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。