第三章 步日躔 （chán）术（计算太阳的运行） 第四章 步月离术 （计算月亮的运行） 第五章 步轨漏术 （计算时刻） 第六章 步交会术 （日食和月食的计算） 第七章 步五星术 （计算五大行星的运行） .3
詹天佑于打通了这两个隧道以后，特地邀请外国工程界金达、喀克斯等 人来工地参观，并为他们开一个工地茶会。当他们坐着专车巡视过新修的两 个隧道以后，金达、喀克斯以及日本人雨宫等都不得不对詹天佑领导下的京 张路全体员工表示敬佩。詹天佑在日记中写道：
1908年金达到工地参观后表示敬意。10月21日来信说：“我在南口承 招待深为感谢。你已很经济地完成了十分完善的工作，这要归功于你和部 属。”
这时，关沟段的几段艰险工程已基本解决，其余两个不长的隧道——石 佛寺、五桂头，接着也胜利完工了。
隧道工程虽然全部胜利完成，可是八达岭附近地势陡，坡度大，怎样才 能使列车爬上这关沟的最高峰呢？如果沿山直上，直达岭巅，坡度太大，不 仅行车危险，而且工程造价也过大。詹天佑便从青龙桥起，利用折返线的办 法，依着山腰作“人”字形的轨道，车到这里，改用2—8—8—2大马力机车 两个，一个在前面拉，另一个在后推，先推列车前进，到交叉点再往上拉。 这样不仅缓和了路线的倾斜度，而且免去调机车的麻烦。加以每节车厢之间 改为自动挂钩（詹天佑钩），也就不易脱落，十几节车厢结合成为一个牢靠 的整体，在大马力机车的曳引下，缓缓地爬上八达岭的顶巅，这又是詹天佑 一大创造成果。
京张路的第三段工程，由岔道城到张家口的工程，也同时兴工。
宣统元年（1909年），火车已通到怀来县。怀来河大铁桥是京张路中最 长的桥梁，是用30.5米长的七座钢梁架成的。在第二段工程中，詹天佑已用 骡车将钢梁分别运到怀来河工地，按钉成桥，因而没有耽误全路铺轨工作。 在第三段工程中，由岔道城以北经过康庄、怀来、土木、沙城、新保安、下 花园等处，都及时地建筑了车站，由于各地地势较平，工程还比较容易。惟 下花园到鸡鸣驿矿区的岔道，虽然仅4里左右，但必须沿山铺筑路基，工程 较难。由鸡鸣驿山顺沿大河过蛇腰湾、老龙背达响水铺，这一带右临羊河， 左傍石山，须顺山开凿6丈深的通道，再用这些石块垫高六七里长的河身。 同时，为防河水大涨或山洪暴发，冲塌路基，必须用水泥砖保护。施工之难 仅次于关沟。
在第二、第三段工程中，由于崇山和湍流极多，因而需要建筑许多桥梁， 可是，钢桥的成本极高，京张路所需的器材全是靠外国进口的，不但价格昂 贵，而且来货时间又长，詹天佑就尽量利用我国自造的水泥和石料来改筑成 旋桥。这些旋桥，不但坚固，而且耐用。詹天佑常和工人们说：“这条路若 给美国人来修建，这些桥梁就必须全用钢桥了。美国公司又好乘机做一笔大 生意了。”他又说：“铁路的资本，工程上要占大部分，假设完全由外国人 来承修，所花的钱必多。”这里便可看出詹天佑如何善于因地制宜、就地取 材利用物资和严肃负责地使用国家资金的工作作风。
宣统元年由二月十二日（1909年4月2日），车通下花园，离张家口仅 33里。四月初九日，车通宣化府。四月七日，全路钉轨工程完成。八月十一 日京张路全线通车。
京张铁路全线完工后，九月十九日，邮传部尚书徐世昌在詹天佑陪同下， 乘火车勘验了沿线工程。
徐世昌将勘验经过呈报清朝政府，呈文内除叙述京张路工程的修建经过 外，更着重指出：“京张一线为我国铁路北干之起点，其居庸关、岔道城二 处，汉、唐以来，历经百战，夙称天险。鸣工之初，外每疑华员勿克胜任。 近来欧美士夫远来看视，啧啧称道，佥谓青龙桥、鹞儿梁、九里塞三处，省 去洞工，实这条原来计划需要6年时间才能修完的铁路，在詹天佑和工人们 的努力下，只花了4年时间就提前完工了，而且工程经费还结存了28万余两 银子。
京张铁路的建成，一方面提高了中国人自办铁路的信心，使帝国主义分 子不敢再轻视中国科学技术人员，为中国的科学技术人员树立了荣誉。另一 方面沟通了南北货运，并极大地打击了英国北侵和帝俄南犯的野心。同时， 京张路的建成也是科学技术在旧中国初次战胜迷信和保守，对当时社会风气 的改变，也起了一定的影响。
