侯風地動儀
侯風地動儀
？？ 侯風地動儀由東漢時期著名科學家張衡于陽嘉元年（公元132年）發(fā)明，是世界上第一架測定地震方位的儀器。據(jù)《后漢書》記載，地動儀"以精銅鑄成，圓徑八尺，合蓋隆起，形似酒樽"。周圍按方向鑄著八條龍，龍口里含有銅丸，地下蹲著八個銅蛤蟆，張開嘴巴候在龍口下面，地動儀的中央豎著一根上粗下細的大銅柱，哪個方向發(fā)生地震，大銅柱便倒向哪邊，觸動連帶龍口的活動機關，使龍口里的銅丸落到蛤蟆嘴里，人們便據(jù)銅丸下落的方位，“知震之所在”。
？？ 張衡設計的地動儀，儀體似樽形，直徑與他所作的渾開儀同大，象征渾天說的天。立有都柱的平底表示大地，在天之內。儀體上雕刻的山龜鳥獸象征山巒和青龍、白虎、朱雀、玄武二十八宿。乾坤震巽坎離艮兌等八卦篆文表示八方之氣，八龍在上象征陽，蟾蜍在下象征陰，構成陰陽上下動靜的辯證關系，都柱居于頂天立地的地位，是按照古代"天柱"之說法布局，至于牙機，可能是采用了杠桿結構。
？？？？ 張衡的地動儀制成后，安置在京城洛陽，漢順帝永和三年二月初三（138年3月1日），地動儀的一個龍機突然發(fā)動，吐出銅丸，幾天以后，信使來報，證實隴西前幾天確實發(fā)生了地震，說明它的靈敏度是相當高的。這架地動儀誕生以后1000多年，到公元13世紀，古波斯才有類似的儀器在馬拉哈天文臺上出現(xiàn)。18世紀，歐洲才出現(xiàn)利用水銀溢流來記錄地震的儀器。
？地動儀的原理研究
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？？？？ 據(jù)中國地震信息中心馮銳、武玉霞研究，東漢科學家張衡于公元１３２年創(chuàng)制的候風地動儀（世界上第一臺驗震器）在公元３１２—４１８年間失傳，南北朝（公元４２０—４７９年）范曄著《后漢書?張衡傳》用１９６個字作了記述，才得以永傳。百年來，許多研究者對其工作原理猜測不清，直立桿、倒立擺原理長期流行，從而影響到外形復原的合理性和對地動儀科學地位的公正評價。
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？？？？ 馮、武二位科學家從現(xiàn)代地震的角度對驗震器的特點、《后漢書》的記載、都柱結構與運動、隴西歷史地震、洛陽的地震烈度以及洛陽地震臺１９８７年１０月２５日記錄隴西地區(qū)４.8級地震圖等進行研究，確認候風地動儀的工作原理是懸垂擺，觸發(fā)地動儀運動的是瑞利面波共振起到放大作用。長期流行的.直立桿原理或倒立擺原理是不對的。
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？？？？ ？張衡創(chuàng)制地動儀的誘因可能來自燈籠和風鈴。候風地動儀直徑８尺，可能反映張衡慣于向上觀天象，精于天文的形象，我國原始天文儀器標準尺寸是８尺，大約為一個的身高（古代用的尺），張衡設計過的指南車、三輪、自飛木雕等，涉及觀天文的儀器如圭表、渾儀、渾象尺寸一律８尺，地動儀制成之后與幾件天文儀器一起安裝在高高的觀天靈臺上，這是張衡科學靈感之物在高處顯靈的表達，或者是東漢古人對懸掛物，對天象、星辰和大自然的敬畏與崇拜。這與現(xiàn)代人判斷地震時觀察吊燈晃動，判定地震方向的方法是一致的。
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？？？？ 張衡利用物體的慣性來測定地震，都柱懸掛在中央，為人類探索地震奧秘邁出了第一步，其貢獻理當在世界科學史上占有光輝的一頁。為了永遠紀念他，國際天文學會于１９７０年、１９７７年先后以張衡的名字對一座月亮環(huán)形山和一顆太陽系小行星作了命名，這不能不是中華民族的驕傲。
張衡地動儀的復原工程
？？復原涉及原理復原、力學試驗和模型制造三個步驟，目前第一步的工作已經(jīng)完成
已失傳十幾個世紀的張衡地動儀，有望在國內地震學家和歷史學家的聯(lián)合攻關下重新展示在世人面前。近日，國家博物館古代科學研究專家李強透露，復原工作的第一步———原理復原已經(jīng)完成。
模擬古代地震 測試懸垂結構
據(jù)國家博物館副研究員李強介紹，張衡地動儀的復原涉及原理復原、力學試驗和模型制造三個步驟，目前第一步的工作已經(jīng)由國家地震局信息中心完成。下一步需要做的是根據(jù)史料記載的漢代地震情況，采用真實的隴西地震的地面運動數(shù)據(jù)，利用我國最現(xiàn)代化的振動臺模擬《后漢書》所述的地震情況，對模型不同的框架結構進行動力學的對比試驗。按照課題計劃，今年的工作還將包括去洛陽對歷史上擺放地動儀的地點進行實地勘探，以及計算地動儀最核心的部件———都柱的尺寸和重量。與過去那個不能工作的倒立擺復原模型不同的是，此次復原，專家更傾向于懸垂擺結構。因無法準確判斷張衡地動儀的各種金屬成分的比例，復原模型將采用銅而非青銅。課題計劃于2006年完成。
《后漢書》中的記載只有196個字
？？？？ 我們早在小學課本里就熟悉了張衡和地動儀。這臺創(chuàng)制于公元132年的候風地動儀是世界上第一臺測震儀器。然而，由于地動儀的失傳，有西方學者卻說，中國人將張衡地動儀視為“國寶”，可能更多的象征著一個民族的向往�！逗鬂h書?張衡傳》中關于地動儀的記載只有196個字。原中國歷史博物館自1951年起展出了一臺地動儀模型，它是國內著名的古代科學史研究專家王振鐸先生按照“中有都柱，傍行八道，施關發(fā)機”等描述，聽取了地震學家的意見后復原的，選用了倒立擺結構。這一模型深入人心，成為中國地震學界、甚至國家地震局的標志。但50多年來，地震學的發(fā)展、儀器設備的進步，上述復原模型的缺陷日益明顯———倒立擺無法擺除外界其它震動的干擾，比如上下的波動同樣可以令其傾倒。對此，原中國歷史博物館一直試圖對模型做改進，但受到地震專業(yè)知識和經(jīng)費的限制，進展緩慢。
計劃2006年完成復原
？？？？ ？近年來，中國地震局經(jīng)過立項研究，做了一系列的理論計??西地震圖的詳細分析。十幾年來洛陽地震臺所記錄的隴西地震的詳細波狀圖以及我國目前已經(jīng)擁有的可以對地震進行模擬的先進儀器，令研究人員看到了準確復原地動儀的曙光。
？ ？目前，這一項目研究受到國家地震局的重視，相關課題也向國家文物局進行了申報。如能如期立項，2006年我們將可以看到1800多年前震驚世界的這項神奇發(fā)明。
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