候風地動儀的故事(1 / 1)

候風地動儀的故事

東漢時期,我國發生地震的次數比較多,據《後漢書》記載,從公元96年到公元125年的三十年中,就有二十三年發生過較大的地震,其中有幾次就發生在京師洛陽附近,在人們的心理上引起了很大的恐慌,迫切地需要測報地震的儀器和方法,而完成這一任務的則是漢代偉大的科學家、發明家和文學家張衡。

張衡,字平子,出生於公元78年,逝世於公元139年(他的青壯年時代正值東漢的地震多發的三十年時期)。他青少年時代發憤讀書,喜好文學,從家鄉河南南陽出外求學,先後到長安和洛陽等地,精通了“五經”和“六藝”以後,用了大約十年的時間積累資料並進行寫作,完成了名作《兩京賦》,引起了文壇的轟動,讀書人紛紛地傳抄,竟導致“洛陽紙貴”,使得“張平子”這個名字人人皆知。在這一時期他擔任過南陽太守鮑德的“主薄”,以後又到洛陽作過“郎中”。當他三十四歲時,漢安帝任命他為“太史令”,這是一種掌管天文和地理工作的官職,使張衡的發明和創造才能得以發揮出來。此後,他發明了“水運渾天儀”和“候風地動儀”,著作有《靈憲》和《渾天儀圖注》。張衡一生的事跡很多,下麵主要講述關於“候風地動儀”的故事。

張衡是在公元132年發明候風地動儀的。這個儀器的主要構造是:一個用銅鑄成的、圓徑八尺的像個酒壇子似的外殼,它的內部中央立著一根上粗下細(重心很高)的“都柱”,頂上有個凸起的蓋子,外殼的周圍鑄有八條龍,分別對準東、南、西、北、東南、東北、西南、西北八個方向,每條龍的嘴裏都銜著一顆銅球。在中央的“都柱”與八方的龍嘴之間有傳動杠杆相接,當“都柱”側傾時,就會觸動杠杆使龍嘴張開銅球落下。在外殼的四周的地麵上置有按八方排列的八隻銅蛤蟆,它們昂著頭、張著大嘴對著八個龍頭,能夠承接落下的銅球。

當某地發生地震時,傳來的地震波就會使儀器中央的“都柱”向震源的方向側傾(注:由於“都柱”的重心很高而且底麵積很小,所以穩度很小,因此對傳來的地震波的反映很敏感,既使傳到的地震波很微弱也能使“都柱”傾倒。據說張衡所設計的這種“都柱”是符合水平擺的原理的。)於是通過傳動杠杆使龍嘴張開,銅球下落到銅蛤蟆的口中,候風地動儀不僅能夠測出發生了地震,而且能夠確定震源的方位。

歐洲直到1880年,才研製出與候風地動儀性能類似的地震儀器,比張衡晚了一千七百多年。

張衡剛研製出地動儀時,有些人懷疑它的性能。在公元138年3月1日,地動儀上朝西邊的龍嘴中的銅球突然落到了下方銅蛤蟆的口中,但是在洛陽本地並沒有感到地震,於是一些人說張衡發明的地動儀不靈。但是過了幾天後,從甘肅傳來消息,在那裏發生了大地震,證實了地動儀測量的準確性和靈敏度。

張衡當年製造的候風地動儀已經找不到了。我國的科學普及工作者和能工巧匠們,根據曆史資料已經製出了它的複原模型,在北京的“曆史博物館”、“中國科學技術館”等處都展出了這種模型,供人們參觀。

最後還有一點是需要說明的。在曆史文獻中有“相風銅鳥,遇風乃動”的記載,有些物理學史研究工作者說這是指用於測報風向和風災的“候風儀”。並由此提出:“候風地動儀”實際上是“候風儀”和“地動儀”這兩種儀器的總稱。這種說法也是很有道理的,因為在前麵所敘述的地動儀中,並沒有反映出“候風”二字的意義,對於張衡這樣一位偉大的多才的發明家而言,研製出一種測報風向和風災的儀器也是可能的。至於“候風儀”的具體結構原理由於年久失傳尚待考證了。