近几年国内频发大级别地震，2008年的“5·12”汶川特大地震、2013年的“4·20”芦山地震，让人们在感叹大自然的无情的同时，纷纷反思地震预测的可能性。实际上，要准确地预测地震基本是不可能的，因为引起地震的因素实在太多太复杂。然而，对地震成因和地震预测的探索和尝试却从未停止，我国汉代就有科学家张衡发明地动仪以预测地震，帮助人们躲避天灾。下面就来说说张衡和他的故事。
汉章帝之后，东汉王朝逐渐开始走下坡路，在这个时期，出了一位著名的科学家张衡。
张衡从小就爱想问题，对周围的事物，总要寻根究底，弄个水落石出。在一个夏天的晚上，张衡和爷爷、奶奶在院子里乘凉。他坐在一张竹床上，仰着头，呆呆地看着天空，还不时举手指指划划，认真地数星星。
张衡问爷爷：“我数的时间久了，看见有的星星位置移动了，原来在天空的，偏到西边去了。有的星星出现了，有的星星又不见了。它们不是在跑动吗？”爷爷说道：“星星确实是会移动的。你要认识星星，先要看北斗星，可以用它来辨别方向。你看那边比较明亮的七颗星，连在一起就像舀酒的斗，有斗身和斗柄，很容易找到……”
“噢！我找到了！”小张衡很兴奋地又问：“那么，它是怎样移动的呢？”爷爷想了想说：“大约到半夜，它就移到地平线上，到天快亮的时候，这北斗星就翻了一个身，倒挂在天空……”
这天晚上，张衡一直睡不着，多次起来看北斗星。夜深人静，当他看到那闪烁而明亮的北斗星时，果然倒挂着，他感到多么高兴啊！他想：这北斗星为什么会这样转来转去，是什么原因呢？天一亮，他便赶去问爷爷，谁知爷爷也讲不清楚。越是不懂，越想弄清楚，于是，他带着这个问题，读书研究天文去了。
十七岁那年，他离开家乡，先后到了长安和洛阳，在太学里用功读书。当时洛阳和长安都是很繁华的城市，城里的王公贵族过的是骄奢淫逸的生活。张衡对这些都看不惯。他写了两篇文学作品《西京赋》和《东京赋》，讽刺这种现象。据说他为了写这两篇作品，经过深思熟虑，反复修改，前后一共花了十年工夫，可见他研究学问的精神是很认真严肃的。
但是张衡的特长还不是文学，他特别爱好数学和天文研究。朝廷听说张衡是个有学问的人，召他到京里做官，先是在宫里做郎中，后来，担任了太史令，叫他负责观察和研究天文。这个工作正好符合他研究的兴趣。
经过他的观察，他断定地球是圆的，月亮是借太阳的照射才反射出光来。他还认为天好像鸡蛋壳，包在地的外面；地好像鸡蛋黄，在天的中间。这种学说在今天看来不免有些幼稚可笑，但在一千八百多年以前，能有这样科学的见解，是很了不起的一件事情。
除了观察，张衡还喜爱研究制造仪器。他用铜制造了一种测量天文的仪器，叫做“浑天仪”。上面刻着日月星辰等天文现象。他设法利用水力来转动这种仪器。据说什么星从东方升起来，什么星向西方落下去，都能在浑天仪上看得清清楚楚。
张衡的浑天仪，其主体与现今的天球仪相仿。不过，张衡的天球上画的是他所定名的444官2500颗星。浑天仪的黄、赤道上都画上了二十四气，二十八宿及日、月、五纬。贯穿浑天仪的南、北极，有一根可转动的极轴。在天球外围正中，应当有一条水平的环，表示地平。还应有一对夹着南、北极轴而又与水平环相垂直的子午双环，双环正中就是观测地的子午线。天球转动时，球上星体有的露出地平环之上，就是星出，有的正过子午线，就是星中，而没入地平环之下的星就是星没。天球上有一部分星星永远在地平环上转动而不会落入其下。这部分天区的极限是一个以北极为圆心，当地纬度为半径的小圆，当时称之为内规。另外还有一个以南极为中心，当地纬度为半径的小圆，称之为外规。外规以内的天区永远不会升到地平之上。
