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候风地动仪是验震器

2016-05-11 17:12  来源: 上天入地微信公众号

谈起地震,自离不开张衡。张衡是中国东汉时代的伟大科学家,公元132年发明了人类的第一架地震仪器——地动仪,仪器全部由青铜铸造,直径约2米,高3米左右,八个龙首各含一个铜丸,地震的时候有一个铜丸会掉落到蟾蜍的口中,听到声响后,人们不仅能知道地震了,还可以按照铜丸掉落的正负方向大体判断出地震的方位。地动仪安置在京师洛阳的灵台,曾经成功地测到134年的陇西地震,相距约600公里。张衡地动仪失传于东汉末,《续汉书》《后汉纪》《后汉书》和《鼎录》对这项伟大发明做了仔细记载,图1为目前整理出来的文字共254个字。

 

图1 复原所依据的史料记载可见于8份历史文献,共有254个字

 

地动仪是一种古代的验震器,用以检验地震的发生,后人根据史料的记载进行了大量的复原研究。最新的研究揭示,地动仪的内部有一个悬挂着的沉重柱体(史书中称为“都柱”),具有只反应地面的水平运动、不怕非地震干扰的特殊本领。因为非地震的干扰运动,比如人走车行、碎石爆炸产生的波动都是以地面的垂直向颠动、颤抖为主的,悬挂物不会出现任何反应。而地震波却是以地面的水平向晃动、摇荡为主的,悬挂的柱体会因为惯性而继续维系静止状态,于是都柱会同地动仪的底部框架之间出现相对的位移量,这个量自然是非常微小的。地动仪的巧妙处在于:都柱下方的尖锥上置有一小关球,它被都柱牢牢地控制在原位,一旦都柱和底盘出现相对位移,小关球就被释放出来,随即触发了杠杆机关,导致龙首吐丸,验证了地震的发生。

 

图2 复原的张衡地动仪外部模型。外部造型形似汉代酒尊,蟾蜍是器足

 

图3 复原的张衡地动仪内部模型。内部结构含有柱、关、道、机、丸五部分,悬垂摆工作原理

 

图2和图3是中国地震局和国家文物局的专家们新完成的地动仪科学复原模型,内部结构有柱、关、道、机、丸五部分,悬垂摆工作原理,触发仪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汉代历史特征,深化了认识。相对之下,西方的第一台测震仪器是法国人于1703年发明的水银验震器,利用了液面晃动的原理,同张衡地动仪一样都是为了检验地震的发生,既不能确定震中,也不能预报地震。在人们的日常生活中,也可以观察吊灯等悬挂物和水面等液体表面的摇晃来判断地震的发生,它们都是天然验震器——“不是地震我不动,只有地震我才晃”。

张衡地动仪的发明开启了人类研究地震的新纪元,后人根据验震器(Seismoscope)的原理发明了地震仪(Seismograph),其中检波器的核心技术就是利用了摆的惯性。地震仪可以记录到地面波动的整个过程,在19世纪末年诞生了现代地震学。利用遍及世界的地震台网,可以对任何一处的地震测定出发生位置、大小和时间。

 

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作者: 上天入地   [责任编辑: 范作言]

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