张衡二十三岁时，受聘于南阳郡太守鲍德门下当主薄。此后他花了十年功夫，写成了著名的《二京赋》（即《赋》、《东京赋》），讽刺“天下承平日久，自王侯以下莫不逾侈”的不良风气，并淋漓尽致地描绘出名都故城的盛大场面，表现了他在文学方面的较高成就。

　　永初四年（公元110年），张衡由鲍德举荐，进京作了郎中，在任三年，迁升为尚书侍郎，元初二年（公元115年），又调升太师令，掌管天文、历法、预报天象气候。从此，他潜心钻研文学，获得了很高的成就。

　　张衡的宇宙天体观是“浑天说”，认为“浑天如鸡子”，天和地的关系就象蛋壳包蛋黄一样，天外地内。他所著《灵宪》一书，用赤道、黄道、南极、北极等名词，并画出我国第一张完备的星图， 共有2500颗恒星。公元117年，他创造了世界上第一架利用铜壶滴漏带动的浑天仪。浑天仪分内外两圈，可以转动，上面刻有南北极和赤道、黄道、二十四节气以及日月星辰等，日月星辰位置和出没情况与宇宙间的情形完全一致。建光元年（公元121年），张衡调任司马令，后上日蚀表。顺帝永建元年（公元126年），再转任太史令旧职。阳嘉元年（公元132年），他又创造了候风地动仪，以精铜铸之，状似酒樽，四周镶有八条龙，龙头对着东、南、西、北及东北、东南、西北、西南八个方向，龙嘴各衔铜丸一个，每个龙头下面各蹲一只青蛙。如果发生地震，发生地震的那个方向的龙嘴会自动张开，铜丸随之滚出，落入青蛙嘴中，工作人员便可立刻记下地震的时间和方向。

　　张衡还创造发明了记里鼓车、指南车、测影土圭、独飞木雕等，撰写了《历法灵宪》和《算罔论》，著有三十多篇科学、哲学和文学方面的著作，在历法、算学、哲学以及文学艺术上也都有很大贡献。同时代的崔瑷曾评论他“数术穷天地，制作侔造化”(《后汉书・张衡传》)，概括了张衡在科技方面的才华。为了纪念张衡在科技方面的卓越贡献。国际天文学家把月球背面的一座环形山命名为“张衡环形山”。

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