Zhang Heng

Zhang Heng war ein Gelehrtenbeamter, der der östlichen Han-Dynastie diente, die China von ihrer Hauptstadt Luoyang aus zwischen 25 und 220 n. Chr. regierte. Heute wird er vor allem als Wissenschaftler und Erfinder in Erinnerung gehalten. Zu seiner eigenen Zeit und noch Jahrhunderte danach war er ebenso berühmt als Dichter.

Er wird oft als Universalgelehrter bezeichnet, ein Mensch mit Expertenwissen in vielen Gebieten. Er arbeitete an Astronomie, Mathematik, Kalenderwesen, Maschinenbau, Geografie und Kartografie und verfasste lange Rhapsodien (fu) sowie kurze lyrische Gedichte, die in der wichtigsten Anthologie der frühen chinesischen Literatur gesammelt wurden.

Seine bekannteste Erfindung, dem Hof 132 n. Chr. vorgestellt, war ein Seismoskop: ein Instrument, das auf Erdbeben reagierte und deren Richtung anzeigte. Historiker betrachten es allgemein als das früheste bekannte Gerät seiner Art weltweit.

Zhang Heng lebte fast zur gleichen Zeit wie der große griechische Astronom Ptolemäus im römischen Ägypten. Die beiden wussten nichts voneinander, doch moderne Historiker vergleichen sie manchmal als die führenden Astronomen der beiden großen Reiche an den entgegengesetzten Enden Eurasiens.

Zhang Heng wurde 78 n. Chr. in Xi'e geboren, einer Stadt in der Kommandantur Nanyang im heutigen Henan. Seine Familie war angesehen, aber nicht reich; sein Großvater war Kommandanturgouverneur gewesen und hatte die Wiederherstellung der Han-Dynastie unter Kaiser Guangwu unterstützt. Sein Vater starb, als er etwa zehn war, und er wurde von seiner Mutter und Großmutter aufgezogen.

Im Jahr 95, im Alter von etwa siebzehn Jahren, verließ er sein Zuhause, um in den beiden großen Städten Chang'an und Luoyang zu studieren, wo er die Kaiserliche Akademie (Taixue) besuchte. Er befreundete sich mit bekannten Gelehrten wie dem Mathematiker und Kalligrafen Cui Yuan, dem Klassiker-Gelehrten Ma Rong und dem Philosophen Wang Fu. Ihm wurden Beamtenposten angeboten, die er zunächst ablehnte.

Um 100 kehrte er als Verdienstoffizier nach Nanyang zurück und verfasste amtliche Dokumente für den örtlichen Gouverneur. Dort verbrachte er Jahre mit dem Verfassen seiner Rhapsodien über die Hauptstädte, und um das dreißigste Lebensjahr begann er ein ernsthaftes Studium der Astronomie und Mathematik.

112 rief Kaiser An ihn wegen seines Rufs in der Mathematik an den Hof nach Luoyang. Er diente zweimal als Chefastronom (115–120 und 126–132) und stieg dann zum Palastbegleiter auf, einem engen Berater von Kaiser Shun. Nach Konflikten mit den mächtigen Palasteunuchen verließ er die Hauptstadt um 136, um als Kanzler des nördlichen Königreichs Hejian zu dienen. 138 wurde er nach Luoyang zurückgerufen und starb dort 139.

Erdbeben waren für den Han-Staat eine ernste Sorge. Sie zerstörten Städte, und man deutete sie auch als Zeichen des Himmels, dass mit der Regierung etwas nicht stimmte. Schnell zu wissen, wo ein Erdbeben zugeschlagen hatte, half dem Hof, Hilfe zu schicken und auf das Vorzeichen zu reagieren.

132 stellte Zhang Heng ein Gerät namens houfeng didong yi (候風地動儀) vor, oft übersetzt als „Instrument zur Messung der saisonalen Winde und Erdbewegungen“. Laut dem Buch der Späteren Han war es ein großes bronzenes Gefäß in Form eines Weinkrugs, etwa zwei Meter im Durchmesser, mit einem gewölbten Deckel. Acht Drachenköpfe waren rundherum nach außen gerichtet, einer für jede Haupthimmelsrichtung, jeder mit einer Bronzekugel im Maul. Unter jedem Drachen kauerte eine bronzene Kröte mit offenem Maul.

