張衡（78～139），東漢建初三年(公元78年)生；永和四年(公元139年)卒。字平子，南陽西鄂（今河南南陽市石橋鎮）人，漢族。他是我國東漢時期偉大的天文學家，為我國天文學、機械技術、地震學的發展作出了不可磨滅的貢獻。
張衡是東漢中期渾天說的代表人物之一；他指出月球本身並不發光，月光其實是日光的反射；他還正確地解釋了月食的成因，並且認識到宇宙的無限性和行星運動的快慢與距離地球遠近的關係。張衡共著有科學、哲學和文學著作三十二篇，其中天文著作有《靈憲》和《靈憲圖》等。
張衡出身於名門望族。其祖父張堪自小誌高力行，被人稱為聖童，曾把家傳餘財數百萬讓給他的侄子。光武帝登基後張堪受薦拜官。曾被任為蜀郡太守隨大司馬吳漢討伐割據蜀郡的公孫述，立有大功。其後又領兵抗擊匈奴有功，拜為漁陽(今北京附近)太守。曾以數千騎兵擊破匈奴來犯的一萬騎兵。此後在他的任期內匈奴再也沒有敢來侵擾。他又教人民耕種，開稻田八千頃，人民由此致富。
所以，有民謠歌頌他說：“張君為政，樂不可支。”張堪為官清廉。伐蜀時他是首先攻入成都的，但他對公孫述留下的堆積如山的珍寶毫無所取。蜀郡號稱天府，但張堪在奉調離蜀郡太守任時乘的是一輛破車，攜帶的隻有一卷布被囊。
張衡像他的祖父一樣，自小刻苦向學，很有文采。16歲以後曾離開家鄉到外地遊學。他先到了當時的學術文化中心三輔(今陝西西安一帶)。這一地區壯麗的山河和宏偉的秦漢古都遺址給他提供了豐富的文學創作素材。以後又到了東漢首都洛陽。
在那兒，他進過當時的最高學府——太學，結識了一位青年學者崔瑗，與他結為摯友。崔瑗是當時的經學家、天文學家賈逵的學生，也精通天文、曆法、數學等學問。
和帝永元十二年(公元100年)張衡應南陽太守鮑德之請，作了他的主簿，掌管文書工作。8年後鮑德調任京師，張衡即辭官居家。在南陽期間他致力於探討天文、陰陽、曆算等學問，並反複研究西漢揚雄著的《太玄經》。他在這些方麵的名聲引起了漢安帝的注意。永初五年(公元111年)張衡被征召進京，拜為郎中。
陽嘉元年，複造候風地動儀。以精銅鑄成，圓徑八尺，合蓋隆起，形似酒樽，飾以篆文山龜鳥獸之形。中有都柱，傍行八道，施關發機。外有八龍，首銜銅丸，下有蟾蜍，張口承之。其牙機巧製，皆隱在樽中，覆蓋周密無際。如有地動，樽則振龍，機發吐丸，而蟾蜍銜之。振聲激揚，伺者因此覺知。雖一龍發機，而七首不動，尋其方麵，乃知震之所在。驗之以事，合契若神。自書典所記，未之有也。嚐一龍機發而地不覺動，京師學者鹹怪其無征。後數日驛至，果地震隴西，於是皆服其妙。自此以後，乃令史官記地動所從方起。
張衡幼年時候，家境已經衰落，有時還要靠親友的接濟。正是這種貧困的生活使他能夠接觸到社會下層的勞動群眾和一些生產、生活實際，從而給他後來的科學創造事業帶來了積極的影響。
張衡是一位具有多方麵才能的科學家。他的成就涉及到天文學、地震學、機械技術、數學乃至文學藝術等許多領域。
張衡在天文學方麵有兩項最重要的工作——著《靈憲》，作渾天儀。此外，在曆法方麵也有所研究。《靈憲》是張衡有關天文學的一篇代表作，全麵體現了張衡在天文學上的成就和發展。原文被《後漢書·天文誌》劉昭注所征引而傳世。文中介紹的天文學要點如下：
(1)宇宙的起源。《靈憲》認為，宇宙最初是一派無形無色的陰的精氣，幽清寂寞。這是一個很長的階段，稱為“溟滓”。這一階段乃是道之根。從道根產生道幹，氣也有了顏色。但是，“渾沌不分”，看不出任何形狀，也量不出它的運動速度。這種氣叫做“太素”。這又是個很長的階段，稱為“龐鴻”。有了道幹以後，開始產生物體。這時，“元氣剖判，剛柔始分，清濁異位，天成於外，地定於內”。天地配合，產生萬物。這一階段叫做“太玄”，也就是道之實。
