读历史‖地动仪

王培波教授对张衡地动仪复原模型的艺术设计

铜珠掉出 陇西报震 众皆叹服——   

132年,科学家、文学家张衡发明制造了世界上第一台测定地震方位的仪器——候风地动仪。张衡将候风地动仪安置在都城洛阳。

起初,满朝文武都不相信这台地动仪能够测出地震的方向。凑巧138年3月1日(汉永和三年二月初三)地动仪中有一个龙头机件突然发动,朝向西北方向的铜珠落了下来,掉进仪器下面的蟾蜍口里。几天后,陇西驿者日夜奔驰来京师,报告陇西地震,二郡山崩(震级约为6.5级)。陇西正好在洛阳的西北方向。在事实面前,大家都不得不承认候风地动仪的灵验,佩服张衡的发明。而相隔1700多年,欧洲人才制造出“第一台”地动仪,古波斯直到公元11世纪才有类似的地震仪器。

东汉特色:用地震除掉政治对手     

  东汉时期,地震比较频繁,公元96-125年的30年中,就曾发生了23次比较强烈的地震,震区有时大到几十个郡。而张衡所处的时期,恰是历史上地震频率最高发期,几乎连年发生地震,地裂地陷,江河泛滥,房屋倒塌。京城也出现了多震的现象。

在神学极盛的东汉时代,地震研究是举步维艰的。东汉建武二十二年九月,光武帝刘秀家乡南阳大地震,刘秀便下诏自责,说:“而今震裂,咎在君上,鬼神不顺无德,灾殃及吏人,朕甚惧焉。”此后,东汉围绕地震展开了多次政治斗争。在《后汉书·五行志》中记载:和帝永元四年六月丙辰,郡国十三地震,是因“女主盛,臣制命,则地动,畔震起,山崩沦”。当时窦太后摄政,其兄窦宪专权,因而导致上天的惩罚,于是“后五日,诏收宪印绶,兄弟就国,逼迫皆自杀”。这就是典型的借地震灾害铲除政治对手的事件。此后,借灾言政、排除政敌的现象更是屡见不鲜。

张衡让大家改变观念      

张衡出于史官的职守,也常借地震来发表“政善则休祥降,政恶则咎征见”的言论,但他在太史令任上,研究而创制出地震仪,又显然与当时的神学观针锋相对,其阻力之大可以想象。朝廷上下都将其称为异类、叛逆,并极力排挤张衡。直到138年,地动仪证实了陇西的大地震后,众人“于是皆服其妙”,“自此以后,乃令史官记地动所从方起”。

张衡公元78年出生在河南的南阳。他的祖父曾经官至太守,显赫一时,但是到张衡这一代,已经家道中落。清苦的家境使张衡能够潜下心来做学问。少年时代的张衡饱读诗书,从16岁起,他走出家乡,游历名山大川、古城巷陌,开阔了自己的视野,也了解了民众的疾苦。

东汉时期,中国发生地震的次数较多。为了测定地震方位,及时通知官府做出赈灾行动,张衡在担任太史令一职时,开始研制能够报告地震的装置。经过多年的钻研,终于在公元132年发明了世界上第一台测定地震方位的科学仪器———地动仪。利用它,不但可以知道何时发生地震,而且还可以测出地震的方位。从古书中对地动仪的描述来看,张衡的头脑中已经有了一个清晰的概念:地震是从远处一定方向传过来的地面震动。他把震动看成是可以通过固体的大地传输的一种事物。虽然现在我们都知道地震波的存在,但是东汉时期张衡就能意识到这一点,是需要经过推理和思考的。

王振铎候风地动仪设计图

解析地动仪原理     

地动仪由精铜铸成,外形像一个大酒壶,中间的圆径八尺,仪器的外表刻有篆文以及山、龟、鸟、兽等图形。

表面作金黄色,上部铸有八条金龙,分别伏在东、西、南、北及东北、东南、西北、西南八个方向。龙倒伏,龙首向下,龙嘴各衔一颗小铜球,与地上仰蹲张嘴的蟾蜍相对。地动仪空腔中央,立一根铜柱,上粗下细。铜柱周围有八根横杆,称为“八道”,各与一龙头相连。铜柱是震摆装置,八道用来控制和传导铜柱运动的方向。在地动仪受到地震波冲击时,铜柱就倒向发生地震的方向,推动同一方向的横杆和龙头,使龙嘴张开,铜球下落到蟾蜍嘴中,并发出响声,以提示人们注意发生了地震及地震的时间和方向。 一颗珠子放在平台上,如果将哪方稍微往下一按,珠于就向哪方滚动。又如我们点亮一支蜡烛,将它放在一张不平的桌子上,它总会向低的一方倒。地动仪就是根据这些简单的原理设计的。地动可以传到很远的地方,只不过太远了人就感觉不到了,但地动仪能准确地测到。 但是中国科学家认定地动仪的工作原理应该是“悬垂摆原理”,即地动仪是利用了一根悬挂柱体的惯性来验震的

摘自兴国县防震减灾局公众号

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