Im Inneren befand sich eine zentrale Säule (duzhu), verbunden mit acht Armen oder Bahnen. Wenn der Boden bebte, bewirkte der Mechanismus, dass sich das Maul eines Drachens öffnete und seine Kugel mit lautem Klang in die darunter befindliche Kröte fallen ließ. Die Richtung dieses Drachens zeigte an, woher das Erdbeben kam.

Dieselbe Geschichtsschreibung erzählt die berühmte Geschichte, dass eines Tages eine Kugel fiel, obwohl niemand in Luoyang etwas spürte. Beamte zweifelten an der Maschine, bis mehrere Tage später ein Bote eintraf und ein Erdbeben in Longxi meldete, im heutigen Gansu, einige hundert Kilometer nordwestlich. Danach, so heißt es, zeichnete der Hof die Richtung von Erdbeben mit Hilfe des Instruments auf.

Als Chefastronom war Zhang Heng dafür verantwortlich, den Himmel zu beobachten, Vorzeichen aufzuzeichnen, den Kalender vorzubereiten und zu beraten, welche Tage glückverheißend oder unglückbringend waren. Im China der Han-Zeit war Astronomie sowohl eine Wissenschaft als auch Teil der Regierungsführung: Man glaubte, dass sich die Bewegungen des Himmels in irdischen Ereignissen widerspiegelten und darauf reagierten.

In seiner um 120 verfassten Abhandlung Geistige Verfassung des Universums (Lingxian, 靈憲) beschrieb er den Kosmos nach der huntian-Theorie („umhüllender Himmel“): Der Himmel gleicht dem Ei eines Huhns, rund wie eine Armbrustkugel, und die Erde sitzt darin wie das Eigelb. Diese Theorie konkurrierte mit der älteren gaitian-Theorie, in der der Himmel ein Baldachin über einer flachen Erde war.

Zhang schrieb, der Mond habe wie Wasser kein eigenes Licht und leuchte nur, indem er die Sonne widerspiegle, sodass die der Sonne zugewandte Seite hell und die andere dunkel sei. Er erklärte Mondfinsternisse damit, dass der Mond in einen Bereich eintritt, in dem das Sonnenlicht blockiert ist. Außerdem stellte er einen Sternkatalog zusammen, der etwa 2.500 Sterne in 124 Sternbildern verzeichnete, und vermerkte, dass es Tausende schwächere gebe.

Er nahm an Hofdebatten über den Kalender teil. 123 widersetzte er sich einem Vorschlag, den Kalender nach prophetischen „apokryphen“ Texten (chenwei) zu reformieren, mit dem Argument, diese seien unzuverlässig, und schlug sogar vor, solche Texte zu verbieten. Der Kalender wurde nicht geändert, sein Vorschlag, die Texte zu verbieten, wurde jedoch abgelehnt, und seine unverblümten Ansichten schufen ihm Feinde.

Eine Armillarsphäre ist ein Modell des Himmels aus Ringen, von denen jeder einen Großkreis darstellt, etwa den Himmelsäquator oder die Sonnenbahn (die Ekliptik). Chinesische Astronomen hatten bis 52 v. Chr. einen Äquatorring und bis 84 n. Chr. einen Ekliptikring hinzugefügt. Zhang Heng vervollständigte das Instrument, indem er Horizont- und Meridianringe hinzufügte.

Sein bemerkenswertester Schritt war, es von selbst bewegen zu lassen. Mit Wasser, das aus einer Wasseruhr floss, und einem Wasserrad mit Zahnrädern drehte sich seine Sphäre langsam, sodass sie mit der Drehung des wirklichen Himmels übereinstimmte. Ein Beobachter im Inneren konnte ansagen, welche Sterne gerade auf- oder untergingen, und es stimmte mit dem überein, was Beobachter draußen sahen. Zhang ist die erste bekannte Person, die Wasserkraft zum Antrieb eines astronomischen Instruments nutzte.

