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地動儀模型
地動儀是漢代科學(xué)家張衡的又一傳世杰作，在張衡所處的東漢時代，地震比較頻繁。據(jù)《后漢書·五行志》記載，自和帝永元四年（公元92年）到安帝延光四年（公元125年）的三十多年間，共發(fā)生了二十六次大的地震，地震區(qū)有時大到幾十個郡，引起地裂山崩、江河泛濫、房屋倒塌，造成了巨大的損失，張衡對地震有不少親身體驗，為了掌握全國地震動態(tài)，他經(jīng)過長年研究，終于在陽嘉元年（公元132年）發(fā)明了候風(fēng)地動儀這也是世界上第一架地動儀。
目錄
簡介
歷史實證
歷史故事
原理考證
結(jié)構(gòu)模型
湖南益陽候風(fēng)地動儀
重新復(fù)原
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簡介
歷史實證
歷史故事
原理考證
結(jié)構(gòu)模型
湖南益陽候風(fēng)地動儀
重新復(fù)原
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編輯本段簡介
地動儀
地動儀是漢代科學(xué)家張衡的又一傳世杰作。在張衡所處的東漢時代，地震比較頻繁。據(jù)《后漢書·五行志》記載，自和帝永元四年（公元92年）到安帝延光四年（公元125年）的三十多年間，共發(fā)生了二十六次大的地震。地震區(qū)有時大到幾十個郡，引起地裂山崩、江河泛濫、房屋倒塌，造成了巨大的損失。
張衡對地震有不少親身體驗。為了掌握全國地震動態(tài)，他經(jīng)過長年研究，終于在陽嘉元年（公元132年）發(fā)明了候風(fēng)地動儀──世界上第一架地震儀。在通信不發(fā)達(dá)的古代，地震后，為人們及時知道發(fā)生地震和確定地震大體位置有一定的作用。
它有八個方位，每個方位上均有一條口含銅珠的龍，在每條龍的下方都有一只蟾蜍與其對應(yīng)。任何一方如有地震發(fā)生，該方向龍口所含銅珠即落人蟾蜍口中，由此便可測出發(fā)生地震的方向。當(dāng)時利用這架儀器成功地測報了西部地區(qū)發(fā)生的一次地震，引起全國的重視。這比起西方國家用儀器記錄地震的歷史早一千多年。
據(jù)《后漢書·張衡傳》記載，候風(fēng)地動儀“以精銅鑄成，圓徑八尺”，“形似酒樽”，上有隆起的圓蓋，儀器的外表刻有篆文以及山、龜、鳥、獸等圖形。儀器的內(nèi)部中央有一根銅質(zhì)“都柱”，柱旁有八條通道，稱為“八道，還有巧妙的機關(guān)。樽體外部周圍有八個龍頭，按東、南、西、北、東南、東北、西南、西北八個方向布列。
龍頭和內(nèi)部通道中的發(fā)動機關(guān)相連，每個龍頭嘴里都銜有一個銅球。對著龍頭，八個蟾蜍蹲在地上，個個昂頭張嘴，準(zhǔn)備承接銅球。當(dāng)某個地方發(fā)生地震時，樽體隨之運動，觸動機關(guān)，使發(fā)生地震方向的龍頭張開嘴，吐出銅球，落到銅蟾蜍的嘴里，發(fā)生很大的聲響。所以人們就可以知道地震發(fā)生的方向。
編輯本段歷史實證
各種地動儀(12張)
漢順帝陽嘉三年十一月壬寅（公元134年12月13日），地動儀的一個龍機突然發(fā)動，吐出了銅球，掉進了那個蟾蜍的嘴里。當(dāng)時在京師（洛陽）的人們卻絲毫沒有感覺到地震的跡象，于是有人開始議論紛紛，責(zé)怪地動儀不靈驗。沒過幾天，隴西（今甘肅省天水地區(qū)）有人快馬來報，證實那里前幾天確實發(fā)生了地震，于是人們開始對張衡的高超技術(shù)極為信服。隴西距洛陽有一千多里，地動儀標(biāo)示無誤，說明它的測震靈敏度是比較高的。
編輯本段歷史故事
張衡
漢章帝在位的時期，東漢的政治比較穩(wěn)定。到漢章帝一死，繼承皇位的漢和帝才十歲，竇太后臨朝執(zhí)政，讓他的哥哥竇憲掌握了朝政大權(quán)，東漢王朝就開始走下坡路了。 在這個時期，出了一位著名的科學(xué)家張衡。
