Zhang Heng

Zhang Heng foi um funcionário-estudioso que serviu à dinastia Han Oriental, que governou a China a partir de sua capital em Luoyang entre 25 e 220 d.C. Hoje é lembrado sobretudo como cientista e inventor. Em sua própria época, e por séculos depois, era igualmente famoso como poeta.

É frequentemente chamado de polímata, uma pessoa com conhecimento especializado em muitas áreas. Trabalhou com astronomia, matemática, calendários, engenharia mecânica, geografia e cartografia, e escreveu longas rapsódias (fu) e poemas líricos curtos que foram reunidos na mais importante antologia da literatura chinesa antiga.

Sua invenção mais conhecida, apresentada à corte em 132 d.C., foi um sismoscópio: um instrumento que reagia a terremotos e mostrava sua direção. Historiadores geralmente o consideram o mais antigo dispositivo conhecido desse tipo no mundo.

Zhang Heng viveu quase na mesma época do grande astrônomo grego Ptolomeu, no Egito romano. Os dois nunca souberam um do outro, mas historiadores modernos às vezes os comparam como os principais astrônomos dos dois grandes impérios nas extremidades da Eurásia.

Zhang Heng nasceu em 78 d.C. em Xi'e, uma cidade na Comandaria de Nanyang, na atual província de Henan. Sua família era respeitada, mas não rica; seu avô havia sido governador de comandaria e apoiado a restauração da dinastia Han sob o imperador Guangwu. Seu pai morreu quando ele tinha cerca de dez anos, e ele foi criado pela mãe e pela avó.

Em 95, com cerca de dezessete anos, deixou sua casa para estudar nas duas grandes cidades de Chang'an e Luoyang, onde frequentou a Academia Imperial (Taixue). Tornou-se amigo de estudiosos notáveis, como o matemático e calígrafo Cui Yuan, o classicista Ma Rong e o filósofo Wang Fu. Recebeu ofertas de cargos oficiais, mas a princípio as recusou.

Por volta de 100, voltou a Nanyang como Oficial de Mérito, redigindo documentos oficiais para o governador local. Ali passou anos compondo suas rapsódias sobre as capitais, e por volta dos trinta anos começou a estudar seriamente astronomia e matemática.

Em 112, o imperador An o convocou a Luoyang por causa de sua reputação em matemática. Ele serviu duas vezes como Astrônomo-chefe (115–120 e 126–132), depois ascendeu a Assistente do Palácio, conselheiro próximo do imperador Shun. Após entrar em conflito com os poderosos eunucos do palácio, deixou a capital por volta de 136 para servir como chanceler do reino de Hejian, no norte. Foi chamado de volta a Luoyang em 138 e morreu ali em 139.

Os terremotos eram uma preocupação séria para o Estado Han. Destruíam cidades e também eram lidos como sinais do Céu de que algo estava errado com o governo. Saber rapidamente onde um terremoto havia atingido ajudava a corte a enviar ajuda e a responder ao presságio.

Em 132, Zhang Heng apresentou um dispositivo chamado houfeng didong yi (候風地動儀), frequentemente traduzido como "instrumento para medir os ventos sazonais e os movimentos da terra". Segundo o Livro dos Han Posteriores, era um grande recipiente de bronze em forma de jarro de vinho, com cerca de dois metros de diâmetro, com uma tampa em cúpula. Oito cabeças de dragão apontavam para fora ao seu redor, uma para cada direção principal, cada uma segurando uma bola de bronze. Abaixo de cada dragão agachava-se um sapo de bronze com a boca aberta.

Dentro havia uma coluna central (duzhu) conectada a oito braços ou trilhos. Quando o chão tremia, o mecanismo fazia a boca de um dos dragões se abrir e deixar cair sua bola no sapo abaixo com um som alto. A direção daquele dragão indicava de onde o terremoto tinha vindo.

A mesma história conta o famoso episódio em que, certo dia, uma bola caiu embora ninguém em Luoyang tivesse sentido nada. Os funcionários duvidaram da máquina até que, vários dias depois, um mensageiro chegou relatando um terremoto em Longxi, na atual Gansu, a centenas de quilômetros a noroeste. Depois disso, diz a história, a corte passou a registrar a direção dos terremotos usando o instrumento.

