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地动仪是谁发明的

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  • 2024-06-24 08:45:37

地动仪是中国汉朝东汉科学家张衡创造的传世杰作。

地动仪有八个方位,他们分别是东,南,西,北,东南,西南,东北,西北,每个方位上均有口含龙珠的龙头,在每条龙头的下方都有一只蟾蜍与其对应。任何一方如有地震发生,该方向龙口所含龙珠即落入蟾蜍口中,由此便可测出发生地震的方向。

起源

复原地动仪张衡所处的东汉时代,地震比较频繁。据《后汉书·五行志》记载,自和帝永元四年(公元92年)到安帝延光四年(公元125年)的三十多年间,共发生了二十六次大的地震。地震区有时大到几十个郡,引起地裂山崩、房屋倒塌、江河泛滥,造成了巨大的损失。张衡对地震有不少亲身体验。为了掌握全国地震动态,他经过长年研究,终于在阳嘉元年(公元132年)发明了候风地动仪──世界上第一架地震仪。当时利用这架仪器成功地测报了西部地区发生的一次地震,引起全国的重视。这比起西方国家用仪器记录地震的历史早一千七百多年。

但由于历史久远张衡地动仪已经失传,没有留下实物与图样只留下一些简略的文字记载。

地动仪是由东汉张衡发明的。张衡除了地动仪之外还发明了候风铜鸟和演示主要星体位置的浑天仪。

《后汉书》记载该仪器曾经测出有地震,官员立即上奏皇帝,但当时京师洛阳并无感到地震,立时遭众臣诽议。几日后六百里快马来报,证实陇西(即现时甘肃省南部)发生地震,众人乃信服。

构成

地动仪以青铜铸成。圆径八尺,合盖隆起,形似酒尊,上饰篆文、山龟、鸟兽之形。在八个主要方位上各有一口含铜球的龙头。龙头的正下方,各有一仰头张口的青铜蟾蜍,对准龙头。当某一方向传来地震时,此方向的一个火龙吐珠,正落入蟾蜍口中,发出巨响,报告发生地震,其他七只龙头不为所动。根据口含铜珠的蟾蜍的方位,可知地震发生的方向。

复原的候风地动仪

根据后汉书里的196个字,考古学家王振铎花了5年的时间,结合英国科学家的地震理论,于1951年制出他理解的候风地动仪。其外型的8条龙为明清风,显得比较华丽。当年美国尼克松总统来访时,曾赞赏有加。而唐山大地震时,由于其制作原理错误,所以其未能展现该有的功能。

后人们重新解读了“关”、“机”二字(关为“门闩”、机为一种“杠杆机关”),认为地动仪应为“悬垂摆原理”所操控,研究人员按此复原,最终在多次地震中进行检测并取得了成功。新近复原的候风地动仪采用圆柱体直桶腰,8条龙仅有龙首,线条简单,8只蟾蜍背部朝内顶起仪器,嘴巴朝外向上张开。此外,19世纪的英国和日本学者也曾尝试复原地动仪。

2007年,有报道称大韩民国将候风地动仪列为文化遗产申报世界文化遗产。然而此报道正文中并没有“地动仪申遗”的内容,只是提到韩国将候风地动仪印在韩元纸币上。事实上,10000韩元纸钞上所印的古代仪器是韩国高丽大学博物馆所收藏的浑天时计(又名浑天表,韩国第230号国宝)的内部结构,不是地动仪,与中国古代的浑天仪也有所不同。

人物简介

张衡(78年-139年),字平子,南阳郡西鄂县(今河南省南阳市石桥镇)人 。东汉时期杰出的天文学家、数学家、发明家、地理学家、文学家,蜀郡太守张堪的孙子。

举孝廉出身,历任郎中、太史令、侍中、河间相等职。晚年因病,入朝担任尚书。永和四年(139年),逝世,享年六十二岁。北宋时,获封西鄂县伯。

张衡在天文学方面著有《灵宪》《浑仪图注》等;数学著作有《算罔论》;文学作品以《二京赋》《归田赋》等为代表,与司马相如、扬雄、班固并称"汉赋四大家"。《隋书·经籍志》有《张衡集》14卷,已经散佚。明代学者张溥辑有《张河间集》。

