談起地震，自離不開張衡。張衡是中國東漢時代的偉大科學(xué)家，公元132年發(fā)明了人類的第一架地震儀器——地動儀，儀器全部由青銅鑄造，直徑約2米，高3米左右，八個龍首各含一個銅丸，地震的時候有一個銅丸會掉落到蟾蜍的口中，聽到聲響后，人們不僅能知道地震了，還可以按照銅丸掉落的正負(fù)方向大體判斷出地震的方位。地動儀安置在京師洛陽的靈臺，曾經(jīng)成功地測到134年的隴西地震，相距約600公里。張衡地動儀失傳于東漢末，《續(xù)漢書》《后漢紀(jì)》《后漢書》和《鼎錄》對這項偉大發(fā)明做了仔細(xì)記載，圖1為目前整理出來的文字共254個字。

 

圖1 復(fù)原所依據(jù)的史料記載可見于8份歷史文獻，共有254個字

 

地動儀是一種古代的驗震器，用以檢驗地震的發(fā)生，后人根據(jù)史料的記載進行了大量的復(fù)原研究。最新的研究揭示，地動儀的內(nèi)部有一個懸掛著的沉重柱體（史書中稱為“都柱”），具有只反應(yīng)地面的水平運動、不怕非地震干擾的特殊本領(lǐng)。因為非地震的干擾運動，比如人走車行、碎石爆炸產(chǎn)生的波動都是以地面的垂直向顛動、顫抖為主的，懸掛物不會出現(xiàn)任何反應(yīng)。而地震波卻是以地面的水平向晃動、搖蕩為主的，懸掛的柱體會因為慣性而繼續(xù)維系靜止?fàn)顟B(tài)，于是都柱會同地動儀的底部框架之間出現(xiàn)相對的位移量，這個量自然是非常微小的。地動儀的巧妙處在于：都柱下方的尖錐上置有一小關(guān)球，它被都柱牢牢地控制在原位，一旦都柱和底盤出現(xiàn)相對位移，小關(guān)球就被釋放出來，隨即觸發(fā)了杠桿機關(guān)，導(dǎo)致龍首吐丸，驗證了地震的發(fā)生。

 

圖2 復(fù)原的張衡地動儀外部模型。外部造型形似漢代酒尊，蟾蜍是器足

 

圖3 復(fù)原的張衡地動儀內(nèi)部模型。內(nèi)部結(jié)構(gòu)含有柱、關(guān)、道、機、丸五部分，懸垂擺工作原理

 

圖2和圖3是中國地震局和國家文物局的專家們新完成的地動儀科學(xué)復(fù)原模型，內(nèi)部結(jié)構(gòu)有柱、關(guān)、道、機、丸五部分，懸垂擺工作原理，觸發(fā)儀器工作的震相是地震表面波（瑞利波），共振起到放大作用，新模型更符合史料和漢代歷史特征，深化了認(rèn)識。相對之下，西方的第一臺測震儀器是法國人于1703年發(fā)明的水銀驗震器，利用了液面晃動的原理，同張衡地動儀一樣都是為了檢驗地震的發(fā)生，既不能確定震中，也不能預(yù)報地震。在人們的日常生活中，也可以觀察吊燈等懸掛物和水面等液體表面的搖晃來判斷地震的發(fā)生，它們都是天然驗震器——“不是地震我不動，只有地震我才晃”。

張衡地動儀的發(fā)明開啟了人類研究地震的新紀(jì)元，后人根據(jù)驗震器（Seismoscope）的原理發(fā)明了地震儀（Seismograph），其中檢波器的核心技術(shù)就是利用了擺的慣性。地震儀可以記錄到地面波動的整個過程，在19世紀(jì)末年誕生了現(xiàn)代地震學(xué)。利用遍及世界的地震臺網(wǎng)，可以對任何一處的地震測定出發(fā)生位置、大小和時間。

 

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候風(fēng)地動儀是驗震器

圖文簡介

談起地震，自離不開張衡。張衡是中國東漢時代的偉大科學(xué)家，公元132年發(fā)明了人類的第一架地震儀器——地動儀，儀器全部由青銅鑄造，直徑約2米，高3米左右，八個龍首各含一個銅丸，地震的時候有一個銅丸會掉落到蟾蜍的口中，聽到聲響后，人們不僅能知道地震了，還可以按照銅丸掉落的正負(fù)方向大體判斷出地震的方位。