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[史料选读] 科学复原张衡地动仪 千年地动仪之谜被破解

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发表于 2006-11-12 07:55:57 | 显示全部楼层 |阅读模式

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人类第一台验震器———东汉张衡发明的地动仪当时放在洛阳,曾观测到陇西地震,时人“皆服其妙”。1700多年前,地动仪神秘失踪,它的模样和工作原理成为千古谜团。
2004年8月,河南博物院与中国地震台网中心组成课题组,联合研究张衡地动仪新的复原模型。目前,这项课题取得重大进展,课题组用“悬垂摆原理”取代了传统的“直立杆原理”。今年4月16日,这一科研成果得到有关专家的肯定,他们认为:这台复原地动仪首次把概念模型还原成了科学仪器,使之真正有了验震功能。

遗憾 史书没留下张衡地动仪原貌
公元132年,东汉的张衡发明了世界上第一台测定地震方位的科学仪器———地动仪。当某处发生地震,地动仪内部的都柱便倒向那一方,触动机关,使发生地震方向的龙头张开嘴巴,吐出铜珠,铜珠落到铜蟾蜍嘴里,发出声响,人们就知道哪里发生地震了。在张衡成功地研制出地动仪之后,又经过了1748年,欧洲才制造出相类似的仪器。
遗憾的是,历史并没有留下张衡地动仪的原貌。有关地动仪的历史资料,最著名的是《后汉书·张衡传》中的记载,仅196个字,早期的复原工作就是据此开展。就算将资料考证范围扩大到《续汉书》、《后汉纪》等古代文献,相关文献的总字数也不过231个。
国家博物馆副研究员李强介绍说,真正的地动仪谁也没有见过,因为当时张衡只建了一个,后来由于社会动乱,地动仪就失踪了。

心愿 要让地动仪模型“动”起来
1998年,河南省博物院新馆正在建设过程中,博物馆副院长田凯负责主持《河南古代文化之光》的陈列工作。
布置汉代展厅需要展示张衡地动仪,当时最权威的模型陈列在原中国历史博物馆,它是考古学家王振铎于1951年设计的,这台卵状体上含有8条飞龙的模型,已成为地动仪的“标准形象”。河南省博物院请苏州天文仪器研究所按王振铎的模型重新复制了一个木制模型,并提出“能否让地动仪动起来”,得到的回答是:不可能,即使是中国历史博物馆里陈列的那台也不能检测地震,但可以在模型下面安上一个装置,让它动起来。
“我们展出的是科学仪器不是玩具,这样做是对观众的欺骗。所以当时只能造一个不能动的模型,但这个情结在我心里一直存留了好多年。”田凯说。
2004年8月,了解到国家地震局和国家博物馆的研究人员正在做地动仪的复原工作,河南省博物院便与中国地震台网中心签订了合作协议,组成了课题小组,共同复原张衡地动仪。

解谜 确认地动仪的“垂悬摆原理”
负责复原张衡地动仪课题的是中国地震台网中心研究员冯锐。冯锐表示,课题展开后,首先要解决的问题就是1700多年前的地动仪究竟是如何工作的。我国有句地震谚语“地震没地震,抬头看吊灯”,也就是说如果吊灯晃动,那么肯定是地震了,这是一种最简单的、最可靠、最稳妥的判断地震的办法。深入研究证实,地动仪的工作原理应该是“悬垂摆原理”而不是王振铎模型的“直立杆原理”。
几十年来,国内外地震学界对王振铎模型的否定意见一直没有停。直立杆地动仪虽然在地面晃动时会有所反应,但在地面各种气压振动时,它也会有反应,这与史书上对张衡地动仪的描述不相符。
有些西方学者甚至认为张衡地动仪之所以失传,是因为它根本没达到科学的要求。冯锐说:“看到这些严厉的批评,我们才感到问题的严重性。”
如今,课题组最终破解了张衡地动仪之谜,还地动仪以最真实的“面目”。

验收 概念模型终复原成科学仪器
4月16日上午,在河南省博物院,由地震学、考古学、机械工程学等相关学科的专家组成的验收委员会,开始用挑剔的眼光注视着地动仪复原模型(1/3小样)。
当日下午,验收组的7位专家经过激烈讨论,最终认为:新模型对4次实际地震已实现了良好的验震反应,这是我国首次把概念模型复原成了具有验震功能的科学仪器,迈出了复原研究的历史性一步。专家们的验收意见意味着新复原的地动仪通过了阶段性成果验收,后续工作只需对某些技术细节做进一步优化,对外观做出最终确定。
验收会结束后,中科院地质与地球物理所的滕吉文院士说:“地动仪是中华文明留给人类的宝贵文化遗产,各国科学家都在尝试复原,如果我们不把这件事做好,那就是罪过。从原理上和制作过程上讲,这台复原模型符合史料记载,符合张衡的基本思想……这台地动仪复原模型代表了现代人的认识,它在现阶段是最好的。”
田凯也感触颇深地说:“我们不仅是在复原一件仪器,也是在找寻1000多年前那位伟大科学家‘求实疾虚’的科学精神。”

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