侯風(fēng)地動(dòng)儀
侯風(fēng)地動(dòng)儀
？？ 侯風(fēng)地動(dòng)儀由東漢時(shí)期著名科學(xué)家張衡于陽(yáng)嘉元年（公元132年）發(fā)明，是世界上第一架測(cè)定地震方位的儀器。據(jù)《后漢書(shū)》記載，地動(dòng)儀"以精銅鑄成，圓徑八尺，合蓋隆起，形似酒樽"。周?chē)捶较蜩T著八條龍，龍口里含有銅丸，地下蹲著八個(gè)銅蛤蟆，張開(kāi)嘴巴候在龍口下面，地動(dòng)儀的中央豎著一根上粗下細(xì)的大銅柱，哪個(gè)方向發(fā)生地震，大銅柱便倒向哪邊，觸動(dòng)連帶龍口的活動(dòng)機(jī)關(guān)，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(shè)計(jì)的地動(dòng)儀，儀體似樽形，直徑與他所作的渾開(kāi)儀同大，象征渾天說(shuō)的天。立有都柱的平底表示大地，在天之內(nèi)。儀體上雕刻的山龜鳥(niǎo)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?jiān)谏舷笳麝?yáng)，蟾蜍在下象征陰，構(gòu)成陰陽(yáng)上下動(dòng)靜的辯證關(guān)系，都柱居于頂天立地的地位，是按照古代"天柱"之說(shuō)法布局，至于牙機(jī)，可能是采用了杠桿結(jié)構(gòu)。
？？？？ 張衡的地動(dòng)儀制成后，安置在京城洛陽(yáng)，漢順帝永和三年二月初三（138年3月1日），地動(dòng)儀的一個(gè)龍機(jī)突然發(fā)動(dòng)，吐出銅丸，幾天以后，信使來(lái)報(bào)，證實(shí)隴西前幾天確實(shí)發(fā)生了地震，說(shuō)明它的靈敏度是相當(dāng)高的。這架地動(dòng)儀誕生以后1000多年，到公元13世紀(jì)，古波斯才有類似的儀器在馬拉哈天文臺(tái)上出現(xiàn)。18世紀(jì)，歐洲才出現(xiàn)利用水銀溢流來(lái)記錄地震的儀器。
？地動(dòng)儀的原理研究
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？？？？ 據(jù)中國(guó)地震信息中心馮銳、武玉霞研究，東漢科學(xué)家張衡于公元１３２年創(chuàng)制的候風(fēng)地動(dòng)儀（世界上第一臺(tái)驗(yàn)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(shū)?張衡傳》用１９６個(gè)字作了記述，才得以永傳。百年來(lái)，許多研究者對(duì)其工作原理猜測(cè)不清，直立桿、倒立擺原理長(zhǎng)期流行，從而影響到外形復(fù)原的合理性和對(duì)地動(dòng)儀科學(xué)地位的公正評(píng)價(jià)。
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？？？？ 馮、武二位科學(xué)家從現(xiàn)代地震的角度對(duì)驗(yàn)震器的特點(diǎn)、《后漢書(shū)》的記載、都柱結(jié)構(gòu)與運(yùn)動(dòng)、隴西歷史地震、洛陽(yáng)的地震烈度以及洛陽(yáng)地震臺(tái)１９８７年１０月２５日記錄隴西地區(qū)４.8級(jí)地震圖等進(jìn)行研究，確認(rèn)候風(fēng)地動(dòng)儀的工作原理是懸垂擺，觸發(fā)地動(dòng)儀運(yùn)動(dòng)的是瑞利面波共振起到放大作用。長(zhǎng)期流行的.直立桿原理或倒立擺原理是不對(duì)的。
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？？？？ ？張衡創(chuàng)制地動(dòng)儀的誘因可能來(lái)自燈籠和風(fēng)鈴。候風(fēng)地動(dòng)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(guó)原始天文儀器標(biāo)準(zhǔn)尺寸是８尺，大約為一個(gè)的身高（古代用的尺），張衡設(shè)計(jì)過(guò)的指南車(chē)、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(dòng)儀制成之后與幾件天文儀器一起安裝在高高的觀天靈臺(tái)上，這是張衡科學(xué)靈感之物在高處顯靈的表達(dá)，或者是東漢古人對(duì)懸掛物，對(duì)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(shí)觀察吊燈晃動(dòng)，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(lái)測(cè)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(xiàn)理當(dāng)在世界科學(xué)史上占有光輝的一頁(yè)。為了永遠(yuǎn)紀(jì)念他，國(guó)際天文學(xué)會(huì)于１９７０年、１９７７年先后以張衡的名字對(duì)一座月亮環(huán)形山和一顆太陽(yáng)系小行星作了命名，這不能不是中華民族的驕傲。