張衡是南陽人。十七歲那年，他離開家鄉(xiāng)，先后到了長安和洛陽，在太學(xué)里用功讀書。當(dāng)時洛陽和長安都是很繁華的城市，城里的王公貴族過的是驕奢淫逸的生活。張衡對這些都看不慣。他寫了兩篇文學(xué)作品《西京賦》和《東京賦》（西京就是長安，東京就是洛陽），諷刺這種現(xiàn)象。據(jù)說他為了寫這兩篇作品，經(jīng)過深思熟慮，反復(fù)修改，前后一共花了十年工夫，可見他研究學(xué)問的精神是很認(rèn)真嚴(yán)肅的。但是張衡的特長還不是文學(xué)，他特別愛好數(shù)學(xué)和天文研究。朝廷聽說張衡是個有學(xué)問的人，召他到京里做官，先是在宮里做郎中，后來，擔(dān)任了太史令，叫他負(fù)責(zé)觀察天文。這個工作正好符合他研究的興趣。
經(jīng)過他的觀察研究，他斷定地球是圓的，月亮是借太陽的照射才反射出光來。他還認(rèn)為天好像雞蛋殼，包在地的外面；地好像雞蛋黃，在天的中間。這種學(xué)說雖然不完全精確，但在一千八百多年以前，能說出這種科學(xué)的見解來，不能不使后來的天文學(xué)家欽佩。不光是這樣，張衡還用銅制造了一種測量天文的儀器，叫做“渾天儀”。上面刻著日月星辰等天文的現(xiàn)象。他設(shè)法利用水力來轉(zhuǎn)動這種儀器。據(jù)說什么星從東方升起來，什么星向西方落下去，都能在渾天儀上看得清清楚楚。
地動儀歷史故事
那個時期，經(jīng)常發(fā)生地震。有時候一年一次，也有一年兩次。發(fā)生了一次大地震，就影響到好幾十個郡，城墻、房屋發(fā)生倒坍，還死傷了許多人畜。當(dāng)時的封建帝王和一般人都把地震看作是不吉利的征兆，有的還趁機宣傳迷信、欺騙人民。但是，張衡卻不信神，不信邪，他對記錄下來的地震現(xiàn)象經(jīng)過細(xì)心的考察和試驗，發(fā)明了一個測報地震的儀器，叫做“地動儀”。地動儀是用青銅制造的，形狀有點像一個酒壇，四圍刻鑄著八條龍，龍頭向八個方向伸著。每條龍的嘴里含了一顆小銅球：龍頭下面，蹲了一個銅制的蛤蟆，對準(zhǔn)龍嘴張著嘴。哪個方向發(fā)生了地震，朝著那個方向的龍嘴就會自動張開來，把銅球吐出。銅球掉在蛤蟆的嘴里，發(fā)出響亮的聲音，就給人發(fā)出地震的警報。
公元138年2月的一天，張衡的地動儀正對西方的龍嘴突然張開來，吐出了銅球。按照張衡的設(shè)計，這就是報告西部發(fā)生了地震。可是，那一天洛陽一點也沒有地震的跡象，也沒有聽說附近有哪兒發(fā)生了地震。因此，大伙兒議論紛紛，都說張衡的地動儀是騙人的玩意兒，甚至有人說他有意造謠生事。過了幾天，有人騎著快馬來向朝廷報告，離洛陽一千多里的金城、隴西一帶發(fā)生了大地震，連山都有崩塌下來的。大伙兒這才信服。可是在那個時候，朝廷掌權(quán)的全是宦官或是外戚，像張衡這樣有才能的人不但不被重用，反而被打擊排擠。張衡做侍中的時候，因為與皇帝接近，宦官怕張衡在皇帝面前揭他們的短，就在皇帝面前講張衡很多壞話。他被調(diào)出了京城，到河間去當(dāng)國相。
張衡在他六十一歲那年病死。他在我國科學(xué)史上留下了光輝的業(yè)績。
編輯本段原理考證
地動儀原理圖
[1]
據(jù)學(xué)者們考證，張衡在當(dāng)時已經(jīng)利用了力學(xué)上的慣性原理，“都柱”實際上起到的正是慣性擺的作用。同時張衡對地震波的傳播和方向性也一定有所了解，這些成就在當(dāng)時來說是十分了不起的，而歐洲直到1880年，才制成與此類似的儀器，比起張衡的發(fā)明足足晚了一千七百多年。
關(guān)于地動儀的結(jié)構(gòu)，目前流行的有兩個版本：王振鐸模型（1951年），即“都柱”是一個類似倒置酒瓶狀的圓柱體，控制龍口的機關(guān)在“都柱”周圍。這一種模型最近已被基本否定。另一種模型由地震局馮銳（2005年）提出，即“都柱”是懸垂擺，擺下方有一個小球，球位于“米”字形滑道交匯處（即《后漢書·張衡傳》中所說的“關(guān)”），地震時，“都柱”撥動小球，小球擊發(fā)控制龍口的機關(guān)，使龍口張開。另外，馮銳模型還把蛤蟆由面向樽體改為背向樽體并充當(dāng)儀器的腳。該模型經(jīng)模擬測試，結(jié)果與歷史記載吻合。
