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王充在《论衡·说日篇》中曾明确指出：“日食者，月掩之也。日在上，月在下，障于日之形也。”科学地解释了日食的成因。可对于月食原因，尚无人知晓。张衡在《灵宪》中就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。”他指出，月亮本不能发光，只能反射太阳光。月亮之有圆缺，都是太阳光照的结果，突出了月相与日、月相对位置的关系，而月食的出现，即大地挡住了太阳光，月亮出现在地球的本影区里，非常系统而科学地阐述了月食的成因。

而关于日月及金木水火土五星的位置及其分布，张衡认为，它们并非在天球球壳之上，而是在天地之间运行，距地的远近各有不同，“近天则迟，远天则速”，离地近的速度快，离地远的速度就慢。并用天的力量来解释行星有留、逆、迟、速等运动变化现象，其用力原因来探讨天体的运行是人类思想的一大进步，该观点在西方世界一直到16世纪才被提出来。

张衡观测记录了两千五百颗恒星，构建星官体系，还对陨石的来源予以了较正确的解释，他说：“及其衰也，神歇精殒，于是有陨星。然则奔星之所坠，至地则石矣。”

综合上述种种，不难看出，《灵宪》实在堪称我国最为杰出的古代天文学著作。

因为《灵宪》一文，梁代刘昭赞张衡“天文之妙，冠绝一代”。

为了立体而全方位地向世人展示自己心中的天体构造及其运行规律，张衡还凭借自己的奇思妙想和精湛的手工制作能力，借助机械学和动力学的基本原理，通过水流获取动力，制作出了一部精妙绝伦的浑天仪。

该浑天仪主体与现代的天球仪相仿，有“内外规，南北极，黄赤道。列二十四节气，二十八宿，中外星官及日、月、五纬”，上面画出了由张衡自己所定名的444官2500颗星，黄、赤道上描上二十四节气，正中刻有一条水平环，表示地平，另有一对夹着南、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。天球绕贯穿南北极的转轴转动时，球上星体有的露出地平环之上，以示星出，而正过子午线，则是星中，没入地平环之下者，就是星没，所谓“璇玑所加，某星始见，某星已中，某星今没，皆如合符也”。

更绝的是，天球外还附有日月及金木水火土五星，它们除了有和天球一道东升西落的周日转动之外，还有各自在恒星星空背景上的复杂运动。

基于张衡在两千年前就对天文学做出过这样全面而深刻的研究，后人将月球背面的一环形山命名为“张衡环形山”，将小行星1802命名为“张衡小行星”。

张衡还发明和制作出了一件震古烁今的作品——候风地动仪。

这件仪器发明于顺帝阳嘉元年（公元132年）。

朝廷得知了张衡的才能，曾经将他征召进京，拜为郎中，安帝元初元年（公元114年）迁尚书郎。次年，迁太史令。

候风地动仪就是张衡在太史令任上的一件大手笔。

其以精铜铸成，直径八尺，合盖隆起，形如酒尊，饰以篆文山龟鸟兽之形。尊中有铜柱，名叫都柱，旁边分布八条轨道，施关发机。尊外附八龙，龙首衔铜丸，下有蟾蜍，张口承接铜丸。其机关制作巧妙，全部隐于尊中，覆盖周密无间。如若地动，都柱则敲动机关，使龙首张口吐丸，蟾蜍衔之，震声激扬，观察者即可觉察。

其有一龙发机，而另外七首不动，根据吐丸方向，可知地震之所在，验之以事，合契若神。

曾经，有一龙机发而地面并无震动，京师学者咸怪其无征。然而，几日之后，有消息传来，陇西发生了大地震，于是皆服其妙。

地震的原因很复杂，直到今天，研究地震的成因、预测地震的发生，依然是世界的大难题，而在两千年前，张衡就研究出了用来观测地震的仪器！从这一点来说，候风地动仪乃是世界上的地震仪之祖。

而从上面所提到的浑天仪和候风地动仪的构造即可得知，张衡本人掌握了极其高明的机械技术，他还制造出了指南车、自动记里鼓车、飞行数里的木鸟等。

和他同时代的崔瑗就盛赞他：“数术穷天地，制作侔造化。”

这句话，除了赞扬他制作器物的神奇外，也肯定了他在数学方面的成就。

他写过一部书，叫《算罔论》，给立方体定名为质，给球体定名为浑。他研究过球的外切立方体积和内接立方体积，研究过球的体积，其中还定圆周率值为10的开方，是我国第一个理论求得π的值。

他还被唐代人崇为东汉的大画家。张彦远的《历代名画记》卷三记有：“张衡作《地形图》，至唐犹存。”

在任太史令期间，张衡对史学也做了许多研究。曾对《史记》《汉书》提出过批评，并上书朝廷，请求修订。他还对东汉王朝的历史档案做过考订，上表请求专门从事档案整理工作，补缀汉王朝的史书。他还研究文字训诂的学问，著有《周官训诂》一书。里面的内容，广大学者都挑不出什么毛病。

这多种多样的才能，使得后世的郭沫若由衷赞道：“如此全面发展之人物，在世界史中亦所罕见，万祀千龄，令人景仰。”

值得一提的是，张衡虽然淡于名利，却不是那类专门关起门来做学问的学者，他关心时政，关心国