詹天佑修成京张路后，应商办广东省粤汉铁路总公司的聘请，于宣统二 年 （1910年）回到了故乡——广东，就任粤路总理。民国元年 （1912年）3 月他在群情拥戴之下，被选连任。同年5月，就任汉粤川铁路会办，民国3 年 （1914年）6月任该路督办，辞去粤路总理职务，其时粤路已通车到大坑 口和乌石。汉粤川铁路是横贯中国中部、南部和西南部的干道。他自宣统元 年（1909年）起至民国八年（1919年）逝世为止，一直在为建设汉粤川铁路 而努力。
在筑路的同时，詹天佑还关怀青年工程人员的成长。在《告青年工学家》 一文中，詹天佑勉励青年要努力研究以求创造发明。“……精研学术以资发 明。镜以淬而日明，钢以炼而益坚，凡诸学术，进境无究，驾轻就熟，乃有 发明。……返观乎我国工学界，则所发明者尚稀有所闻，岂智力不若欧美， 而司蒂芬逊、瓦特、弗兰克林、毛利之辈，不能产生于中国耶？曰否，惟怠 于深求，研究不足所致耳。青年学子，一出校门，辄辍学业，得一位置，已 自满足。及至实地工作，亦惟求称职而已。至于退食之暇，尚发奋求学者实 为少数。”他教导青年要加强修养，他说：“勿屈己以徇人，勾沽名而钓誉。 以诚接物，毋挟偏私，圭璧束身，以为范则。不因权利而操同室之戈，不以 小忿而萌倾轧之念。视心事如家事，以己心谅人心。皆我青年工学家所必守 之道德也。”他劝告青年们要虚心地学习，要安心于细小的工作，他说：“行 远自还，登高自卑，一蹴而几，非可永久，工程事业、必学术经验相辅而行， 徒恃空谈，断难任事。……勿袭高讶之学说，勿以下臣为鄙夷，勿方出校门， 遽以为人不我若，……力祛骄矜，以勤慎为方针，务求深造。……若夫浮躁 狂妄者流，未有不败者。”他最后指出青年们工作要有计划性，谨慎从事， 要爱护公共财产，免得给国家造成损失。詹天佑的这些话，在今天，还是值 得我们重视和学习的。
六、逝世
1914年，第一次世界大战爆发了。这是一场帝国主义国有之间的狗咬狗 的战争。每个参战国都想从对方掘取土地、资源、财富。
1917年，十月革命的一声炮响，一个崭新的社会主义国家诞生了。帝国 主义各国对这个新生儿感到无比的恐惧，他们联合起来要把这个红色的政权 扼死在摇篮里。他们对苏维埃实行武装干涉，不承认新的政权，瓜分帝俄在 殖民地的工厂、铁路、矿山等。帝俄在中国修筑的铁路也成了瓜分的对象。 于是，他们阴谋组成特别委员会监管西伯利亚铁路及中东铁路。监管中东铁 路又涉及中国的主权，因中东铁路原属中、俄合办的，因此北洋政府，也参 加了这个委员会。
监管铁路一定要涉及到技术问题，因此该会又设立了“技术部”。“技 术部由出兵西伯利亚各国的铁路专家组织之，以便管理该区域内各铁路之技 术经济事宜。”
北洋政府便派詹天佑去参加协约国的会议，并任他为该委员会技术部的 中国代表。詹天佑极不愿意参加这一次帝国主义的分赃会议。他知道自己不 善于办外交，再加上健康情况很差，当时他曾向北洋政府的交通总长推辞过。 但因总长不同意，又加上无其他合适人选，不得已，詹天佑还是去参加了会 议。
在海参崴和哈尔滨的会议上，詹天佑为了维护国家主权的完整，竭尽心 力和那些狡黠的帝国主义国家的代表作斗争。他坚决反对由所谓“协约国委 员会”来监管中东铁路，他说，中东铁路原系中、俄两国合办，而中国又是 大战的参战国之一，并有保持该路秩序的能力，所以中东铁路应归中国管理， 但是由于各帝国主义国家的反对，和北洋军阀的腐败无能，他虽尽了最大的 努力，仅仅得到中东路得以雇用中国工程师的一项权利。
在海参崴和哈尔滨连续开会两个多月，詹天佑终日看资料，做方案，写 发言稿，由于过度疲劳，又加上气候严寒饮食不调，他的身体消瘦得很厉害。 同时又常常失眠，有时整夜不能入睡。后来，他患了严重的阿米巴性痢疾， 且病情日趋严重。他决定回汉口医治和疗养。
民国8年 （1919年）4月15日，他离开哈尔滨，于20日到汉口，当湘 鄂路局和汉粤川总公所的同仁到车站接他的时候，几乎不认识他了。他瘦得 厉害，同时精神颓靡，说话声音很小，大家问候说：“你辛苦了。”他说：
“只是身体支持不了。”他和大家作了极简短的寒暄后，就回家休息了。第 二天，他的老友吴希曾和詹宅联系，才知道他当晚就进了仁济医院。原来他 在上年秋天曾患一次很严重的赤痢，体力大亏，这次的病情主要是身体衰弱 痢疾复发。
23日晚，詹天佑病情加剧，语不成声，要用手在被上写字示意，当时只 有他的次子詹文琮和他的老友吴希曾陪伴他。詹天佑自知病势严重，就费力 地口述了他临死还关心的几件事，由文琮笔录，作为他的遗嘱，上书给北洋 政府总统。