那么，地動儀的內(nèi)部結(jié)構(gòu)究竟什么樣子呢？有不少學(xué)者對此作過探討。早在南北朝時，北齊信都芳撰《器準(zhǔn)》，隋初臨孝恭作《地動銅儀經(jīng)》，都對之有所記述，并傳有它的圖式和制作方法?？上У氖翘拼院?，二書均失傳。今人的研究則以王振鐸之說影響最大。王振鐸根據(jù)前人的猜測，討論了地動儀內(nèi)部可能有的各種結(jié)構(gòu)，最后推斷都柱的工作原理與近代地震儀中倒立式震擺相仿。具體說來，都柱就是倒立于儀體中央的一根銅柱，八道圍繞都柱架設(shè)。都柱豎直站立，重心高，一有地動，就失去平衡，倒入八道中的一道。八道中裝有杠桿，叫做牙機。杠桿穿過儀體，連接龍頭上頜。都柱傾入道中以后，推動杠桿，使龍頭上頜抬起，將銅丸吐出，起到報警作用。
米爾恩對張衡地動儀和現(xiàn)代地震儀的研究
地動儀用精銅制成，圓經(jīng)八尺，合蓋隆起，形似酒樽。表面作金黃色，上部鑄有八條金龍，分別伏在東、西、南、北及東北、東南、西北、西南八個方向。龍倒伏，龍首向下，龍嘴各銜一顆小銅球，與地上仰蹲張嘴的蟾蜍相對。地動儀空腔中央，立一根銅柱，上粗下細(xì)。銅柱周圍有八根橫桿，稱為“八道”，各與一龍頭相連。銅柱是震擺裝置，八道用來控制和傳導(dǎo)銅柱運動的方向。在地動儀受到地震波沖擊時，銅柱就倒向發(fā)生地震的方向，推動同一方向的橫桿和龍頭，使龍嘴張開，銅球下落到蟾蜍嘴中，并發(fā)出響聲，以提示人們注意發(fā)生了地震及地震的時間和方向。
一顆珠子放在平臺上，如果將哪方稍微往下一按，珠于就向哪方滾動。又如我們點亮一支蠟燭，將它放在一張不平的桌子上，它總會向低的一方倒。地動儀就是根據(jù)這些簡單的原理設(shè)計的。地動可以傳到很遠(yuǎn)的地方，只不過太遠(yuǎn)了人就感覺不到了，但地動儀能準(zhǔn)確地測到。但是中國科學(xué)家認(rèn)定地動儀的工作原理應(yīng)該是“懸垂擺原理”，即地動儀是利用了一根懸掛柱體的慣性來驗震的，而非當(dāng)今歷史教科書所說的在儀器底部簡單地豎立一根直立桿。
編輯本段結(jié)構(gòu)模型
地動儀
王振鐸的推斷得到了廣泛贊同。中國歷史博物館陳列的張衡地震儀模型，就是根據(jù)王振鐸的設(shè)計復(fù)原的。但是，也有學(xué)者提出不同意見。中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)李志超就曾對倒立擺結(jié)構(gòu)提出過異議，他以全新的視角，提出了自己對候風(fēng)地動儀的理解（參見李志超，《天人古義》，河南教育出版社，1995年版）。
李志超認(rèn)為，從文獻角度來看，漢代字書《釋名》解釋“柱”，說“柱，住也”，表明柱字原義是建筑中不動的支撐件。由此，倒立擺結(jié)構(gòu)不得稱“柱”，只合稱錐。“都”是集總之義，說明不是孤柱，應(yīng)該還附帶八套機關(guān)，而立錐卻只能是光桿。這樣，僅由“都柱”這一名稱來看，倒立擺之說也不能成立。
李志超進一步指出，倒立錐的設(shè)計使原文所述其他一切部件皆成畫蛇添足。尤其是龐大的銅尊，毫無道理可言。再者，從物理評價角度來看，任何測量儀器的性能一般都可用兩個互相矛盾的指標(biāo)表征：靈敏度和穩(wěn)定度。倒立錐的設(shè)計正好突出了精密計量技術(shù)這一主要矛盾。例如，為提高地動儀的靈敏度，就要把倒立錐的錐底做得很小，使之形成一個錐尖，但很小的錐尖承受巨大的重力壓強，在不可避免的微小震動作用中必將逐漸形成不可逆的變形，其趨向是錐尖下面的支承面形成坑窩，錐尖變得圓滑。這一過程不可逆，而且是加速的。這樣，倒立錐最終要倒下來，不管有無地震。如果為提高穩(wěn)定度，將錐尖做成寬到實際不變形，那它的靈敏度必然很低，感知量比人所能察覺的還要大，地動儀也就失去了它的存在價值。
編輯本段湖南益陽候風(fēng)地動儀
2011年4月份，湖南省益陽市南縣職業(yè)中專語文教師黃佑軍完成了張衡候風(fēng)地動儀的復(fù)原研究工作。他提出了專利申請：“帶八條甬道固定都柱和推力板機關(guān)的張衡候風(fēng)地動儀”[2]。（圖1樽體外形圖：1樽底2樽壁6龍首10甬道口9蟾蜍插孔4樽頂蓋3樽蓋7銅丸8蟾蜍5龍口
