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2011年3月11日,日本发生里氏9级地震,震中位于宫城县以东太平洋海域,震源深度20千米,东京有强烈震感,北京小部分区域有震感,此次地震引发海啸,浪潮最高达到23米,影响了太平洋大部分地区,强烈的地震给人们带来了巨大的损失,一时成为世界关注的中心,地震的测量非常重要,在我国古代,张衡就设计制造出了可以感知远方地震的地动仪!
据《后汉书·张衡传》记载,地动仪“以精铜铸成,圆径八尺”,“形似酒樽”,上有隆起的圆盖,仪器的外表刻有篆文以及山、龟、鸟、兽等图形,仪器的内部中央有一根铜质“都柱”,柱旁有八条通道,称为“八道”。里面设有巧妙的机关,仪器外部周围有八条龙,按东、南、西、北、东南、东北、西南、西北八个方向布列,龙头和内部通道中的发动机关相连,每条龙的嘴里都衔有一个铜球,对着龙头,八只蟾蜍蹲在地上,昂头张嘴,准备承接铜球。
当某个地方发生了地震,由震中传来地震波时,樽体随之运动,触动机关,使发生地震方向的龙头张开嘴,吐出铜球,“当”的一声,落到下面蟾蜍的嘴里,发出很大的声晌,于是人们就可以知道地震发生的方向。
汉顺帝阳嘉三年十一月壬寅(公元134年12月、13日),地动仪的一个龙机突然发动,吐出了铜球,“当”的一声,掉进了下面蟾蜍的嘴里,当时在京城的人们丝毫没有感觉到地震,于是有些人纷纷议论,说地动仪不灵验,甚至有人说张衡有意造谣生事!没过几天,陇西有人飞马来报,证实那里前几天确实发生了地震,众人“于是皆服其妙”,对张衡的高超技术表示信服,你看,陇西距洛阳有一千多里(1里=0.5千米)呢,地动仪标示无误,说明它的测震灵敏度是比较高的。
据学者们考证,张衡在当时利用了力学上的惯性原理,“都柱”实际上起到惯性摆的作用,张衡对地震波的传播和方向性也有所了,解,这些科学成就是十分了不起的,在欧洲直到1856年,才由意大利人路吉刈I自米里制成与此类似的仪器,比起张衡的发明足足晚了一千七百多年,可惜的是,随着汉朝的灭亡,张衡地动仪神秘消失,成为中华民族科技发明的又一个千古之谜,
不过,张衡地动仪在史书中被记载了下来,见于《后汉书》等,这一段记载只有196字,其中描述地动仪内部结构的内容更少,只有“中有都柱,傍行八道。施关发机”这12个意义隐晦的字,以后,北齐的信都芳和隋朝的临孝恭,也都制造过地动仪,还留下了相关著作,可惜他们的著作也都亡佚了,显然,仪根据《后汉书》中的简单记载,要复原张衡的地动仪十分困难,今天的复制品,其实是在史书那些约束条件之下所作的新创造,尽管如此,《后汉书》的记载,还是给我们提供了一些珍贵的信息。
但是,一些西方学者却持完全否定的态度,认为张衡地动仪不属于科学发明,之所以失传,是因为它没有达到科学的要求,这种简单否定的说法是不对的,我国很多科学家不断探讨、制作出地动仪,取得了很大成果。
关于地动仪的结构,关键是对“都柱”的理解,先后有两个版本,一种模型即“都柱”是一个类似倒置酒瓶状的直立杆,控制龙口的机关在“都柱”周同,这一种模型最近已被基本否定,另一种模型即“都柱”是悬垂摆,摆下方有一个小球,球位于“米”字形滑道交汇处(即《后汉书·张衡传》中所说的“关”),地震波传米时,“都柱”拨动小球,小球击发控制龙口的机关,使龙口张开,这种模型经模拟测试,结果与历史记载基本吻合,“悬垂摆原理”取代了传统的“直立杆原理”,这一科研成果得到了来自中国科学院、国家博物馆、中国地震局等单位的地震学专家和考古学专家的肯定。
那么,张衡地动仪为什么可以感觉到远方的地震呢?我们还必须从地震发生的原因谈起。
我们知道:地球的结构就像鸡蛋,可分为三层,中心层是“蛋黄”——地核;中问层是“蛋清”——地幔;外层是“蛋壳”——地壳,其实,地震就是地动,是地球表面的震动,就像风雨雷电一样,是一种普通的自然现象,据地震科学家精确测定:全球每年发生地震500多万次,你算一算,平均每天要发生1万多次呢!你可能会奇怪地问:“那么多地震。我怎么感觉不到啊?”是的,这些地震绝大多数都是极其微小的,只有精密仪器才能够探测到。
我们常说“脚踏实地”,仿佛大地非常平静,十分安全,其实不完全准确,原来,地壳并不是完整的一块,它是由一块一块的“板块”构成,板块当中有的块大,有的块小,可以联想一下,小时候我们都喜欢玩七巧板,用大小不等、形状不同的儿个小图形可以组合成一个大的图形,地壳中大的板块有六块,如果一旦受到力的作用,地壳中的岩层便会变形、断裂、错动,于是便发生地震,世界上85%~90%的地震,都属于构造地震,汶川地震就是来自于板块的相对运动,中国的很多地震,大都起因于板块碰撞。
引起地壳震动的原因很多,有人为的原因,比如核爆炸、开炮、机械振动等;也有自然界的原因,比如构造地震、火山地震等,地震也可能与天文因素有关,这主要指太阳、月亮对地球产生的引潮力,它可以引起地球表面流体的潮汐(如海潮、大气潮等),其实这种引潮力对于地壳岩石也有推拉的作用,虽然不能像海水一样涌来涌去,但是长年累月的积累,其对于地壳的作用也不可小看,一旦在板块之间造成了挤压,释放能量时也会引发强烈的地震!