Er verbesserte auch die Zulauf-Wasseruhr (Klepsydra). Bei einer einfachen Uhr tropft Wasser aus einem Tank in ein Auffanggefäß mit einem schwimmenden Stab, der die Zeit anzeigt. Wenn sich der obere Tank leert, sinkt der Wasserdruck, und die Uhr wird langsamer. In Schriften von etwa 117 beschrieb Zhang, wie er zwischen Reservoir und Auffanggefäß einen zusätzlichen Ausgleichsbehälter einfügte, um den Durchfluss konstant zu halten.

Diese Ideen hatten eine lange Zukunft. Spätere chinesische Astronomen bauten immer aufwendigere wasserbetriebene Instrumente, was im 8. Jahrhundert zu Yi Xings Hemmungsmechanismus und im 11. Jahrhundert zu Su Songs großem astronomischem Uhrturm führte, der Zhangs Armillarsphäre ausdrücklich als Vorbild nannte.

Zhang Heng arbeitete am Wert von Pi, dem Verhältnis des Kreisumfangs zum Durchmesser. Lange Zeit hatten chinesische Mathematiker einfach den Wert 3 verwendet. Ausgehend von den Volumina eines Würfels und einer einbeschriebenen Kugel kam Zhang auf die Quadratwurzel aus 10, etwa 3,162. Bei astronomischen Berechnungen verwendete er auch einen Wert von etwa 3,17. Spätere Mathematiker wie Liu Hui (3. Jahrhundert) und Zu Chongzhi (5. Jahrhundert) erreichten weit genauere Werte.

Er war auch Kartenmacher. Quellen berichten, dass er 116 dem Hof eine topografische Karte vorlegte. Manche Historiker, darunter Rafe de Crespigny, schreiben ihm die Einführung eines rechtwinkligen Gitters für chinesische Karten zu, eine Idee, die der Kartograf Pei Xiu im 3. Jahrhundert vollständig beschrieb. Die Belege dafür sind jedoch dünn, und andere Gelehrte sind vorsichtiger.

Spätere Texte schreiben Zhang Heng außerdem einen südweisenden Wagen zu, einen zweirädrigen Karren, dessen Zahnräder eine Figur stets nach Süden zeigen ließen, sowie einen Wegmesser-Wagen, der nach jedem zurückgelegten Li eine Trommel schlug. Diese Zuschreibungen sind unsicher. Der südweisende Wagen wurde sicher von Ma Jun im 3. Jahrhundert gebaut, und der Wegmesser scheint sich allmählich unter Hofhandwerkern entwickelt zu haben.

Wahrscheinlich entwarf Zhang seine Instrumente eher, als sie selbst zu gießen. Der Historiker Anthony Barbieri-Low argumentiert, ein Beamter seines Ranges hätte mit erfahrenen Handwerkern und Gießern in den kaiserlichen Werkstätten zusammengearbeitet, denen ein Teil der Anerkennung gebührt.

Für seine Zeitgenossen war Zhang Heng vor allem ein Schriftsteller. Seine gepaarten Rhapsodien über die westliche Hauptstadt (Xijing fu) und die östliche Hauptstadt (Dongjing fu), nach dem Vorbild von Ban Gus früheren Rhapsodien über die „Zwei Hauptstädte“, beschreiben Chang'an und Luoyang mit reichem Detailreichtum: Paläste, Märkte, Jagdparks, Feste und Unterhaltungen. Anders als Ban Gu nutzte Zhang die Pracht der alten Hauptstadt als Warnung: Luxus und Verfall hatten die westliche Han-Dynastie ruiniert und konnten auch die östliche ruinieren.

Seine Rhapsodie über die Südliche Hauptstadt feierte seine Heimatregion Nanyang. In der Rhapsodie über das Betrachten des Mysteriums (Sixuan fu), verfasst, als er am Hof angegriffen wurde, stellt er sich eine geistige Reise durch den Kosmos vor, in Anlehnung an das alte Gedicht Li Sao, und fragt, ob ein guter Mensch sich aus einer korrupten Welt zurückziehen oder bleiben und aufrecht bleiben solle.

Zwei kürzere Werke waren besonders einflussreich. Rückkehr aufs Feld (Guitian fu) ist eine kurze Rhapsodie, die den Wunsch ausdrückt, das Amt für ein einfaches Leben in der Natur aufzugeben, ein Thema, das für die spätere chinesische Dichtung zentral wurde. Die Vier Kümmernisse (Sichou shi) gehören zu den frühesten chinesischen Gedichten mit sieben Schriftzeichen pro Zeile; oberflächlich Liebesgedichte, wurden sie als Klagen darüber gelesen, durch kleinliche Männer vom Herrscher ferngehalten zu werden.