Como Astrônomo-chefe, Zhang Heng era responsável por observar o céu, registrar presságios, preparar o calendário e aconselhar quais dias eram propícios ou não. Na China Han, a astronomia era ao mesmo tempo uma ciência e uma parte do governo: acreditava-se que os movimentos dos céus refletiam e respondiam a eventos na terra.

Em seu tratado Constituição Espiritual do Universo (Lingxian, 靈憲), escrito por volta de 120, ele descreveu o cosmos segundo a teoria huntian ("céu envolvente"): os céus são como um ovo de galinha, redondos como uma bala de besta, e a terra fica dentro como a gema. Isso competia com a teoria mais antiga gaitian, na qual o céu era um dossel acima de uma terra plana.

Zhang escreveu que a Lua, como a água, não tem luz própria e brilha apenas ao refletir o Sol, de modo que a parte voltada para o Sol é clara e a outra parte é escura. Ele explicou os eclipses lunares como a Lua passando por uma região onde a luz do Sol é bloqueada. Também compilou um catálogo estelar registrando cerca de 2.500 estrelas em 124 constelações, e observou que havia milhares de outras mais fracas.

Ele participou de debates na corte sobre o calendário. Em 123, opôs-se a uma proposta de reformar o calendário de acordo com textos proféticos "apócrifos" (chenwei), argumentando que eram pouco confiáveis, e chegou a propor que tais textos fossem proibidos. O calendário não foi alterado, mas sua proposta de proibir os textos foi rejeitada, e suas opiniões francas lhe renderam inimigos.

Uma esfera armilar é um modelo do céu feito de anéis, cada um representando um grande círculo, como o equador celeste ou a trajetória do Sol (a eclíptica). Astrônomos chineses já haviam acrescentado um anel equatorial por volta de 52 a.C. e um anel eclíptico por volta de 84 d.C. Zhang Heng completou o instrumento acrescentando anéis de horizonte e de meridiano.

Seu passo mais notável foi fazê-lo se mover sozinho. Usando água fluindo de um relógio de água e uma roda-d'água com engrenagens, sua esfera girava lentamente para acompanhar a rotação do céu real. Um observador do lado de dentro podia dizer quais estrelas estavam nascendo ou se pondo, e isso coincidia com o que era visto por quem observava do lado de fora. Zhang é a primeira pessoa conhecida a ter usado a força da água para mover um instrumento astronômico.

Ele também aperfeiçoou o relógio de água de entrada (clepsidra). Em um relógio simples, a água pinga de um tanque para um recipiente receptor com uma haste flutuante que marca o tempo. À medida que o tanque superior esvazia, a pressão da água cai e o relógio desacelera. Em escritos de cerca de 117, Zhang descreveu o acréscimo de um tanque compensador extra entre o reservatório e o receptor para manter o fluxo constante.

Essas ideias tiveram um longo futuro. Astrônomos chineses posteriores construíram instrumentos movidos a água cada vez mais elaborados, levando ao mecanismo de escapamento de Yi Xing no século VIII e à grande torre de relógio astronômico de Su Song no século XI, que citava explicitamente a esfera armilar de Zhang como modelo.

Zhang Heng trabalhou no valor de pi, a razão entre a circunferência de um círculo e seu diâmetro. Por muito tempo, os matemáticos chineses simplesmente usavam 3. Trabalhando com os volumes de um cubo e uma esfera inscrita, Zhang chegou à raiz quadrada de 10, cerca de 3,162. Também usou um valor de cerca de 3,17 em cálculos astronômicos. Matemáticos posteriores, como Liu Hui (século III) e Zu Chongzhi (século V), chegaram a valores muito mais precisos.

Ele também foi cartógrafo. Fontes registram que apresentou um mapa topográfico à corte em 116. Alguns historiadores, incluindo Rafe de Crespigny, creditam a ele a introdução de uma grade retangular para mapas chineses, ideia descrita mais tarde por completo pelo cartógrafo Pei Xiu no século III. A evidência, porém, é escassa, e outros estudiosos são mais cautelosos.

Textos posteriores também creditam a Zhang Heng uma carruagem apontadora do sul, um carro de duas rodas cujas engrenagens mantinham uma figura apontando para o sul, e um carro-odômetro que batia um tambor a cada li percorrido. Essas atribuições são incertas. A carruagem apontadora do sul foi certamente construída por Ma Jun no século III, e o odômetro parece ter se desenvolvido gradualmente entre artesãos da corte.