一次地震的发生,只有在一定范围内的人们才能感觉到,地球内发生地震的地方,叫震源,震源上方正对着的地面,称为震中,震中及其附近的地方称为震中区,也称极震区,震中到地面上任一点的距离叫震中距离。
地震时,在地球内部出现的弹性波叫做地震波,这就像把石子投入水中,水波会向四周一圈一圈地扩散一样,地震波的能量在震源处最大,在传播过程中逐渐减弱,传到一定的距离,就会弱到人们感觉不出来,当地震发生时,地震波在地球内部和地表传播,地震波是从地震源向外传播的,在遇到内部障碍物时发生改变,一般来说,地震波的传播速度是每秒几千米。
地震波主要包含纵波和横波,振动方向与传播方向一致的波为纵波,将引起地面上下颠簸,速度在每秒7千米左右,而这部分纵波携带的能量只占地震波全部能量的一小部分,振动方向与传播方向垂直的波为横波,能引起地面的水平晃动,是造成建筑物破坏的主要原因,速度在每秒4千米左右。
由于地震的纵波在地球内部的传播速度大于横波,所以发生地震时,纵波总是先到达地表,而横波总落后一步,这样,发生较大的地震时,一般人们先感到上下颠簸,过数秒到十几秒后才感到有很强的水平晃动,这一点非常重要,因为地震纵波先给我们一个警告,告诉我们造成建筑物破坏的罪魁祸首横波马上要到了,快点作出防备。
张衡地动仪由于失传已久,后人只能根据史料记载进行分析,因此看法有所不同,
有人认为:根据地震波的传播机理,张衡地动仪是不太可能做到“验之以事,合契若神”的,因为根据初波的振动方向,是可以知道震源方位,但初波非常微弱,而这部分初波携带的能量只占地震波全部能量的一小部分,如果张衡地动仪能敏感到对初波就作出响应,那么有许多别的和地震无关的震动。比如在它附近爆破,就能引起它的反应,从而让人误把许多不是地震的震动也当成是地震,但如果要让张衡地动仪保持一定的迟钝性,它又有可能无法感觉到地震的初波,直到之后的各种波陆续传来时才被“惊醒”,可是这些迟来的波的振动方向已经不能代表震源的方向了。
还有一些人认为。如果地震稍强一些,地震波会引起地面上下左右摇晃,这时地动仪的八个球会一同落下,就是说,古代的地动仪可以感觉到地震的发生,但是无法准确报告地震的大小和方位。
还有人认为,记录一次地震必须有三个要素:发震时刻,震中位置和震级(地震强度),即使张衡地动仪能够记录震中的方向,使用几台地动仪“联网”,也可测出震中位置,但地动仪却无法记录发震时刻,更无法记录震级,因此,从现代地震学的角度来看,张衡地动仪并不能全面记录地震,不属于观测地震的仪器,称地动仪是“世界上第一台地震仪”,是不准确的,
笔者认为,张衡地动仪是我国古代伟大的科技发明,远在一千八百多年前,张衡利用当时的物理知识,对于地震的发生与方位有所掌握,从这一点来看,意义已经足够大了,这足以让我们每一位中国人引以为豪,中央·电视台曾经详细介绍了张衡地动仪的复原情况,对于这项古代发明给予充分肯定,是的,我们决不能用我们现代科技强求古人,更不能全盘否定,不承认这项伟大发明,
在实验现代地动仪的现场会上,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,符合张衡的基木思想……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。”
据《后汉书·张衡传》记载,地动仪“以精铜铸成,圆径八尺”,“形似酒樽”,上有隆起的圆盖,仪器的外表刻有篆文以及山、龟、鸟、兽等图形,仪器的内部中央有一根铜质“都柱”,柱旁有八条通道,称为“八道”。里面设有巧妙的机关,仪器外部周围有八条龙,按东、南、西、北、东南、东北、西南、西北八个方向布列,龙头和内部通道中的发动机关相连,每条龙的嘴里都衔有一个铜球,对着龙头,八只蟾蜍蹲在地上,昂头张嘴,准备承接铜球。
当某个地方发生了地震,由震中传来地震波时,樽体随之运动,触动机关,使发生地震方向的龙头张开嘴,吐出铜球,“当”的一声,落到下面蟾蜍的嘴里,发出很大的声晌,于是人们就可以知道地震发生的方向。