“‘中华工程师学会’，被举廖充会长，……窃谓工程学会影响于中华 实业至要且宏，兴国阜民，悉基于此。将来仍恳钧座不弃菲葑，眷怀葵藿， 俾有以振奋而发扬之。管理俄路一役代表之职，亟宜慎选通才。其甄用技术 人员，尤应精求上驷，并设法优加鼓励，以期与协约国各员骖靳而镳扬，庶 足外扬国光，内吐口实。其详细理由，天佑已呈之交通部，钧座倘采及刍荛， 实于东事裨益匪细。汉粤川路事，往年曾有就款计工之陈，盖来款既艰，不 得不先脚踏实地之策，所幸武昌长沙一路，业已通道开车，得寸得尺，惟力 是视。第稀郴以上，限于款涸，猝难企图，近者银行困之英、法、美之国， 要求取消德人权利，允再接济工需，正宜乘此机会，建定计划，以促进行。 否则中道而止。坐视大利之抛荒，绾毂中枢，终成隔绝，商政国计，均非所 宜，尚冀钧座加意垂注。天佑毕生致力于工学，仅就本职之范围而言。以上 之端，钧座倘赐之采纳，得尽天佑未了之血忱，则天佑虽死之日，犹生之 年。……所有天佑现管督办汉粤川铁路事宜及交通部技监员缺，应请饬部遴 员呈请接替……。”
24日清晨，詹天佑的病势加剧，哮喘流汗，气息微弱，医生多方诊治无 效。24日下午三时半，杰出的铁道工程师——詹天佑与世长辞。享年仅59 岁。
詹天佑的一生与中国铁路事业相连。凡经他筹划的铁路，如沪嘉、洛潼、 津芦、锦州、萍醴、新易、潮汕、粤汉、京张等线，无不成绩灿然。其中京 张铁路工程，不仅被当时欧美工程师视为奇迹，就是现在也还是世界上有名 的铁路工程之一。他为我国的铁路史写下了光辉的一页，他将永远留在人民 心中。
中外科学家发明家丛书：张衡
小引
1800多年前（公元117年），一台利用水力推动自动运转的大型天文仪 器——“水运浑象仪”在东汉的京都洛阳制造成功了。这台仪器的主体是一 个大空心铜球，上面布满了星辰，球的一半隐没在地平圈下面，另一半显露 在地平圈上面，就象人们看到的天穹一样。仪器靠漏壶流水的力量推动齿轮 系，带动铜球（浑象）缓慢地运转着，一天旋转一周。到了晚上，人们从仪 器上可以看到星辰的起落，和实际天象完全相同。仪器的表演在当对引起了 极大的轰动。
时隔20年 （公元138年），安置在京都洛阳的一台仪器——“地动仪” 突然传出了清脆高亢的声响，一枚铜球从仪器上的一条龙嘴里吐落出来，掉 落在下面准备承接的铜制蟾蜍口中，准确地报告了西方千里之外发生的地 震。这架在我国历史上首创发明的仪器，就是杰出的科学家张衡创造的地动 仪。在地动仪出现1700多年以后，欧洲才有了类似的测报地震的仪器。我国 历史上正式记载地震，就是从地动仪出现以后开始的。
一、游学长安和洛阳
张衡，字平子，东汉章帝建初3年（公元78年）诞生于南阳郡西鄂县石 桥镇（今河南省南阳县城北50里）一个没落的官僚家庭。张衡的祖父张堪是 地主官吏，曾任蜀郡太守和渔阳（今河北省冀县一带）太守。张堪为官清廉， 在当时贪污盛行的官场中，他不象别的官僚那样搜刮民财，因而也没有什么 积蓄。张氏家族在当时的南阳是著名的大族。张衡的父亲很早便去世了。张 衡幼年的时候，家境已经衰落，有时甚至还要靠亲友们的救济。
贫困的生活激励张衡自幼好学。张衡的思想开阔，不喜欢受传统观念的 束缚。当时一般士大夫人家子弟，都必须读《诗经》、《礼记》等儒家经典。 张衡少年时也熟读过这些书，但他认为经书太束缚人们思想。张衡最喜爱的 是文学，对当时著名的司马相如、杨雄等人的作品，都曾经下过一番功夫。 他不仅能深刻地理解，而且还能背诵。10多岁时，张衡已经读了很多书，文 章也写得很好了。他不满足这种闭门诵读的生活，渴望到外面去开阔眼界， 寻求书本以外的知识。
和帝永元6年 （公元49年），刚满17岁的张衡便怀着远游的志愿，离 开家乡，踏上了游览名都大邑、求师问业的旅途。张衡游历的目的不是为了 寻求功名。因而，他离开家乡后没有先去京都洛阳，而是去了汉朝的故都长 安。长安城周围的地区号称“京兆”，加上长安附近的“左冯翊”和“右扶 风”合称三辅。京兆管理的地区相当于今陕西秦岭以北、西安市以东、渭河 以南一带地方；左冯翊管理的地区为今渭河以北、泾河以东、洛河中下游一 带地方；右扶风管理的地区相当今秦岭以北、泾河及西安市以西一带地方。 三辅在西汉时是全国最富庶的地区，也是最高学府的所在地。张衡两年间游 览了三辅名山大川，考察当地的民俗、物产和历史古迹，尤其对长安近郊的 宫阙规模、市井制度、远近商贾（gǔ）货财的聚散、豪富王候的故事等等， 都有比较深切的认识。三辅的游览使张衡积累了丰富、新鲜的文学素材，张 衡在安帝永初元年（公元107年）写成的《二京赋》（包括《西京赋》和《东 京赋》，多数素材都来自这次游历。