《靈憲》把宇宙演化三階段稱之為道根、道幹、道實。在解釋有渾沌不分的太素氣時引了《道德經》裏的話：“有物混成，先天地生。”這些都說明了《靈憲》的宇宙起源思想，其淵源是老子的道家哲學。《靈憲》的宇宙起源學說和《淮南子·天文訓》的思想十分相像，不過《淮南子》認為在氣分清濁之後“清陽者薄靡而為天，重濁者凝滯而為地”。天上地下，這是蓋天說。而《靈憲》主張清氣所成的天在外，濁氣所成的地在內，這是渾天說。
總之，張衡繼承和發展了中國古代的思想傳統認為宇宙並非生來就是如此，而是有個產生和演化的過程。張衡所代表的思想傳統與西方古代認為宇宙結構亙古不變的思想傳統大異其趣，卻和現代宇宙演化學說的精神有所相通。
(2)關於宇宙的無限性。戰國時代的《屍子》定義說，“上下四方曰宇，往古來今曰宙”。宇就是空間，宙就是時間。中國的傳統思想是把空間和時間聯係在一起的。這一點也和西方古代把二者看成是兩個互相割裂的概念大不相同。
但是，中國和西方一樣，在二者是有限還是無限的問題上曆來也有爭論。《莊子》一書中就有宇宙在空間和時間上都是無限的說法。而西漢末年的揚雄卻認為“闔天為宇，辟宇為宙”，在空間上是有限的，在時間上是有起點的。
張衡雖然長期研究揚雄的《太玄經》，並受到揚雄較深的影響，但在宇宙的無限性上卻不願遵循揚雄。《靈憲》認為人目所見的天地是大小有限的，但是，超出這個範圍，人們就“未之或知也。未之或知者，宇宙之謂也。宇之表無極，宙之端無窮”。宇宙在空間上沒有邊界，在時間上沒有起點。揚雄的思想和現代天文學界最負盛名的大爆炸宇宙學說在終極本質上是相通的。而張衡的結論卻和當代的辯證唯物主義哲學相合。看來，宇宙有限無限的問題還得長期爭論下去。
(3)關於天地的結構。《靈憲》把天描述成是恒星所在的地方，它是一個偏心率極小的橢球：“八極之維，徑二億三萬二千三百裏。南北則短減千裏，東西則增廣千裏。通而度之，則是渾已。”天上有一個北極，樞星正好在這個位置上。日、月、五星都繞它旋轉。天還有個南極，是在地底下，人不可見。人目所見的地表麵是平的，正在天的中央，“自地至天，半於八極；則地之深亦如之”。
可見，張衡心目中的地是個半球。在地麵上來說，如以8尺高的表在同一天正午測量日影長度，則南北相距千裏的兩個地點所量得的表影長度相差1寸。
為什麼把天地要設想成是個橢球結構？我們已無法了解，或許，一種可能是囿於傳統。早在《呂氏春秋·有始覽》中就提到：“凡四海之內，東西二萬八千裏，南北二萬六千裏”，東西比南北長了二千裏。《淮南子·墜形訓》中也引了這兩個數值。可見古人大概相當相信天、地的東西要比南北來得長。
地平說和“表影千裏差1寸”的理論，過去人們曾以為是蓋天說的內容。但若據此即認為《靈憲》的天地結構模形是蓋天說，那就不當了。
渾天模型和蓋天模型最主要的不同在於：渾天的天是球狀的，天可以轉到地下去。天不僅有出於地上的北極，還有隱於地下的南極。蓋天的天則或像一個蓋子籠罩著平地(近人稱之為第一次蓋天說)，或者和地構成二片平行的曲麵(近人稱之為第二次蓋天說)。總之，天永遠在地之上。天隻有北極而不可能有南極。
因此，從對天的結構認識來看，《靈憲》隻能劃入渾天說而不能視之為蓋天說。關於地的問題，必須指出，曆史上的渾蓋之爭，主要在於天而不在於地。直到唐代一行徹底否定了日影千裏差1寸的舊說之前，水平大地的觀念還一直存在於渾天說中。就是在一行之後，直到西方天文學傳入之前，我國仍然未能建立起明確的球形大地的數理模型。反倒是《靈憲》中的那種“天圓地平”說仍然占有重要地位。
(4)關於日、月的角直徑。《靈憲》記載，日、月角直徑為整個天周的“七百三十六分之一”。化成現代通用角度單位即為29′21″，根據錢寶琮的研究，認為《靈憲》的“(日、月)其徑當天周七百三十六分之一，地廣二百四十二分之一”當校改為“(日、月)其徑當天周七百三十分之一，地廣二百三十二分之一”。如此則日、月的角直徑當為29′35.3″。這和近代天文測量所得的日和月的平均角直徑值31′59″和31′5″相比，誤差都隻有2′左右。以二千年前的觀測條件而論，張衡測值可謂精確。