汉顺帝阳嘉三年十一月壬寅(公元134年12月、13日),地动仪的一个龙机突然发动,吐出了铜球,“当”的一声,掉进了下面蟾蜍的嘴里,当时在京城的人们丝毫没有感觉到地震,于是有些人纷纷议论,说地动仪不灵验,甚至有人说张衡有意造谣生事!没过几天,陇西有人飞马来报,证实那里前几天确实发生了地震,众人“于是皆服其妙”,对张衡的高超技术表示信服,你看,陇西距洛阳有一千多里(1里=0.5千米)呢,地动仪标示无误,说明它的测震灵敏度是比较高的。
据学者们考证,张衡在当时利用了力学上的惯性原理,“都柱”实际上起到惯性摆的作用,张衡对地震波的传播和方向性也有所了,解,这些科学成就是十分了不起的,在欧洲直到1856年,才由意大利人路吉刈I自米里制成与此类似的仪器,比起张衡的发明足足晚了一千七百多年,可惜的是,随着汉朝的灭亡,张衡地动仪神秘消失,成为中华民族科技发明的又一个千古之谜,
不过,张衡地动仪在史书中被记载了下来,见于《后汉书》等,这一段记载只有196字,其中描述地动仪内部结构的内容更少,只有“中有都柱,傍行八道。施关发机”这12个意义隐晦的字,以后,北齐的信都芳和隋朝的临孝恭,也都制造过地动仪,还留下了相关著作,可惜他们的著作也都亡佚了,显然,仪根据《后汉书》中的简单记载,要复原张衡的地动仪十分困难,今天的复制品,其实是在史书那些约束条件之下所作的新创造,尽管如此,《后汉书》的记载,还是给我们提供了一些珍贵的信息。
但是,一些西方学者却持完全否定的态度,认为张衡地动仪不属于科学发明,之所以失传,是因为它没有达到科学的要求,这种简单否定的说法是不对的,我国很多科学家不断探讨、制作出地动仪,取得了很大成果。
关于地动仪的结构,关键是对“都柱”的理解,先后有两个版本,一种模型即“都柱”是一个类似倒置酒瓶状的直立杆,控制龙口的机关在“都柱”周同,这一种模型最近已被基本否定,另一种模型即“都柱”是悬垂摆,摆下方有一个小球,球位于“米”字形滑道交汇处(即《后汉书·张衡传》中所说的“关”),地震波传米时,“都柱”拨动小球,小球击发控制龙口的机关,使龙口张开,这种模型经模拟测试,结果与历史记载基本吻合,“悬垂摆原理”取代了传统的“直立杆原理”,这一科研成果得到了来自中国科学院、国家博物馆、中国地震局等单位的地震学专家和考古学专家的肯定。
那么,张衡地动仪为什么可以感觉到远方的地震呢?我们还必须从地震发生的原因谈起。
我们知道:地球的结构就像鸡蛋,可分为三层,中心层是“蛋黄”——地核;中问层是“蛋清”——地幔;外层是“蛋壳”——地壳,其实,地震就是地动,是地球表面的震动,就像风雨雷电一样,是一种普通的自然现象,据地震科学家精确测定:全球每年发生地震500多万次,你算一算,平均每天要发生1万多次呢!你可能会奇怪地问:“那么多地震。我怎么感觉不到啊?”是的,这些地震绝大多数都是极其微小的,只有精密仪器才能够探测到。
我们常说“脚踏实地”,仿佛大地非常平静,十分安全,其实不完全准确,原来,地壳并不是完整的一块,它是由一块一块的“板块”构成,板块当中有的块大,有的块小,可以联想一下,小时候我们都喜欢玩七巧板,用大小不等、形状不同的儿个小图形可以组合成一个大的图形,地壳中大的板块有六块,如果一旦受到力的作用,地壳中的岩层便会变形、断裂、错动,于是便发生地震,世界上85%~90%的地震,都属于构造地震,汶川地震就是来自于板块的相对运动,中国的很多地震,大都起因于板块碰撞。
引起地壳震动的原因很多,有人为的原因,比如核爆炸、开炮、机械振动等;也有自然界的原因,比如构造地震、火山地震等,地震也可能与天文因素有关,这主要指太阳、月亮对地球产生的引潮力,它可以引起地球表面流体的潮汐(如海潮、大气潮等),其实这种引潮力对于地壳岩石也有推拉的作用,虽然不能像海水一样涌来涌去,但是长年累月的积累,其对于地壳的作用也不可小看,一旦在板块之间造成了挤压,释放能量时也会引发强烈的地震!
