后来，张衡到了洛阳，在洛阳结识了不少有学问的朋友，如马融是当时著名的辞赋作家，又擅长于音乐，后来成了东汉的儒学大师；窦章也是一个很有学问的人，谦虚俭朴，很受当时人们的尊重；王符是当时有名的政论家，他的著作《潜夫论》一直流传到现在，成为研究东汉时代社会情况的宝贵历史资料；崔瑗对于天文学、数学、历法等都有精深的研究。
在这些朋友中间，崔瑗对张衡的影响是最大的，他们经常在一起谈论学问，交情也最深。这对于张衡以后研究天文、数学等科学并获得巨大的成就，是有一定帮助的。
111年，张衡被征召到京师。三年后，张衡升为尚书侍郎，隔一年后又调做太史令。当时，太史令的职务主要是掌管历法、观测天文气象等。这又给了张衡进一步研究天文历算提供了更加方便的条件。
对于我国古代的天文学，张衡下了很大的工夫去研究，对各派的学说也作了充分的分析比较，并且对天象进行了实际观测。到被任命为太史令后，他更加充分地利用这个便利的条件进行深入研究。
经过多年的苦心研究，张衡认为，之前的盖天说是站不住脚的，而浑天说则比较合于实际。自此以后，张衡便以浑天说为基础，加上自己观察天象的心得，发展了原来的浑天说，创造出了一套新的、在当时最为完备的浑天学说。
张衡为后人留下了两部在天文学史上占有重要地位的著作：一部是《灵宪》，另一部是《浑天仪图注》。张衡的浑天学说主张：天是圆的，宇宙是无限的。这也是他的独创的见解。他还认为，太阳是围绕着地球不停旋转的，并找出了太阳运行的规律（实际上是地球围绕太阳旋转的规律），并且指出赤道、黄道和北极的地位，也讲出了为什么夏季日长夜短、冬季夜长日短的原因。这是我国天文史上的辉煌成就。
以浑天学说为基础，张衡在天文学上也作出了一系列创造性的重大贡献。例如，他在《灵宪》这部书里，说月是“向日禀（受）光，月光生于日之所照”。这就是说，月亮本来是不会发光的，月光是太阳光照在月亮上的反射。这是完全科学的。
他对月亮的盈缺也作出了解释，认为月亮是绕着地球不停地旋转的，当月亮转到地球和太阳中间的时候，向着地球一面受不到太阳光，而月亮自己又不会发光，因此一片黑暗，我们在地球上也就看不见月亮。这一天就是阴历每月的初一，叫做“朔”；到阴历每月的十五或十六，月亮转到地球另一面了，这时候地球处在太阳和月亮的中间，月亮被太阳光照亮的一面，正好面对着地球，因而在我们面前就出现了圆圆的满月，这一天叫“望”。
张衡还在《灵宪》这部书中说明月食的道理，认为：在望月的时候，月光被地球的影子遮住了，这就出现了月食的现象。这个解释基本上也是正确的。
在《灵宪》里，张衡还谈到恒星。他认为：常明的星有124颗，可名的有320颗，在中原地区可以看见的星共有2500颗，在海外能看见的没有计算在内。据现代天文学家的计算，到我们肉眼能够看见的六等星为止，总数约6000颗，而在同一时间同一地方所能见到的星，也不过2500颗左右。可见，张衡的观察是比较精确的。
张衡在天文学上这种创见和发现，在今天看来虽然并不为奇，而且还有不科学的地方，譬如他相信地球是天体的中心、日月是星辰绕地运行等等。然而在1900多年前科学水平还很低的时候，张衡能有如此见解，已经使我们不能不惊异于他的大胆创见和卓越智慧了。以张衡和世界各国同时代天文学家相比，他也是最杰出的一个。
不仅如此，张衡还根据他的浑天学说创制了远远超过前代的、世界上第一架能比较准确地测定天象的浑天仪。
为了制造这架仪器，张衡费了不少力气和时间。他经过艰苦的研究和观察，才设计出一个图案来。他先用竹劈削成薄薄的篾片，在篾片上刻了度数，然后该编的编、该圈的圈，再用针线把篾片穿钉了起来，制成一个模型，作为试验。经过多次试验和修改，然后用铜铸成正式仪器。
浑天仪是球形的东西，有个铁轴贯串球心，轴的方向就是地球自转的方向。轴和球有两个交点——天球上的北极和南极，北极高出地平36度，这就是当时京师洛阳的地理纬度。浑天仪的外圈圆周为一丈四尺六寸一分，各层铜圈上分别刻着赤道、黄道、南北极和二十四个节气以及二十八宿和日月星辰。当时已经发现了的天文现象，都在这架仪器上刻着表现出来。