張衡地動(dòng)儀的復(fù)原工程
？？復(fù)原涉及原理復(fù)原、力學(xué)試驗(yàn)和模型制造三個(gè)步驟，目前第一步的工作已經(jīng)完成
已失傳十幾個(gè)世紀(jì)的張衡地動(dòng)儀，有望在國(guó)內(nèi)地震學(xué)家和歷史學(xué)家的聯(lián)合攻關(guān)下重新展示在世人面前。近日，國(guó)家博物館古代科學(xué)研究專家李強(qiáng)透露，復(fù)原工作的第一步———原理復(fù)原已經(jīng)完成。
模擬古代地震 測(cè)試懸垂結(jié)構(gòu)
據(jù)國(guó)家博物館副研究員李強(qiáng)介紹，張衡地動(dòng)儀的復(fù)原涉及原理復(fù)原、力學(xué)試驗(yàn)和模型制造三個(gè)步驟，目前第一步的工作已經(jīng)由國(guó)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(shí)的隴西地震的地面運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，利用我國(guó)最現(xiàn)代化的振動(dòng)臺(tái)模擬《后漢書(shū)》所述的地震情況，對(duì)模型不同的框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)的對(duì)比試驗(yàn)。按照課題計(jì)劃，今年的工作還將包括去洛陽(yáng)對(duì)歷史上擺放地動(dòng)儀的地點(diǎn)進(jìn)行實(shí)地勘探，以及計(jì)算地動(dòng)儀最核心的部件———都柱的尺寸和重量。與過(guò)去那個(gè)不能工作的倒立擺復(fù)原模型不同的是，此次復(fù)原，專家更傾向于懸垂擺結(jié)構(gòu)。因無(wú)法準(zhǔn)確判斷張衡地動(dòng)儀的各種金屬成分的比例，復(fù)原模型將采用銅而非青銅。課題計(jì)劃于2006年完成。
《后漢書(shū)》中的記載只有196個(gè)字
�。�？？？ 我們?cè)缭谛W(xué)課本里就熟悉了張衡和地動(dòng)儀。這臺(tái)創(chuàng)制于公元132年的候風(fēng)地動(dòng)儀是世界上第一臺(tái)測(cè)震儀器。然而，由于地動(dòng)儀的失傳，有西方學(xué)者卻說(shuō)，中國(guó)人將張衡地動(dòng)儀視為“國(guó)寶”，可能更多的象征著一個(gè)民族的向往�！逗鬂h書(shū)?張衡傳》中關(guān)于地動(dòng)儀的記載只有196個(gè)字。原中國(guó)歷史博物館自1951年起展出了一臺(tái)地動(dòng)儀模型，它是國(guó)內(nèi)著名的古代科學(xué)史研究專家王振鐸先生按照“中有都柱，傍行八道，施關(guān)發(fā)機(jī)”等描述，聽(tīng)取了地震學(xué)家的意見(jiàn)后復(fù)原的，選用了倒立擺結(jié)構(gòu)。這一模型深入人心，成為中國(guó)地震學(xué)界、甚至國(guó)家地震局的標(biāo)志。但50多年來(lái)，地震學(xué)的發(fā)展、儀器設(shè)備的進(jìn)步，上述復(fù)原模型的缺陷日益明顯———倒立擺無(wú)法擺除外界其它震動(dòng)的干擾，比如上下的波動(dòng)同樣可以令其傾倒。對(duì)此，原中國(guó)歷史博物館一直試圖對(duì)模型做改進(jìn)，但受到地震專業(yè)知識(shí)和經(jīng)費(fèi)的限制，進(jìn)展緩慢。
計(jì)劃2006年完成復(fù)原
？？？？ ？近年來(lái)，中國(guó)地震局經(jīng)過(guò)立項(xiàng)研究，做了一系列的理論計(jì)??西地震圖的詳細(xì)分析。十幾年來(lái)洛陽(yáng)地震臺(tái)所記錄的隴西地震的詳細(xì)波狀圖以及我國(guó)目前已經(jīng)擁有的可以對(duì)地震進(jìn)行模擬的先進(jìn)儀器，令研究人員看到了準(zhǔn)確復(fù)原地動(dòng)儀的曙光。
�。� ？目前，這一項(xiàng)目研究受到國(guó)家地震局的重視，相關(guān)課題也向國(guó)家文物局進(jìn)行了申報(bào)。如能如期立項(xiàng)，2006年我們將可以看到1800多年前震驚世界的這項(xiàng)神奇發(fā)明。
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