張衡

張 衡

國 史 教 育 中 心 （ 香 港 ）

C E N T R E O F N A T I O N A L H I S T O R Y E D U C A T I O N ( H O N G

K O N G )

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聽 說 過 四 大 發 明 沒 有 ？ 張 衡 與 其 中 一 項 發 明 有 重 大 關 係 ， 它 是 ？ • A：造紙術

• B：指南車

• C：活字印刷術

• D：火藥

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張 衡 人 物 小 檔 案

• 姓名：張衡，字平子

• 祖籍：南陽郡西鄂縣人

• 出生年份：公元78年

• 所屬朝代：漢朝（東漢）

• 享年61歲（公元78-公元139）

• 職業：士大夫、天文學家、地理學家、數學家、科學家、發明家、文學家

• 學歷：曾獲選為「孝廉」

• 作品：《候風地動儀》，《漏水轉渾天儀》

• 與揚雄、班固、司馬相如並稱為漢賦四大家

司馬相如

揚雄

班固

張衡

回 到 剛 才 所 說 的 四 大 發 明

• 指南車，傳說中是由軒轅黃帝所創，亦有說法是周公所造

• 史書上最早記載，可考究的指南車創作者，是漢代的張衡

• (曹魏時期的馬鈞也被認為是指南車的鼻祖)