永元七年，张衡到了洛阳。他在洛阳住了5、6年，但没有结交贵族豪门， 奔走钻营，也没有进当时最高的学府——太学，去专门师从某一经师钻研一 门经学。汉朝的太学以钻研经学为主。青年儒生欲图仕途之路，必需钻研经 义。但太学不是一般青年可以随意进入的，除具备一定年龄条件外，还需得 到县令的推荐，郡太守的考察。张衡虽多才多思，但是未经郡太守的选送， 是不可能作太学的正式弟子的。所以，张衡在京师仅是时常到太学里去参观 或去拜访各家经师，向他们虚心求教；另一方面，张衡也可以不受拘束地多 闻博学。由于他虚心好学，勤奋努力，进步很快，达到了贯通五经、六艺的 地步，成为学识比较渊博的学者。《后汉书·张衡传》中曾描述当时的张衡
“虽才高于世，而无骄尚之情。常从容淡静，不好交接俗人”。张衡的学识 已经被很多人所赏识。永元年间（公元89－104年），地方上曾经推举他做
“孝廉”，但他不肯应命；朝廷屡次招聘他去公府做官，他也一律回绝。
张衡在洛阳结识了不少朋友，这些人都是和他志趣相投的著名学者和优 秀青年，如著名的词赋家马融、贤士窦章、政论家王符、学者崔瑗等。在这 些朋友中，崔瑗对张衡的影响最大。崔瑗对于天文、数学、历法有精深的研 究，他们经常在一起研究问题，交换心得，交情也最深。这对于张衡以后研 究天文、历数等科学并获得巨大成就有很大影响。
二、早期的文学创作
张衡在三辅一带游历的时候，骊山优美的风景，尤其是引人入胜的骊山 温泉深深吸引了他。在此期间，他写了著名的《温泉赋》。《温泉赋》是张 衡早期的文学作品，在这篇文章中，他反复赞美温泉一带的景物，歌颂了“汤 谷”的优美，春水的清新。这篇《温泉赋》一直保存到现在，可惜里面有几 段文章已经残缺不全了。
张衡在洛阳居住期间，他的学业和文学创作水平都有了很大提高。在此 期间，他写了不少优美的辞赋，如《定情赋》、《同声歌》、《扇赋》、《七 辩》等。这些作品大部分没有留传下来，我们今天只能看到残存的几十字或 几百字。但是，从这些一鳞半爪的文句中，我们仍可以看出他很高的文学才 能，体会到他的真挚情趣。
家境的贫寒使张衡无法在洛阳久留。张衡当时已有20多岁，如果长期留 在京城，不谋一个职业是无法维持生活的。恰巧有一位黄门侍郎鲍德调到南 阳郡去当太守，他素来仰慕张衡的才华，又因张衡是南阳郡人，所以他多方 设法邀请张衡回南阳郡帮他办理郡政。张衡素闻鲍德的品学很好，又因自己 生活上有了困难，也想顺便回到家乡看看，因而答应了鲍德的要求，做了鲍 德的助理——主簿官。当时张衡23岁。
主簿官的职务主要是办理文件，不直接处理行政事务。以张衡的才能， 担任这项工作自然就比较清闲。张衡便在公余时间，积极从事文学创作。他 利用在游历三辅和洛阳时收集到的材料，花了10年功夫，于公元107年写成 了他的著名作品——《二京赋）。随后又写成了《南都赋》。
《二京赋》由《西京赋》和《东京赋》两部分组成，长达五、六千字。 这篇文章，他写了又改，改了又写，又不断补充。 《后汉书·张衡传》中说 他“精思博会，十年乃成”，由此可见张衡对待写作的态度是十分严谨的。
《二京赋》内容繁富，体制雄伟，在形式上模仿班固的《两都赋》。据说张 衡曾研读过 《两都赋》，觉得不很满意，便下决心“更造”《二京赋》。
张衡写《二京赋》的时候，东汉的政治局面比较稳定，社会经济已有很 大发展，国力也处于强盛阶段。但尽管如此，在官僚、地主等剥削阶级的压 迫下，百姓的生活仍然困苦，而统治阶层的生活依旧奢侈糜烂。张衡在《二 京赋》中，除了颂扬当时东汉国势的昌盛以外，还以很大的篇幅无情揭露和 讽刺了当时京师中帝王贵族“取乐今日，遑恤我后，既定且宁，焉知倾■（zhì）” 的腐朽寄生生活。在《西京赋》里，张衡以凭虚公子做为反面代表，通过写 凭虚公子大谈汉朝皇帝宴会和狩猎的情形，披露了封建统治者纵情享乐，铺 张浪费的豪奢生活和腐朽思想。他在《东京赋》里以安处先生做为正面代表， 提出了自己的政治见解和积极建议。张衡认为官僚、贵族都以压榨老百姓来 取得自己的享受快活，却忘了百姓们会把他们当作仇敌看待；他们不惜毁坏 武器供自己玩乐，但却忘掉了老百姓也会起来反抗而使他们感到忧虑。张衡 以水能载运又能翻沉船只的道理，讽谏统治者不要奢侈荒淫得太过分了，倘 若过度劳民伤财，激起人民的怨怒和暴动，那末自己这只船就会被人民力量 的洪流所覆没。张衡这些比较清醒的政治主张在当时是具有一定的进步意义 的。
