张衡研制两“仪”
张衡（78—139），字平子，河南南阳郡西鄂县石桥镇人（今河南省南阳县城北五十里）。石桥镇西南有个鄂城寺，鄂城寺东边相传就是张衡的旧宅所在地，现在叫做“平子读书台”。
张衡的祖先为南阳望族，《后汉书》中有他祖父张堪的传，张堪是个品学兼优的人，年轻时曾“让先父余财数百万与兄子”。由于品德美好，十六岁被荐举到京城长安学习，他勤奋好学，被京城学者誉为“圣童”。刘秀起兵，张堪率全家相随，为东汉政权的建立立下功劳。东地动仪汉建立后，官至蜀郡太守和渔阳（今北京密云县西南）太守。为官清廉，死后没有留下什么家财，张家家境急剧衰落。张衡的父亲未见史书记载，可能是从未入仕，壮年故去。
张衡年幼时，家境清苦，经历许多磨练，激发了他奋发学习的精神。张衡“天资睿哲，敏而好学”，聪慧过人。少年时就能写得一手好文章。十七岁时游学三辅，随后又东入京城洛阳，就教于太学，拜经学大师贾逵为师，“遂通五经，贯六艺”，儒家经世济时的思想成了他立身处世的指导思想。但这时政归外戚，权任宦官，朝政日趋腐败。因此“举孝廉不行，连辟公府不就”。正好此时鲍德出任南阳太守，鲍德“修志节，有名称”，又颇重儒术，所以当鲍德邀请张衡出任主簿时，张衡他欣然立承。由于两人志趣相投，合作多欢，一任九年，直至鲍德被诏拜大司农才离去。
张衡早年的兴趣在文学方面。他从二十三岁开始，以自己出外游学的见闻为素材，模仿班固的《两都赋》，花了十年时间，创作出著名的《二京赋》。“时天下承平日久，自王侯以下，莫不踰侈”，张衡做《二京赋》的目的，主要还是为了“讽谏”。在赋中，他谴责和揭露了封建统治阶级的荒淫无耻，穷奢极欲的腐朽统治，对人民表示了某种程度的同情。过去的大赋虽然也讲讽谏，但往往是劝百讽一，欲讽反谀。《二京赋》的讽谏是切直无掩的，如赋中写道：“今公子苟好剿民以蝓乐，忘民怨之为仇也；好殚物以穷宠，忽下叛而生忧也。夫水所以载舟，亦所以覆舟。”用以警告统治者不要穷奢极欲，残害百姓，否则将要激起百姓的反抗，表现出张衡具有进步意义的政治主张。由于《二京赋》文辞华丽，感情充沛，被前人评论为集汉赋之大成，是“汉赋之极轨”。当然奠定张衡在文学史上地位的还有那篇开抒情小赋先河的《归田赋》，以及被誉为七言之祖的《思玄赋》后的系辞。
张衡最大的科学贡献，是在天文学方面。安帝永初五年（111），三十四岁的张衡又一次被地方官推荐，来到京城洛阳，被任命为郎中。这期间，他精读杨雄的《太玄经》，并写下了《太玄经注解》，绘制了《太玄图》。《太玄经》既是一本哲学著作，也涉及天文、历数的知识，张衡通过深入研究，逐步将兴趣与研究转到自然科学，特别是天文学方面。元初元年（115），张衡升任太史令。太史令的职责主要是掌管政府的档案、文书，并主管。“天时、星、历”，为朝廷的祭祀盛典等选择“良辰吉日”和记录各地发生的灾异、祥瑞等工作。张衡本“善机巧，尤致思于天文、阴阳、历算”，因此，对这项工作很感兴趣。他担任太史令，先后长达十四年之久。在这一工作上，张衡更加深人、广泛地研究了天文和历算，对于科学事业做出了不朽的贡献。
张衡在天文学方面的成就之一是他撰写了世界天文学史上的不朽理论名著《灵宪），从哲学概括的理论高度，阐述了天地的生成、结构、日月星辰的本质和运动。如说“月光生于日之所照，魄生于日之所蔽，当日则光盈，就日则光尽”，说明月亮发光是太阳照射的结果，月亮对照太阳则成满月，背着太阳则月亮就隐而不见。张衡还第一次解释了月食形成的原因，认为月食是由于月球进人地影面未能受到日光反照形成的。他还记述了恒星的数字，“常明者百有二十四，可名者三百二十，为星二千五百”，并绘制有关星体位置的《灵宪图》。这是我国最早一张星体分布图。张衡所作《灵宪》进一步发展了我国古代天文学理论。关于宇宙天体结构，据蔡邕说东汉时曾有三个学说，即盖天说、浑天说和宣天说。盖天说是从古代“天圆地方”说发展而来的。此说认为天是圆的，地是方的，地为天所覆盖。天体在地面以上运动，日月星辰附着于天盖之上，随天转动。“浑天说”认为，天地是浑为一体的，天像一个蛋壳，地像蛋黄，居于其中，日月星辰都在蛋壳上不断地转动。“宣天说”则认为，天没有一定的形状，日月星辰悬浮于天空之中。张衡通过观察天象，认为浑天说比较符合实际。他认为“天体圆如弹丸，地如鸡中黄，孤居于内，天大而地小；天表里有水，天之包地，犹壳之，裹黄，天地各乘气而立，载水而浮”。元初四年（117），张衡根据浑天说，并参考西汉天文学家落下闳、耿寿昌等人创造的浑天仪，用精铜制成演示天象用的浑天仪。