• 當然兩個作品均已失傳

• 說起失傳，不得不重申一次張衡這個大科學家

• 他造出了很多神乎其技的科學儀具

• 其原理即便以現代科技水平，在還原過程也遭遇了不少的困難

背 景 資 料

• 出生於南陽大族，即仕族世家

• 祖父張堪，官至蜀郡太守

• 年少時赴洛陽大學讀書，通曉五經

• 為人謙遜而勤奮好學，淡泊名利

• 曾受舉薦為「孝廉」，又獲外戚大將軍鄧騭徵召為官，均沒有接受

官 場 生 涯

公元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

公元111年，張衡被漢安帝徵召，出任尚書台郎中

公元114年，遷任尚書侍郎

公元115年，開始出任太史令

公元121年，調職公車司馬令

公元126年，復任太史令

公元133年，遷任侍中

公元136年，被宦官迫害，外調河間相

公元138年，升遷尚書

早 期 生 活

• 張衡自幼聰穎好學，年紀輕輕便結識了許多有才能的學者（如：馬融、竇章、王符等人）

• 二十多歲時，名氣已傳偏鄰里多次婉拒出仕的機會

• 他曾多次婉拒出仕的機會，後來推辭不過，到南陽郡太守那裏擔任幕僚的工作，負責起

草文書，期間他完成了：《同聲歌》、《定情賦》、《兩京賦》、《南都賦》

• 這些創作呈現出二千年前的時代精神和風貌，所用的辭藻豐富華麗，將漢代的辭賦推向

另一個高峰

• 後期的張衡有文學作品如《思玄賦》、《歸田賦》、《四愁詩》等等

太 史 令 — — 佔 了 張 衡 一 半 官 場 生 涯 的 官

• 張衡37歲時便開始出任太史令，前後共在任14年

• 太史令不但是個史官，更是個天文官

• 負責監測各種天文現象，保障人民的農業收成和日常生活等

• 太史令的工作：

➢記載史實，編寫史書，管理文化事宜（典籍、天文曆法、祭祀等）

➢觀察日月星辰，預測風雲雪雨（類似天文台）

• 官職不高，但對人民來說非常重要

張 衡 的 政 治 思 想

• 張衡推崇道家學說，他極力反對朝庭的貪污腐敗以及王公貴族的奢侈生活

• 曾多次上書皇帝，批評宦官專權，但他很快受到了權貴們的報復，被外調

為地方官

• 更多關於他的思想可參詳其晚年道家大作《思玄賦》

成 就 一 覽 表

• 首創水動「漏水轉渾天儀」

• 創造史上首個地震測量儀「候風地動儀」

• 發明了指南車

• 論證了「渾天說」，並正確解釋了月食現象

候風地動儀

• 為中國史上首個提出宇宙論的人

• 文理雙修，在漢辭上也有眾多知名作品（詳見後文）

漏水轉渾天儀

張 衡 的 成 就

從 文 學 看 張 衡

• 張衡是漢賦四大家之一，帶起了將漢賦由歌功頌德的辭賦發展為抒情小賦的潮流

• 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》描述了驪山一帶著名的溫泉

➢《二京賦》引用了不少五經句子，文句為何晏《景福殿賦》、左思《蜀都賦》

等後世辭賦襲用，文學價值頗高

• 他撰寫的《四愁詩》首次脫離了楚辭的句式，開創了七言古詩的體制

從 文 學 看 張 衡

• 張衡其中一項著名的文學作品就是《兩京賦》，與班固所寫的《兩都賦》以及後 來左思所寫的《三都賦》齊名，《兩京賦》結構嚴謹精密，被人認為是漢辭中的 精品

• 張衡大部分的文學作品均與道學挂鈎，例如他在另一部著名作品《思玄賦》中提

到：

➢慕古人之貞節；雖彌高而弗違；竦余身而順止兮，遵繩墨而不跌

• 自稱「佩夜光」；「綴江離」（不與小人同流合污，不奉迎權貴求功名）

張 衡 的 道 學 思 想

• 張衡在他早期的作品，《兩京賦》中的《東京賦》提到：

➢「為無為，事無事」；「尊節儉，尚素僕」

➢已大致顯露出張衡較推崇道家思想

• 後期作品「歸田賦」中更提到：

➢「遊都邑以永久，無明略以佐時。 徒臨川以羨魚，俟河清乎未期。」

➢表達了不願為榮辱所束縛，希望能超脫於世俗之外，返璞歸真的志向

從 科 學 看 張 衡

• 張衡在科學上的成就，尤其天文學及地理學方面，同時期無人能及，他不但是出

色的理論家，更是大發明家

• 在天文學上：

➢古代人對天與地之間的關係有三種說法

1：蓋天說 2：宣夜說 3：渾天說

天 與 地 的 關 係

• 天圓地方，而地是有 盡頭的，若走過了盡 頭就會掉到地面以下 • 而天則像一個球型天 幕般蓋在地的上面

• 宇宙是無限大的，天 空也沒有穹頂和盡頭 • 包括地球在內所有星 辰均漂浮在一種神秘 的氣體之中運動

• 天包圍了地，而星辰

則被夾在其中

• 日月星辰均有各自的 軌道，它們會沿着這 些軌道運行

張 衡 的 改 良 理 論

• 張衡是渾天說的支持者，他根據自己的見解及觀測所得，提出了改良版的

渾天說：

• 嶄新採用盤古開天地式說法，提出天是蛋殻，地是蛋黃，星辰是蛋白 • 強調浮力的存在，提出大陸浮於水上，天穹浮於氣體之上

理 論 方 面 的 成 就

• 他論證了行星運動之間有快慢的差別，在沒有任何望遠鏡和精密儀具的幫助下，

發現了各星辰離地球的距離有遠近之分

• 他又重申了宇宙無限大的理論：

➢空間無邊界，時間無起點

➢這理論與現代宇宙演化學說吻合

• 他更發現並解釋了月球並不會燃燒卻會發光的原理。同時，他根據以上推測解釋

了月的食成因

更 多 理 論 方 面 的 成 就

• 論證了「星墜至地則石也」的可能性，科學性地解釋了墜石的原理

• 對宇宙的形成提出假設：分「溟滓」，「龐鴻」，「太元」三個階段

• 雖然不甚準確，但他開創了以理論出發計算數字的先河

• 嘗試計算㘣周率，推斷圓周率是十的平方根，約等於3.1623

• 利用立圓術推測出的圓周率對數學界仍有一定的貢獻

更 多 理 論 方 面 的 成 就

• 他在擔任太史令期間完成了《靈憲》，《渾天儀注》等著作，闡述宇宙演化等理

論

➢《靈憲》指出了日食月食的原理，科學性地解釋了這些天文現象

• 對當時能觀測到的星座進行了統計與整合，總結了124個星座

• 區分了「亮星」和「微星」（不太亮的星星）

• 推算出太陽與月亮的角直徑為1/736周天，即29’24”