在張衡之前的《周髀算經》中也介紹過一個觀測：用一根8尺高的竿子垂直立於地麵，每當太陽過子午線時量竿影長度。當影長正為6尺時，用一根8尺長、孔徑1寸的竹管觀看太陽。《周髀算經》認為此時太陽視圓麵正好充滿竹管。
由此，《周髀算經》按照“千裏差1寸”的比例關係，求得此時太陽距人目為10萬裏，進而求得太陽的線直徑為1250裏。由於“千裏差1寸”等基本出發點都是錯誤的，因而《周髀算經》所得極為荒謬(太陽的線直徑實際為139.1萬公裏)。就觀測本身而論，《周髀算經》的結果也是相當粗疏的。按竹管長8尺，孔徑1寸計算，太陽角直徑為42′58″。誤差比《靈憲》所載大多了。
(5)關於月食原因。在張衡之前，人們已對日食的原因有所認識。西漢的劉向就說過：“日蝕者，月往蔽之”。東漢王充在《論衡·說日篇》中引述過別人的一種更明確的說法：“或說，日食者月掩之也。日在上，月在下，障於日之形也。”而對於月食原因，則在張衡之前尚無明晰的解釋。
大概正是針對這種狀況，張衡在《靈憲》中就未及日食原因，而是專門論述了月食的原因：“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。眾星被耀，因水轉光。當日之衝，光常不合者，蔽於地也，是謂虛。在星星微，月過則食。”這段話中說到，月亮本身是不發光的，太陽光照到月亮上才產生月光。
月亮之所以出現有虧缺的部分，就是因為這一部分照不到日光。所以，當月和日正相對時，就出現滿月。當月向日靠近時，月亮虧缺就越來越大，終至完全不見。這樣一種月相理論，在《周髀算經》中已有大概：“日兆月，月光乃生，故成明月。”西漢京房說得更為明確：“先師以為日似彈丸，月似鏡體；或以為月亦似彈丸，日照處則明，不照處則暗”。
張衡的月相理論和他們沒有本質的差別，所突出的是張衡強調了月相與日、月相對位置的關係。但這樣一來人們自然要問，既然“當日則光盈”，那麼何以有時候當日時會有月食呢？對此，張衡回答說：“蔽於地也”，即大地擋住了日光，使日光照不到月亮上去了。張衡把這塊大地所產生的影子起個名字叫“虛”。月亮進入虛時就發生月食。《靈憲》對月食原因的闡述是很科學的。
不過，再仔細思考一下虛，人們又會提出問題。按照《靈憲》所說的天地結構，地是其下部與天球相密合的半橢球。那麼：(i)要使日、月能沒入地平且能在地下運動，日、月就隻能是兩個無厚的圓麵，這就和上麵說的月相理論相矛盾。(ii)太陽沒入地平後光線就會被地半球完全擋住，無論什麼時候也不會投射上月亮。這樣，晚上的月亮應該總是看不見的，這也就根本談不上月食的問題了。
要解釋這兩個矛盾，隻能認為《靈憲》中的地有二層不同的含義。第一層含義是相對天來說的地，那是個半橢球。第二層含義是相對日、月來說的，那是孤懸在天球中央的一個較小的固體物。或者，可以把這二層含義統一起來說：孤懸在天內的是一片陸地，此外的地則全是水，故能與天球下半相密合。這樣理解之下，則日、月仍可是個圓球；而日到水下之後日光仍能穿透水而照射到月亮上，隻有那塊相對較小的陸地才能產生一塊虛。
當然，在這樣推測的時候還得再補充一點，即應該認為在張衡看來，水是一種透明度較高的物質，所以深入地下之後的日光仍能穿透厚厚的水層而射到月亮，產生皓然明月。
(6)關於五星的運動。《靈憲》中提出了4點極有價值的見解。第一，日、月、五星並非是在天球球殼上，它們是在天地之間運行，距地的遠近各有不同。第二，這7個天體的運動速度也不同，離地近的速度快，離地遠的速度就慢。第三，《靈憲》用天的力量來說明行星之所以有留、逆、遲、速等運動變化現象(“天道者貴順也。近天則遲，遠天則速。行則屈，屈則留回，留回則逆，逆則遲，迫於天也”)。第四，按照五星離地遠近及其運行的快慢，可以將它們分成兩類。一類附於月，屬陰，包括水星和金星。另一類附於日，屬陽，包括火星、木星和土星。