一書深奧而難以理解。他相信天上有許多神、星神、四方神、天皇等等，不但天上有神，山林原野都有神靈，天體的組織，則與地上朝廷政府的組織相對應，月亮上有蟾蜍，由嫦娥所變，星星會影響人的命運。張衡熟悉「風角」之術，認為可透過觀風而知禍福，相信占卜，宇宙間有某種神秘力量，絕非所有事物都可用理性解釋。 文學 張衡是辭賦名家，將漢賦推向高峰，由歌功頌德的辭賦發展為抒情小賦，現存大致完整的作品有〈溫泉賦〉、〈南都賦〉、〈二京賦〉、〈思玄賦〉、〈歸田賦〉、〈髑髏賦〉、〈天象賦〉、〈應間〉、〈七辯〉九篇。〈溫泉賦〉描寫長安附近驪山著名的溫泉，屬早期作品；〈二京賦〉長達 7700 字，是模倣班固〈兩都賦〉的大賦，辭藻典雅瑰麗，誇張鋪陳，堪稱不朽佳作。〈西京賦〉假借憑虛公子之口，描寫長安地理形勢、漢高祖的定都、西都的豪華、宮殿的宏偉、城廓的寬大、市場的繁榮、商賈的欺詐、遊俠的作風、園林中的遊獵，〈東京賦〉則假借安處先生之口追溯歷史，從周、秦、兩漢各代帝王，贊頌漢高祖、漢文帝、漢武帝等，描寫雒陽形勝和漢室儀軌；二賦也描述宗教活動和民間風俗，如持守色戒的西域僧人、雜技歌舞等「百戲」表演、驅邪的大儺儀式，有其史料價值，可補正史的不足；〈西京賦〉即為南北朝《三輔黃圖》和北宋宋敏求《長安志》多次引用，以說明長安面貌。〈二京賦〉引用不少五經句子，文句為何晏〈景福殿賦〉、左思〈蜀都賦〉等後世辭賦襲用，並有東吳薛綜等人的注釋。〈南都賦〉則盛讚當時被朝廷忽略的南陽城，但形式較呆板笨拙，語言則較艱深晦澀。 張衡〈思玄賦〉是抒情表志的作品，發表自己的理想，模倣楚辭〈遠遊〉和班固的〈幽通賦〉，重覆屈原在〈遠遊〉中的尋求，先去東、南、北三方，登上蓬萊，在瀛州採芝，又去拜會西王母，上了仙宮「瓊宮」，盡享聲色之娛，然後回到故鄉。張衡深受楚辭影響，常引用楚地傳統的神話，〈思玄賦〉引用最多的就是楚辭。〈歸田賦〉開拓辭賦中田園歸隱的主題，表達其退隱之心，反對宦官當權，政治腐敗而自己無力拯救，有不願同流合汙之意，文中讚美民間的田園生活，山水景色使人心曠神怡，是漢賦中罕見的短篇，啟導陶淵明〈歸去來辭〉等後世抒發歸隱之情的作品，所寫自然風景歡樂和諧，也啟導王羲之〈蘭亭集序〉等後世文章，文中道家思想鮮明，則可說是後世玄言詩的先驅。〈髑髏賦〉以對話體擴充鋪陳《莊子至樂》篇中的寓言，賦中的髑髏就是莊子。有後人批評，張衡的辭賦缺乏獨創性，主要模倣前人著作，如〈二京賦〉模倣班固〈兩都賦〉，〈南都賦〉模倣揚雄〈蜀都賦〉，〈應間〉模倣東方朔〈答客難〉，〈七辯〉則模倣枚乘〈七發〉。 詩歌方面，張衡初次撰寫七言古詩〈四愁詩〉，脫離了楚歌的句式，接近純粹的七言詩，並為後世詩人模倣，如晉代傅玄撰有〈擬張衡四愁詩〉。張衡〈同聲歌〉則是新娘向新郎的傾訴，描寫新婚的優美，詩中提到房中術著作《素女經》的內容。 經學、史學、美術 張衡通曉經學，曾撰寫《周官訓詁》，但稍欠特色，失傳於世。他對漢朝歷史亦相當瞭解，有志於史學，擔任侍中時，曾請求到東觀專心撰寫東漢史書，但不獲批准；又曾上書指摘司馬遷《史記》和班固《漢書》兩書的錯失，提出漢朝史書應有的體例。張衡亦是個畫家，列為東漢六大畫家之一，唐代《歷代名畫記》曾記載他曾用腳趾畫怪獸這一傳説。 地位與紀念 張衡名列「漢賦四大家」之一，受尊崇為中國歷史上的大科學家。在東漢，崔瑗稱讚他能知天文地理，製作巧奪天工，「數術窮天地，製作侔造化，與神合契」，南陽人為他修建廟宇；三國時傅玄則惋惜他不在其位，工藝才華未能盡情發揮；他的地動儀和天文學成就都沒有傳人，天文學著作殘缺不全，科學貢獻漸被後人遺忘。有學者猜測，地動儀的原理在古代可能已輾轉傳到波斯和日本。19 世紀末，西方地震學家開始留意到張衡地動儀的開創性成就，有學者認為，米爾恩所造的首座現代地震儀，就是受地動儀啟發的。1920 年代，中國史家也注意到張衡的科學成就，1924 年，張蔭麟首先稱讚張衡為中國「第一位大科學家」，李約瑟特別推崇張衡，大部份現代中國學者亦稱張衡為偉大的科學家。學者認為張衡可與西方幾乎同時代的托勒密相媲美，但在數學、幾何學、科學方法和研究成果，張衡都不如托勒密。 南陽張衡墓地久已荒廢，偶有士人加以修葺，當地人亦不知墓主是誰；1956 年，南陽縣政府重建張衡墓園，建立張衡博物館，附有倣漢建築與石雕，1988 年定為國家級重點文物保護單位，館內展示張衡發明的地動儀、渾天儀、指南車等模型。為了紀念張衡，1970 年，國際天文學界用張衡名字為月球背面一座環形山命名；1971 年，以他來命名小行星 1802；中國天文學會設立「張衡特殊貢獻獎」，2002 年首次頒發；2003 年，小行星 9092 以張衡故鄉南陽命名；一種銅鋅合金的天然礦物亦以張衡命名，即張衡礦。此外，廣東深圳、上海浦東新區等地，均有以張衡命名的街道「張衡路」。 相關條目 渾天說、渾象、渾儀 地震儀、候風地動儀 指南車、瑞輪蓂莢 張衡一號 令和 註釋 參考文獻 延伸閱讀 蕭國鴻：Systematic Reconstruction Design of the Detecting Mechanism of Zheng Hengs Seismoscope，國立成功大學博士論文，2007 年。 外部連結 Heng Category 東漢太史令 Category 東漢侍中 Category 東漢天文學家 Category 漢朝數學家 Category 中國地理學家 Category 中國地圖製作者 Category 中國發明家 Category 東漢作家 Category 東漢詩人 Category 河南畫家 Category 東漢經學家 Category 河南科學家 Category 河南作家 Category1 世紀中國詩人