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中國天文學(xué)發(fā)展的歷史是悠久的。到漢代已有蓋天、宣夜和渾天等學(xué)派。蓋天說認(rèn)為，天如蓋，蓋心是北極，天蓋左旋，日月星辰右轉(zhuǎn)。宣夜說認(rèn)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(rèn)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(xué)的渾天說漸占上風(fēng)。同時(shí)，觀測天象的儀器也不斷出現(xiàn)，如武帝時(shí)洛下閎制造了渾天儀，宣帝時(shí)耿壽昌又造了渾天儀，和帝時(shí)崔瑗的老師賈逵更制造了黃道銅儀。[1]

張衡繼承和發(fā)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(yùn)轉(zhuǎn)的圓圈，外層周長一丈四尺六寸。各層分別刻著內(nèi)、外規(guī)，南、北極、黃、赤道，二十四節(jié)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(gè)漏壺，壺底有孔，滴水推動(dòng)圓圈，圓圈按著刻度慢慢轉(zhuǎn)動(dòng)。于是乎各種天文現(xiàn)象便赫然展現(xiàn)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(nèi)人員把某時(shí)某刻出現(xiàn)的天象及時(shí)報(bào)告給靈臺上的觀天人員，結(jié)果是儀器上、天上所現(xiàn)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(fā)生了。 地動(dòng)儀是根據(jù)慣性原理設(shè)計(jì)的。發(fā)震之后，波傳來，地動(dòng)儀中間的“都柱”（類似于慣性運(yùn)動(dòng)的擺）就受到震動(dòng)，朝那個(gè)方向偏動(dòng)，通過杠桿，使那個(gè)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(zhǔn)確、造型美觀的儀器，實(shí)在令人嘆服！ 張衡的祖父張堪，曾當(dāng)過蜀郡太守。到張衡出生時(shí)，家道已經(jīng)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?！币馑际钦f：“不擔(dān)心自己的地位不高，而擔(dān)心自己的道德不高尚；不應(yīng)當(dāng)為收入菲薄而害羞，而應(yīng)當(dāng)為知識不廣博而害臊?！?br />

司南和底盤都做好以后，便將司南 放在底盤上。用手輕輕一撥司南的柄，它便會旋轉(zhuǎn)起來，等到司南等下來時(shí)，它的長柄就一定會 指向南方，勺子的口就會指向北方。

司南除了利用磁石的吸鐵性外，還利用了磁石的指極性。每塊磁石兩頭都成不同的磁極， 一頭指向S極，一頭指向N極。

 而地球也是一塊天然的大磁體，靠近北極的是S極，靠近南極的 是N極。因此，旋轉(zhuǎn)一個(gè)長棒形的磁石，當(dāng)它停止下來時(shí)，總是一端指向南方，另一端指向北方^

司南制成以后，給人民的生產(chǎn)生活帶來了方便。戰(zhàn)國時(shí)期韓國國王就用司南來確定方向。 鄭國人到深山中去采玉，也在車子上裝上司南，幫助自己不迷路。