张衡的地动仪,真能预测地震吗?它为何被移出了教科书?

原标题:张衡的地动仪,真能预测地震吗?它为何被移出了教科书?

最近,“地震”一词又频频登上热搜。

翻开我们五千年的地震历史,站在C位的那个人,叫“张衡”。他与他发明的“地动仪”,似乎是许多孩子对于地震知识的启蒙。

▲东汉时期著名天文学家张衡。

可是疑问也随之而来:既然“地动仪”对于监测地震非常灵敏,为何如今没有被普及?反倒是这段关于地动仪的内容,被悄然从教科书中删除了。这不禁引起了我们的疑问:地动仪,真的能准确预测地震吗?

张衡与地动仪:

教科书中的地动仪装置,外表像个酒坛。那酒坛上附有八条龙,每条龙嘴里含着一颗珠子。当某个方位将有地震时,其对应方位的龙嘴会自动打开,龙口中含着的珠子就会掉落至下方的蛤蟆口中。古人使用公元132年由东汉著名天文学家张衡发明的这套装置,来判断某方位将有地震发生。

▲外国领导人参观地动仪(王振铎模型)。

在历史上,记载了地动仪曾成功预测到一次地震。那天,一条龙嘴中的机关被触发了。但大家都没有感觉到地面有震动,大家觉得张衡骗了他们。但几天后突然使者送信来,说距离洛阳一千多里的金城、陇西一带发生了大地震,方位与被触发机关的龙嘴一致。自此以后,张衡被奉为中国古代地震第一人。

为何地动仪被从教科书中移除了?

在2010年以前的人教版教材中,曾经介绍了张衡和他的地动仪。课文中是这样写的:

科学家张衡制造了一种仪器,能测定地震方向,叫做地动仪。这是世界公认的最早的地震仪器。

可是在2016年的部编本教材和2017年的统编本教材中,关于张衡和地动仪的这段介绍却被悄然移除了。难道地动仪是“不灵”了吗?

▲教科书中王振铎复原的地动仪模型,原理有误。

在西奇妹回答这个问题之前,我们先来看一段史料中关于地动仪的描述(太长可不看,直接看小妹的总结)。

《后汉书张衡传》:“阳嘉元年,复造候风地动仪。以精铜铸成,员径八尺,合盖隆起,形似酒尊,饰以篆文山龟鸟兽之形。中有都柱,傍行八道,施关发机,外有八龙,首衔钢丸,下有蟾蜍,张口承之。其牙机巧制,皆隐在尊中,覆盖周密无际。如有地动,尊则振龙,机发吐丸,而蟾蜍衔之。振声激杨,伺者因此觉知。虽一龙发机,而七首不动,寻其方面,乃知震之所在。验之以事,合契若神。自书典所记,未之有也。尝一龙机发而地不觉动,京师学者咸怪其无征。后数日驿至,果地震陇西,于是皆服其妙。自此以后,乃令史官记地动所从方起。”

因为年代实在太过久远,张衡发明的地动仪一号机早已失传,他也没有留下图样或者详细描述。之前我们在教科书中看到的地动仪,是1951年由一个叫王振铎的人,根据这196个字,结合自己的想象复原而成的。随后这台地震仪的照片与介绍文字,被选入教科书上。但后来这台地动仪在学界的争议很大,因为它经过实际测试,仿佛无法使用。最终判定,这台于1951年由王振铎复原的地动仪模型,由于复原原理有误,所以从教科书中移除了。但我们认为虽然王振铎复原的地动仪无法“正常工作”,却不代表1800多年前的那台也“无法工作”

▲教科书中王振铎复原的地动仪模型原理图,现认为有误。

此后,科学家与史学家合作,寻找问题的关键点。史书上那段关于地动仪的记载中,有一段写的十分暧昧:

中有都柱,傍行八道,,施关发机,外有八龙,首衔钢丸,下有蟾蜍,张口承之。

虽然史料中对于地动仪的外观描述极为详尽,但开头那句“中有都柱”,是什么意思?这个“都柱”部分,显然就是地动仪最核心的技术,也就是它的心脏。那么这颗“心脏”,是什么样的设计原理?用了什么材料?对此,我们一无所知。

其实,从1875年到现在的100多年间,有无数的科学家在这个领域进行探索。曾经有13种概念性的地动仪复原模型,包括王振铎的作品在内,都无法“正常工作”。大量的实验失败后,有些人已经不相信有地动仪的存在。

▲冯锐团队复原的地动仪及原理图,该模型现放置于国家地震局大厅之中。

但好在随着时间的流逝,我们的认知与科技也在不断进步。近年来,中国地震台网中心研究员冯锐及其团队发现了《后汉书·张衡传》撰写之前,有7份对地动仪有记载的古版刻本,说明史料记载不是孤证。他们坚信张衡地动仪肯定存在,而且是会工作的。于是,重新复制地动仪的工作,被再次提上日程。

2002年,由冯锐任课题组组长,组员有国家博物馆、河南省博物院、北京机械工业自动化所、清华大学美术学院等单位的专家们。经过专家们6年的通力合作,终于在2008年复原出一台能够正常工作的地动仪。这台1/6原大模型,如今被放置于国家地震局大厅之中。

▲除了地动仪,张衡还发明了浑天仪(上图)。

那么,王振铎和冯锐的复原模型,有何区别呢?

王振铎模型:即“都柱”是一个类似倒置酒瓶状的圆柱体,控制龙口的机关在“都柱”周围。这一种模型已被基本否定

冯锐模型:即“都柱”是悬垂摆(见袁宏《后汉纪》),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”),地震时,“都柱”拨动小球,小球击发控制龙口的机关,使龙口张开。另外,冯锐模型还把蟾蜍由面向樽体改为背向樽体并充当仪器的脚。该模型经模拟测试,结果与历史记载吻合

这个原理,你们看懂了吗?

1800多年前的张衡,你得有多厉害?我们,差点就被你整疯了。

对此,你怎么看呢?欢迎留言给西奇妹,发表你的想法。

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作者:西奇妹

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