张衡的发明除了浑天仪之外，更为人所称道是地动仪。那个时期，经常发生地震。有时候一年一次，也有一年两次。发生了一次大地震，就影响到好几十个郡，城墙、房屋发生倒坍，还死伤了许多人畜。当时的封建帝王和一般人都把地震看作是不吉利的征兆，有的还趁机宣传迷信、欺骗人民。但是，张衡却不信神，不信邪，他对记录下来的地震现象经过细心的考察和试验，发明了一个测报地震的仪器，叫做“地动仪”。
地动仪是用青铜制造的，形状有点像一个酒坛，四围刻铸着八条龙，龙头向八个方向伸着。每条龙的嘴里含了一颗小铜球，龙头下面，蹲了一个铜制的蛤蟆，对准龙嘴张着嘴。哪个方向发生了地震，朝着那个方向的龙嘴就会自动张开来，把铜球吐出。铜球掉在蛤蟆的嘴里，发出响亮的声音，就给人发出地震的警报。
公元138年2月的一天，张衡的地动仪正对西方的龙嘴突然张开来，吐出了铜球。按照张衡的设计，这就是报告西部发生了地震。可是，那一天洛阳一点也没有地震的迹象，也没有听说附近有哪儿发生了地震。因此，大伙儿议论纷纷，都说张衡的地动仪是骗人的玩意儿，甚至有人说他有意造谣生事。过了几天，有人骑着快马来向朝廷报告，离洛阳一千多里的金城、陇西一带发生了大地震，连山都有崩塌下来的，大伙儿这才信服。
张衡还发明了一个用来显示日期的装置，叫作“瑞轮蓂荚”。蓂荚草是一种神话中表示祥瑞的植物。据说生长在尧帝的居室阶下。随着新月的出现，一天长一个荚，到满月时长到15个荚。过了月圆之后，就一天掉一个荚。这样，数一数荚的荚数就可以知道今天是在一个朔望月中的哪一天和这天的月相了。这个神话曲折地反映了尧帝时天文历法的进步。张衡的机械装置瑞轮就是在这个神话的启发下发明的。所谓“随月盈虚，依历开落”，其作用就相当于现今钟表中的日期显示。遗憾的是，这种发动力和传动力的机械装置的具体情况史书没有留下记载。
张衡还著有一篇有关天文学的代表作《灵宪》，这篇文章全面体现了张衡在天文学上的成就和发展。他认为宇宙是无限的，天体的运行是有规律的。《灵宪》认为，宇宙的起源，最初是一派无形无色的阴的精气，是一个很长的阶段，称为“溟滓”。这一阶段乃是道之根。从道根产生道干，气也有了颜色。但是，“浑沌不分”，看不出任何形状，也量不出它的运动速度。有了道干以后，开始产生物体。这一阶段叫做“太玄”，也就是道之实。《灵宪》把宇宙演化三阶段称之为道根、道干、道实。在解释有“浑沌不分”的“太素”气时引了《道德经》里的话：“有物混成，先天地生。”这些都说明了《灵宪》的宇宙起源思想，其渊源是老子的道家哲学。总之，张衡继承和发展了中国古代的思想传统认为宇宙并非生来就是如此，而是有个产生和演化的过程。张衡所代表的思想传统与西方古代认为宇宙结构亘古不变的思想传统大异其趣，却和现代宇宙演化学说的精神有所相通。