Também é provável que Zhang tenha projetado, e não fundido pessoalmente, seus instrumentos. O historiador Anthony Barbieri-Low argumenta que um funcionário de sua posição teria trabalhado com artesãos e fundidores habilidosos nas oficinas imperiais, que merecem parte do crédito.

Para seus contemporâneos, Zhang Heng era antes de tudo um escritor. Suas rapsódias pareadas sobre a Capital Ocidental (Xijing fu) e a Capital Oriental (Dongjing fu), modeladas nas anteriores rapsódias das "Duas Capitais" de Ban Gu, descrevem Chang'an e Luoyang com riqueza de detalhes: palácios, mercados, parques de caça, festivais e entretenimentos. Diferente de Ban Gu, Zhang usou o esplendor da antiga capital como advertência: o luxo e a decadência haviam arruinado os Han Ocidentais e podiam arruinar também os Han Orientais.

Sua Rapsódia sobre a Capital do Sul celebrava sua região natal, Nanyang. Na Rapsódia sobre Contemplar o Mistério (Sixuan fu), escrita quando estava sob ataque na corte, ele imagina uma jornada espiritual pelo cosmos, ecoando o antigo poema Li Sao, e pergunta se um homem de bem deveria se afastar de um mundo corrupto ou permanecer e continuar íntegro.

Duas obras mais curtas foram especialmente influentes. Retornando aos Campos (Guitian fu) é uma breve rapsódia que expressa o desejo de deixar o cargo por uma vida simples na natureza, um tema que se tornou central na poesia chinesa posterior. As Quatro Tristezas (Sichou shi) estão entre os primeiros poemas chineses com sete caracteres por linha; à primeira vista poemas de amor, foram lidos como lamentos por estar mantido afastado do governante por homens mesquinhos.

Várias de suas obras foram preservadas nas Seleções de Literatura Refinada (Wen xuan), compiladas pelo príncipe Liang Xiao Tong no século VI, o que garantiu que gerações posteriores as lessem. O poeta Tao Qian elogiou Zhang Heng pela contenção e simplicidade de linguagem.

A carreira oficial de Zhang Heng mostra as tensões da corte Han Oriental. Os imperadores muitas vezes chegavam jovens ao trono, e o poder se deslocava entre as famílias das imperatrizes, os eunucos do palácio e os funcionários-estudiosos. Zhang pertencia firmemente ao grupo dos funcionários-estudiosos, e suas posições de princípio lhe custaram promoções.

Por causa de suas opiniões sobre os textos apócrifos e de sua visão de que o efêmero imperador Gengshi merecia mais crédito na história da restauração Han, foi excluído do comitê que escrevia a história oficial da dinastia, e nunca alcançou o prestigioso cargo de historiador da corte que parecia desejar.

Depois de um terremoto em 133, apresentou um memorial criticando novas regras para o recrutamento de funcionários. Logo depois, foi nomeado Assistente do Palácio, e usou sua proximidade com o imperador Shun para adverti-lo contra os eunucos. Os eunucos o difamaram, e ele respondeu em literatura, incluindo a Resposta à Crítica (Yingjian), na qual um visitante imaginário o instiga a buscar o poder e ele responde que um homem íntegro valoriza a virtude acima do cargo.

Zhang Heng foi homenageado logo após sua morte. Seu amigo Cui Yuan escreveu a inscrição para sua estela funerária, elogiando cálculos que "esgotaram os céus e a terra" e invenções que rivalizavam com o trabalho dos deuses. No século III, o funcionário Xiahou Zhan escreveu outra inscrição para seu túmulo, e o escritor Fu Xuan reclamou que talentos como Zhang Heng e o engenheiro Ma Jun nunca haviam recebido cargos no Ministério de Obras, onde sua habilidade poderia ter beneficiado a todos.

Seus instrumentos tiveram longas vidas posteriores. Depois da queda dos Jin Ocidentais, seus antigos instrumentos armilares foram recuperados quando Liu Yu, futuro fundador da dinastia Liu Song, capturou Chang'an na década de 410, e em 436 o astrônomo Qian Lezhi recebeu ordens de construir um novo globo celeste movido a água segundo o modelo de Zhang. Artesãos das dinastias Qi do Norte e Sui construíram novos sismoscópios inspirados no dele.