天 文 學 的 權 威

• 張衡主張「渾天說」，為了使「渾天說」的理論被廣泛接受，他花了不少時間研

究及論證部分天文理論

• 他改進了西漢天文學家耿壽昌所創的天文儀器「渾象」，製成全新的天文儀器，

該儀器以水力推動，加上其特色吻合「渾天說」的理論

• 張衡為其命名為

渾 天 儀 知 識 站

• 漢代經濟繁榮，在經濟和文化方面均實力鼎盛，為了保障國民的農業收成，漢朝

特設天文學部門負責歷法和氣象預測，名為「靈台」

➢坐落於現今河南省洛陽市漢魏古城南郊

➢有四十多名官員，部門主管的官職名稱是靈台丞

➢主要工作內容：

◆候風；候日；候氣；候星

⚫這個部門全面隸屬太史令

渾 天 儀 知 識 站

• 太史令擁有管轄漢朝最大規模天文部門——靈台的權限

• 張衡乘職務之便，提出了建造「渾天儀」的計劃，原意是用來演示、觀測星象運

行的規律

• 渾天儀動工時間未明，竣工時間是公元117年

➢該儀器以水流衝擊產生動力，推動龐大的儀器運作

➢由於張衡的主要目的是推廣渾天說，這個儀器便以「漏水轉渾天儀」來命名

➢後世的天文儀器均以渾天儀為先驅，均以其為改良原型

渾 天 儀 知 識 站

• 「渾天儀」＝「渾儀」＋「渾象」

➢「渾儀」：測量天體球面座標

➢「渾象」：演示天象的儀表

• 渾天儀不久後於東漢末年的戰火中失傳

• 南京紫金山天文台藏有一個復原品，供人參觀

• 附件：瑞輪蓂莢（機械日曆），傳聞它是渾天儀

上的一個配件

瑞輪蓂莢構想圖

地 理 學 大 師

• 張衡兩大最知名的發明之一 ──「候風地動儀」

• 與渾天儀不一樣，真正的候風地動儀已徹底失傳

• 後世的科學家們，在嘗試復原地動儀的過程中多

次碰壁

• 關於候風地動儀的歷史資料記載只有兩項：

➢一個是它曾經存在的官方證明，以及受到朝廷

認證的作用（能測出地震的記載）

➢另一個則是《漢書》裏對它僅有短短二百字左

右的描述

候 風 地 動 儀

• 候風地動儀並不是憑空捏造出來的高科技產物，它獲得了權威的認證

• 根據史書記載，公元134年12月13日，位處洛陽的候風地動儀朝向西方的龍嘴放 出了銅丸，指示西部地區發生地震。官員立即上奏皇帝，然當日京城並無疑常， 地動儀遭眾臣誹議。

• 三日後，六百里快馬來報，洛陽以西的隴西地區（甘肅南）發生大地震，眾人乃

信服

地 動 儀 圖 片

地 動 儀 知 識 站

• 地動儀是世上第一個驗震器，同時是有 歷史紀載以來最早，最準確測量地震的 儀器

• 其於約公元200年時在戰火中失傳

• 從此，後人僅能從《後漢書——張衡傳》

中對其只有196字的描述中描斷其模樣及 原理

地 動 儀 知 識 站

• 地動儀以青銅鑄成。圓徑八尺，合蓋隆起，形似酒尊，上飾篆文、山龜、鳥獸之形。 在八個主要方位上各有一口含銅球的龍頭。龍頭的正下方，各有一仰頭張口的青銅 蟾蜍，對準龍頭。當某一方向傳來地震時，此方向的一個火龍吐珠，正落入蟾蜍口 中，發出巨響，報告發生地震，其他七隻龍頭不為所動。根據口含銅珠的蟾蜍的方 位，可知地震發生的方向。

標字

子

艮

卯

巽

午

坤

酉

乾

方向

正北

東北

正東

東南

正南

西南

正西

西北

度數

0度

45度

90度

135度 180度 225度 270度 315度

候 風 地 動 儀

• 根據候風地動儀的全名，有人推這部儀器並不只是測量地震那麼簡單

• 有人認為候風地動儀是「風向儀」和「地動儀」的合體版

• 所謂的「候風」，是指測定風的變化。故認為地震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，透過測量氣的變 化可推測出有沒有地震發生。

