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抚摸星辰和大地心跳的智者张衡
您当前的位置 : 洛阳网  >  新闻中心  >  洛阳  >  经典洛阳      来源:洛阳晚报 2005-04-19 07:29

今天,也许我们可以用天文望远镜对着星空炫耀现代化的便捷,但是我们不能哂笑诞生于1000多年前的地震仪和浑天仪的简单;也许现在的我们已经拥有了鲜花无数,但是我们不能对最早绽放的那朵花说“不”!

第一个!是多么重要!是多么珍贵!

那么,让我们站在洛阳灵台遗址上回望吧——世界上第一台水力推动的浑天仪、第一台地震仪、第一个候风仪、第一架飞行器、第一辆指南车、第一辆记里鼓车都出自这里,出自一个可以抚摸星辰和大地心跳的智者之手——他就是张衡!

灵台密室“藏宝”

外地游客来到古都洛阳,少不了要看一看千年古刹白马寺。但这些朋友也许不知道,离白马寺不远处就是汉魏故城遗址,是张衡当年搞发明创造的地方,那里,同样有着千年沧桑和诸多韵味。

作为东汉都城的洛阳,是当时世界上第一流的大城市。东汉洛阳城共设有12个城门,南面4个城门中的平城门原为宫门。出平城门往南有一条御道,在御道西边设置了一个观测天象的灵台。虽然历经千年风雨,如今这里还存留了一个雄浑壮观的巨大夯土台,这是我国现存最早的一座天文观测台遗址。

东汉灵台创建于光武帝中元元年(公元56年),距今已有1900多年历史了。东汉以后的曹魏、西晋均以洛阳为都,也都沿用此灵台。东汉灵台是当时最大的国家天文台,是太史令的下属机构。东汉时杰出的科学家张衡,从元初二年(公元115)到永宁元年(公元120年),又从永建元年(公元126)到阳嘉二年(公元133年),先后两次任职太史令,亲自领导、主持并参与了灵台的天象观测和天文研究工作。在此期间,他不仅写出了《地震对策》、《浑天仪图注》、《灵宪》等重要科学著作,还设计制造了浑天仪、地动仪等精巧绝伦的科学仪器,这些仪器都安置在灵台之上。

据有关资料记载,灵台共有43人供职,总管是灵台丞,属太史令管辖。灵台的工作人员分工明确,分别有观测大气、风、日、月和星辰的。如此规模的天文观测台,在当时世界上极其少见。

灵台究竟有多大?1974年冬至1975年春,中国科学院考古研究所汉魏故城工作队队员对东汉灵台遗址进行了发掘,确定灵台遗址的范围达4万平方米。夯土高台四周有上下两层平台,平台之上有建筑遗迹。上层平台四面各有五间建筑,四面建筑的墙壁上分别涂以青色、白色、红色、黑色,色彩残迹至今可见。这种方位不同而颜色有别的现象,应和当时崇尚“四灵”的习俗有关,即东青龙、西白虎、南朱雀、北玄武。

上层平台的西面和其余三面不同,在原五间建筑的后面,又加了一间内室,进深约2米。外室与内室以土墙隔开,内室的北边两间与南边三间也以土墙隔开。室内地面铺方砖,后壁无立柱。据考古人员推断,这个内室很可能就是当时的密室,是“藏宝”之地,也即放置浑天仪的地方。

“叶生叶落”月月轮回

浑天仪是张衡在洛阳研制成功的观察天象的新型仪器,是世界上第一台用水力推动的天文仪器。

东汉安帝元初三年(公元116年),张衡制作出一个浑天仪模型。第二年,他用铜铸成浑天仪。浑天仪呈球形,球的表面排列有28星宿和其他恒星,球面上还有黄道圈和赤道圈,分列有24节气。球体外面有两个圆圈,一个是地平圈,一个是子午圈。天轴支架在子午圈上,和地平斜交成36度角,就是说北极高出地平36度。这是洛阳地区的北极仰角,也是洛阳地区的地理纬度。

浑天仪是“自动装置”,能够按照时刻自己转动,其中的奥妙就在张衡设计的一组滴漏壶。滴漏是古人测量时刻的仪器,通过一个特制的下有小孔的盛水器皿,水一滴一滴流到刻有记号的壶里,人们看到壶里水的深浅,就知道是什么时刻。

张衡巧妙地将两个滴漏壶和浑天仪配合起来,利用壶中滴水的力量来推动齿轮转动,齿轮再带动浑天仪运转。张衡不仅是个天文学奇才,还是个数学天才,他通过恰当地选择齿轮个数,巧妙地使浑天仪一昼夜转动一周,将日月星辰运行等天象变化形象地演示出来。

张衡制成浑天仪后,把它安装在灵台的一间密室里。为了验证精确度,他让一个人在室内看着浑天仪,让另一个人站在灵台上观察天象。结果,浑天仪显示的结果同天象完全相符。

传说有一种神奇的树,每天生出一个荚,生到第15个以后,又每天掉一个荚,掉完以后再重新生长。张衡受此启发,发明了名为瑞轮冥荚的机械日历。张衡在一个立轴上装上15个具有凸轮作用的拨板,使它们依次分别作用于15个冥荚,从每月初一起,每天转出一片木叶,到15日共转出15片,然后每天再转入一片,依次减少,到月落为止。因为阴历是和月亮的运行配合的,所以这种仪器不仅可以显示日期,还可以显示月亮圆缺的情形,就好像现在的活动日历。

神奇应验于千里之外

东汉时期经常发生地震,激发了张衡对地震现象的研究。第二次担任太史令后,张衡在收集各类地震资料的基础上,经过多年潜心研究,终于在东汉顺帝阳嘉元年(公元132年),发明了世界上第一台测定地震方位的地动仪。