。 ） 候風(fēng)地動儀的基本構(gòu)造由如下幾部分組成：1、地動儀的外殼——樽體外形。2、八條甬道——由隔板和都柱分隔而成的空間，是安設(shè)機關(guān)的地方。3、中心固定都柱——對內(nèi)部構(gòu)件進行連接和起固定作用的中心柱。4、感震機關(guān)裝置——推力板機關(guān)，類似于秦漢時期的陵墓防盜機關(guān)，也類似于捕鼠籠的“踏板機關(guān)”。5、報震裝置——報震和顯示地震方向的構(gòu)件。地動儀的外殼：樽體外形，有底，頂口有錐形蓋子。在樽體的上部位置有八個開口，為龍口；下部相應(yīng)位置也有八個開口，為安放蟾蜍的插孔，又是安裝和調(diào)試的入口。八條甬道：由八塊隔板、都柱、樽壁、樽底圍成的八個區(qū)域，對應(yīng)八個方位，在樽底靠近樽壁的位置開有八個開口，為甬道口。甬道口與龍口、蟾蜍插孔在同一垂直線位置。甬道口是地震波的進入通道，其開口向下，能提高抗干擾能力。中心固定都柱：都柱豎立在樽底中央，與樽底固定連接。都柱可以立于樽底上，也可以穿透樽底。都柱與隔板固定連接，是構(gòu)成甬道的構(gòu)件之一。都圖2 八甬道圖
柱的上部通過八根橫梁與龍口固定連接，使樽體內(nèi)部牢固、穩(wěn)定。又是承受都柱錘的地方。感震機關(guān)裝置：為推力板機關(guān)，由推力板、放大杠桿、頂桿、月牙盤、關(guān)閂、牙機、牙機桿、都柱錘、龍機桿等構(gòu)件組成。在兩隔板之間安一根橫桿，推力板鉸接在橫桿上。推力板上固接一根傳動桿，傳動桿銷接在一級放大杠桿上，一級放大杠桿一端銷接在樽壁上或隔板上，另一端與頂桿一端銷接，頂桿銷接在關(guān)閂架上，頂桿另一端抵近牙機桿上的月牙盤。關(guān)閂為“且”字形結(jié)構(gòu)，牙機為牙機桿上鉤狀體，牙機桿通過牙機鉤住關(guān)閂桿。牙機桿頂端與都柱錘柄尾部銷接，都柱錘柄中部適當(dāng)位置銷接在橫梁上，錘能落在都柱上。錘柄的尾部又與龍機桿一端銷接，龍機桿銷接在橫梁上，龍機桿另一端銷接一根頂桿，頂桿抵住龍口的球丸。推力板機關(guān)，類似于秦漢時期的陵墓防盜機關(guān)，也類似于捕鼠籠的“踏板機關(guān)”。踏板和推力板是同一構(gòu)件，將推力板埋于甬道的泥土里，地震波產(chǎn)生的沖力從甬道口進來頂動推力板、觸發(fā)機關(guān)。在推力板機關(guān)圖3地動儀八道機關(guān)之一
上裝有銅錘，叫都柱錘，機關(guān)觸發(fā)后錘落于都柱上，它相當(dāng)于捕鼠籠的“閘門”。都柱錘在落下的同時錘柄推動龍機桿擊落龍口里的銅丸，掉入蟾蜍嘴里，報震。報震裝置：由八只龍首、八只球丸、八只蟾蜍構(gòu)成。解決“雖一龍發(fā)機，而七首不動”這一技術(shù)特點“雖一龍發(fā)機，而七首不動”是地動儀顯示“其牙機巧制”的關(guān)鍵技術(shù)。將都柱錘的直徑做得大于都柱的半徑，且都柱上只能正常落下一只都柱錘；只有當(dāng)錘正常落在都柱上，都柱錘才能推動龍機桿擊落龍口的銅丸。即使八道機關(guān)全部觸發(fā)，也只有一只龍口的銅丸被擊落，破解這“雖一龍發(fā)機，而七首不動”的技術(shù)。測震、驗震地震發(fā)生時，假設(shè)是在東邊，則東邊的甬道口能進入地震波，而西邊的甬道由于隔板和都柱阻隔沒有地震波進入；東邊甬道里的推力板受到第一道地震波的沖擊，發(fā)生向上翻動，通過放大杠桿推動頂桿將牙機桿頂離關(guān)閂，從而觸發(fā)機關(guān)，落下都柱錘，帶動龍機桿將龍口球丸擊落、落入下面蟾蜍口中，進行準(zhǔn)確報震。當(dāng)?shù)诙赖卣鸩礄M波來時，由于沒有方向性，其它七道機關(guān)全被觸發(fā)，但七枚都柱錘每一只都不能正常落在都柱上，不能擊落球丸。從而，符合文獻資料“雖一龍發(fā)機，而七首不動”的記載。不管是哪一方向發(fā)生了地震，地動儀都能測出震源方向來。地動儀埋入地下，能直接受到地震波的沖擊，正如戰(zhàn)國時就有的“地聽”技術(shù)，既減少了地面干擾，又增加了敏感度。