浑天仪

张衡所作的浑天仪是一种演示浑天说的仪器，故有此名。

《晋书·天文志》中记载了一段葛洪论天的话，其中说到：“张平子既作铜浑天仪，于密室中以漏水转之。令伺之者闭户而唱之。其伺之者以告灵台之观天者曰：‘璇玑所加，某星始见，某星已中，某星今没’，皆如合符也。”既然是在密室中用的，当然不可能是观测天体的仪器，而只能是一种演示仪器。这件仪器的细节在《晋书·天文志》的“仪象”中有更具体的记载：“张衡又制浑象，具内外规、南北极、黄赤道，列二十四气、二十八宿中外星官及日月五纬，以漏水转之于殿上室内，星中出没与天相应。因其关戾，又转瑞轮蓂荚于阶下，随月盈虚，依历开落。”这里又称张衡的浑天仪为浑象。事实上在早期，浑天仪、浑仪和浑象这些名称是混用的，即，凡是表现浑天说的仪器都可以称之为浑天仪或浑仪；而不象隋唐以后，名称逐渐规范，专以观测仪器称仪，而以表演仪器称象。

从《晋书》的上述记载可知，张衡的浑天仪，主体是一个大圆球。与现今的天球仪相仿。球上画了张衡所定的星座和星星，也画了赤道、黄道。黄道上则绘出二十四节气。在大球相当于南、北极的地方，伸出一根转动轴。这根轴架在一个圆环形支架上。圆环循所在地的子午面方向直立着。转动轴北高南低，与地平面所夹的角度正好是所在地的地理纬度。如果在子午圆环正中间设一个水平放置的大圆环，代表所在地的地平面，那么，转动大球， 就可以表演星星的东升西落。球上有一部分星星永远在地平线以上不会下落，其极限是一个以北极为圆心、当地纬度为半径的小圆，称之为内规。反之，以南极为圆心、当地纬度为半经的小圆，则为球上永不升到地面以上的部分的极限，这圆就称为外规。这个大球，有一个齿轮系连接着。用漏刻流

① 近年有人对张衡发明浑天仪有异说。参看陈久金：《浑天仪的发展历史新探》，《科技史文集》第一辑， 上海科学技术出版社 1978 年版。

出的水推动这个齿轮系，就可带动大球自东向西转动，只要齿轮系转动速度调节适当，就可使球上天体的东升西落和中天现象与室外的实际天象一致。按《晋书》的记载，张衡的大球上还有日、月、五星。这些天体除了随

着天球东升西落外，还有各自的轨道运动。这些轨道运动和天球的东升西落方向都不一致，因此，要象表演恒星的东升西落那样来表演日、月、五星在星空背景上的运动，是一个非常复杂的机械工程问题。现代研究家都认为， 张衡的时代还不能解决这样复杂的问题。人们认为，张衡浑天仪上的日、月、五星实际上是一种可以用手搬动的附加物，它们能随天球东升西落，但是是由仪器操持者随时按照它们在星空背景上的移动来搬动它们在浑天仪大球上的位置。

虽然张衡的仪器尚不能完全自动地表演日、月、五星的运动，但是，用一个机械系统来取得与天球旋转相同步的机械运动，这本身就是一项伟大的发明。它在当时世界上是绝无仅有的。从张衡开始，我国诞生了一个制造水运仪象的传统。由于直到二十世纪下半叶原子钟发明和采用之前，时间的计量都是以地球的自转，也即天球的转动为基础的，因此，张衡的发明实际上就成为后世机械钟表的原始鼻祖。

有意思的是，张衡浑天仪中还有一个叫做“瑞轮蓂荚”的附件。所谓蓂荚，是一种神草，传说长在尧的居室阶下。随着月亮的出现，一天长出一个荚，最多十五个荚。过了月圆之后，又一天掉一个荚。这样，蓂荚就可以指示出月相和一个太阴月中的日期。这个传说实际是反映了尧时天文历法的进步。张衡却根据这种传说制造了一种机械装置，所谓“随月盈虚，依历开落”， 其作用就相当于现今钟表中的日历显示。

既然浑天仪能和天球的转动相合得丝丝入扣，“皆如合符也”，可见它的稳定性相当高。因为浑天仪是用刻漏流出的水推动的，所以可知张衡的刻漏技术也很高明。