张衡出生在一个贫苦的家庭，他从小聪明好学，喜欢各种小制作。这个聪明的孩子经常仰望黑色夜幕中一闪一闪的星空，神奇的变化、会移动的星体很是让他着迷。后来随着阅读学习的不断深入，他知道了越来越多的天文常识。长大后被选进宫做了“太史令”，这让张衡对星空的研究更加便利了。
通过多年的观察，他发现月球本身不会发光，夜晚人们看到的明亮月光不过是对太阳光的反射。但是在那个年代，没有人相信他的月亮不是发光体的测定。
张衡对星星也很有研究，他曾经根据自己肉眼观察画下星空图，他在图上画下了2500颗星辰的位置。根据现在的测定，人们用肉眼能看见的六等星基本在3000颗左右。由此可以论证张衡对星空的研究是很认真的。
古代记录日期比较难，张衡发明了一个漏水转浑天仪。在一个铜球上刻了二十八星宿，以及黄赤道和南北极。再结合一套转动的机械，将浑象和漏壶结合起来，等传动装置运行起来，根据上面的刻度就能知道哪天是初一，哪天是月圆的十五。
在东汉年间，地震经常发生。据记载，仅在96年到115年的30年间，就发生过23次地震。当时人们不懂科学，感觉地震就是老天发怒了。
张衡心想，如果能尽早知道哪个位置发生了地震，朝廷就能以最快的速度进行赈灾，也就能挽救更多人的性命。经过几年的研究，张衡制作出了天文史上有名的“地动仪”。
据记载，地动仪全身铜制，直径近3米，形状就像一个大酒坛子。坛子外部按照东南西北镶嵌了四条龙，又在东北、西北、东南、西南各自镶嵌一条龙，这八个方位的龙嘴里都含着一个铜球。相对应的龙头下面，安置了八个张大嘴巴的蛤蟆。在坛子内部居中有根铜柱，铜柱下面细，顶部粗。下细上粗的铜柱又有八个方位设备与各个龙体内部相连接。如果哪个方位的龙嘴里的铜球掉到下面的蛤蟆嘴里，就测定哪个方位会有地震。
有一次，张衡发现陇西方向的蛤蟆嘴里掉进了铜球，就向朝廷报告说陇西方向发生了地震。结果过了三四天，也没有人来报告。很多人都说张衡的地动仪不准，是个摆设。张衡却说肯定是路上耽搁了，所以消息来得慢了些。结果又过了两天，果然有折子递上来说陇西发生了地震，要求朝廷拨款赈灾。大家对张衡赞叹不已。
很多科研工作者都行走在人类的前沿，能够与之对话的人少之又少，甚至就连他们的研究成果，在没被现实反复印证之前，他们经常感受到的都是众人的质疑。张衡无疑就是这样的一个典型，他说月亮本身不发光，他所画下的星空图，他所发明的地动仪受到的都是质疑。但是他是一个懂得享受孤独的人，懂得在孤独中坚持自己的方向。事实证明，熬过孤独之后，时间给了他应有的回报。
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