候风地动仪：中国古代科技的杰作

候风地动仪

东汉时期，地震比较频繁，从公元96—125年的30年中，就曾发生了23 次比较强烈的地震，震区有时达到几十个郡。

公元132年（汉顺帝阳嘉元年），科学家、文学家张衡发明制造了世界上第一台测定地震方位的仪器——候风地动仪，如图1.23 所示，并安置在都城洛阳，起初，朝中官员都不相信这台地动仪能够测出地震的方向。凑巧的是，公元138年3 月1 日（汉永和三年二月初三日），突然地动仪朝向西北方向的钢球落了下来，掉进仪器下面的蟾蜍口里。可是，洛阳居民谁也没有感觉到地震。几天后，陇西驿者日夜奔驰来京师，报告陇西地震，二郡山崩（震级约为6.5 级），陇西正好在洛阳的西北方向。在事实面前，大家都不得不承认候风地动仪的灵验，佩服张衡的发明。相隔1 700 多年，欧洲人才制造出“第一台”地动仪。在中国科学史上，没有什么比候风地动仪更为引人注目。

图1.23　候风地动仪

《后汉书·张衡传》详细记载了张衡的这一发明。候风地动仪用精铜制作而成，圆径八尺，合当今1.8～1.9 米，其外形像一个酒樽。地动仪里面有精巧的结构，主要为中间的都柱和它周围的八套牙机装置。候风装置候风摆的周围与8 组牙机机械装置之一部关相互靠近，此处为底座上的沟槽，叫八道，如图1.24 所示。(www.xing528.com)

候风地动仪工作原理：候风摆运动到关的位置触发牙机，就是记载的“施关发机”（施读音易四声），再机发吐丸。在樽的外面相应地设置8个龙首，口含小铜丸，每个龙头下面都有一只蟾蜍张口向上。如果有地震被感应到，都柱之内候风摆则轻微摆动，此即可触发牙机。使相应的龙口张开，小铜珠即落入蟾蜍口中，由此便可知道地震发生的时间和方向，如图1.25 所示。

图1.24　候风地动仪复原设计图

图1.25　候风地动仪构造

1—关；2—柱；3—丸；4—机；5—道

牙机的触发需求小到可以在地震波第一时间运作，称为合契若神。牙机是由一对杠杆构成，水平杠杆负责龙口开合，直立杠杆负责牙机触发。由于牙机立杆和候风摆的位置关系，由关连接。关就是牙机立杆的一部分。关注道内水平状，几乎挨到候风摆之上，距离之近不到一毫米。这是候风地动仪得以成功的关键。