Fora da China, o sismólogo John Milne, um dos fundadores da sismologia moderna no Japão nas décadas de 1870 e 1880, escreveu sobre o instrumento de Zhang Heng, que se tornou um exemplo padrão em histórias da ciência. Hoje seu nome é carregado por uma cratera lunar, o asteroide 1802 Zhang Heng, o mineral zhanghengita e o primeiro satélite chinês sismo-eletromagnético, o Zhangheng-1, lançado em 2018.

A única descrição detalhada do sismoscópio é uma passagem curta na biografia de Zhang Heng no Livro dos Han Posteriores, compilado por Fan Ye mais de três séculos depois de sua morte. O próprio instrumento se perdeu; já na época da dinastia Yuan, o estudioso Zhou Mi observou que nenhum dos sismoscópios construídos por imitadores posteriores havia sobrevivido também.

O problema central é a "coluna central" (duzhu). A maioria das reconstruções a considera um pêndulo, mas de que tipo? O sismólogo John Milne e, em 1936, o estudioso chinês Wang Zhenduo propuseram um pêndulo suspenso que oscilaria em direção a um dos oito trilhos. Em 1939, os sismólogos japoneses Akitsune Imamura e Hagiwara propuseram, em vez disso, um pêndulo invertido, uma coluna vertical que cai na direção do primeiro abalo, argumentando que um pêndulo oscilante derrubaria mais de uma bola. O modelo posterior de Wang Zhenduo também usava uma coluna vertical. Em 2005, uma equipe de sismólogos chineses anunciou ter construído uma réplica funcional.

Engenheiros como Hong-sen Yan observaram que nenhuma réplica moderna alcançou a sensibilidade descrita no relato histórico, o que implica que o dispositivo conseguia detectar um terremoto distante que pessoas próximas não conseguiam sentir. A história de Longxi também já foi questionada: alguns autores a ligam a um grande terremoto em Gansu registrado nas décadas de 130 ou 140, mas sua data e detalhes não podem ser confirmados por registros independentes.

A maioria dos historiadores, portanto, aceita que Zhang Heng construiu um instrumento real que reagia ao movimento do solo e indicava uma direção, ao mesmo tempo em que trata com cautela as afirmações sobre sua sensibilidade e precisão. É melhor descrito como um sismoscópio, que mostra que um tremor aconteceu, do que como um sismômetro ou sismógrafo, que mede e registra.

Zhang Heng às vezes é apresentado em obras populares como um "Leonardo chinês" ou um cientista moderno antigo. Os historiadores alertam contra isso. Sua astronomia era inseparável da interpretação de presságios: ele lia cometas, eclipses e movimentos planetários como orientação para a conduta do governo, e aceitava a ideia tradicional de que desastres naturais podiam ser a resposta do Céu ao mau governo. Sua teoria dos terremotos se baseava em ideias sobre o qi e nos "oráculos dos ventos", não em geologia.

Comparações com Ptolomeu ilustram o ponto. Os historiadores Jin Guantao, Fan Hongye e Liu Qingfeng argumentaram que a esfera armilar de Zhang estava fisicamente muito próxima de um modelo geocêntrico, mas que ele não construiu uma teoria geométrica e axiomática como a de Ptolomeu; a astronomia chinesa se concentrava em ciclos aritméticos e previsão calendárica, e não em modelos geométricos. Outros respondem que isso reflete uma tradição diferente, mas altamente eficaz, e não um fracasso.

O Science and Civilisation in China, de Joseph Needham, situou Zhang Heng no início de uma longa tradição chinesa de relojoaria mecânica, que passa por Yi Xing até Su Song. O arcabouço de Needham, que perguntava por que a ciência moderna surgiu na Europa e não na China, foi ele mesmo amplamente debatido, mas seus volumes continuam sendo uma referência básica para os instrumentos de Zhang.

Por fim, a reputação de Zhang Heng tem uma história própria. No século XX, ele se tornou um símbolo nacional da conquista científica chinesa, retratado em selos postais, apresentado em livros didáticos e homenageado com o nome de um satélite de monitoramento de terremotos lançado em 2018. Separar o Zhang Heng histórico dessas imagens modernas, reconhecendo ao mesmo tempo seu talento genuíno, é parte da tarefa do historiador.