Mehrere seiner Werke wurden in der Auswahl feiner Literatur (Wen xuan) bewahrt, zusammengestellt vom Liang-Prinzen Xiao Tong im 6. Jahrhundert, was ihre Lektüre durch spätere Generationen sicherte. Der Dichter Tao Qian lobte Zhang Heng für Zurückhaltung und Schlichtheit der Sprache.

Zhang Hengs Beamtenlaufbahn zeigt die Spannungen des östlichen Han-Hofes. Kaiser bestiegen oft jung den Thron, und die Macht verschob sich zwischen den Familien der Kaiserinnen, den Palasteunuchen und den Gelehrtenbeamten. Zhang gehörte fest zum Lager der Gelehrtenbeamten, und seine prinzipientreuen Positionen kosteten ihn Beförderungen.

Wegen seiner Ansichten zu den apokryphen Texten und seiner Meinung, der kurzlebige Gengshi-Kaiser verdiene mehr Anerkennung in der Geschichte der Han-Wiederherstellung, wurde er von dem Ausschuss ausgeschlossen, der die offizielle Geschichte der Dynastie verfasste, und erreichte nie das angesehene Amt des Hofhistorikers, das er sich offenbar gewünscht hatte.

Nach einem Erdbeben im Jahr 133 reichte er eine Denkschrift ein, die neue Regeln für die Rekrutierung von Beamten kritisierte. Kurz darauf wurde er zum Palastbegleiter ernannt, und er nutzte seine Nähe zu Kaiser Shun, um ihn vor den Eunuchen zu warnen. Die Eunuchen verleumdeten ihn, und er antwortete in der Literatur, unter anderem mit der Antwort auf Kritik (Yingjian), in der ein imaginärer Besucher ihn drängt, nach Macht zu streben, worauf er antwortet, ein Edler schätze Tugend höher als ein Amt.

Zhang Heng wurde bald nach seinem Tod geehrt. Sein Freund Cui Yuan verfasste die Inschrift für seine Grabstele und lobte Berechnungen, die „Himmel und Erde erschöpften“, sowie Erfindungen, die dem Werk der Götter Konkurrenz machten. Im 3. Jahrhundert verfasste der Beamte Xiahou Zhan eine weitere Inschrift für sein Grab, und der Schriftsteller Fu Xuan beklagte, dass Talenten wie Zhang Heng und dem Ingenieur Ma Jun nie Posten im Ministerium für öffentliche Arbeiten gegeben worden seien, wo ihr Können allen hätte nützen können.

Seine Instrumente hatten ein langes Nachleben. Nach dem Fall der westlichen Jin wurden seine alten Armillarinstrumente wiedergefunden, als Liu Yu, der spätere Gründer der Liu-Song-Dynastie, in den 410er Jahren Chang'an eroberte, und 436 wurde der Astronom Qian Lezhi beauftragt, nach Zhangs Modell einen neuen wasserbetriebenen Himmelsglobus zu bauen. Handwerker der nördlichen Qi- und der Sui-Dynastie bauten neue, von seinem inspirierte Seismoskope.

Außerhalb Chinas schrieb der Seismologe John Milne, einer der Begründer der modernen Seismologie in Japan in den 1870er und 1880er Jahren, über Zhang Hengs Instrument, das zu einem Standardbeispiel in Wissenschaftsgeschichten wurde. Heute trägt seinen Namen ein Mondkrater, der Asteroid 1802 Zhang Heng, das Mineral Zhanghengit und Chinas erster seismisch-elektromagnetischer Satellit, Zhangheng-1, gestartet 2018.

Die einzige detaillierte Beschreibung des Seismoskops ist eine kurze Passage in Zhang Hengs Biografie im Buch der Späteren Han, zusammengestellt von Fan Ye mehr als drei Jahrhunderte nach seinem Tod. Das Instrument selbst ging verloren; zur Zeit der Yuan-Dynastie vermerkte der Gelehrte Zhou Mi, dass auch keines der von späteren Nachahmern gebauten Seismoskope überdauert habe.

