中國古代對於天地的形狀有二種不同的說法，一種是蓋天說，一種是渾天說。
蓋天說認為天是圓的，像張開的傘；地是方的，像棋盤。而張衡則主張另一種說法──渾天說。他在《渾天儀圖注》中指出，天像一個雞蛋殼，地好比雞蛋黃，天大地小，天地各乘氣而立，載水而浮。這個看法比「蓋天說」進步，更真實地反映了宇宙的本來面目。渾天說將大地看作是一個球，就是我們常說的地球，這點是正確的。張衡最先說大地是浮在水上，後來認為是浮在「氣」上，這點則和我們現在的知識有出入。各天體其實並不是掛在哪
，而是依靠萬有引力拉?，各自不停地運動。
渾天說在中國流行了一千多年。到明末，西方人傳入哥白尼的「日心說」後，人們才接觸到較先進的宇宙觀。張衡晚年還提出宇宙是無限的看法，這與現代的觀點一致。
「渾天儀」就是根據「渾天說」製作出來的儀器。「渾天儀」在漢安帝時製造，銅製，內有幾層可以轉動的圓圈，圓圈上刻滿赤道、黃道、南北極、二十四節氣、日、月和二十八宿、中外星官等各種星辰。它利用水滴漏的力量轉動，轉動一周的速度，跟地球自轉一周的速度一樣。從渾天儀上可以看出日月星辰的運動原理。這是當時天文學上的驚人發明。
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張衡生平
候風地動儀
