張衡的地動儀技術究竟是失傳或者本身就沒太大作用?

愛分享的喬寶 發佈 2022-08-11T20:32:42.213270+00:00

由於地動儀只是記錄了地震的大致方向,而非記錄地震波,所以相當於是驗震器,而非真正意義上的地震檢測儀,儘管如此張衡的發明仍是開創了人類使用科學儀器測報地震的歷史。

公元132年,我國傑出的天文學家、數學家張衡向漢朝廷展示了一項偉大的發明——世界上第一台地動儀。

地動儀是一種監視地震的發生,記錄地震相關參數的儀器。由於地動儀只是記錄了地震的大致方向,而非記錄地震波,所以相當於是驗震器,而非真正意義上的地震檢測儀,儘管如此張衡的發明仍是開創了人類使用科學儀器測報地震的歷史。從本質上說,任何懸掛的鐘擺或微妙平衡的物體,只要輕微的擾動就會起到地震儀的作用。張衡的地動儀之所以與眾不同,是它的靈敏度和判斷地震來源的能力。因此,長期以來中外科學家一直給予他極高的評價。

地動儀形似酒樽,青銅鑄成,直徑約1.8米,四周有八個龍頭,龍頭朝著東、南、西、北、東南、西南、東北、西北八個方向。龍嘴是活動的,各自都銜著一顆小銅球,每一個龍頭下面,有一個張大了嘴的銅蛤蟆,儀器的內部中央有一根銅質「懸垂擺」,柱旁有八條通道,稱為「八道,還有巧妙的機關

當發生地震時,即使震感弱了,鐘擺也會隨著搖晃的地面擺動,接著將一個金屬球從龍的嘴裡打到青蛙的嘴裡。球掉落的方向表明了震動的來源。落在青蛙的嘴上時也發出很大的噪音,提醒人們注意地震,因此這項發明又被稱作「地震風向標」。

就是這項發明,起初是遭到外界的質疑,但隨著時間的發展,不久後的一年,其中一個球突然掉了下來。當時的地動儀製成後被安置在洛陽,並沒有人感到任何震動,他的批評者認為該儀器是失敗的。但過了幾天,一名信使趕來,報告了一場發生在數百公里外的方向的發生嚴重地震,而這個方位正是外地動儀指示的方向,此後地動儀名聲大噪。

在張衡去世後的幾個世紀裡,據說我國其他科學家成功地重建了張衡的地動儀,但隨著時間的流逝,沒有一個地動儀能保留至今,而地動儀的內部運作至今仍是一個謎。例如,目前還不清楚古代的鐘擺設計為何如何如此敏銳,以至於可以檢測到數百公里外的地震,但又足夠穩定,運行期間地震的震感只能干擾一組槓桿,而不會碰到其餘的槓桿。

雖然後人們於1880年仿造這一儀器,也就是所說「近代的地震儀」,它的原理和張衡地動儀基本相似,但在時間上卻晚了1700多年。但這些複製品卻未能達到中國歷史記錄中描述的準確性和靈敏度。就在2005年,來自中國科學院的一批地震學家和考古學家宣布,他們已經成功復刻了一個地動儀,此後我國發生了多次較大的地震,但是復原模型從來沒有預測到地震的發生。甚至2008年的汶川大地震我國某些地區,人類都能強烈感受到地震,而復原的張衡地動儀卻沒有任何反應,因此中科院院士傅承義直接批判「房樑上吊塊肉都比這強」,這是天然的檢驗地震的方法。

如今復刻的版本中,研究人員只使用一個球,而不是八個基本方向的八個單獨的球。這個球在儀器中心的薄底座上形成微妙的平衡。球的正上方是一個懸浮的鐘擺,輕輕地碰到了球。當鐘擺動時,它輕輕地將球從基座上推下,沿著八個通道之一的龍嘴裡推出來。這樣,儀器只能觸發一次,隨後的鐘擺運動將無法從其他龍嘴裡擊出,因為沒有更多的球了。

地動儀至今已有1800年的歷史,直到現代,其背後的工作原理基本上保持不變。雖然現代地震儀使用複雜的電子設備,但傳感器仍然是一個鐘擺似的懸浮體,由電力而不是機械槓桿支撐,這些設備使用彈簧而不是鐘擺。

直到2016年至2017年間,對於地震的監測又有了新的技術,通過測量地震事件引起的透射光脈衝相位的波動,可以使用普通海底電信電纜檢測地震。這種技術與位於空間單個點的地震儀相比,光纖的整個長度都受到地震擾動,這使得研究人員能夠提取地震的信息。目前全球已經有數千公里的海底電纜承載網際網路和語音數據。通過利用這些現有基礎設施,也許可以以低成本的構建全球地震網絡監測。




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