张衡的故事:浑象的创制
张衡基本上掌握了日、月、星辰的运行规律。因此,张衡在他的《浑仪图注》里曾经写道:
"周天365度又四分之一,又中分之,则182度八分之五覆地上,182度八分之五绕地下。故28宿半见半隐,其两端谓之南北极,北极乃天之中也。"也 就是说地球绕太阳一周所需的时间为365.25天,即365天6小时,和现在天文测量的数字是相近的。近代天文学证明,实际上并不是整个星空由东向西转, 而是地球由西向东自转。但古代人由于不知道地球自身的旋转,反而产生了天球旋转的概念。天球的旋转是一种表象,所以张衡有半个周天绕地下,半个周天覆地 上,以及二十八宿半见半隐等说法。
张衡不但是浑天论的完成者,而且还根据此种理论创制了新型的浑象。他经过了反复的研究、观察、测验,到公元117年,终于把浑象造成。
浑象的主要部分是一只空心铜球,它是天球的模型。铜球的圆周长一丈四尺六寸一分,直径四尺六寸多。球的外面有个铜圈保护着,铜圈上刻着度数。球上有相对 的两点,一点作为北极,一点作为南极,有一根长长的铜轴穿过这两点。这根铜轴斜搁着,北高南低,和地平面成36度交角。轴的北端正指着天上的北极星。
铜球上刻着天上的星星,有的亮些,有的暗些,星的方位都和天上的一样。
一只木雕的架子套在球的中部,使铜球上面的一半露出来,下面一半遮盖住。
浑天仪刚装好,一个专管观星的待诏就伸出大拇指称赞道:
"啊哟!我们的太史令真聪明,这铜球不就是天吗?我们站在球心,球心就是地。人站在地上,望着半圆形的天空,不就是这铜球的上半部吗?"
他慢慢地转动着铜球,继续说:
"天球转动,北极是固定不动的,北斗绕着北极转,不沉入地下。你们看,不是吗?……距北极远的星,有的东升,有的西落。距北极越远,沉入地下的时间越久。"
张衡来了,这位待诏把自己的看法告诉了张衡,张衡说:
"你讲得不错嘛。你天天看星,知道今天天黑时的星象是什么样子?"
这待诏把球拨来拨去,然后停止了,说:
"今天天黑是这个样子:斗柄指西,参宿东升,对吗?"
"当然对啊,这件事,你比我熟悉。那么,明天天亮前,星象是怎样的呢?"
那待诏拨了半个圈子还多一点,说:
"这天球一晚上转半个圈子,现在冬天,夜长昼短,所以它一晚要转半圈多些。"
张衡哈哈大笑道:
"你拨吧,一会儿我来,一年四季的星象你都能看见啦。"
这天晚上,张衡起初很高兴,可是半夜醒来以后,又睡不着了。他想:如果让浑象自己转动,也像天上星星一样,一昼夜转一个圈子,不是更有意思吗?
他想起南阳的水排,能用水力拉风箱,那么,用水力推动浑象转动,大概是不难的。但要让浑象慢慢地转动,一昼夜刚巧只转动一圈,那可不容易。
他翻来覆去,辗转反侧不能成眠。抬头看了看漏壶,"啊哟,不早了!"
漏壶是计时的器具,相当于现代的钟表。漏壶的样式很多,张衡用的是比较简单的一种。这是一只小小的铜制圆筒,下端有出水嘴,让水慢慢地流出。圆筒上端有 盖,盖上凿一扁洞,一把扁形的标尺自扁洞插入壶里,标尺下端钉上一块小木板。壶里装水时,标尺全部外露,水壶逐渐变浅,标尺也逐渐下降,露出部分越来越 短。标尺上刻有十大格,一百小格,每小格称为一刻。漏完一百刻水,就是一昼夜(我们现在每小时分成四刻,每刻15分钟,就是沿用漏壶的单位名称。不过漏壶 每刻只有14分24秒)。
张衡想:浑天仪转的速度要和漏壶滴水一样。
可是,漏壶滴水怎能推动一个大铜球呢?
这个问题,又怎能难倒张衡呢?
他很快解决了这个问题。
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