张衡为中国天文学、机械技术、地震学的发展作出了杰出的贡献,发明了浑天仪、地动仪,是东汉中期浑天说的代表人物之一,后人誉为"木圣" (科圣),由于他的贡献突出,联合国天文组织将月球背面的一个环形山命名为"张衡环形山",太阳系中的1802号小行星命名为"张衡星"。后人为纪念张衡,在南阳修建了张衡博物馆。

发明

地动仪结构公元132年(阳嘉元年),张衡在太史令任上发明了最早的地动仪,称为候风地动仪。据《后汉书·张衡传》记载:地动仪用精铜铸成,圆径八尺,顶盖突起,形如酒樽,用篆文山龟鸟兽的形象装饰。中有大柱,傍行八道,安关闭发动之机。它有八个方位,每个方位上均有一条口含铜珠的龙,在每条龙的下方都有一只蟾蜍与其对应。任何一方如有地震发生,该方向龙口所含铜珠即落人蟾蜍口中,由此便可测出发生地震的方向。经过试验,与所设制,符合如神,自从有书籍记载以来,是没有过的。曾经一龙机发,地不觉动,雒阳的学者都责怪不足信,几天之后,送信人来了,果然在陇西地发生地震,众人于是都服其神妙。自此之后,朝廷就令史官记载地动发生的地方。

关于地动仪的结构,流行的有两个版本: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。 另一种模型由地震局冯锐提出,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。

世界上地震频繁,但真正能用仪器来观测地震,在国外,是19世纪以后的事。候风地动仪是世界上的地震仪之祖。虽然它的功能尚只限于测知震中的大概方位,但它却超越了世界科技的发展约1800年。

漏水转浑天仪是一种水运浑象。用一个直径四尺多的铜球,球上刻有二十八宿、中外星官以及黄赤道、南北极、二十四节气、恒显圈、恒隐圈等,成一浑象,再用一套转动机械,把浑象和漏壶结合起来。以漏壶流水控制浑象,使它与天球同步转动,以显示星空的周日视运动,如恒星的出没和中天等。它还有一个附属机构即瑞轮冥菜,是一种机械日历,由传动装置和浑象相连,从每月初一起,每天生一叶片;月半后每天落一叶片。它所用的两级漏壶是现今所知最早的关于两级漏壶的记载。

南阳张衡博物馆内浑天仪张衡在创作了浑天仪之后曾写过一篇文章。此文全文已佚。只是在梁代刘昭注《后汉书·律历志》时作了大段引述而使之传世。刘昭注中把这段文字标题为《张衡浑仪》。称之为"浑仪"可能是刘昭所作的一种简化。在古代,仪器的定名并不严格。虽然后世将"浑仪"一词规范为专指观测仪器,但在隋、唐以前,"浑仪"也可用于表演仪器。

瑞轮荚是张衡别出心裁创造的自动日历,它模仿神话中奇树蓂荚的特征,靠流水作用,从每月初一开始,一天出现一片叶子,到满月出齐15片,然后每天再收起一片,到月末为止,循环开合。这个神话曲折地反映了尧帝时天文历法的进步。张衡的机械装置就是在这个神话的启发下发明的。听谓"随月盈虚,依历开落",其作用就相当于现今钟表中的日期显示。

张衡制造的指南车利用机械原理和齿轮的传动作用,由一辆双轮独辕车组成。车箱内用一种能自动离合的齿轮系统,车箱外壳上层置一木刻仙人,无论车子朝哪个方向转动,木人伸出的臂都指向南方。

张衡创造的计里鼓车是用以计算里程的机械。据《古今注》记载:"记里车,车为二层,皆有木人,行一里下层击鼓,行十里上层击镯"。记里鼓车与指南车制造方法相同,所利用的差速齿轮原理,早于西方1800多年。

张衡制作独飞木雕,是模仿鸟类高空翱翔的滑翔翼型设计。

张衡也研究过地理学,根据他研究和考察的心得,画过一幅地形图。唐张彦远《历代名画记》卷三云:"衡尝作地形图,至唐犹存。"

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