日本的科学史权威薮内清精辟地指出：“在古代文明中，天文学一直属于高层次的科学，而且深深地染上了世界各种文明时代所具有的特色。构成中国天文学史主流的是历法研究和以占星术为目的的天文观测。”

自古以来，我们的先人就关心宇宙形态、地球在天空的位置以及它与其他天体的关系。春秋战国五百年间，政权更迭频繁，占星家们各事其主，大行其道，引起统治者对天象观测的重视。《春秋》记载，鲁文公十四年（公元前613年）秋七月，“有星孛于北斗”，是世界上最早的关于哈雷彗星的记录。哈雷彗星每七十六年回归一次，从秦始皇七年（公元前240年）到清末，每次都有详细记录。近代西方天文学家曾利用这些连续观测数据，来推算哈雷彗星的轨道。古人相信天象和人世间的政事是互动的，天象会干预人间，人事也会感应上天，因此对天文学的研究一直不曾间断。

汉朝出现了解释这些问题的不同学说。其一是公元前2世纪提出的一种理论——盖天说，认为天是圆的，地是方的，天盖在地上，天像一个顶戴着的笠帽，地像一个倒伏的盆子；天每日旋转一次，形成了地球之上的苍穹；天有星座，北极星形成众星座围绕它转动的中心。其二是大约公元1世纪以后提出的浑天说，天被设想为围绕地球四周的空间的扩大，天的圆周可分成365 1/4度，大地则是一个球形。在张衡看来，“浑天如鸡子”，天和地的关系就像蛋壳包蛋黄那样，天外地内。其三是汉末出现的宣夜说，认为地以外都是气体，天之所以呈蓝色，是距离我们太远的缘故。认识到天是无边无际的，各星座在它周围随意地、独立地运动；天体是漂浮在无限空间中的气球体，在没有日月星辰的部分也不是真空，仍有气体存在，不过不会发光而已。

这种天体学说，比流行于民间的天圆地方观念——圆天覆盖着方地，大大地前进一步。但天圆地方观念仍牢固存在，东汉初年建造的宣扬政教的明堂，设计成上圆下方形的建筑，就体现了圆穹包着方地的观念。

由于天人感应思想的影响，对天象的观测与王朝的政治密切相关，天象观测的仪器日益精巧。汉武帝时，落下闳改进了浑仪中的赤道装置，奠定古代浑仪的基本形式；以后，耿寿昌发展了“赤道仪”，和帝永元十四年（102年），贾逵制造了“黄道仪”，测定了二十八宿黄道距度和太阳月亮的运行度数；顺帝阳嘉元年（132年）张衡制造了浑天仪，以铜质的空心圆球为主体，上刻日月星辰的位置，叫做天球，用水力运转。

天象观测的精确化，导致历法的修订。至迟从公元前265年起秦国就已采用颛顼历，秦统一后，全国通用颛顼历。汉承秦制，西汉初期仍沿用颛顼历，马王堆汉墓出土的《五星占》残篇记录了以颛顼历推算相符的部分五星会合周期；山东临沂银雀山汉墓出土的汉元光元年（公元前134年）历谱也是用颛顼历推算而得的。汉武帝元封七年（公元前104年）司马迁、落下闳等制定了新历法——太初历，把颛顼历的一年从十月开始，改为一年从正月开始。东汉章帝元和二年（公元85年）改用四分历，比以前的历法更加准确。

天文学的发展与数学密切相关，古代称为天文历算学。算经十书之一的《周髀算经》是西汉时代的天文历算著作，即天文数学著作，主要目的是阐明当时的盖天说与历法，使用了相当繁复的分数算法和平方算法，最早引用勾股定理（勾方加股方等于弦方）。算经十书中最重要的一种是《九章算术》，系统总结了先秦至东汉初年的数学成就。古代数学叫做算学或算术，算的本意是指用于计算的算筹，从汉墓中出土的算筹，使人们对它有了直观的认识。汉代已形成完整的算术体系，其代表作就是《九章算术》，至迟在公元1世纪时，已有了现存传本的内容。全书分九章（即算术的九个类别——九数）：（1）方田——用分数四则算法和平面形求面积法计算田亩面积；（2）粟米——粮食的按比例交换的计算方法；（3）衰分——分配比例的算法；（4）少广——开平方和开立方法；（5）商功——立体形求体积法；（6）均输——管理粮食运输均匀负担的计算法；（7）盈不足——盈亏类问题解法；（8）方程——一次方程组解法；（9）勾股——勾股定理的应用和简单的测量问题解法。其中负数、分数计算、联立一次方程解法等，都是具有世界意义的成就。(www.daowen.com)

