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近年来接连发生的海地、智利和我国汶川、玉树等大地震,无一不牵动着全世界人民的心,也更让人们关注地震的预测和预报。其实,这种关注早在古代就开始了。
据史籍记载,世界上第一台观测地震的仪器——地动仪,是我国东汉科学家张衡于公元132年发明的。它比国外同类设备早诞生1000年。公元134年12月13日,这台仪器成功地实测出甘肃天水一带的陇西大地震,初步揭开了地震这一自然灾害的神秘面纱。张衡地动仪是人类第一次利用惯性原理成功测出地震方位的验震仪器,是我国古代科学技术的辉煌成就之一,它的问世,开创了人类用科学仪器检测地震的新纪元。
然而,由于年代的久远和自然灾害、战乱等原因,这台仪器早在1700多年前就神秘地消失了,它的原理和外观,长期以来成为人们心中的不解之谜。
所幸的是,《后汉书·张衡传》等历史文献,对地动仪作了如下的记载:“……以铜制成,圆径八尺,合盖隆起,形似酒尊,饰以篆文山龟鸟兽之形。中有都柱,傍形八道,施发关机。外有八龙,首衔铜丸,下有蟾蜍,张口承之……”根据这一史料,百余年来,中外科学家一直都在试图破解它,复原它。
19世纪末,中国、日本和英国的科学家曾先后绘制出复原模型。直到20世纪70年代,国内外相继推出了13种不同的模型,但这些都属于概念模型,未能制成样机。
解放后,在国内许多博物馆陈列多年的地动仪模型,是中国历史博物馆科技文献专家王振铎于1951年设计的,其内部采用了直立杆原理,即在仪器的底部简单地竖立起1根直立杆。但是,国内外地震学界对这台仪器模型的科学性一直抱有怀疑,因为它不能实测地震。
从2002年起,中国地震局课题组在有关单位的资助、支持下,开始了对地动仪原理复原的新一轮研究。他们依据史料,并充分利用了唐山、云南等4次大地震的实际资料,通过计算机的控制,在液压振动台上实现了相当于当年陇西大地震引起的极其微弱的地面振动,然后把新复原模型放到振动台上验证。
验证中,他们紧紧抓住史料中“中有都柱,傍有八道”这个原理复原的关键,从地震学理论出发,考证了“都柱”的基本词义,在振动台上对原大框架结构的悬挂“都柱”进行了严格试验,证实了新模型只对地震引起的水平运动有反应,而对非地震的垂直运动和其他人为干扰一直未出现误触发,从而证明:张衡地动仪的工作原理应当是“悬垂摆原理”,即地动仪是利用了1根悬挂柱体的惯性来验震的,而不是沿袭多年的“直立杆原理”。
与此同时,他们考证了汉代加工铸造的技术水平,测试了原大模型的固有周期、频率响应、负载效应、转动惯量、反应方向、位移幅度等一系列参数,改进和优化了悬挂结构的内部细节,最后确定了既符合史料记载,又体现汉代工艺铸造水平,取得了“一龙发机,而七首不动”的理想效果,终于使张衡的验震思想得到重现。
这一验证的科学性得到了专家们的明确肯定。
如今,在北京鸟巢北侧的中国科学技术馆“华夏之光”主题展厅,复原后的张衡地动仪,正以崭新的形象,迎接着国内外络绎不绝前来参观的群众,发挥着颂扬科学人物、传播科学思想、增强防震减灾意识的积极作用。
据史籍记载,世界上第一台观测地震的仪器——地动仪,是我国东汉科学家张衡于公元132年发明的。它比国外同类设备早诞生1000年。公元134年12月13日,这台仪器成功地实测出甘肃天水一带的陇西大地震,初步揭开了地震这一自然灾害的神秘面纱。张衡地动仪是人类第一次利用惯性原理成功测出地震方位的验震仪器,是我国古代科学技术的辉煌成就之一,它的问世,开创了人类用科学仪器检测地震的新纪元。
然而,由于年代的久远和自然灾害、战乱等原因,这台仪器早在1700多年前就神秘地消失了,它的原理和外观,长期以来成为人们心中的不解之谜。
所幸的是,《后汉书·张衡传》等历史文献,对地动仪作了如下的记载:“……以铜制成,圆径八尺,合盖隆起,形似酒尊,饰以篆文山龟鸟兽之形。中有都柱,傍形八道,施发关机。外有八龙,首衔铜丸,下有蟾蜍,张口承之……”根据这一史料,百余年来,中外科学家一直都在试图破解它,复原它。
19世纪末,中国、日本和英国的科学家曾先后绘制出复原模型。直到20世纪70年代,国内外相继推出了13种不同的模型,但这些都属于概念模型,未能制成样机。
解放后,在国内许多博物馆陈列多年的地动仪模型,是中国历史博物馆科技文献专家王振铎于1951年设计的,其内部采用了直立杆原理,即在仪器的底部简单地竖立起1根直立杆。但是,国内外地震学界对这台仪器模型的科学性一直抱有怀疑,因为它不能实测地震。
从2002年起,中国地震局课题组在有关单位的资助、支持下,开始了对地动仪原理复原的新一轮研究。他们依据史料,并充分利用了唐山、云南等4次大地震的实际资料,通过计算机的控制,在液压振动台上实现了相当于当年陇西大地震引起的极其微弱的地面振动,然后把新复原模型放到振动台上验证。
验证中,他们紧紧抓住史料中“中有都柱,傍有八道”这个原理复原的关键,从地震学理论出发,考证了“都柱”的基本词义,在振动台上对原大框架结构的悬挂“都柱”进行了严格试验,证实了新模型只对地震引起的水平运动有反应,而对非地震的垂直运动和其他人为干扰一直未出现误触发,从而证明:张衡地动仪的工作原理应当是“悬垂摆原理”,即地动仪是利用了1根悬挂柱体的惯性来验震的,而不是沿袭多年的“直立杆原理”。
与此同时,他们考证了汉代加工铸造的技术水平,测试了原大模型的固有周期、频率响应、负载效应、转动惯量、反应方向、位移幅度等一系列参数,改进和优化了悬挂结构的内部细节,最后确定了既符合史料记载,又体现汉代工艺铸造水平,取得了“一龙发机,而七首不动”的理想效果,终于使张衡的验震思想得到重现。
这一验证的科学性得到了专家们的明确肯定。
如今,在北京鸟巢北侧的中国科学技术馆“华夏之光”主题展厅,复原后的张衡地动仪,正以崭新的形象,迎接着国内外络绎不绝前来参观的群众,发挥着颂扬科学人物、传播科学思想、增强防震减灾意识的积极作用。