关于宇宙无限之说，战国时代的《尸子》里这样描述：“上下四方曰宇，往古来今曰宙”。宇就是空间，宙就是时间。中国的传统思想是把空间和时间联系在一起的。这一点也和西方古代把二者看成是两个互相割裂的概念大不相同。但是，中国和西方一样，在二者是有限还是无限的问题上历来也有争论。《庄子》一书中就有宇宙在空间和时间上都是无限的说法。而西汉末年的扬雄却认为“阖天为宇，辟宇为宙”，在空间上是有限的，在时间上是有起点的。张衡虽然长期研究扬雄的《太玄经》，并受到扬雄较深的影响，但在宇宙的无限性上却并没遵循扬雄。《灵宪》认为人目所见的天地是大小有限的，但是，宇宙在空间上没有边界，在时间上没有起点。扬雄的思想和目前天文学界最负盛名的大爆炸宇宙学说在终极本质上是相通的。而张衡的结论却和当代的辩证唯物主义哲学相合。
张衡对月食的解释也充满了科学性。在张衡之前，人们已对日食的原因有所认识。西汉的刘向就说过：“日蚀者，月往蔽之”。东汉王充在《论衡·说日篇》中引述过别人的一种更明确的说法：“或说，日食者月掩之也。日在上，月在下，障于日之形也”。都认为日食是月球遮蔽造成的阴影，这一认识是符合科学的，而对于月食原因，则在张衡之前尚无明晰的解释。大概正是针对这种状况，张衡在《灵宪》中专门论述了月食的原因：“月，光生于日之所照；魄生于日之所蔽。当日则光盈，就日则光尽也。众星被耀，因水转光。当日之冲，光常不合者，蔽于地也，是谓虚。在星星微，月过则食。”这段话中说到，月亮本身是不发光的，太阳光照到月亮上才产生光月。月亮之所以出现有亏缺的部分，就是因为这一部分照不到日光。所以，当月和日正相对时，就出现满月。当月向日靠近时，月亮亏缺就越来越大，终至完全不见。这样一种月相理论，在《周髀算经》中已有大概：“日兆（按：通照）月，月光乃生，故成明月。”西汉京房说得更为明确：“先师以为日似弹丸，月似镜体；或以为月亦似弹丸，日照处则明，不照处则暗”。张衡的月相理论和他们没有本质的差别，所突出的是张衡强调了月相与日、月相对位置的关系。但这样一来人们自然要问，既然“当日则光盈”，那么何以有时候当日时会有月食呢？对此，张衡回答说：“蔽于地也。”即大地挡住了日光，使日光照不到月亮上去了。张衡把这块大地所产生的影子起个名字叫“虚”。月亮进入虚时就发生月食。
张衡在《灵宪》中提出四个极有价值的见解。第一，日、月、五星并不是在天球球壳上，它们是在天地之间运行，距地远近各不相同。第二，这七个天体的运动速度也不同，离地球近的速度快，离地球远的速度慢。第三，用天的力量来说日月行星有留、逆、迟、速等运动变化现象。第四，按照五星离地球远近及其运行快慢；将它们分成两类。一类属月，包括水星、金星。另一类属日，包括火星、木星、和土星。
除此以外，张衡在很多方面都颇有造诣，他绘制出我国第一幅较为完备的星图，制作出能飞行数里的木鸟，他还是东汉六大画家之一，他写的《二京赋》中的文字“博思精会，十年乃成”为人们所传诵。可是在那个时候，朝廷掌权的全是宦官或是外戚，像张衡这样有才能的人不但不被重用，反而被打击排挤。张衡做侍中的时候，因为与皇帝接近，宦官怕张衡在皇帝面前揭他们的短，就在皇帝面前讲张衡很多坏话。他被调出了京城，到河间去当国相，最终在他六十一岁那年病死。
张衡在我国科学史上尤其是天文学史上留下了光辉的业绩。河南省南阳县的北面有张衡墓和平子读书台，墓碑上有郭沫若的题词：“如此全面发展之人物，在世界史上亦所罕见”。