据记载，“浑天仪”是一个可以转动的空心球体。球体内有根铁轴贯穿球心，球体可以绕铁轴转动。铁轴和球面的两个交点，代表北极和南极。球面刻有二十八宿及其他星辰。球外套有几个圆圈，为地平圈、子午圈、黄道圈和赤道圈。黄道和赤道的交角为二十四度，上刻有二十四节气，从冬至点起，分为三百六十五又四分之一度。同时；又利用滴漏推动仪器转动，使天文现象在仪器上表现出来。浑天仪制成后，张衡写了《浑天仪图注》和《漏水转浑天仪注》，说明它的原理和使用。
古代风景画鉴赏《晋书·天文志》对张衡的浑天仪的演示效果曾有生动的说明：“张平子既作铜浑天仪于密室中以漏水转之，令伺之者闭户而倡之。其伺之者，以告灵台之观天者，曰：某星始见，某星已中，某星已没。皆如合符也。”这就是说，由于这些天文现象的出没，与天体运转的情况十分相似，因此，人们只要在屋中观察“浑天仪”的转动，便能对天体运动一目了然。
张衡研制的“浑天仪”后来失落了，但是由于他留有《浑天仪图注》一书，因此，后来科学工作者根据书中叙述的原理，把这个“浑天仪”复制出来。复制的“浑天仪”现存北京中国历史博物馆。
安帝建光元年（121），张衡转为公车司马令，这是卫尉的属官，地位要比太史令为高。但仕途多变，顺帝永建元年（126），又转为太史令。这当然是官运不亨，所以当时人都认为这“非进取之势”，乃失志的表现。张衡对此抱着“得之不休（美也），不获不吝（耻也）”的态度，仿照东方朔《答客难》作《应闾》表示自己对此事的看法。他在文中说：“君子不患位之不尊，而患德之不崇，不耻禄之不夥，而耻智之不博”，他表示“天爵高悬，得之在命，……求之无益”，在命运不达的情况下不能自暴自沉，而要“奉顺敦笃，守以忠信……不见是而不恬，居下位而不忧”。他依然和以前一样，在太史令的岗位上，继续进行他的科学研究。
据《后汉书·五行志》记载，从和帝永元四年（92）到安帝延光四年（125）这三十年间，我国连年发生地震，收集各地的地震情况，是太史令的职责之一。尤以元初六年（119）洛阳一带连续两次大地震，为害最大，房屋倒塌，人畜死亡，波及数十个郡县。有人把地震这一自然灾害说成是天意，妄图为谶纬迷信制造根据。为了掌握自然规律和破除迷信，张衡对此精心研究，于阳嘉元年（132）设计制造了世界上第一台能记录地震、掌握地震情报的“地动仪”。这年张衡五十五岁。
《后汉书·张衡传》有地动仪形状、构造的记述：“以精铜铸成，圆径八尺，合盖隆起，形似酒樽（音尊），饰以篆文山龟鸟兽之形。中有都柱，傍行八道，施关发机。外有八龙，首衔铜丸，下有蟾蜍，张口承之，其牙机巧制，皆隐在尊中，覆盖周密无际。如有地动，尊则振龙，机发吐丸，而蟾蜍衔之。振声激扬，伺者因此觉知。虽一龙发机，而七首不动，寻其方面，乃知震之所在。”
古代风景画鉴赏阳嘉二年（133）四月，阳嘉四年（135）十二月，永和二年（137）四月，永和三年（138）二月，京都连续发生地震，地动仪均准确无误测到。永和三年的一天，朝西北方向的龙吐出铜球，可是在洛阳，谁也没感到“地动”。人们纷纷议论地动仪失灵。没几天该地派人到洛阳报告：陇西（今甘肃东南）几天前发生了地震。经查对时间，正是地动仪上西北方的龙头吐球的那个时辰。于是人们“皆服其妙”。今日文物考古、科学史专家曾对张衡地动仪作过复原和研究，认为它与现代地震仪器设计原理基本相同，但却比欧洲早了一千七百多年!可见张衡的奇思巧技是何等的伟大!
阳嘉二年（133），张衡被提升为侍中。侍中为九卿之一少府的高级属员，俸禄二千石，“帝引在帷幄，讽议左右”，可以直接接触皇帝。此职使张衡不悦，因为他一生经历过章帝、和帝、殇帝、安帝、少帝、顺帝。从和帝开始，这些皇帝均是幼年继位，朝政由外戚、宦官反复倾轧把持，张衡不满这种腐败政局，曾多次上《论贡举疏》、《陈事疏》、《请禁绝图谶动》、《京师地震对策》等，要求顺帝改革政局，不仅毫无结果，反招致大臣嫉恨。阳嘉二年，他上书顺帝，要求辞官到学术机关古代风景画——东观专事著述，但始终未获准。永和元年（136），他调出京城，任河间相（相当于河间太守）。他针对“国王骄奢”，“又多豪右，共为不轨”的情况，下车伊始，即“治威严，整法度，阴知奸党名姓。一时收禽，上下肃然，称为政理”。任职三年就得到百姓称颂。永和四年（139），他又被调到京城任尚书，当年，这位六十二岁的大科学家在洛阳与世长辞。
张衡的至交崔瑗为他的墓碑写了长篇铭辞，对张衡一生成就作了高度评价：称赞他在研究学问方面的勤奋刻苦“如川之逝，不舍昼夜”；赞扬他的科学成就为“数术穷天地，制作侔造化”，可谓恰如其分，并不过誉。张衡不仅是我国古代一位杰出科学家，而且在世界科学史上也占据着重要的地位。他在文学、天文学、地震学、机械制造学等方面都取得了前无古人的重大成就。解放后，郭沫若同志在他的墓碑上题词：“如此全面发展之人物，在世界史上亦所罕见。”为了纪念张衡在科技方面的卓越贡献，国际天文学界把月球背面的一座环形山命名为“张衡环形山”。