Das zentrale Problem ist die „zentrale Säule“ (duzhu). Die meisten Rekonstruktionen deuten sie als Pendel, doch welcher Art? Der Seismologe John Milne und 1936 der chinesische Gelehrte Wang Zhenduo schlugen ein hängendes Pendel vor, das zu einer der acht Bahnen ausschlagen würde. 1939 schlugen stattdessen die japanischen Seismologen Akitsune Imamura und Hagiwara ein umgekehrtes Pendel vor, eine stehende Säule, die in Richtung des ersten Stoßes fällt, mit dem Argument, ein schwingendes Pendel würde mehr als eine Kugel auslösen. Wang Zhenduos späteres Modell verwendete ebenfalls eine stehende Säule. 2005 gab ein Team chinesischer Seismologen bekannt, eine funktionierende Nachbildung gebaut zu haben.

Ingenieure wie Hong-sen Yan haben festgestellt, dass keine moderne Nachbildung die im historischen Bericht beschriebene Empfindlichkeit erreicht hat, die impliziert, das Gerät habe ein fernes Erdbeben erkennen können, das Menschen in der Nähe nicht spürten. Auch die Longxi-Geschichte wurde in Frage gestellt: Manche Autoren verbinden sie mit einem großen, in den 130er oder 140er Jahren verzeichneten Erdbeben in Gansu, doch dessen Datum und Einzelheiten lassen sich nicht durch unabhängige Aufzeichnungen bestätigen.

Die meisten Historiker akzeptieren daher, dass Zhang Heng ein echtes Instrument baute, das auf Erdbewegungen reagierte und eine Richtung anzeigte, behandeln aber die Behauptungen über seine Empfindlichkeit und Genauigkeit mit Vorsicht. Am besten beschreibt man es als Seismoskop, das anzeigt, dass ein Beben stattgefunden hat, und nicht als Seismometer oder Seismografen, der es misst und aufzeichnet.

Zhang Heng wird in populären Werken manchmal als „chinesischer Leonardo“ oder als antiker moderner Wissenschaftler dargestellt. Historiker warnen davor. Seine Astronomie war untrennbar mit der Deutung von Vorzeichen verbunden: Er las Kometen, Finsternisse und Planetenbewegungen als Hinweise für die Führung der Regierung und akzeptierte die traditionelle Vorstellung, dass Naturkatastrophen die Antwort des Himmels auf Misswirtschaft sein könnten. Seine Erdbebentheorie stützte sich auf Vorstellungen von qi und den „Orakeln der Winde“, nicht auf Geologie.

Vergleiche mit Ptolemäus veranschaulichen den Punkt. Die Historiker Jin Guantao, Fan Hongye und Liu Qingfeng haben argumentiert, dass Zhangs Armillarsphäre physisch einem geozentrischen Modell sehr nahekam, er aber keine geometrische, axiomatische Theorie wie die des Ptolemäus aufbaute; die chinesische Astronomie konzentrierte sich auf arithmetische Zyklen und Kalendervorhersagen statt auf geometrische Modelle. Andere entgegnen, dies spiegele eine andere, aber höchst wirksame Tradition wider und kein Versagen.

Joseph Needhams Science and Civilisation in China stellte Zhang Heng an den Anfang einer langen chinesischen Tradition mechanischer Uhrwerke, die über Yi Xing zu Su Song führte. Needhams Rahmenwerk, das fragte, warum die moderne Wissenschaft in Europa und nicht in China entstand, wurde selbst breit diskutiert, doch seine Bände bleiben ein grundlegendes Nachschlagewerk zu Zhangs Instrumenten.

Schließlich hat auch Zhang Hengs Ruf eine eigene Geschichte. Im 20. Jahrhundert wurde er zu einem nationalen Symbol chinesischer wissenschaftlicher Leistung, abgebildet auf Briefmarken, in Schulbüchern präsent und geehrt durch den Namen eines 2018 gestarteten Erdbebenüberwachungssatelliten. Den historischen Zhang Heng von diesen modernen Bildern zu trennen, während man seine echte Brillanz anerkennt, gehört zur Aufgabe des Historikers.