• 有言候風地動儀可能一度流傳到隋代，也有記載北朝信都芳、隋代臨孝恭研究過

的事跡，但唐代之後則再無任何記載

地 動 儀 到 底 是 怎 麼 測 量 地 震 的 ？

• 這個問題正正是後世科學家最頭痛的問題，他們唯一的依據就是《後漢書》中那

196字描述

• 1951年，中國考古學家王振鐸嘗試對地動儀進行復原工程

• 他根據記載製作了一個模型，從外形看來，基本符合史述

• 這個模型一度被帶到世界各地進行展覽，然而它徒具空殻，並不具備任何測量功

能

地 動 儀 的 原 理

• 王振鐸所制造的地動儀，方法是把一根

銅柱立在裝置正中央

• 當有地震發生時，銅柱會向震源方向傾

側，觸發該方向的機關

• 機關被觸發後，處於該方位的龍嘴就會

打開並放出銅珠

• 銅珠落入設於正下方的蟾蜍口中後會發

生巨響，警告觀測者有地震發生

失 敗 得 很 徹 底 的 地 動 儀

• 可是，這個「地動儀」的設計錯漏百出

• 如果一般人在附近走動，引起震動，會讓地動儀以為發生「地震」而發出警報

• 為了解決此問題而把銅柱的敏感度降低後，卻又發現它無法區分真正的地震

• 當年唐山大地震把大山都震崩塌時，它依舊一動不動

復 原 工 程 的 突 破

• 2002年，中國地震局地球物理研究所研究員馮銳偶然得到啟發

• 他根據「懸垂擺原理」嘗試對地動儀再次進行復原工程

• 中國地震局及國家博物館派出專家組成「地動儀復原課題研究小組」，支援馮銳

• 小組成員根據《後漢書•張衡傳》中其中一句：中有都柱，傍行八道，施關發機

• 加上對漢代酒樽的參考分析後，成功製作出全新的地動儀成品，具備實際功用

新 復 原 本 的 原 理

• 研究人員從「懸垂擺原理」入手

• 新近復原的候風地動儀採用圓柱體直桶腰

• 當地震波來臨時，垂擺釋出銅珠，銅珠滾

下後觸發機關，其後原理維持一致

• 「懸垂擺原理」能夠避免地震儀受人類走

動等行為所影響

後 世 對 張 衡 的 紀 念

• 1970年，國際天文聯合會用張衡的名字為一座月球環形山命名

• 1977年，紫金山天文台把小行星1802命名為「張衡星」，為第一個以中國人命名

的小行星

• 2002年，中國天文學會設立「張衡特殊貢獻獎」，獎勵天文學的傑出人仕

• 現今深圳市龍崗區坂田街道華為基地有一條以張衡命名的街道——張衡路

• 2018年2月2日，中華人民共和國的一顆人造地球衛星，亦是中國首顆電磁監測試

驗衛星，成功發射升空，其名為「張衡一號」

對 張 衡 的 評 價

• 東漢文學家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」

• 19世紀末，西方地震學家約翰·米爾恩參考張衡的設計，製

造了首個現代地震儀

• 1924年，中國歷史學家張蔭麟稱讚張衡為中國「第一位大

科學家」

• 學者認為張衡在天文學上的成就可與西方幾乎同時代的克勞

狄烏斯•托勒密相媲美

• 克勞狄烏斯•托勒密是羅馬帝國時期頂尖數學家、天文學家、 地理學家、占星家，是「天動說」（又名地心說）的首位倡 議者

克勞狄烏斯•托勒密

• 著名中國科學史學家李約瑟指出，中國在天 文學儀器方面有不少地方處於領先地位，張 衡製作的「渾天儀」更是近代天文儀器的先 驅

• 他又指出張衡的「地動儀」不但能探測震源

方向，更能測量震動強度

• 他更這樣寫道：「奇怪的是，張衡採用的原 理竟比18世紀的地震儀更像現代的。」

總 結

• 他是中國史上著名的天文學家

• 他涉獵廣泛，在文學、天文學、數學等領域均有所成就

• 他製造的「渾天儀」和「地動儀」對後世影響極深

• 大部分的學者均承認他是世界天文學的先驅

• 中國的第一個小行星及地球人造衛星均以他的名字命名

• 他就是中國科技史裏所處年代最早之一，成就非凡的漢代科學家

～ ～ 完 ～ ～

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