地坑鋪上沙子細(xì)土筑緊，能放大地震波振幅三到四倍；推力板和一級放大杠桿通過調(diào)整能將地震波振幅放大約100倍。候風(fēng)地動儀的靈敏度很高，一級地震的震幅是1--4MM，而牙機與關(guān)閂的接觸面的橫向距離約4MM，只要放大震幅8--10倍就可以觸發(fā)機關(guān)報震。甬道的推力板機關(guān)類似于秦漢時期陵墓防盜機關(guān)，也類似于捕鼠籠的“踏板機關(guān)”。踏板和推力板是同一構(gòu)件。推力板埋于甬道的泥土里，地震波從甬道口進來頂動推力板觸發(fā)機關(guān)。機關(guān)的都柱錘，相當(dāng)于捕鼠籠的“閘門”，機關(guān)觸發(fā)后錘落于都柱上，同時錘柄推動龍機桿擊落龍口的銅丸掉入蟾蜍嘴里，報震顯示地震方向。全方位測震地動儀能準(zhǔn)確測出八個方位發(fā)生的地震，也能測出震中位置的地震來。當(dāng)?shù)貏觾x處在震源的震中位置時發(fā)生地震，八條甬道都有地震波進入，八道機關(guān)全部被觸發(fā)，只有最先落在都柱上的那一只銅錘能推動龍機桿擊落銅丸報震?？朔恕暗沽[”和“懸垂擺”在震源位置不能測地震的缺點。當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生在地動儀相鄰方位的交界線上、或附近位置，這兩道機關(guān)都會被觸發(fā)，只有最先被觸發(fā)的機關(guān)能落下銅丸。
編輯本段重新復(fù)原
謎團
地動儀原理
1700多年前，地動儀在戰(zhàn)亂中消失，它的模樣和工作原理成為千古謎團。
2004年8月，河南博物院與中國地震臺網(wǎng)中心組成課題組，聯(lián)合研究張衡地動儀新的復(fù)原模型。
目前，這項課題取得重大進展，課題組用“懸垂擺原理”取代了傳統(tǒng)的“直立桿原理”。
2005年4月16日，這一科研成果得到了來自中國科學(xué)院、國家博物館、中國地震局等單位的地震學(xué)和考古學(xué)專家的肯定。專家們認(rèn)為：這臺復(fù)原地動儀首次把概念模型還原成了科學(xué)儀器，使之真正有了驗震功能。驗收
地動儀復(fù)原模型把概念模型復(fù)原成了科學(xué)儀器。
4月16日上午，河南博物院《天地經(jīng)緯》專題陳列廳，由地震學(xué)、考古學(xué)、機械工程學(xué)等相關(guān)學(xué)科的專家組成的驗收委員會，開始對用挑剔的眼光注視著地動儀復(fù)原模型（1/3小樣）。
當(dāng)日下午，驗收組的7位專家經(jīng)過激烈討論，最終認(rèn)為：新模型首次把概念模型復(fù)原成了具有驗震功能的科學(xué)儀器，邁出了復(fù)原研究的歷史性一步。這個驗收意見意味著，新復(fù)原的地動儀通過了階段性成果驗收，后續(xù)工作只需對某些技術(shù)細(xì)節(jié)做進一步優(yōu)化，對外觀做出最終確定。
河南博物院副院長田凱對此感觸頗深：“我們不僅在復(fù)原一件儀器，也在找尋1000多年前那位偉大科學(xué)家‘求實疾虛’的科學(xué)精神……”心愿
一定要讓地動儀模型“動”起來
1998年，河南博物院新館建設(shè)過程中，田凱負(fù)責(zé)主持《河南古代文化之光》陳列。布置漢代展廳需要展示張衡的地動儀，當(dāng)時最權(quán)威的模型陳列在原中國歷史博物館里，它是王振鐸先生于1951年設(shè)計的，這臺卵狀體上含有8條飛龍的模型，已成為地動儀的“標(biāo)準(zhǔn)形象”。
河南博物院請?zhí)K州天文儀器研究所按王振鐸的模型重新復(fù)制了一個木制模型，并提出“能否讓地動儀動起來”，得到的回答是：不可能，即使是中國歷史博物館里陳列的那臺也不能檢測地震。但對方可以在模型下面人為地安上一個裝置，讓它動起來。
“我們展出的是科學(xué)儀器不是玩具，這樣做是對觀眾的欺騙。所以當(dāng)時只能造一個不能動的模型，但這個情結(jié)在我心里一直存留了好多年。”田凱說。
