張衡發明的地動儀困擾了史學家兩千年!

現代地震監測儀器是非常敏感的裝置,能夠通過記錄鐳射或磁鐵的細小移動,探測到人類無法感知的地球內部震動。地球上遍佈數以千計的地震儀,通過對不同地點產生的地震波圖進行比較,可以確定震中位置。隨著人類不斷提高對地震的理解,開發出早期預警系統。 但是最早地震探測儀器的設計與今天非常不同,直到近2000年前才創造出來, 人們開始明白什麼是地震。

根據記載,中國東漢時期的張衡在許多領域都有貢獻,涉及天文學、數學、地理學、 工程學,在繪畫和詩歌創作方面也有所成就,歷任郎中、太史令、侍中、河間相等職,張衡因算學方面的成就被北宋追封為西鄂伯。

張衡首先是一個偉大的發明家,他發明的渾天儀主體是幾層均可運轉的圓圈,最外層周長一丈四尺六寸。各層分別刻著內、外規,南、北極、黃、赤道,二十四節氣,二十八列宿,還有“中”“外”星辰和日、月、五緯等等天象。儀上附著兩個漏壺,壺底有孔,滴水推動圓圈,圓圈按著刻度慢慢轉動。

張衡最出名的成就是發明了世界上第一臺地動儀,雖然現在沒有遺留下來,但是根據《後漢書》描述,它是一個大型的青銅儀器,形如酒樽,一週八個方位分別有八個含有龍珠的龍頭,每個龍頭下方有個蟾蜍與之對應。當某個方向發生地震時,這個方位的龍頭就會在槓桿作用下張嘴,同時龍珠落入蟾蜍的嘴裡,發出響聲。

古代文章對地動儀的內部運作很少描述,然而人們普遍認為,在地動儀的空心體內懸掛著一個鐘擺,擺下方有一個小球,球位於“米”字形滑道交匯處,地震的衝擊波會使鐘擺擺動,小球擊發控制龍口的機關,使龍口張開把龍珠吐給蟾蜍,由此便可測出發生地震的方向。

張衡的發明最初遭到懷疑,他對很多事情的看法不被同時代人理解,更糟糕的是,他的地動儀沒有得到證實。據書籍記載,曾經一龍機發,地不覺動,雒陽的學者都責怪不足信,幾天之後,送信人來了,果然在隴西地發生地震,眾人於是都服其神妙。自此之後,朝廷就令史官記載地動發生的地方。

張衡稱他的地震儀為候風地動儀,意為“測量季節風和地球運動的儀器”。在那個時代人們普遍認為地震是神靈發怒了,但還是有學者認為地震是風向和氣壓變化引起的,這其實是板塊構造理論的萌芽。

張衡地動儀因為多種因素並沒有實物留存。而史料能夠追溯到的相關記載也就200多字,學者們對這200多字抽絲剝繭,卻不能復原出有史書記載般精細的地震儀。對地震儀真實性的質疑也越來越多,甚至有些人懷疑它從未存在過。人們不能相信,一個古老的鐘擺如何能夠敏銳地探測到上千公里以外的地震?

張衡的地動儀已經發明近兩千年了,但它背後的工作原理至今仍被普遍使用。現代地震儀使用的慣性原理與它完全相似, 基於一個靜止的基座和懸掛的鐘擺在地震動時獨立移動,鐘擺移動時產生波動,將波動轉換為數字訊號,使地震儀能夠記錄震顫強度。

雖然張衡的設計或多或少經受住了時間的考驗,但人類還在不斷髮明新的地震監測技術。去年,斯坦福大學的研究人員宣佈開發出利用光纜探測地震的方法,他們利用光纜因地表振動會伸縮的原理,再排除其他產生振動的因素就能預測地震。但是在這個技術成熟前,我們能做的就是利用地震儀警告地震發生後即將發生的衝擊波,這通常只是幾秒鐘的預警時間。

猜你喜歡