張衡與水運渾天儀的發明

張衡是中國歷史上最早製造水運渾天儀的人。張衡（公元78—139年），字平子，東漢南陽西鄂（今河南南陽）人，東漢時期傑出的科學家，也是世界上偉大的天文學家之一。

張衡的《渾天儀圖注》是渾天說的代表作。他明確地指出了大地是個圓球，形象地說明了天與地的關係。從晉書中記載得知，張衡的渾天儀是一個直徑約5尺的空心球，上面繪有二十八宿，中外星官以及互成24度角的黃道和赤道，黃道上還表明二十四節氣的名稱。緊附於天球外的有地平環和子午環等。天體半露於地平環之上，半隱於地平環之下。天軸則支架在子午環上，其北極高出地平環36度，天球可繞天軸轉動，這就是渾天儀的外部結構，它形象地表達了渾天思想。

張衡還利用中國古代機械工程技術的發展，把計量時間用的漏壺與渾象聯繫起來，即利用漏壺的等時性，以漏壺流出的水為原動力，再通過渾象內部裝置的齒輪系統等傳動和控制設備，使渾象每天均勻地繞天軸旋轉一周，從而達到自動地、接近正確地演示天象的目的。此外水運渾象還帶動一個稱作「瑞輪冥莢」的巧妙儀器，製成機械日曆。傳說冥莢是一種奇妙的植物，它每天長一片葉子，到月半共長15片葉子，以後每天掉一片葉子，到月底正好掉完。「瑞輪冥莢」就是依照這種現象進行構思，用機械的方法使得在一個槓桿上每天轉出一片葉子來，月半之後每天再落下一片葉子來，這樣就可以知道月相。

張衡的渾天儀雖然還不能完全自動地表演日月星辰的運動，但是，用一個機械系統來取得與天球旋轉相同步的機械運動，這本身就是一個偉大的發明，它在當時的世界上是絕無僅有的。

張衡在洛陽發明的地動儀是世界上最早觀測和記錄地震的儀器。

我國東漢時期的地震頻繁，據《後漢書?五行志》記載，自公元92至125年（漢和帝永元四年到漢安帝延光四年）的30多年間，較大的地震就發生了26次，給人民的生命財產造成了極大的損失。為了掌握全國各地的地震動態，張衡在前人積累的地震知識的基礎上，經過多年研究，終於在公元132年（陽嘉元年）成功地製造出了地動儀。

據《後漢書?張衡傳》記載：「候風地動儀以精銅製成，圓徑八尺，合蓋隆起，形似酒尊，飾以篆文、山、龜、鳥、獸之形。」儀器的內部中央有「都柱」（一個倒立的慣性擺），柱旁有「八道」。儀器外部嵌有八條龍，布列八方，龍頭朝下，尾朝上，按東、南、西、北、東南、東北、西南、西北八個方向布列。龍頭和內部由機械裝置連通，每條龍嘴裡有一銅球，龍頭下，對應有八隻蹲著的銅蟾蜍，張嘴向上。每當地面振動時，都柱便因地面的強烈振動而傾斜，觸發機關。地動儀中「都柱」的靈敏度極高。

張衡的地動儀是當時世界上遙遙領先的偉大發明，它比西方同類儀器早約1700多年。