张衡的天文巨著《灵宪》

史珂


【正见网2002年06月07日】

张衡品行高洁,淡泊名利,才识卓著,以“不患位之不尊,而患德之不崇;不耻禄之不厚,而耻智之不博”的自诫。在太史令任内,积极从事理论研究工作,系统观测天体运行,著《灵宪》等书,创制浑天仪,且在历法方面也有所研究。

张衡一生所著的天文学著作,以《灵宪》最为著名。这是一部积多年的观察研究写成的一部天文巨著,也是世界天文史上的不朽名作。该书全面阐述了天地的生成、宇宙的演化、天地的结构、日月星辰的本质及其运动等诸多方面,将中国古代的天文学水平提升到了一个前所未有的新阶段,并对后世产生了深远的影响。

一、阐述了宇宙的起源和结构。关于天地的生成问题,《灵宪》认为天地万物是从原始的浑沌未分的元气发展来的。元气最初浑沌不分,后来才始分清浊,清气和浊气相互作用,便形成了宇宙。清气所成的天在外,浊气所成的地在内。这种天体演化思想,是从物质的运动来说明宇宙的形成,认为宇宙结构不是亘古不变的,而是不断发展变化的。

二、宇宙的无穷尽观。虽然张衡把天比作一个鸡蛋壳,把地比作蛋壳中的鸡蛋黄,但他并不认为硬壳是宇宙的边界。张衡认为,人们目之所及的宇宙世界是有限的,但在人们目之所及之外呢,张衡進一步明确提出在“天球”之外还是有空间的。他说:“过此而往者,未之或知也。未之或知者,宇宙之谓也。宇之表无极,宙之端无穷”。就是说,我们能够观测到的空间是有限的,观测不到的地方是无穷无尽,无始无终的宇宙。这段话明确地提出了宇宙在时间和空间上都是无穷无尽的思想。

三、月食的成因。在浑天说的基础上,阐述了月食的原因。张衡在《灵宪》中写道:“月光生于日之所照;魄生于日之所蔽。当日则光盈,就日则光尽也。”他认为,月亮本身是不发光的,而是太阳光照射到月亮上,月亮才折射出光,太阳光照不到的地方则出现亏缺,即“月有阴晴圆缺”。如果月亮進入地影(张衡将地影取名叫“暗虚”),就会发生“月食”。

四、测日和月的平均角直径值。张衡实测出日、月的角直径是整个周天的1/736,转换为现行的 360度制,即29度21分”,这与近代天文测量所得的日和月的平均角直径值31'59”和31'5”相比,绝对误差仅有2'。在两千多年前,没有现代科学技术水平及观测条件,这个数值可以说是相当精确的。

五、重制载星三千的新星表。张衡在认真观察天体的基础上,对前人留传下来的几种星表作了整理、汇总,建立了恒星多达三千的新星表。据《灵宪》记载,其中“中外之官常明者百有二十四,可名者三百二十,为星二千五百,而海人之占未存焉”。张衡所制星表,不仅大大超于前人,也为后世所不及。遗憾的是,因汉末战乱,张衡所制星表失传。晋初陈卓建立的星表,有星1464颗,仅为张衡的一半。到清朝康熙年间,通过望远镜观察,数目才过三千。

六、五星的运动。关于五星的运动问题,张衡提出:日、月、五星是在天地之间运行,而非在天球壁上运行。并且,这七个天体运动的速度各不相同,“近天则迟、远天则速”。所谓天,是指设想中的天球壁,也就是说距地近则速度快,距地远则速度慢。按照五星距地的远近及运行的迟速,他将五星分为两类:水、金二星,距地近,运动快,附于月,属阴;火、木、土三星,距地远,运动慢,附于日,属阳。他还将星体运行方向分为顺行、留和逆行。

《灵宪》留给人们的不仅仅是张衡杰出的天文成就,更应该给人思索:在两千多年前,中国古代科学何以能达到如此水平?

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