为了使浑天仪能够按照时刻自己转动，张衡又把浑天仪和一组滴漏壶联系起来。滴漏壶是我们祖先用来测知时刻的仪器，它用一个特制的器皿盛着水，这器皿下面有小孔，水通过小孔，一滴一滴地流到刻有时刻记号的壶里去，因而可以由壶里的水的深浅知道是什么时刻。张衡把滴漏壶和浑天仪联在一起，利用壶中滴出来的水的力量，来推动齿轮，齿轮再带动浑天仪，一天一转。这样，他就使浑天仪上所刻的天文现象按时刻而自动地呈现出来。人们在屋子里看浑天仪，就可以知道什么星已从东方升起，什么星已到中天，什么星就要向西方下落等等。这说明张衡除了天文以外，对机械原理也有精到的研究。
张衡的这个创造发明，后来经过唐朝的一行和梁令瓒、宋朝的张思训和苏颂等的发展，制成了世界上最早的天文钟。
张衡创制的浑天仪原来放在东汉政府的灵台上，一直保存到魏晋时代。西晋末年发生战乱，铜仪被移到长安。418年，刘裕军队攻进长安城，获得了这架仪器，但已经残缺。此后它就不知下落了。
除了浑天仪以外，张衡在世界科学史上另一个不朽的创造发明——地动仪，就是他在第二次担任太史令期间完成的。
据史书的记载，汉朝从96年到125年这30年期间，有23年曾经发生过大地震，尤其是公元119年（汉安帝元初六年）发生的两次大地震，造成了很严重的灾害。当时人们因为缺乏科学知识，对于地震非常惧怕，以为是神灵在主宰。张衡并不这样想。他细心研究这个问题，经过长期的努力，终于在他55岁的时候（132年），发明了可以测定地震方向的地动仪——世界上第一架地震仪。
由于封建统治者不重视科学，张衡的地动仪后来不知在什么时候毁失了。
为了弄清楚张衡制造地动仪的原理和地动仪的构造，后代的科学家曾经加以研究。近年根据《后汉书》中《张衡传》的记载，运用现代科学知识，终于弄清楚了张衡当时制造地动仪所应用的原理，并据此制造了一个地动仪的木质模型，现在陈列在我国首都北京的中国历史博物馆里。
张衡的地动仪，原来是用青铜制造的，形状像一个大酒樽，圆径有八尺。仪器的顶上有凸起的盖子，仪器的表面刻着篆文、山、龟和鸟兽等花纹。仪器的周围镶着八条龙，龙头是朝东、南、西、北、东北、东南、西北、西南八个方向排列的，每个龙嘴里都含着一颗铜球。每个龙头的下方铸了一个蛤蟆，它对准龙嘴张着嘴巴，像等候吞食物一样。当地震发生时，哪个方向发生了震动哪个方向的龙头因为受到震动就张开了嘴，把铜球吐出，落到蛤蟆张开的大嘴巴中。铜球落到蛤蟆嘴里的时候发出了响亮的声音，人们听到声音就可以来检视地动仪，看哪一个方向龙嘴的铜球吐落了，就可以知道哪一个方向发生了地震。这样一方面可以记录下正确的地震材料；同时也可以朝着地震的方向寻找灾区，做一些抢救工作，减少损失。
地动仪的内部构造大体是这样的：在仪器樽形部分的中央，竖立着一根很重的铜柱，铜柱底尖、上大，张衡叫它做“都柱”。在都柱的四周围连接了八根杆子，杆子按四面八方伸出，直接和八个龙头相衔接。这八根杆子就是今天机械学上所说的“曲横杆”。
平时地动仪平稳地放着，都柱也垂直竖立在仪器的中央。但因为都柱上粗下细，重心高，支面小，像一个倒立的不倒翁，这样就极易因受震动——即使是微弱的震动——而倾倒。遇有地震发生，譬如东方发生地震，东面的地壳自然发生波动，震波影响都柱，易于倾倒的都柱自然倒向地壳震动的方向。沉重的都柱向东倒去后，于是推动了东方的横杆，横杆推开含有铜球的东面的龙嘴，龙嘴因而吐出了铜球。
除了地动仪以外，张衡还创造了另一个气象学上的仪器，就是候风仪。以前许多人以为，“候风仪”和“地动仪”是一种仪器，然而据最近科学家的研究证实，地动仪和候风仪是两种仪器。
关于张衡的候风仪，现在没有留下什么记载，我们无从知道它比以前的候风仪究竟有什么重大的改进和特殊创造的地方。但有一点现在已经明确，就是张衡的候风仪是一只铜鸟，和地动仪一起设在灵台上面。这与现在外国的风信鸡大约是相类似的东西。但外国的风信鸡到12世纪的时候才有，比张衡的候风铜鸟要迟一千多年。