这个地动仪用精铜铸成,形状像一只酒尊。仪器上有一个隆起的顶盖,内部有一根都柱,这根柱能够沿导轨向8个方向侧移,并以此操纵一个开关。地动仪外部有8条龙,每一条龙的口中都衔有一颗铜丸,在底座周围有8只张着口的蟾蜍和龙头相对。一旦发生了地震,地动仪受到振动,龙嘴会吐出铜丸,它下面的蟾蜍把铜丸衔住。这时,地动仪发出响亮的声音,从而引起看守人员的注意。一条龙的机关受到触发,其余7条龙会保持不动,因此,只要知道哪一条龙的机关受到触发,就可以知道地震发生的方向。

公元133年、公元135年、公元137年,洛阳连续发生地震,地动仪所指出的地震方向和地震实际发生的方向几乎完全一致。公元138年,地动仪西北方向的一条龙吐出了铜球,测出西北方向发生地震,但生活在洛阳的人却没有什么感觉,一些人就认为地动仪出问题了,不灵了。谁知没过几天,千里之外的陇西(今甘肃省东南部)果然报告那里发生了地震,于是,大家都认可了地动仪的神妙。据分析,地动仪可以测出的最低震级为3级,在当时的技术条件下,这是一个十分了不起的成就。从此,我国开始了远距离测量地震的历史。

这是世界上第一台测报地震的仪器,比欧洲的第一台地震仪早1700多年,难怪中国科技史专家、英国的李约瑟博士称其为世界“地震仪的鼻祖”。

张衡除发明了地动仪以外,还发明了候风仪——候风铜鸟。张衡发明的候风铜鸟和西方屋顶上的候风鸡类似,但西方的候风鸡到12世纪始见于记载,要比张衡发明的候风铜鸟迟了1000年。

木雕冲天翱翔云端

世界上最早的“无人驾驶飞机”——独飞木雕,也是张衡发明的。试飞地点就在洛阳城北的邙山上,当时引起了极大轰动,许多人纷纷前来一饱眼福。

独飞木雕是张衡制作的木制机械之一。 独飞木雕的原理与张衡发明的指南车和记里鼓车的原理比较相似。指南车是一辆双轮独辕车,由马拉动。车厢内采用能自动离合的齿轮系。车厢外置有一个木刻的小人儿,无论车朝哪个方向转弯,小人儿伸出的手臂都指向南方。

记里鼓车也是利用齿轮机的差动原理发明的。记里鼓车行一里路,车上木人击鼓,行十里路,车上木人击镯。张衡制造的记里鼓车可惜没有较详细的记载,东汉以后有关记里鼓车的记载虽有些零星的字句,但都太简略。

天如蛋壳地如蛋黄

天地万物是怎样起源的,又是怎样发展的,这个问题是宇宙观的核心。中国古代的天体演化思想又可称为开天辟地说,是解释天地是如何产生的学说。张衡所著的《元图》和《灵宪》是两部集中反映他的哲学宇宙观的重要著作,明确指出天地万物最早的起源不是什么上帝、神灵的旨意,而是“无形之类”的“元”,也就是太始。

张衡认为天地万物是从元气发展而来的。元气是物质性的,其中包含不同性质的阴气和阳气,自然现象的千差万别及相互影响,体现了阴、阳二气具有的不同物质性能及其相互作用。张衡的这种从无到有、从小到大的宇宙生成理论,不但符合物质世界的发展规律,而且也符合物质不灭的定律,比18世纪德国康德的星云学说早了1600多年。

宇宙是按什么模式构成的?这是古代天文学家们激烈争论的又一个问题。到东汉时人们对于宇宙构造和运行,主要有盖天说、宣夜说和浑天说3种观点。张衡对我国天文学以及各家各派的理论作了广泛和精密的研究,并且亲自不断地观察天象,摸索日、月、星辰运行的规律,用鸡蛋形象地描绘了浑天学说:天是圆的,像鸡蛋壳,地像蛋黄,居于蛋壳之中。

张衡提出的浑天学说比较接近实际,无疑是中国古代宇宙观发展史上的一个新飞跃。张衡在长期观测天体方位的基础上提出大地是球形,“如鸡中黄”,改变了传统的“天圆地方”的错误观点。他指出地球“孤居于天体之内”“乘气而立”,摒弃了过去“天柱地维”的虚幻神话。他还指出,天半覆地上,半绕地下,“半见半隐”,“日昼行地上,夜行地下”(实际是地球自转所致),定黄赤二道,立南北二极,这些已经相当接近近代的科学解释了。

中国曾是世界上天文学非常发达的国家之一。由于生产和生活的需要,人们从远古时期就已经开始对天文现象进行观察,经过世代努力,积累了越来越多的天文学知识,并逐渐形成了内容丰富且具有独特风格的天文学体系。中国古代天文学在世界天文学许多领域曾长期处于领先地位,东汉的张衡无疑是中国天文学发展史上最灿烂的一颗巨星,他以其卓越的成就而闻名于世,月球上有以“张衡”命名的环形山,宇宙间有以“张衡”命名的小行星。正是以张衡为代表的一批科学家的非凡成就,使中国古代天文学在世界天文史上写下了光辉的篇章。

遗憾的是,到明朝初期,统治者严禁民间“私习天文”,违者“遣戍”甚至“殊死”,严重摧残了民间对天文历法的研究。从明朝初年到明万历年约200年时间,天文历法的研究几乎陷于停顿状态,使中国的天文学发展逐渐落后于西方,但张衡等人的光辉成就却永远是中国人的骄傲,是洛阳人的骄傲。

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