张衡在南阳郡任主簿期间，也做了一些对民有益的事。他利用南阳郡较 好的农业基础，帮助鲍德兴修水利，发展农业生产，使得南阳郡在各地连年 灾荒的时候还能获得丰收。南阳郡的郡学学舍荒废了多年，张衡劝鲍德加以 修理和重建。在学舍修建完成时，鲍德邀请了当地的儒家学者来参加典礼， 举行宴会。张衡曾写了一篇 《南阳文学儒林书赞》，来纪念这次盛会。在张 衡的积极努力下，南阳地方的教育事业也蓬勃发展起来。张衡在后来完成的
《南都赋》里曾生动地描绘了南阳郡的繁荣景象，反映了当时的社会面貌， 人民生活情况和民间的风俗习惯。《南都赋》不仅是一部优秀的文学作品， 也为研究当时社会情况提供了宝贵的资料。
鲍德在南阳郡当了9年太守，汉安帝永初2年 （公元108年）被调到京 师去，升任大司农，负责管理国家田赋税收。张衡没有跟鲍德同去京师，他 辞去了南阳主簿的职位，回到家乡，专心钻研学问。
三、潜心研究学问
张衡住在家里研究学问的期间，有个叫邓■的，依仗着姐姐邓太后的势 力，做了大将军。为了巩固自己的地位，他网罗了一些社会上的名流学者做 自己的幕僚和朝官。邓■对于鼎鼎大名的张衡自然设法罗致，因而多次征召 张衡到他那里去做官，张衡都坚决谢绝了。张衡不慕虚荣，淡于名利，洁身 自好，他是不肯与那些过着奢侈淫逸生活的达官贵人同流合污的。张衡曾在
《应间》篇中表明了自己的态度：“不患位之不尊，而患德之不崇；不耻禄 之不伙，而耻智之不博”。就是说，不能追求个人的名誉、地位和待遇，而 应该严格要求自己，使自己的道德高尚，知识渊博。
张衡住在家里，专心进修学业，在此期间，他开始研读当代文豪和哲学 家杨雄著的《太玄》。杨雄是西汉末年倾向于古文经学的哲学家，也是当时 著名的文学家和语言学家。杨雄擅长辞赋和文字学，他主张辞赋的内容应具 有教育和劝导的作用，否则写作赋只能称作是“童子雕虫篆刻”的小技而已， 而那决非“壮夫”应做之事。杨雄的哲学著作有《法言》和《太玄》两部。
《太玄》的体裁模仿《易经》，杨雄把《太玄》看作是自己的精心杰作。当 时著名的古文经学家刘歆看了《太玄》后，曾对杨雄说：“空自苦！今学者 有禄利，然尚不能明《易》，又如《玄》何？吾恐后人用覆酱瓿也。”意思 是告诉杨雄人们都不会去读《太玄》，《太玄》将来只好被当作废物去盖酱 罐。后来班固在《汉书·杨雄传》里也说，杨雄死后，他的《法言》很流行， 而《太玄》却很少有人去理会它。
当张衡研究《太玄》时，杨雄去世已将近一百年了。张衡费了很多功夫， 详细地分析和研究《太玄》，在精读过程中，他还写了《太玄经注解》并绘 制了《太玄图》。《太玄经注解》和《太玄图》是张衡研究《太玄》的成果， 其中也必然反映了张衡的一些哲学思想，可惜他们都没有留传下来，使我们 现在无从评论。
幸亏杨雄的《太玄》留传至今，从中我们还可以寻找到张衡所受的思想 影响的根源。侯外庐先生曾在《中国思想通史》中指出：“杨雄所谓‘玄’ 与老子的 ‘道’同样，从玄妙莫测上而言，是超感觉的范畴，但同时又都是 规定着万物的发生、运动及其秩序的最高原动力。”《中国思想通史》根据 对《太玄》中各篇内容的分析，认为“杨雄的世界观是由唯物主义因素和唯 心主义因素所奇妙结合的二元论的体系”，更认为“杨雄的思想，一方面摄 取《周易》和《老子》的理论，并杂以阴阳家的神秘主义（历数），而铸成 其二元论的世界观”。
张衡在细心研读了《太玄》后，曾几次特地写信给好友崔瑗说：“以其
（《太玄》）满泛，故时人不务此。”意思是说《太玄》内容太杂，所以当 时的人不肯费功夫去钻研它；“披读《太玄》，知子云（杨雄）特极阴阳之 数也，……非特传记之属，乃实与五经似。……竭已精思，以揆其义，更使 人难论阴阳之事。”在张衡的晚期作品《思玄赋》中，张衡也说道：“仰先 哲之玄训兮，虽弥高而弗违。”“结典芨而为■兮，殴儒墨以为禽；玩阴阳 之变化兮，咏雅颂之徽音。”“回志■来从玄谋，获我所求夫所思。”从以 上所引张衡的话中，我们可以看出，张衡在学术思想上企图融合儒、墨、道、 阴阳各家的学说，一同归纳到所谓的“玄训”或“玄谋”里。由此可见，杨 雄的哲学思想对张衡的影响是很深的。这种影响在张衡的重要天文学著作《灵 宪》中也有明显的反映。
