2.張衡和地動儀
張衡,字平子,出生於公元78年,南陽西鄂(今河南南召縣南)人。曾以學問博大精深,才華超眾,被薦為郎中、太史令,後為河間相。早在一千九百年前,他就以發明渾天儀、候風儀和地動儀而成為世界聞名的天文學家。
常言說“從小看大”。張衡之所以在鑽研自然科學的道路上,取得如此大的成就,為人類做出那麼大的貢獻,就在於他從小就有勤奮好學、勇於探索的精神。
張衡的祖父張堪做過蜀郡太守,為官清廉,沒給他留下多少財富。加之父親過早去世,在他的幼年時期,家境就已經敗落,主要靠親戚、朋友們的資助過活。也許正是這種清貧的生活,極大地激發了小張衡刻苦求學的精神。到他十歲那年,他已經熟讀了《四書》、《五經》,也喜歡文學,如《詩經》、《楚辭》等。但更能使他產生興趣的,卻是有關自然科學方麵的書。故當時就有人稱讚他是“焉所不學,亦何不師”,意思是說,沒有他不想學的學問,也沒有他不想請教的老師。
有一天,他和兩個同學進城遊玩,看見一個打鐵的,每台爐旁雖然都有好幾個風箱,但沒有人拉,風卻很大,把爐火吹得紅光閃爍。他想,風是從哪裏來的呢?他順風查看,終於發現鐵爐緊靠一條河,名叫白河,人們在河中築壩攔水,提高水位,使水流變急;急流中有個水輪,被流水衝得轉個不停;水輪上有齒輪,連動別的機體,帶動一根鐵杆,一來一回地拉動風箱。這種用水的力量帶動齒輪的神奇情景,深深地印在了他的腦海中。
又有一天,他在書館裏讀書,發現一本名叫《鶡冠子》的詩集上,有四句關於北鬥星的話,便好奇地記了下來:
鬥柄指東,天下皆春。
鬥柄指南,天下皆夏。
鬥柄指西,天下皆秋。
鬥柄指北,天下皆冬。
還是跟奶奶學兒歌的時候,張衡就學會了辨認北鬥星。現在細細回味書上關於北鬥星的四句話,他忽地悟出,這是北鬥星的變化規律:北鬥星因季節的變化不停地運轉,在不同的季節,鬥柄就指著不同的方向。
張衡根據這一發現,繪製了一張圖,每逢晴朗的夜晚,他便眼望天空,對照圖中所述,仔細觀察,從不間斷。天長日久,他又發現,北鬥星是圍繞一個小星轉動的,這個小星就叫北極星。北鬥星每年轉一圈,季節變化一遍,即使在同一個季節裏,北鬥星的位置也不同。例如早春時北鬥指向東北,晚春時則指向東南。由於張衡苦讀好學,勤於鑽研,到十五歲時,便成了南陽遠近聞名的小才子。縣令聽說他很有學問,要推舉他做秀才,被他拒絕了。
公元95年,也就是張衡十七歲那年,為了擴大知識麵,他離開家鄉,去京都洛陽求學。在那裏,他結識了不少有才之士,經常和他們研究天文、曆法、數學等,不但使已學知識更加紮實、豐厚,而且又學了不少其他方麵的知識。時人稱讚他“通五經,貫六藝”,說明他的學問已為社會所承認。
公元111年,張衡經尚書令推薦,被漢安帝任命為太史令,主管天文曆法。他為了對天體進行更加深入的研究,決定製造一個天體模型,這就是天球圖,把天地的構造和日月星辰的變化都在上麵顯示出來。正是在這期間,他帶人每天數星星,數了東邊數西邊,數了北邊數南邊,最後終於有了一個比較精確的數字:中原地區天空星星的總數為二千五百顆,和現代科學研究的結果基本相符。
功夫不負有心人,張衡經過幾年的努力,對天球圖不斷改進,終於在安帝年間製造出世界上第一架利用水力轉動、能較準確測定天象的渾天儀,成為世界科學史上的奇跡。又於公元132年,發明了世界上第一個可以預測地震方向的地動儀。緊接著,他還發明了觀測氣象的候風儀。張衡用他超人的智慧和勤奮,在科學領域裏為人類做出了傑出的貢獻。