6年后，了解到國家地震局和國家博物館的研究人員正在做復(fù)原工作。2004年8月，河南博物院與中國地震臺網(wǎng)中心簽訂了合作協(xié)議，組成了課題小組，共同復(fù)原張衡地動儀。解謎
“候風(fēng)地動儀”
找到“垂懸擺原理”
該課題的負(fù)責(zé)人是中國地震臺網(wǎng)中心馮銳研究員。馮先生表示，1700多年前的地動儀究竟如何工作是首先須破譯的謎團，深入研究證實，地動儀應(yīng)該是“懸垂擺原理”而不是王振鐸模型的“直立桿原理”。
幾十年來，國內(nèi)外地震學(xué)界對王振鐸模型的否定意見一直沒有停。更有近現(xiàn)代西方學(xué)者認(rèn)為張衡地動儀之所以失傳，是因為它沒有達(dá)到科學(xué)的要求，它不是個科學(xué)的東西。馮銳說：“看到這些嚴(yán)厲的批評以后，我們才感到問題的嚴(yán)重性?！?br />
歷時1年多，課題組最終確認(rèn)了地動儀的工作原理應(yīng)該是“懸垂擺原理”，而不是“直立桿原理”。評價
這是一次重大跨越
地動儀的歷史資料，最著名的是《后漢書·張衡傳》中的記載，雖然只有196個字。早期的復(fù)原工作都是據(jù)此開展的。馮銳的課題組把資料的考證和利用擴大到《續(xù)漢書》、《后漢紀(jì)》等古代文獻，但相關(guān)文獻的總字?jǐn)?shù)也不過231個。這些資料，使他們復(fù)原的史料根據(jù)更加充分。
在研制過程中，馮銳還采用了一些新技術(shù)、新方法，即利用洛陽地震臺接收到的現(xiàn)代隴西地震記錄，算出模擬的隴西歷史地震的波動效應(yīng)，然后把數(shù)據(jù)輸入計算機，再控制特殊的振動臺完成洛陽地面震動過程的復(fù)現(xiàn)，用這種運動信號對振動臺上的復(fù)原模型進行檢驗和改進。
驗收組的專家們認(rèn)為：新模型對4次實際地震事件已經(jīng)實現(xiàn)了良好的驗震反應(yīng)，邁出了從概念模型到科學(xué)儀器的關(guān)鍵性一步，研究工作突破了古代科學(xué)儀器復(fù)原的傳統(tǒng)模式，是一次重大的跨越。
驗收會結(jié)束后，中科院地質(zhì)與地球物理所的滕吉文院士說：“地動儀是中華文明留給人類的寶貴文化遺產(chǎn)，各國科學(xué)家都在嘗試復(fù)原，如果我們不把這件事做好，那就是罪過。從原理上和制作過程上講，這臺復(fù)原模型符合史料記載，符合張衡的基本思想……這臺地動儀復(fù)原模型代表了現(xiàn)代人的認(rèn)識，它在現(xiàn)階段是最好的。”
編輯本段地震記錄
地動儀無法記錄發(fā)震時刻，更無法記錄震級。因此，從現(xiàn)代地震學(xué)的角度來看，候風(fēng)地動儀并不能記錄地震，不是地震儀。
“候風(fēng)地動儀”
一些科技史著作聲稱，張衡在公元132年制造的“候風(fēng)地動儀”能夠準(zhǔn)確記錄地震，比西方第一臺地震儀(由意大利人路吉·帕米里制造于1856年)早了1700多年。也有些材料說，候風(fēng)地動儀可以“預(yù)測地震”。不過，史書中有關(guān)候風(fēng)地動儀的記載，僅見于《后漢書》。這一段記載只有區(qū)區(qū)196字，其中描述地動儀內(nèi)部結(jié)構(gòu)的內(nèi)容更只有“中有都柱，傍行八道，施關(guān)發(fā)機”這12個意義隱晦、眾說紛紜的字。以后，北齊的信都芳和隋朝的臨孝恭，也都制造過地動儀，還留下了相關(guān)著作，可惜他們的著作都亡佚了。顯然，僅根據(jù)《后漢書》中的簡陋記載，要復(fù)原張衡的候風(fēng)地動儀根本不可能。今天的復(fù)制品，其實是在史書那些“約束條件”之下所作的新創(chuàng)造。
盡管如此，《后漢書》的記載，還是向我們提供了一些有用信息。首先，候風(fēng)地動儀絕不是地震預(yù)測儀。它只有在地震發(fā)生之后才起作用，只不過能比從驛卒更早地通知京城的人士罷了。這就好比我們看到閃電，就知道接下來很可能會聽到雷聲，但在閃電發(fā)生時，雷聲也已經(jīng)同時發(fā)生，只不過還沒有傳到我們耳朵里罷了。
