《靈憲》上述這4點都很有意思。

其中第一點可以說基本上是正確的,雖然實際情況要比這種概括複雜得多。

第二點則與古希臘人的思想完全相合。而在中國,則在張衡之前還沒有人提起過,並且在他之後也未對此點給予重視,這就使中國古代數理天文學的發展受到很大的局限。

第三點雖然說得非常含混難解,而且完全不正確,但它卻顯然是在尋求說明行星運動之所以有順逆遲速的力學原因。這種努力的本身值得在整個天文學史上大書一筆。1500多年之後,王錫闡在《五星行度解》裏提到了類似的思想,並進一步提出了天對日、月、五星有一種類似磁石吸針的力量。王錫闡的思想的力學性就更明確了。雖然張衡、王錫闡的思想都並不正確,但是行星和它們的衛星(月亮是地球的衛星,地球是一顆行星)的運動,的確都是受到萬有引力定律所支配的。因此,追究這些天體運動中的力學原因無疑是一個正確的方向。在西方,對於這種力學原因的探討在張衡之後的1000多年裏仍然是沒有的。許多偉大的希臘天文學家都隻有對日、月、五星的運動作精細的運動學描述,而從未想到過解釋其力學原因。力學原因的探討要直到16世紀科學革命開始之後才被提出來。

第四點也很有意思。《靈憲》的行星分類正好是太陽係中內行星與外行星的分類。當然,現在我們知道,所有的行星,包括地球,都是繞太陽轉的,而月亮則是繞地球轉的。所以,“附於月”的說法當然是錯誤的。之所以會有這樣的錯誤,是因為張衡和其他古人一樣,把月亮作為陰的代表。

不過,從金、水兩內行星的運動來說,人目所見的鮮有和外行星有截然不同的地方。那就是,外行星隻能從晨出於東方開始一個會合周期。而內行星則在一個會合周期不但可以晨出於東方,而且還可以像月亮一樣,昏出於西方。正是由於這種昏出於西方的相似性,《靈憲》才提出“附於月”的說法。

(7)關於星官。滿天繁星,古人將它們組合成一個個星組,以便於對它們進行辨認和觀測。這些星組少則一星,多則數十星。這樣的星組古人稱之為星官。

由於各個天文學家的取舍、組合方法並不都相同,因此形成了許多家不同的星官體係。直到張衡時代,流傳於世的星官體係有以《史記·天官書》為代表的體係,有石氏、甘氏、黃帝以及“海人之占”等等的體係。對這些各有特色的體係,張衡作了一番比較、整理和彙總的工作,發展出了一整套收羅恒星最多的新體係。《靈憲》記載,其中“中外之官常明者百有二十四,可名者三百二十,為星二千五百,而海人之占未存焉”。

張衡的這一星官體係整理工作比(三國吳)天文學家陳卓總結甘、石、巫鹹三家星官的時代要早100多年,而且所包括的星官、星數比陳卓要多得多(陳卓所總結的有283官1464星),成就當然要比陳卓大。可惜張衡星官體係已經失傳,這是我國恒星觀測史上的重大損失。

與恒星星官有關的一個問題是,《靈憲》中提出了星空裏還存在一種“微星”即很暗弱的星,其數有11520顆。這個數字並非嚴格得自實測,而是來自《易經》中神秘的“萬物之數”。數字當然是不正確的。但張衡認為有微星存在,且星數比亮星多得多,這卻是符合客觀實際的。

(8)流星和隕星。天空中除了日、月、星(古稱三光。星包括行星和恒星)這些常見成員外,還不時見到流星之類的天體。《靈憲》認為“及其(指三光)衰也,神歇精,於是有隕星。然則奔星之所墜,至地則石矣”。這裏,張衡繼承了前人“星墜至地則石也”的思想,對隕石的來源予以較正確的解釋。同時,張衡還探討了隕星產生的原因,認為是與日、月、星的衰敗有關。

雖然這個想法不正確(太陽係內有一些大大小小的流星體,當它們在運行中與地球相遇,進入大氣層後因摩擦而燃燒,便成為流星;較大的流星體在大氣層中未及燒盡而墜落地麵,便成為隕星,或稱隕石),但是,每個天體都有發展到“衰”敗死亡的階段,這卻是非常科學的結論。張衡的這個思想非常合乎辯證法,而且也正是西方古代天文學中所缺乏的。

與隕石相聯係,《靈憲》中對恒星的產生也有一種解釋:“地有山嶽,以宣其氣,精種為星。星也者,體生於地,精成於天。”這種星生於地的見解當然是完全錯誤的。它是當時已流行了幾百年的天地相應的思想的反映。

