破解地動儀之謎

近年來接連發生的海地、智利和我國汶川、玉樹等大地震，無一不牽動著全世界人民的心，也更讓人們關注地震的預測和預報。其實，這種關注早在古代就開始了。

據史籍記載，世界上第一臺觀測地震的儀器——地動儀，是我國東漢科學家張衡于公元132年發明的。它比國外同類設備早誕生1000年。公元134年12月13日，這臺儀器成功地實測出甘肅天水一帶的隴西大地震，初步揭開了地震這一自然災害的神秘面紗。張衡地動儀是人類第一次利用慣性原理成功測出地震方位的驗震儀器，是我國古代科學技術的輝煌成就之一，它的問世，開創了人類用科學儀器檢測地震的新紀元。

然而，由于年代的久遠和自然災害、戰亂等原因，這臺儀器早在1700多年前就神秘地消失了，它的原理和外觀，長期以來成為人們心中的不解之謎。

所幸的是，《后漢書·張衡傳》等歷史文獻，對地動儀作了如下的記載：“……以銅制成，圓徑八尺，合蓋隆起，形似酒尊，飾以篆文山龜鳥獸之形。中有都柱，傍形八道，施發關機。外有八龍，首銜銅丸，下有蟾蜍，張口承之……”根據這一史料，百余年來，中外科學家一直都在試圖破解它，復原它。

19世紀末，中國、日本和英國的科學家曾先后繪制出復原模型。直到20世紀70年代，國內外相繼推出了13種不同的模型，但這些都屬于概念模型，未能制成樣機。

解放后，在國內許多博物館陳列多年的地動儀模型，是中國歷史博物館科技文獻專家王振鐸于1951年設計的，其內部采用了直立桿原理，即在儀器的底部簡單地豎立起1根直立桿。但是，國內外地震學界對這臺儀器模型的科學性一直抱有懷疑，因為它不能實測地震。

從2002年起，中國地震局課題組在有關單位的資助、支持下，開始了對地動儀原理復原的新一輪研究。他們依據史料，并充分利用了唐山、云南等4次大地震的實際資料，通過計算機的控制，在液壓振動臺上實現了相當于當年隴西大地震引起的極其微弱的地面振動，然后把新復原模型放到振動臺上驗證。

驗證中，他們緊緊抓住史料中“中有都柱，傍有八道”這個原理復原的關鍵，從地震學理論出發，考證了“都柱”的基本詞義，在振動臺上對原大框架結構的懸掛“都柱”進行了嚴格試驗，證實了新模型只對地震引起的水平運動有反應，而對非地震的垂直運動和其他人為干擾一直未出現誤觸發，從而證明：張衡地動儀的工作原理應當是“懸垂擺原理”，即地動儀是利用了1根懸掛柱體的慣性來驗震的，而不是沿襲多年的“直立桿原理”。

與此同時，他們考證了漢代加工鑄造的技術水平，測試了原大模型的固有周期、頻率響應、負載效應、轉動慣量、反應方向、位移幅度等一系列參數，改進和優化了懸掛結構的內部細節，最后確定了既符合史料記載，又體現漢代工藝鑄造水平，取得了“一龍發機，而七首不動”的理想效果，終于使張衡的驗震思想得到重現。

這一驗證的科學性得到了專家們的明確肯定。

如今，在北京鳥巢北側的中國科學技術館“華夏之光”主題展廳，復原后的張衡地動儀，正以嶄新的形象，迎接著國內外絡繹不絕前來參觀的群眾，發揮著頌揚科學人物、傳播科學思想、增強防震減災意識的積極作用。