古代天文學家張衡與天文學
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張衡，字平子，東漢建初三年（78 年）誕生於河南南陽郡西鄂縣石橋鎮的一個沒落的官僚家庭。祖父張堪是地方官吏，張衡幼年時期，家境已經衰落。
但貧困的生活並未影響張衡對學業的進取，張衡學習十分勤奮，史書上形容他到了「如川之逝，不舍晝夜」的程度。加之南陽是經濟和文化都發達的地區，這樣的社會環境使他得以開闊眼界。
只讀經卷典籍滿足不了張衡的求知慾望，從17 歲開始，他便離開故里，踏上求師問學的旅途。他曾到漢朝故都長安一帶考察了兩三年，遊覽了當地的名勝古迹，考察了當地的山川形勢、物產風俗、世態人情，足跡遍及廣大的渭河平原。
後來他又到了當時的京都洛陽，求知若渴的張衡進入了當時的最高學府——太學學習。他虛心好學，勤奮努力，進步很快，終於成為學識比較淵博的學者。
這時候，地方上曾經推舉他做「孝廉」，公府也多次招聘他去做官，但他不為所動，一心扎進知識的海洋里。他對天文、地理、數學等無不潛心研究，在各方面均取得了很大成績，深得許多名士的讚許。和帝永元12 年（100 年），23 歲的張衡為了謀生，應邀回鄉出任南陽太守的主薄，掌管文書工作。在這期間，他勸太守減輕對老百姓的剝削，還採取了一些發展農業的措施，所以南陽境內連年豐收。
張衡在他29 歲那年，完成了兩篇著名的文學作品：《東京賦》和《西京賦》。他以很大篇幅無情揭露諷刺了京師中帝王貴族「取樂今日，遑恤我後，既定目寧，焉知傾」的腐朽寄生生活，受到了勞動人民的歡迎而傳誦於世。
公元111 年，張衡應徵進京，先後任郎中、太史令、公車司馬令等低、中級官職。其中擔任太史令時間最長，達14 年之久。太史令是主持觀測天象、編訂曆法、候望氣象、調理鐘律等事務的官員，在他任職期間，對於天文歷算進行了精湛的研究，為天文學做出了重大的貢獻。
我們前面說過，漢代已形成了三種關於天體運動和宇宙結構的學說，即蓋天說，渾天說和宣夜說。
張衡根據自己對天體運行規律的認識和實際觀察，認真研究了這三種學說，認為渾天說比較符合觀測的實際，並在前人研究的基礎上，對渾天說加以修正和完善。在此期間，張衡創製了一個能夠精確地表演渾天思想的「渾天儀」，並且寫出了《靈憲》、《靈憲圖》、《渾天儀圖注》等天文學著作，成為渾天學說的代表人物之一。
公元117 年，一台利用水力推動自動連轉的大型天文儀器—－「水運渾象」（即渾天儀）在京都洛陽製造成功。這台儀器的主體是一個大空心銅球，上面布滿了星辰，球的一半隱沒在地平下面，另一半顯露地面，就像人們看到的天穹一樣。儀器靠漏壺流水的力量推動齒輪系，帶動銅球緩慢地運轉著，一天旋轉一周。到了晚上，人們從儀器上可以看到星辰的起落，和實際天象完全相合。
儀器的表演在當時引起了極大的轟動。渾天儀，類似於現在的天球儀。這台儀器用精銅做成，主體是一個球體模型，代表天球。球體可以繞天軸轉動，天軸與地球面有兩個交點，一個是北極，一個是南極。
在天球的表面上遍列有28 宿和其他恆星。球面上還有赤道圈和黃道圈，兩者成24度夾角，分列有24節氣，從冬至起點，把圓周分為365 度。球體外面有兩個圓環，一個是地平圈，一個是子午圈，和地平斜交成36度，就是說北極高出地平36 度，這是洛陽地區的北極仰角，也是洛陽地區的地理緯度。
渾天儀是有明確記載的世界上第一架用水力發動的天文儀器，其中應用的齒輪系和凸輪機構在當時可以說是極其複雜的，渾天儀實質上可以認為是天文鐘。在1800 多年前，我國能夠製造出這樣複雜而精巧的儀器，是很值得自豪的。張衡最重要的天文學著作是《靈憲》，它是一部闡述天地日月星辰生成和它們的運動的天文理論著作，代表了張衡在天文學中的豐碩成果。
在《靈憲》中，他提出了一些獨到的見解。他指出，月亮並不會發光，月光是反射的太陽光。「月光生於日之所照，魄生於日之所蔽；當日則光盈，就日則光盡也。」
張衡還在這部科學的著作中說明了月食的道理：「月光生於日之所照??當日之沖，光常不合者，蔽於地也，是謂暗虛，在星則星微，遇月則月食。」就是說：望月的時候，月光常常沒有了，這是因為被地影遮了的緣故。
地影叫做暗虛，星碰上暗虛則變暗，月亮轉動到暗虛處，就發生了月食。此外，張衡還在《靈憲》中算出了日、月的視直徑，記錄了在中原洛陽觀察到的恆星2500 顆，這與近代天文學家觀察的結果也是相當接近的。他還測出了地球繞太陽一年所需的時間是「周天三百六十五度又四分度之一」，和近代天文學家所測得的時間為365 天5 小時48 分46 秒這一數字極為接近。這時，張衡對天文學的研究已經達到很高的水平，可以說是前無古人，在當時的世界科學史上，無疑是一流的水平。
在張衡造出渾天儀的同時，他還製造了一種可以顯示月相的儀器「瑞輪寞莢」，它與渾天儀聯動，從每月初一起，每天轉出一片木葉，可以反映出月亮的盈虧。它實際上是世界上最早的機械日曆。
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