张衡通过钻研《太玄》，也接触到了我国古代历史上的唯物论和无神论。 例如《太玄经·玄莹篇》里说：“夫作者贵其有循而体自然也，其所循也大， 则其体也壮；其所循也小，则其体也瘠。……故不攫所有，不强所无。譬诸 身，增则赘而割则亏。……其可损益欤？”关于这段话，《中国思想通史》 中解说道：“是知在杨雄看来，唯有从客观世界出发，世界观才有根据，才 可成为伟大的体系。”其次，“自然是独立于人类意识而存在的客观实在， 一切的学说，只有契合于自然的本质，才能成为真理，如果出于主观的歪曲， 即或 ‘攫’自然所本有，或‘强’自然所本无，而妄事增减，则非‘赘’即
‘亏’，皆是错误。这两点在基本的精神上，都是唯物主义世界观的命题。”
《太玄》里的这种唯物主义因素，启发了张衡去探求自然真理。
本来，在 《太玄》里面就涉及好多有关天文、历法和算术方面的知识， 这些都进一步启发了张衡研究自然科学的兴趣。杨雄在 《太玄》中所提出的 难盖天八事，是对盖天说错误思想的彻底批评，在社会上有很大影响。张衡 能够在后来成为两汉时代最重要的浑天家，杨雄对他的影响可能也起到了相 当大的作用。这使得张衡逐渐由文学创作转到对哲学的深入研究，转向对宇 宙现象的执着探索，而终于在天文历算等方面获得了巨大的成就。
除专心研读《太玄》，张衡对于墨家学术也极为重视。《墨子》书里保 存有我国古代劳动人民关于自然科学知识的珍贵资料。对于转向研究自然科 学的张衡，自然也就对《墨经》极感兴趣。我们曾引证张衡《思玄赋》：“结 典芨而为■兮，殴儒墨以为禽”，正表明他对于儒学和墨学是同等看待的， 要同样加以研究，多方面吸取养分，为他以后所从事的科学研究打下坚实的 基础。在东汉中叶儒家经典盛行的情况下，张衡把儒墨并提，这显然是政治 上的异议，学术上的争鸣，这在当时是极为罕见的。
张衡研究学问的态度是非常严肃认真的，对于大小问题，他都不轻易放 过，一定要弄个明白才肯罢手，并且有恒心，有毅力。崔瑗曾称赞他研究学 问的态度，象大江里的水一样，日夜奔流，片刻不停。这也是张衡能够在学 术上获得巨大成功的重要原因之一。
四、天文学上的光辉成就
永初5年（公元111年），张衡34岁，他被安帝特征再度来到长安。这 一年，安帝下令要全国各地的地方官保举有学问和通达政教的人。汉安帝平 素常听人称道张衡精通天文、历法，于是特征他到京都，任命他为郎中。郎 中是汉朝尚书台的低级官员，任务是“主作文书起草”。担任郎中，使张衡 有机会阅读了许多平时难得见到的书籍。他利用官务余暇，进一步研究诸家 学术，充实自己的知识，不断提高学术水平。
安帝元初元年（公元114年），张衡升任做尚书侍郎。由于学识渊博， 次年（公元115年）又被调任做太史令。太史令是汉朝中央管理“天时、星、 历”的主任官员。它所属官员，有太史丞、明堂丞、灵台丞各一人，太史待 招和灵台待招各数十人，分掌历法、观测日月星辰、候望风雨气象、调理钟 律等事务。太史令管理的项目虽然很多，但主要项目是天文。担任太史令一 职为张衡进一步研究大文历算提供了更加方便的条件。
张衡担任太史令的时间先后达14年之久，在此期间，他精心地钻研天文 学，坚持不懈地观察日月星辰，努力探索它们的运行。他把研究的成果写成 了一本书——《灵宪》。
《灵宪》是我国第一部重要的天文学理论著作。在这部论述非常详尽明 了的著作里，张衡科学地、全面地阐述了天地的生成、结构、日月星辰的本 质和运动。下面主要从《灵宪》的科学内容入手，概括地介绍张衡天文学方 面的几项伟大成就。
张衡认为天地的生成是按照事物本身的客观规律发展形成的。他将天地 的生成分为三个阶段：第一阶段称作“溟■”，即早就存在的几何空间，“厥 中惟灵，厥外惟无”，整个空间一片沉寂，什么物质都没有。但是，存在着 宇宙万物变化发展的规律；有了这个基础，就能无中生有。这时首先产生的 是各种不同的物质性的气，互相混合在一起，不断地运转，浑沌不分，此为 第二阶段，称作“宠鸿”；又经过很长时间，这团元气清浊逐渐分开，天在 外面形成了，地在里面定下了。天地构合精气，生育出万物来。此为第三阶 段，称为“天元”。于是，在天上形成了各种天体，地上产生了万物。
