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中國天文學發(fā)展的歷史是悠久的。到漢代已有蓋天、宣夜和渾天等學派。蓋天說認為，天如蓋，蓋心是北極，天蓋左旋，日月星辰右轉。宣夜說認為天無定形，日月星辰“自然浮生虛空之中”，并不附著于“天體”之上。渾天說認為天如蛋殼，地如蛋黃，天地乘氣而立，載水而行。

宣夜說后來不幸失傳了，蓋天、渾天兩說并行，競相爭鳴，比較科學的渾天說漸占上風。同時，觀測天象的儀器也不斷出現，如武帝時洛下閎制造了渾天儀，宣帝時耿壽昌又造了渾天儀，和帝時崔瑗的老師賈逵更制造了黃道銅儀。[1]

張衡繼承和發(fā)展了前人的成果。任太史令后，他更加勤奮地“研核陰陽”，終于“妙盡璇璣之正”。元初四年（公元117年），一件成就的銅鑄渾天儀，被張衡造了出來。渾天儀主體是幾層均可運轉的圓圈，外層周長一丈四尺六寸。各層分別刻著內、外規(guī)，南、北極、黃、赤道，二十四節(jié)氣，二十八列宿，還有“中”、“外”星辰和日、月、五緯等等天象。儀上附著兩個漏壺，壺底有孔，滴水推動圓圈，圓圈按著刻度慢慢轉動。于是乎各種天文現象便赫然展現在人們眼前。這件儀器被安放在靈臺大殿的密室之中。夜里，室內人員把某時某刻出現的天象及時報告給靈臺上的觀天人員，結果是儀器上、天上所現完全相符。

銅儀的兩側附有玉虬（龍）各一，吐水入壺，左為夜，右為晝。壺上分別立著金銅仙人和胥徒，“皆以左手抱箭，右手指刻，以別天時早晚”。更有妙者：臺階下還有內裝機關與兩壺相聯的瑞輪、莢，靠著滴水的推動，依照月亮出入圓缺的變化，不停地旋轉開合，表示著朔、望、弦、晦等日期，有如活動日歷一般，可見這件渾天儀及其附器，與近世的假天儀有許多相似之處。在此儀誕生的前一年，張衡先用竹篾制成一個模型，名曰“小渾”，進行了一系列的試驗和校正，然后才鑄作大儀。渾天儀是張衡血汗的結晶。他接著寫了《渾天儀圖注》和《漏水轉渾天儀注》兩本說明書，又撰成《靈憲》一部，繪制《靈憲圖》一份

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