《靈憲》說道:“在天成象,在地成形。天有九位,地有九域。天有三辰,地有三形。有象可效,有形可度。情性萬殊,旁通感薄,自然相生,莫之能紀。”這些所謂天地之間的對應,純粹出於人的主觀附會,毫無內涵上的科學聯係。例如,所謂天的九位(即古人所謂九天)和地的九域(即所謂九州)全都是中國古人的人為劃分。所以,這種相應純屬數字偶合。

不過,張衡之所以會有山嶽之精氣上升為星的想法,原因即在於他見到的隕星至地都是石頭,而山嶽則正是最多石頭的地方。石頭又怎能上天?所以必然會想到這是山嶽的精氣,這就可以上升到天上成為星。這些反映了隕石來自天外的思想。而在西方,直到17世紀,還有天文學家認為隕石並非來自地外的說法。

《靈憲》作為一篇傑出的古代天文學著作,當然仍會有許多不足的地方。除了前麵已經提到的各點外,比如文中還把嫦娥奔月的神話當作事實記載在內,甚至說嫦娥入月後化成了蟾蜍。至於文中流露的種種星占術思想,那是當時整個時代的風氣,倒也不必去苛求張衡。

總之,盡管《靈憲》有一些缺點,但是它在天文學史上的意義並不因此而遜色。梁代劉昭讚頌張衡是“天文之妙,冠絕一代”,其評價的主要根據之一就是《靈憲》這篇傑出的著作。

刻漏是我國古代最重要的計時儀器。目前傳世的三件西漢時代的刻漏,都是所謂“泄水型沉箭式單漏”。

這種刻漏隻有一隻圓柱形盛水容器。器底部伸出一根小管,向外滴水。容器內水麵不斷降低。浮在水麵的箭舟(即浮子)所托著的刻箭也逐漸下降。刻箭穿過容器蓋上的孔,向外伸出,從孔沿即可讀得時刻讀數。這種刻漏的計時準確性主要決定於漏水滴出的速度是否均勻。而滴水速度則與管口的水壓成正比變化。即隨著水的滴失,容器內水麵越來越降低,水的滴出速度也會越來越慢。

為了提高刻漏運行的均勻性和準確性,古人想了兩步對策。第一步是把泄水型沉箭式改為蓄水型浮箭式,即把刻漏滴出的水收到另一個圓柱形容器內,把箭舟和刻箭都放在這個蓄水容器內,積水逐漸增多,箭舟托著刻箭漸逐上升,由此來求得時刻讀數。第二步則是在滴水器之上再加一具滴水器。上麵的滴水器滴出的水補充下麵滴失的水,這樣,可使下麵的滴水器水麵的下降大大延緩,從而使下麵的滴水器出水速度的穩定性得到提高。這樣的刻漏稱為二級刻漏。

如果按這思路類推,可以在二級刻漏之上再加一級,則刻漏運行的穩定性又可提高。這就成了三級刻漏,如此等等。

大概在隋唐以後,中國發展出了四級和四級以上的刻漏。不過,關鍵的從單漏到二級漏這一步發生在什麼時代?在張衡以前的文獻和考古實物中都沒有提供明顯的資料。

不過在一篇題為《張衡漏水轉渾天儀製》的文章中描述了張衡所用的刻漏是一組二級刻漏。這篇文章當是張衡或其同時代人的作品,現隻在唐初的《初學記》卷二十五中留有幾段殘文。文如下:“以銅為器,再疊差置。實以清水,下各開孔。以玉虯吐漏水入兩壺,右為夜,左為晝”。“鑄金銅仙人,居左壺;為金胥徒,居右壺”。“以左手把箭,右手指刻,以別天時早晚”。

其中所謂疊置當是指二具刻漏上下放置。所謂差置是指上下二具容器放置得不相重而有所錯開。所謂再疊差置當是指有三層容器錯開疊放。至於下麵的蓄水壺又分左、右兩把,那是因為古代的時刻製度夜間和白天有所不同,所以張衡幹脆就用二把。同時,這樣也便於刻漏的連續運行。《張衡漏水轉渾天儀製》是目前所知第一篇記載了多級刻漏的文獻。由此我們可以推斷,正是張衡作出了從泄水型沉箭漏到蓄水型浮箭漏和從單漏到多級漏這樣兩步重大的飛躍。

