张衡地动仪真的可以检测地震吗
对于地震的预测千百年来都是一个难以攻克的技术难题,其中,站在这个学科的顶端人物---张衡是地震测量研究的奠基人,他研制的地动仪能准确测定地震方位,但是为什么这项技术没有得到更好的推广利用,甚至有关地动仪的介绍还被移除出教科书,难道是这个地动仪不能测量地震吗?
地动仪的原理就是一个空心的圆柱体,外面有代表四面八方不同方位的八条龙,这八条龙嘴里衔着珠子,什么方位发生震动吗,对应的这条龙嘴里的珠子也就会掉下来,这个发明于公元321年的地动仪,在当时问世的时候,曾受到过大家的质疑,甚至是有珠子从龙嘴里好端端的掉出来,当时谁也没有感觉到震动,于是纷纷指责张衡是个骗子。不想过了几日,有驿站送来情报,说金城,陇西一带发生了大地震,当时此地距离都城洛阳相距一千多里,醒悟后的众人连忙查看早前掉落珠子的龙头的方位,果然是一致的,自此张衡和他的地动仪才闻名于世了。
但是,那个年代的资料距今已经太久远了,好多记载也不是很详细,我们后人曾经想办法复原过地动仪的原貌,但是始终无法实现准确测量的效果,史书记载的内容详细,但是有些地方的阐述较直观,就是对着地动仪直接记录的,可是并没与把制作工程些进去,仅仅是对外观结构的一个记录。
这么看来,张衡的地动仪的核心技术并没有完整的保存下来,也正因为久久没能研制成功,导致各界对振动仪和张衡的地位都产生了质疑,一直到1951年才在王振铎先生的不懈努力下,第一个重制版的地动仪终于面世了。我们都知道测量地震是个高难度的事情,即使放在现在的科学技术上也仅仅是提前几秒钟才能测出,张衡却在两千年钱就能发明地动仪,并且还准确测量过地震的发生,他的成就是无人能超越的吧。
张衡发明地动仪的故事
张衡是东汉时期杰出的科学家。他从小就在思考,总是对周围的事情刨根问底。一个夏夜,张衡和爷爷奶奶在院子里乘凉。他仰着头坐在竹床上,凝视着天空。他时不时地指着星星,仔细地数着。
张衡对爷爷说:“我数了好久。我看到一些星星在移动。天上的人都去了西方。有些星星出现,有些星星消失。爷爷说:如果你想知道星星,先看北斗七星。
你们看那七星,比那更明亮。它们像铁一样连在一起,很容易找到……”“哦!我发现它!”小张衡很兴奋地问:“那它是怎么动的”爷爷想了一会儿,说:“大约午夜,它移到地平线上。当破晓时分,北斗七星倒挂在天空中……”那天晚上,张衡睡不着,多次起床看北斗。
夜深人静,当他看到闪闪发光的北斗七星倒挂在空中时,他是多么高兴啊!他想:北斗为什么要这样一圈一圈地转,原因是什么。天一亮,他就去问爷爷,可是他说不清楚。带着这个问题,他去看了论文。
后来,张衡长大了,皇帝得知他有杰出的文学才能,就派张衡到都城洛阳,负责天文历法事务。为了探索大自然的奥秘,年轻的张衡经常把自己关在书房里读书、学习,还经常站在天文台上观察太阳、月亮和星星。
他认为,如果能制造出一种可以仰望天空,俯视地球来预测自然界将会发生什么的仪器,那就太棒了。这将有助于人们预防灾难,破除荒谬的迷信。为此,张衡对书本资料和观测资料进行了分析研究,并开始试制“观测天地”仪。他首先写了一本关于他的研究成果的书,叫做《灵宪》。
在这本书中,他告诉人们:天空是一个球,就像一个鸡蛋,天空就像一个蛋壳,包裹在地面的外面,地面就像蛋黄,叫做“浑天说”。于是张衡开始根据“天地说”设计制造仪器。不知多少风雨晨昏,多少不眠之夜,世界上最先进的天文仪器之一诞生了。
就像今天的地球仪一样,这个巨大的铜球被安装在一个倾斜的轴上,利用水力以与地球自转速度完全相同的速度转动。在这个人造天体上,可以准确地看到太空中的星星。张衡说:“天上可以看到2500颗星星,但我们通常只能看到120颗。”
后来,张衡经过刻苦钻研,发明并制造了世界上第一台地震仪,一种可以预测地震的仪器。地动仪也是钢做的,形状像一个酒罐,周围有八条龙,每条龙的嘴里都有一个小铜球。每当龙吐出一个铜球,它就向那个方向发出地震的信号。测试非常有效,没有一次失败。
地动仪的结构
关于地动仪的结构,流行的有两个版本:王振铎模型,即“都柱”是一个类似倒置酒瓶状的圆柱体,控制龙口的机关在“都柱”周围。
这一种模型已被基本否定。另一种模型由地震局冯锐提出,即“都柱”是悬垂摆(见袁宏《后汉纪》),摆下方有一个小球,球位于“米”字形滑道交汇处(即《后汉书·张衡传》中所说的“关”),地震时,“都柱”拨动小球,小球击发控制龙口的机关,使龙口张开。
另外,冯锐模型还把蟾蜍由面向樽体改为背向樽体并充当仪器的脚。该模型经模拟测试,结果与历史记载吻合。