张衡的天体演化思想在我国上古时代是具有代表性的，它在我国古代哲 学界有广泛的影响。这种天体演化思想最早在《易·系辞》中就有记载：“易 有太极，是生两仪，元气已分，天地设位，清浮升乎上，沉浊居乎下，阴阳 以之而变化，寒暑用此而相推。“《老子》一书对一体演化也有一段简略的 描述：“有物混成，先天地生，寂兮寥兮，独立不改，周行而不殆，可以为 天下母。”《淮南子·天文训》中也有相似的阐述。张衡吸收了前人的先进 思想，在《灵宪》中更系统地阐述了这种天体演化思想。这种思想在当时有 重要的进步意义的。它从物质运动变化本身来说明宇宙的形成过程，这就否 定了盘古开天辟地的无稽之谈，也是对天不变道亦不变的反动天命论的有力 批判。
张衡关于行星运动规律的认识也是十分卓越了。《灵宪》中说：“凡文 耀丽乎天，其动者七，日月五星是也。周旋右回，天道者贵顺也。近天则迟， 远天则速。行则屈，屈则留回，留回则逆，逆则迟，迫于天也”。张衡认为， 各行星视运动的快慢不同，但有其共同规律可循。即视运动的快慢决定于该 天体离开地球的远近。这是一个普遍的规律。当时，日月五星的恒星周期已 经掌握得相当精密了，因此，张衡很清楚地知道日月五星与地球的距离各不 相同，按顺序排列应为月、水、金、日、火、木、土。月亮为27天多运行一 周，水星要近90天，太阳要一年，而运动最慢的土星则需要30年。由此可 以推想，众恒星的相对位置并非不变，只是它们距离遥远，难以发现它们在 移动而已。根据这一认识，张衡还将日月五星分为两类，运动快的称为月类， 属于阴性，离地近；运动得慢的称为日类，属于阳性，离地远。由此可见， 张衡当时对行星运动已有相当的科学认识，这在世界天文学发展史上应该是 一项值得称道的重要发现。
张衡在《灵宪》中清楚地说明了月亮本身并不发光，而是反射太阳光。 他说：“夫日譬犹火，月譬如水，火则外光，水则含景。故月光生于日之所 照，魄生于日之所蔽，当日则光盈，就日则光尽也。”他形象地把太阳的和 月亮比做火和水，火能发光，水能反光，并指出月光的产生是由于日光照射 的缘故，有时看不见月光，是因为太阳光被遮住了。他这种见解在当时是十 分新鲜和正确的。同时，张衡还进一步解释了日、月食发生的原因。他说：
“当日之冲，光常不合者，蔽于地也，是谓暗虚。在星则星微，遇月则食。” 这段话的意思是：“望月”的时候，应该能看到满月，但是有时看不到，这 是因为日光被地球遮住的缘故。他把地影遮住的暗处叫做“暗虚”，月亮经 过“暗虚”便发生月食，精辟地阐述了月食的原理。至于“在星则星微”一 句，说是星星碰上“暗虚”就隐而不见了。现在看来这种说法是不正确的， 此为张衡的不足之处；对于日食的成因，张衡解释为当日月相合时，月在内， 日在外，月挡住了太阳射向地球的光亮，所以就发生日食。我国古代对于日、 月食发生规律的认识是很早的，《诗经·小雅》就有“彼月而食，则准其常” 的记载。战国时的石申已经意识到日食与月亮有关；对于月食发生的周期在
《史记·天宫书》中首次提出，“凡百一十三月而复始。故月食，常也。”
《三统历》也算出了一百三十五月有二十三交的交食周期，从此，我国开始 了预报日、月食的历史。但是，从理论上详细对日、月食发生的原理作出科 学的解释，则始于张衡。
此外，张衡在《灵宪》中还算出了日、月的角直径，记录了在中原洛阳 观察到的恒星2500颗。《灵宪》中说：“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。”据现今天文学家统计， 以肉眼能看到的六等星为止，总数约6000颗，而在同时间同一地方所能看到 的星，也不过2500颗左右，可见张衡的观察是比较精确的。
张衡在天文学上这种创见和发现，在今天看来，虽然并不稀奇，而且还 有不科学之处，但在1800多年前科学水平还很低的情况下，张衡能有这样的 见解，这就使我们不能不惊异他大胆的创见和卓越的智慧了。以张衡和世界 各国同时代天文学家相比，他也是最杰出的一个。这是值得我们骄傲的。
五、浑天仪的创制
我国是世界上天文学发达最早的国之一，我们的祖先经过对天象的长期 观测和研究，到汉朝时，关于天体运动和宇宙结构，已经先后出现了几种不 同的学说，其中有代表性的是盖天说、宣夜说和浑天说三个学派，它们的思 想渊源有的可以追溯到春秋战国时代。