一次地震的发生,只有在一定范围内的人们才能感觉到,地球内发生地震的地方,叫震源,震源上方正对着的地面,称为震中,震中及其附近的地方称为震中区,也称极震区,震中到地面上任一点的距离叫震中距离。
地震时,在地球内部出现的弹性波叫做地震波,这就像把石子投入水中,水波会向四周一圈一圈地扩散一样,地震波的能量在震源处最大,在传播过程中逐渐减弱,传到一定的距离,就会弱到人们感觉不出来,当地震发生时,地震波在地球内部和地表传播,地震波是从地震源向外传播的,在遇到内部障碍物时发生改变,一般来说,地震波的传播速度是每秒几千米。
地震波主要包含纵波和横波,振动方向与传播方向一致的波为纵波,将引起地面上下颠簸,速度在每秒7千米左右,而这部分纵波携带的能量只占地震波全部能量的一小部分,振动方向与传播方向垂直的波为横波,能引起地面的水平晃动,是造成建筑物破坏的主要原因,速度在每秒4千米左右。
由于地震的纵波在地球内部的传播速度大于横波,所以发生地震时,纵波总是先到达地表,而横波总落后一步,这样,发生较大的地震时,一般人们先感到上下颠簸,过数秒到十几秒后才感到有很强的水平晃动,这一点非常重要,因为地震纵波先给我们一个警告,告诉我们造成建筑物破坏的罪魁祸首横波马上要到了,快点作出防备。
张衡地动仪由于失传已久,后人只能根据史料记载进行分析,因此看法有所不同,
有人认为:根据地震波的传播机理,张衡地动仪是不太可能做到“验之以事,合契若神”的,因为根据初波的振动方向,是可以知道震源方位,但初波非常微弱,而这部分初波携带的能量只占地震波全部能量的一小部分,如果张衡地动仪能敏感到对初波就作出响应,那么有许多别的和地震无关的震动。比如在它附近爆破,就能引起它的反应,从而让人误把许多不是地震的震动也当成是地震,但如果要让张衡地动仪保持一定的迟钝性,它又有可能无法感觉到地震的初波,直到之后的各种波陆续传来时才被“惊醒”,可是这些迟来的波的振动方向已经不能代表震源的方向了。
还有一些人认为。如果地震稍强一些,地震波会引起地面上下左右摇晃,这时地动仪的八个球会一同落下,就是说,古代的地动仪可以感觉到地震的发生,但是无法准确报告地震的大小和方位。
还有人认为,记录一次地震必须有三个要素:发震时刻,震中位置和震级(地震强度),即使张衡地动仪能够记录震中的方向,使用几台地动仪“联网”,也可测出震中位置,但地动仪却无法记录发震时刻,更无法记录震级,因此,从现代地震学的角度来看,张衡地动仪并不能全面记录地震,不属于观测地震的仪器,称地动仪是“世界上第一台地震仪”,是不准确的,
笔者认为,张衡地动仪是我国古代伟大的科技发明,远在一千八百多年前,张衡利用当时的物理知识,对于地震的发生与方位有所掌握,从这一点来看,意义已经足够大了,这足以让我们每一位中国人引以为豪,中央·电视台曾经详细介绍了张衡地动仪的复原情况,对于这项古代发明给予充分肯定,是的,我们决不能用我们现代科技强求古人,更不能全盘否定,不承认这项伟大发明,
在实验现代地动仪的现场会上,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,符合张衡的基木思想……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。”