張衡的地動儀，真能預測地震嗎？

來源: 西奇博物館於 2020-02-09 10:39:38 [檔案] [博客] [舊帖] [給我悄悄話] 本文已被閱讀：次 (17100 bytes)

最近，“地震”一詞又頻頻登上熱搜。

翻開我們五千年的地震曆史，站在C位的那個人，叫“張衡”。他與他發明的“地動儀”，似乎是許多孩子對於地震知識的啟蒙。

▲東漢時期著名天文學家張衡。

可是疑問也隨之而來：既然“地動儀”對於監測地震非常靈敏，為何如今沒有被普及？反倒是這段關於地動儀的內容，被悄然從教科書中刪除了。這不禁引起了我們的疑問：地動儀，真的能準確預測地震嗎？

張衡與地動儀：

教科書中的地動儀裝置，外表像個酒壇。那酒壇上附有八條龍，每條龍嘴裏含著一顆珠子。當某個方位將有地震時，其對應方位的龍嘴會自動打開，龍口中含著的珠子就會掉落至下方的蛤蟆口中。古人使用公元132年由東漢著名天文學家張衡發明的這套裝置，來判斷某方位將有地震發生。

▲外國領導人參觀地動儀（王振鐸模型）。

在曆史上，記載了地動儀曾成功預測到一次地震。那天，一條龍嘴中的機關被觸發了。但大家都沒有感覺到地麵有震動，大家覺得張衡騙了他們。但幾天後突然使者送信來，說距離洛陽一千多裏的金城、隴西一帶發生了大地震，方位與被觸發機關的龍嘴一致。自此以後，張衡被奉為中國古代地震第一人。

為何地動儀被從教科書中移除了？

在2010年以前的人教版教材中，曾經介紹了張衡和他的地動儀。課文中是這樣寫的：

科學家張衡製造了一種儀器，能測定地震方向，叫做地動儀。這是世界公認的最早的地震儀器。

可是在2016年的部編本教材和2017年的統編本教材中，關於張衡和地動儀的這段介紹卻被悄然移除了。難道地動儀是“不靈”了嗎？

▲教科書中王振鐸複原的地動儀模型，原理有誤。

在西奇妹回答這個問題之前，我們先來看一段史料中關於地動儀的描述（太長可不看，直接看小妹的總結）。

《後漢書張衡傳》：“陽嘉元年，複造候風地動儀。以精銅鑄成，員徑八尺，合蓋隆起，形似酒尊，飾以篆文山龜鳥獸之形。中有都柱，傍行八道，施關發機，外有八龍，首銜鋼丸，下有蟾蜍，張口承之。其牙機巧製，皆隱在尊中，覆蓋周密無際。如有地動，尊則振龍，機發吐丸，而蟾蜍銜之。振聲激楊，伺者因此覺知。雖一龍發機，而七首不動，尋其方麵，乃知震之所在。驗之以事，合契若神。自書典所記，未之有也。嚐一龍機發而地不覺動，京師學者鹹怪其無征。後數日驛至，果地震隴西，於是皆服其妙。自此以後，乃令史官記地動所從方起。”

因為年代實在太過久遠，張衡發明的地動儀一號機早已失傳，他也沒有留下圖樣或者詳細描述。之前我們在教科書中看到的地動儀，是1951年由一個叫王振鐸的人，根據這196個字，結合自己的想象複原而成的。隨後這台地震儀的照片與介紹文字，被選入教科書上。但後來這台地動儀在學界的爭議很大，因為它經過實際測試，仿佛無法使用。最終判定，這台於1951年由王振鐸複原的地動儀模型，由於複原原理有誤，所以從教科書中移除了。但我們認為雖然王振鐸複原的地動儀無法“正常工作”，卻不代表1800多年前的那台也“無法工作”。

▲教科書中王振鐸複原的地動儀模型原理圖，現認為有誤。

此後，科學家與史學家合作，尋找問題的關鍵點。史書上那段關於地動儀的記載中，有一段寫的十分曖昧：

中有都柱，傍行八道，，施關發機，外有八龍，首銜鋼丸，下有蟾蜍，張口承之。

雖然史料中對於地動儀的外觀描述極為詳盡，但開頭那句“中有都柱”，是什麽意思？這個“都柱”部分，顯然就是地動儀最核心的技術，也就是它的心髒。那麽這顆“心髒”，是什麽樣的設計原理？用了什麽材料？對此，我們一無所知。

其實，從1875年到現在的100多年間，有無數的科學家在這個領域進行探索。曾經有13種概念性的地動儀複原模型，包括王振鐸的作品在內，都無法“正常工作”。大量的實驗失敗後，有些人已經不相信有地動儀的存在。

▲馮銳團隊複原的地動儀及原理圖，該模型現放置於國家地震局大廳之中。

但好在隨著時間的流逝，我們的認知與科技也在不斷進步。近年來，中國地震台網中心研究員馮銳及其團隊發現了《後漢書·張衡傳》撰寫之前，有7份對地動儀有記載的古版刻本，說明史料記載不是孤證。他們堅信張衡地動儀肯定存在，而且是會工作的。於是，重新複製地動儀的工作，被再次提上日程。

2002年，由馮銳任課題組組長，組員有國家博物館、河南省博物院、北京機械工業自動化所、清華大學美術學院等單位的專家們。經過專家們6年的通力合作，終於在2008年複原出一台能夠正常工作的地動儀。這台1/6原大模型，如今被放置於國家地震局大廳之中。

▲除了地動儀，張衡還發明了渾天儀（上圖）。

那麽，王振鐸和馮銳的複原模型，有何區別呢？

王振鐸模型：即“都柱”是一個類似倒置酒瓶狀的圓柱體，控製龍口的機關在“都柱”周圍。這一種模型已被基本否定。

馮銳模型：即“都柱”是懸垂擺（見袁宏《後漢紀》），擺下方有一個小球，球位於“米”字形滑道交匯處（即《後漢書·張衡傳》中所說的“關”），地震時，“都柱”撥動小球，小球擊發控製龍口的機關，使龍口張開。另外，馮銳模型還把蟾蜍由麵向樽體改為背向樽體並充當儀器的腳。該模型經模擬測試，結果與曆史記載吻合。

這個原理，你們看懂了嗎？

1800多年前的張衡，你得有多厲害？我們，差點就被你整瘋了。