其次，根據(jù)地震波的傳播機理，候風(fēng)地動儀是不太可能做到“驗之以事，合契若神”的。地震發(fā)生時，從震源會發(fā)出兩種波：一種叫P波，是縱波，它引起的物體震動方向和波的前進方向一致；一種叫S波，是橫波，它引起的物體震動方向和波的前進方向垂直。P波的速度比S波快，因此最先到達(dá)地面，形成地震波中的初波。據(jù)初波的震動方向就可以知道震源方向。但初波非常微弱，因為它只能從震源直直地向著地震波接收處地面?zhèn)鞑サ腜波，而這部分P波攜帶的能量只占地震波全部能量的一小部分。如果候風(fēng)地動儀能敏感到對“第一哨”初波就做出響應(yīng)，那么足以有許多別的和地震無關(guān)的震動，比如在它附近跺腳，能引起它的反應(yīng)，從而讓人誤把許多不是地震的震動也當(dāng)成是地震。但如果要讓候風(fēng)地動儀保持一定的“遲鈍”性，它又有可能無法“感覺”到地震的初波，直到之后的各種波陸續(xù)傳來時才被“驚醒”，可是這些遲來的波的震動方向已經(jīng)完全不能代表震源的方向了。
何況，記錄一次地震必須有三個要素：發(fā)震時刻，震中位置和震級(地震強度)。候風(fēng)地動儀只能記錄震中方向。幾臺地動儀“聯(lián)網(wǎng)”也可測出震中位置；但它卻無法記錄發(fā)震時刻，更無法記錄震級。因此，從現(xiàn)代地震學(xué)的角度來看，候風(fēng)地動儀并不能記錄地震，不是地震儀，當(dāng)然也就更不可能是“世界上第一臺地震儀”了。
編輯本段最新消息
2008年8月5日，受國家“張衡地動儀科學(xué)復(fù)原”課題組委托，山西夏縣宇達(dá)青銅文化產(chǎn)業(yè)園宇達(dá)集團成功鑄造完成“張衡地動儀”。其造型設(shè)計由清華大學(xué)美術(shù)學(xué)院雕塑系王培波教授等完成，新模型用優(yōu)質(zhì)青銅精心鑄造，將在新落成的中國科技館展出。
據(jù)悉，國家“張衡地動儀科學(xué)復(fù)原”課題組由中國地震臺網(wǎng)中心、清華大學(xué)美術(shù)學(xué)院、國家博物館、北京機械工業(yè)自動化所、河南博物館等多學(xué)科的專家組成，中國地震臺網(wǎng)中心研究員、地震學(xué)家馮銳任課題組組長。[3]
編輯本段遭受質(zhì)疑
事件簡介
有網(wǎng)友在微博上發(fā)帖，稱歷史教科書中人所熟知的張衡地動儀其實是上世紀(jì)50年代的復(fù)原模型，1800年前的地動儀到底是啥模樣早已無據(jù)可查?？破兆骷曳街圩觿t于昨日發(fā)文，稱張衡當(dāng)年建造的地動儀“很可能和今人復(fù)原的那些模型一樣，僅僅是個擺設(shè)”。中國地震臺網(wǎng)中心研究員馮銳昨天對此表示，2005年復(fù)原成功的地動儀模型確實可以監(jiān)測地震。事件起源
1951年復(fù)原的地動儀模型
11月28日，網(wǎng)友閆濤在微博上發(fā)帖，稱“我直到昨天才知道，那個國寶級的張衡地動儀，是上世紀(jì)50年代才造出來的，王振鐸（考古學(xué)家）根據(jù)古書描寫的196個字，結(jié)合英國科學(xué)家的地震理論，設(shè)計并發(fā)明了這個張衡地動儀。由于選進了教材，國人都以為是東漢貨色，事實上，那珠子掉不出來”。閆濤小時候可能沒有好好讀書，實際上當(dāng)時的教科書在插圖上明明白白地標(biāo)明是復(fù)制品，而且寫明真品已經(jīng)失傳。
此言一出，立即在網(wǎng)上引發(fā)熱議。截至昨天下午，該帖被轉(zhuǎn)發(fā)1.5萬次，評論近5000條。很多網(wǎng)友稱，他們之前并不知道，在歷史教科書中和科技館里頻繁亮相的地動儀，原來只是一個“年僅59歲”的復(fù)原模型。他們更不知道，由于存在原理性錯誤，這個復(fù)原模型不能正常工作，一直受到中外科學(xué)家的質(zhì)疑和否定?！逗鬂h書》中記載的“驗之以事，合契若神”的候風(fēng)地動儀，其實早已失傳。有網(wǎng)友稱，這樣的事實大大打擊了人們的信心，甚至有人對“四大發(fā)明”等其他中國古代科技成果提出質(zhì)疑。 在北京某初級中學(xué)教歷史的韓老師說，目前中學(xué)歷史教材里使用的，還是王振鐸復(fù)原的地動儀模型圖片，他們一般不會刻意向?qū)W生說明這是原物還是復(fù)原模型，“連張衡本人的畫像都是后人模擬的”。韓老師說，介紹地動儀時，他們只會跟學(xué)生講“里面有機關(guān)，發(fā)生地震就能感受到，珠子就會掉下來”。方舟子質(zhì)疑