张衡在其他各科学术方面也有很大的成就。首先，在机械制造方面，张衡在人民大众劳动生产经验的基础上，曾经利用水力推动木片制造成活动日历，也曾制造过指南车。这些东西现在都已失传。据科学家的研究，他是运用差动齿轮原理制成的，但实际情况我们无从知道。
在数学上，张衡也取得了卓越的贡献。他曾写过一本名为《算罔论》的专门著作。可惜也早已失传了。但据三国时代刘徽引用《算罔论》中的话，知道张衡当时计算出圆周率是3.1622。这和今天大家知道的圆周率是3.1416虽有距离，但是张衡在1900多年前就能有这样精密的计算，还是令后人十分惊叹的。
在地理学方面，张衡曾就他研究的心得，绘出一幅地形图来，流传了好几百年。
这些事实都说明，张衡在学术上是一个多方面发展的人才。而张衡之所以能够在各科学术上都有一定的成就，绝不仅仅是由于他的天才，更重要的是由于他能刻苦钻研、肯于调查研究、注重实践、有实事求是的精神。
◎故事感悟
张衡是个博学多才的人，虽生活在一千九百多年以前，但到今天还仍然受到祖国人民的敬仰。他在科学上之所以能够获得那样大的成就，是因为他刻苦钻研、注重实践，善于接受前人遗产而又不为传统所束缚，既有实事求是的科学态度，又有敢想敢做的首创精神。
◎史海撷英
张衡参加历法讨论
张衡曾经参加过一次东汉王朝的历法大讨论，这件事发生在汉安帝延光二年（123年）。
据《汉书·律历志》记载，张衡当时任尚书郎之职。这次大讨论的起因是有人从图谶和灾异等迷信观念出发，非难当时行用的较科学的东汉《四分历》，提出应该改用合于图谶的《甲寅元历》。同时，还有人从汉武帝“攘夷扩境，享国久长”的观点出发，认为应该倒退回去采用《太初历》。
对于上述两种意见，张衡和另一位尚书郎周兴提出了批驳和诘难，使这两种错误意见的提出者或无言以对，或所答失误，从而为阻止历法倒退作出了贡献。
张衡与周兴两人在讨论中，还分析研究了多年的天文观测记录，将它们与各种历法的理论推算进行对比，并提出了鉴定，认为《九道法》最为精密，建议采用。
张衡和周兴的观点是正确的，《九道法》的回归年长度和朔望月长度数值比《太初历》和东汉《四分历》都要精密得多。
◎文苑拾萃
地动仪
地动仪是汉代著名科学家张衡的一个传世杰作。
在张衡所处的东汉时期，地震发生得比较频繁。据《后汉书·五行志》中记载，自汉和帝永元四年（92年）到安帝延光四年（125年）的30多年间，共发生了26次大的地震。震区有时大到几十个郡，并时常引起地裂山崩、江河泛滥、房屋倒塌等灾难，造成了巨大的损失。
张衡对地震有着不少亲身体验。为了掌握全国的地震动态，张衡经过长年研究，终于在阳嘉元年（132年）发明了地动仪──世界上第一架地震仪。在通信不发达的古代，这一发明在地震发生后，为人们及时了解发生地震和确定地震大体位置具有一定的帮助。
据《后汉书·张衡传》中记载，地动仪“以精铜铸成，圆径八尺”，“形似酒樽”，上有隆起的圆盖，仪器的外表刻有篆文以及山、龟、鸟、兽等图形。仪器的内部中央有一根铜质“都柱”，柱旁有八条通道，称为“八道”，此外还有巧妙的机关等。樽体的外部周围有八个龙头，按东、南、西、北、东南、东北、西南、西北八个方向布列。龙头和内部通道中的发动机关相连，每个龙头嘴里都衔有一个铜球。对着龙头，八个蟾蜍蹲在地上，个个昂头张嘴，准备承接铜球。
当某个地方发生地震时，樽体就会随之运动，从而触动机关，使发生地震方向的龙头张开嘴，吐出铜球，落到铜蟾蜍的嘴里，发生很大的声响。据此，人们就可以知道地震发生的方向了。
杰出的医学家、炼丹家葛洪
◎作之不止，可以胜天；止之不作，犹如画地。——杨梦衮
葛洪（284—364年），为东晋道教学者、著名炼丹家、医药学家。字稚川，自号抱朴子，晋丹阳郡句容（今江苏句容县）人。三国方士葛玄之侄孙，世称小仙翁。他曾受封为关内侯，后隐居罗浮山炼丹。著有《神仙传》、《抱朴子》、《肘后备急方》、《西京杂记》等。
