翻開中國古代地震檔案,最閃耀的一頁莫過於東漢發明家張衡所發明的第一架測驗地震的儀器--候風地動儀,雖然它隻限於測知震中的大概方位,但這項科技成果卻超越了世界科技的發展約1700年之久!
五年的遊學生活,使得張衡知識造詣廣博而精深。公元115年,張衡做了太史令,負責記載史事,編寫史書,兼管國家典籍、天文曆法、祭祀等。在做太史令期間,張衡把主要精力用於觀察天象,並致力於曆法和數學的研究。
中國是一個地震頻發的國家,而張衡的一生中就遇到過多次地震。據記載統計,公元92-139年,京城洛陽和隴西就連續發生20次地震,其中有6次還是破壞性極強的地震。地震區有時大到幾十郡,以致地裂山崩、江河泛濫、房倒屋塌、物毀人亡。在神學盛行的年代,人們認為地震是不吉利的征兆,是因為朝廷腐敗,才導致了上天的懲罰。但是,張衡卻不信神,麵對這樣深重的災難,決心製造出一架觀察地震的儀器,為抗震救災服務。經過長期悉心的考察,經過無數次的試驗,張衡終於造出了他夢寐以求的--“候風地動儀”。“候風”即是“候氣”,古人認為地震是由於地“氣”變動所引起的,地動儀故此得名。
候風地動儀用青銅鑄造而成,外表刻有篆文以及山、龜、鳥、獸等圖形,它的外形很像我們日常用的帶蓋凸肚茶杯,直徑大約有189.4厘米,東、西、南、北、東南、東北、西南、西北8個方位等距離鑲鑄著8條龍。龍垂直向下,翹著頭,嘴裏含著一顆小銅球,似吞似吐的樣子。每個龍頭下的地上,都對準龍嘴蹲著一隻仰頭張口的銅蛤蟆,在那裏等著接龍嘴裏的小銅球。
這架地動儀利用了物體的慣性來測試地震方位。原來,它的中央豎著一根上粗下細的大銅柱,銅柱的旁邊通著8條道,每條道上都設有發動機關,連著龍頭。一旦某個方向發生了地震,大銅柱就倒向那邊,並觸動發動機關,使發生地震方向的龍張開嘴巴,吐出銅球,落到銅蛤蟆口中,而其他的龍則不動。球落時,能發出激揚的聲響。觀測人員根據銅球落入銅蛤蟆口中的響聲,就知道了在什麼時間什麼方位發生了地震。張衡的奇思妙想在於,他利用了物體的慣性,使得地震時儀體與銅柱之間產生相對運動,從而觸發儀內機關,拾取大地震動波,進行遠距離測量,將地震報出。
據說,候風地動儀的靈敏度很高,它曾預報過一次地震。相傳,公元138年初春的一天,候風地動儀正對西方的龍嘴突然張開,吐出了銅球,這說明西部發生了地震。可那天洛陽沒有一點地震的跡象,大夥兒議論紛紛,都說張衡的地動儀是騙人的玩意兒,說他故弄玄虛。然而,數天後,一匹快馬從西北飛一樣馳來,向朝廷報告說,離洛陽一千多裏的金城、隴西一帶發生了大地震,有些山都崩塌了。地震所發地正是地動儀標示的方向,人們這才知道了候風地動儀的價值。
候風地動儀是世界上的地震儀之鼻祖,它的製造成功,是世界地震科學技術史上的一件大事。世界上地震頻發的國家很多。在國外,直到一千多年後的13世紀,古波斯才有類似的測震儀。而歐洲,在18世紀才出現利用水銀溢流來記錄地震的儀器,比起張衡的發明足足晚了約1700年之久。
科海拾貝
盡管張衡很早就創造出了地動儀,但因為封建統治者對於科學發明創造的輕視,所以他的研究得不到有力的支持。地動儀製造出來後,不僅沒有推廣使用,最後竟連這一科學碩果也因沒能很好地保護而喪失了,這無疑是中國科技史上的巨大損失!近代科學家複製了張衡創造的候風地動儀模型,現在這一模型陳列在中國曆史博物館內。