1951年復(fù)原的模型
網(wǎng)上波瀾未平，科普作家方舟子又在媒體發(fā)飆。他于昨天發(fā)文，對張衡地動儀是否管用提出質(zhì)疑。
“地動儀早已失傳，它是否具有監(jiān)測地震的作用，也成了一個謎?！狈街圩诱f，國內(nèi)外不少專家根據(jù)《后漢書·張衡傳》的簡單描述，力圖復(fù)原地動儀，但所有這些復(fù)原模型沒有一個能夠真正用于監(jiān)測地震，不過是“藝術(shù)品”。
方舟子稱，2005年，中國地震局專家宣布他們經(jīng)過3年研究，建立了新的地動儀復(fù)原模型，并第一次實現(xiàn)了驗震功能。“他們聲稱地動儀新模型對河北唐山、云南瀘西、越南孟藝發(fā)生的三次真實地震進行了檢驗。但是這三次地震分別發(fā)生于1976年、2000年和2001年，地動儀新模型2005年才建成，怎么可能對它們進行檢驗?zāi)?？”方舟子說，后經(jīng)了解得知，原來新的地動儀復(fù)原模型檢驗的不是真實發(fā)生的地震，而是實驗室里對真實地震的模擬。
方舟子說，在新的地動儀復(fù)原模型建成后，中國境內(nèi)每年多次發(fā)生5級以上地震，在該地動儀復(fù)原模型監(jiān)測范圍之內(nèi)，卻從來沒有聽說該復(fù)原模型監(jiān)測到哪怕一次。2008年的汶川大地震，北京有震感，也沒有聽說在北京展出的該復(fù)原模型檢測到。 方舟子還在文中對《后漢書·張衡傳》所記載的地動儀預(yù)報的隴西地震的真實性提出質(zhì)疑，稱部分史料相互矛盾，懷疑那次地震是“為了說明地動儀的神奇而編造的故事”。專家回應(yīng)
曾參與2005年版地動儀模型復(fù)原的中國地震臺網(wǎng)中心研究員馮銳昨天表示，新的地動儀復(fù)原模型對地震是有反應(yīng)的，這一點已得到多名院士專家的鑒定。
“方舟子對地震這個領(lǐng)域并不了解?！瘪T銳說，他們利用在真實發(fā)生的地震中記錄下來的地震波波長，以此為依據(jù)控制特殊振動臺，完成對地動儀復(fù)原模型的檢驗。這是地震的“復(fù)現(xiàn)”，而不是簡單的“模擬”。
馮銳表示，如果要監(jiān)測真實發(fā)生的地震，須建設(shè)地基等配套設(shè)施，然后將地動儀復(fù)原模型放在上面，但這樣的監(jiān)測實驗耗資巨大，選址等問題也不好解決，“我們正在朝這個方向努力”。
對于方舟子提出質(zhì)疑的隴西地震，馮銳表示，據(jù)史料推測，這次地震發(fā)生在公元134年。馮銳強調(diào)，這些史料都是經(jīng)專業(yè)的歷史地震學(xué)專家審核過的。因年代久遠(yuǎn)，部分史料存在偏差在所難免，但當(dāng)年隴西曾發(fā)生地震的結(jié)論沒有問題。[4]
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各種地動儀(12張)
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參考資料
1．張衡地動儀還原．
2．黃佑軍。帶八條甬道固定都柱和推力板機關(guān)的張衡候風(fēng)地動儀[P]中國專利。2011.04．
3．張衡地動儀的教學(xué)．
4．方舟子質(zhì)疑張衡地動儀不管用 專家稱可監(jiān)測地震．
擴展閱讀：
1張衡地動儀被疑真實性 專家復(fù)原神器揭秘http://www.china.com.cn/chinese/news/1102091.htm
開放分類：
文化，科學(xué)，歷史，地震，地震儀器
“地動儀”在漢英詞典中的解釋(來源：百度詞典)：
1.a seismograph
我來完善“地動儀”相關(guān)詞條：
渾天儀造紙術(shù)記里鼓車銅壺滴漏張衡傳
