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於陽嘉元年(公元132年)發明,是世界上第一架測定地震方位的儀器。

簡介

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 張衡於陽嘉元年(公元132年)發明,是世界上第一架測定 地震方位的儀器。據 《後漢書》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,龍口裡含有銅丸,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,使龍口裡的銅丸落到蛤蟆嘴裡,人們便據銅丸下落的方位,“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,象徵渾天說的天。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徵山巒和青龍、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,八龍在上象徵陽,蟾蜍在下象徵陰,構成陰陽上下動靜的辯證關係,都柱居於頂天立地的地位,是按照古代"天柱"之說法布局,至於牙機,可能是採用了槓桿結構。
張衡的地動儀製成後,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動,吐出銅丸,幾天以後,信使來報,證實隴西前幾天確實發生了地震,說明它的靈敏度是相當高的。這架地動儀誕生以後1000多年,到公元13世紀,古波斯才有類似的儀器在 馬拉哈天文台上出現。18世紀,歐洲才出現利用水銀溢流來記錄地震的儀器。

原理研究

中國地震信息中心研究,東漢科學家張衡於公元132年創製的候風地動儀(世界上第一台 驗震器)在公元312-418年間失傳,南北朝(公元420-479年)范曄著《後漢書-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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科學家從現代地震的角度對驗震器的特點、《後漢書》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 洛陽地震台1987年10月25日記錄隴西地區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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張衡創製地動儀的誘因可能來自燈籠和風鈴。候風地動儀直徑8尺,可能反映張衡慣於向上觀天象,精於天文的形象,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,地動儀製成之後與幾件天文儀器一起安裝在高高的觀天靈台上,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,國際天文學會於1970年、1977年先後以張衡的名字對一座月亮環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。

復原工程

據國家博物館副研究員介紹,張衡地動儀的復原涉及原理復原、力學試驗和模型製造三個步驟,第一步的工作已經由國家地震局信息中心完成。下一步需要做的是根據史料記載的漢代地震情況,採用真實的隴西地震的地面運動數據,利用我國最現代化的振動台模擬《後漢書》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。按照課題計畫,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,專家更傾向於懸垂擺結構。因無法準確判斷張衡地動儀的各種金屬成分的比例,復原模型將採用銅而非青銅。

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