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中國天文學發展的歷史是悠久的。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，南、北極、黃、赤道，二十四節氣，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。

那天，西面的龍嘴里的銅球落下來了，于是，張衡斷定是京都西面發生了。 地動儀是根據慣性原理設計的。發震之后，波傳來，地動儀中間的“都柱”（類似于慣性運動的擺）就受到震動，朝那個方向偏動，通過杠桿，使那個方向的龍嘴張開，銅球墜落。 在1800多年前，張衡能夠制造出這樣的精巧、靈敏、準確、造型美觀的儀器，實在令人嘆服！ 張衡的祖父張堪，曾當過蜀郡太守。到張衡出生時，家道已經衰落，生活貧苦。但是張衡有志氣，他說過：“不患位之不尊，而患德之不崇；不恥祿之不伙，而恥智之不博。”意思是說：“不擔心自己的地位不高，而擔心自己的道德不高尚；不應當為收入菲薄而害羞，而應當為知識不廣博而害臊。”

指南針是一種指示方向的工具，它的發明和創造是一個不斷改進和發展的過程。早的時 期，我國人民用以指向的工具是指南車。傳說4000多年前，黃帝與蚩尤進行。蚩尤能夠興 起白茫茫的大霧。聰明的黃帝便創造了指南車來辨認方向，這才打敗了蚩尤。由于指南車的結 構復雜，不容易制作。

 制作出來的也很笨重，使用很不方便，人們便想對它加以改進。

戰國時，勤勞智慧的中國人民發明了簡單的指南工具——司南。司南是用磁石造成的，磁 石由于能吸鐵，通常又稱為“吸鐵石”，古代稱為“慈石”。因為它一碰到鐵就吸住，好像一個慈 祥的母親招呼自己的孩子。