張衡在創作了渾天儀之後曾寫過一篇文章。此文全文已佚。隻是在梁代劉昭注《後漢書·律曆誌》時作了大段引述而使之傳世。劉昭注中把這段文字標題為《張衡渾儀》。稱之為“渾儀”可能是劉昭所作的一種簡化。

在古代,儀器的定名並不嚴格。雖然後世將“渾儀”一詞規範為專指觀測儀器,但在隋、唐以前,“渾儀”也可用於表演儀器。劉昭所引此文與前麵提到的《張衡漏水轉渾天儀製》是否原屬一篇文章,此事也已無可考。不過從二者標題文字相差甚大這一點來說,說是二篇文章也是有理由的。不管這事究竟如何,單說劉昭所引,近人已有證明,它應是張衡原作。

我們考察劉昭所引的這一段文字大約有三個內容。第一部分講渾天學說和渾天儀中天極、赤道和黃道三者相互關係及彼此相去度數。第二部分講所謂黃赤道差的求法和這種差數的變化規律。這是這一殘文中的最多篇幅部分。第三部分講黃道二十八宿距度以及冬、夏至點的黃道位置。仔細研究這篇殘文可以得到兩點重要信息。

其一,文中介紹了在天球儀上直接比量以求取黃道度數的辦法:用一根竹篾,穿在天球兩極。篾的長度正與天球半圓周相等。將竹篾從冬至點開始,沿赤道一度一度移動過去,讀取竹篾中線所截的黃道度數,將此數與相應的赤道度數相減,即得該赤道度數(或黃道度數)下的黃赤道差。從這種比量方法可以悟得,中國古代並無像古希臘那樣的黃經圈概念。

中國古代的黃道度數實際是以赤經圈為標準,截取黃道上的弧段而得。這種以赤極為基本點所求得的黃經度數,今人名之為“偽黃經”、“極黃經”(實際當名為“赤極黃經”)等等。對於像太陽這樣在黃道上運動的天體,其偽黃經度數和真正的黃經度數是相等的。而對黃道之外的天體,則二者是有區別的(當然,除了正好在二至圈——過冬、夏至點及赤極、黃極的大圓——上的點之外),距黃道越遠,差別越大。

其二,文中給出了所謂黃赤道差的變化規律。將赤道均分為24等分。用上述方法求取每一分段相當的黃道度數。此度數與相應赤道度數的差即所謂黃赤道差。這是中國古代所求得的第一個黃赤道差規律。黃赤道差後來在中國曆法計算中起了很重要的作用,作為首創者的張衡其貢獻也是不可磨滅的。

除了劉昭所引的這段文字之外,在晉、隋兩《書》的“天文誌”裏所引述的葛洪的話中轉引了一段題為《渾天儀注》的文字;在唐代《開元占經》第一卷裏編有一段題為《張衡渾儀注》和一段題為《張衡渾儀圖注》的文字。把這3段文字和劉昭所引的《渾儀》一文相比較後可以知道,葛洪所引的《渾天儀注》這段文字不見於劉昭所引,而見於《張衡渾儀注》中。《張衡渾儀注》的剩餘部分和《張衡渾儀圖注》即是劉昭所引文字的分割,但又有所增刪。

除此之外,在《開元占經》卷二十六“填星占”中還有3小段題為《渾儀》的文字;卷六十五的“天市垣占”下小注中有題為《張衡渾儀》的文字一句。這4段文字也不見於劉昭所引。

總括上述情況,可以得出兩點結論:其一,劉昭所引隻是張衡《渾儀》一文的節選。張衡原文的內容更為豐富一些。但豐富到何種程度,現已無可考。且自《隋書·經籍誌》以來的目錄著作中,對《渾儀》(或《渾天儀》)一文從來隻標注為“一卷”。因此,想來不會有驚人的數量出入。其二,張衡《渾儀》一文確曾被人作過注,還補過圖注。注和圖注大概不是一人所注,且大概不是張衡本人所加,否則就不會有單獨的《渾儀》一文的存在了。

前麵與《渾儀》有關的文字中,當代研究家最關心的是葛洪所引的《渾天儀注》是否是張衡原作的問題。因為這一段文字素來被現代研究家視作中國古代渾天說的代表作,甚至視其地位猶在《靈憲》之上。過去人們當然把它看作是張衡的作品。

但到20世紀70年代末,有人對此提出了全盤的否定。認為所有冠以或不冠以張衡之名的《渾儀》、《渾儀注》、《渾儀圖注》、《渾天儀注》等等都是後人的作品。嗣後,又有人對之作了全麵的辯駁,維護了傳統的觀點。這一段爭論前後曆時長達12年。