在天文学上作出巨大贡献的张衡，在地学方面也有引人注目的成就。张衡，字平子，南阳西鄂（今河南南召）人，通五经贯六艺，官至太史令。他发明浑天仪，以漏壶的流水为动力，通过齿轮系统带动象征天壳的浑象一天旋转一周。他首次解释月食的成因，说明月光是日光的反照，月食是由于月球进入地影而产生的。东汉顺帝阳嘉元年（132年），他发明了地动仪——世界上第一架测量地震方向的仪器。地动仪直径约2米，用铜铸成，像一个酒樽，中间有一个都柱（震摆），都柱周围并列八个方向的机械，外面有八个铜龙，按八个方向排列，每个龙嘴里衔着一枚铜丸，每个龙头下蹲着一个张口上承的铜蟾蜍。哪个方向地震，那个方向的龙头就吐了铜丸落在下面蟾蜍的嘴中，发出清脆的声音，就可知道地震的方向。他生活在谶纬盛行的东汉，却尖锐地抨击谶纬之学，主张应予禁绝，他的科学成就与这种反对神学迷信的精神是密切相关的。

地动仪

传统医学在汉朝达到了一个新高峰。日本学者山田庆儿在《传统医学的历史与理论》中指出：汉代以前编著的医书乃至有关医学方面的文献一本也没有留下，因此如何认识中国医学起源的问题是一个谜。但是，1973年长沙马王堆汉墓医书的发现，为我们认识中国医学的起源提供了可能性。山田把马王堆医书与《黄帝内经 · 素问》进行比较，提出了中国医学史的形成过程。他认为，在战国末期，正式出现了针疗法；到了西汉，进一步形成以针疗法为中心的医生集团和学派；在两汉之际，中国的医学体系基础正式形成。其代表人物便是张仲景与华佗。

张仲景，名机，南阳人。学医于同郡张伯祖，相传曾任长沙太守。当时伤寒病流行，死者枕藉，为此他钻研《内经》、《难经》（即《黄帝八十一难经》）、《胎胪药录》等医书，广泛收集有效方剂，撰写《伤寒杂病论》。后人把它分为《伤寒论》和《金匮要略》两书。《伤寒论》论述外感热病的治疗，包括397法、113处方。《金匮要略》论述内科杂病的治疗，间或涉及妇科、外科。张仲景把《内经》以来的病因学说和脏腑经络学说加以发展，同四诊（望、闻、问、切）、八纲（阴、阳、表、里、虚、实、寒、热）等相结合，辨证施治，包括汗、吐、下、和、温、清、补、消八法，被医家视为准绳。

华佗，又名旉，字元化，沛国谯郡（今安徽亳州）人，精内、外、妇、儿、针灸各科，尤擅外科。对“肠胃积聚”等病创用麻沸散，给患者麻醉后施行腹部手术，声誉鹊起。他还把西汉流行的强身除病养生法——导引（亦作道引，取“道气令和，引体令柔”之意），加以发展，创“五禽戏”，作为养生祛病的锻炼身体方法。他以为人体运动可使血脉流通，病不得生，“譬如户枢，终不朽也”。

中国古代四大发明之一的造纸术出现在汉朝。在纸出现之前，书写材料是竹简、木牍、缣帛，价格昂贵且携带储藏都不方便，制约了文化教育事业的发展。根据近几十年的考古发现，汉武帝至汉宣帝时代，已有植物纤维纸。20世纪50年代在西安灞桥汉墓发现的植物纤维纸是汉武帝时代的遗物。70年代以来，在居延、扶风、敦煌、天水等地都发现了植物纤维纸，敦煌烽燧遗址中发现粗糙的黄纸、细匀的白纸，表明至迟在汉宣帝时代已掌握了麻纸的制作技术。东汉和帝时，担任尚方令的宦官蔡伦指导工匠们用树皮、麻布等为原料，制作出更适合书写的植物纤维纸，被称为“蔡侯纸”（蔡伦被封龙亭侯）。从此开创了一场书写材料的革命，由纸取代了简帛。中国的造纸术，此后东传朝鲜、日本，西传阿拉伯、欧洲，对世界文明作出了一大贡献。法国学者布罗代尔（Fernand Braudel）说：纸来自遥远的中国，伊斯兰国家是向西传播路上的中间站。最早的纸坊于12世纪初出现在西班牙，但欧洲造纸工业要到14世纪初才在意大利建立。