盖天说创立最早，成书于公元前一世纪的《周髀算经》便是这一学派的 代表作。其中论述道：天与地是平行的。天象盖笠，地象棋盘。天在上，地 在下，日月星辰都附在天盖上。盖不停地运动，因而日月星辰也在转动，从 而把地球的自转说成是天盖的转动。用盖天说来解释天的视运动，已被越来 越多的天文观测事实所否定。只是由于古人活动范围狭小，科学水平低，所 以一般人较易接受这种直观的盖天说，以至于在西汉仍然流行。
浑天说是西汉中期新兴的一种学说。浑天说认为天是浑圆的，日月星辰 会转入地下。这种学说把天比作蛋壳，地比作蛋黄，地包含在天内，日月星 辰都在蛋壳上不停地转动。这种说法虽不是很恰当，但用浑天说的理论就能 较客观地解释夜晚看不到太阳的现象，这种学说也逐渐为人们所接受。
宣夜说由东汉前期的郄萌作了系统的总结和明确的表述。他指出“日月 众星，自然浮生虚空之中，其行止皆须气焉”，这就是说日月众星不是附着 于天体的，而是悬浮在宇宙空间，并依靠气的作用而运动；此外他还说天没 有一定的形状，进一步论证了不存在一个“固体”的天球。宣夜说没有对天 体运动的规律作更具体的论证。到东汉末年，宣夜说便已失传。
张衡根据自己对天体运行规律的认识和实际观察，认真研究了这三种学 说，认为浑天说比较切合实际。于是，他在《灵宪》中也用了相当大的篇幅 阐述了他的浑天思想。在《灵宪》中，张衡保留了旧的地平概念，提出了天 的直径问题。他还进一步明确提出在“天球”之外还是有空间的，浑圆的天 体并不是宇宙的边界。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 了无限宇宙的思想，是十分可贵的；但张衡表述的浑天学说是一种以地球为 中心的宇宙理论，在当时历史条件下，它只能比较近似地说明了天体的运行。
在张衡的另一部著名的天文学著作《浑天仪注》中，他进一步阐发了他 的浑天学说。张衡指出：“浑天如鸡子，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。”他还指出天体每天绕地球旋转一周，总是半见于地平之上，半 隐于地平之下，等等。这里，张衡明确地指出大地是个圆球，形象地说明了 天与地的关系，但“天表里有水”等说法，却是一个重大的缺陷。
在张衡的浑天学说中，他还指出了赤道、黄道和北极的地位，讲出了为 什么夏季日长夜短，冬季夜长日短的原因。这是我国天文史上的辉煌成就。
张衡以他的浑天学说为基础，在天文学上作出了一系列创造性的贡献， 他根据浑天学说创制的浑天仪就是其中最为突出的杰作。
我国古代所创制的天文仪器中，用于测量天体位置的叫浑仪，用来演示 天体结构和周日周年视运动方位的叫做浑象，后者类似于现在的天球仪。这 两件仪器在汉代通称为浑天仪。而张衡所造的浑天仪，就是后一种浑象仪器。 早在浑天说创立之始，人们就计划着制造浑天仪来观测星辰。西汉武帝时的 落下闳，大约是第一个着手制造浑天仪的人。宣帝时耿寿昌铸铜为象，永元 15年（公元103年）贾逵创制了黄道铜仪，也都是浑天仪。张衡的浑天仪又 称水运浑象，是世界上第一台用水力推动的大型天文仪器。
张衡创制浑天仪的成功，是在公元117年 （汉安帝元初4年），那时他 四十岁。为了制造这架仪器，张衡耗费了很多心血，先后用了一年多的时间。 在铸造正式的浑天仪之前，他经过了仔细的研究和观察，设计出了一个图案， 然后用竹条劈成薄薄的竹蔑，把这些竹蔑刻上度数，再把它们编成圆环，穿 联起来，制成一个仪器的模型以作为试验。经过多次修改试验准确了，然后 再用铜铸成正式仪器。因为这个仪器是根据浑天说的理论来制造的，所以张 衡就把那个用竹蔑编成的模型叫做“小浑”，铜铸的就定名为“浑天仪”。
据史书记载，这座铜铸浑天仪主体是一个球体模型，代表天球，每弧度 长为4分，圆周长为一丈4尺6寸1分，直径4尺6寸5分。球体里面有个 铁轴贯穿球心，轴的方向就是天球运转的方向，也是地球自转轴的方向。轴 和球面有两个交点——天球上的北极与南极。北极高出地平线36度，表示当 时京师洛阳的地理纬度。球的表面上刻有28宿和中外星官。球的外面有地平 圈和子午圈，天球半露在地平圈之下，天轴即支架在子午圈之上。另外还有 黄道圈和赤道圈，互成24度的交角。在赤道和黄道上，各列有24个节气， 并且从冬至点起，刻分成365．25度，每度又分4格，太阳每天在黄道上移 一度。
