地動儀

地動儀是中國東漢科學家張衡創造的傳世傑作。張衡所處的東漢時代，地震比較頻繁。張衡對地震有不少親身體驗，為了掌握全國地震動態，他經過長年研究，終於在陽嘉元年（公元132年）發明了候風地動儀，這也是世界上的第一架地動儀。

地動儀有八個方位，每個方位上均有口含龍珠的龍頭，在每條龍頭的下方都有一隻蟾蜍與其對應。任何一方如有地震發生，該方向龍口所含龍珠即落入蟾蜍口中，由此便可測出發生地震的方向。

漢順帝陽嘉三年十一月壬寅（公元134年12月13日），地動儀的一個龍機突然發動，吐出了銅球，掉進了那個蟾蜍的嘴裡。當時在京師（洛陽）的人們卻絲毫沒有感覺到地震的跡象，於是有人開始議論紛紛，責怪地動儀不靈驗。沒過幾天，隴西（今甘肅省天水地區）有人快馬來報，證實那裡前幾天確實發生了地震，於是人們開始對張衡的高超技術極為信服。隴西距洛陽有一千多里，地動儀標示無誤，說明它的測震靈敏度是比較高的。

但由於歷史久遠張衡地動儀已經失傳，只留下一百多字的文字記載。

基本介紹

• 中文名：地動儀
• 外文名：Seismograph
• 發明者：張衡
• 發明時間：陽嘉元年（公元132年）
• 用途：掌握地震動態和大致方位
• 記載：《後漢書·五行志》

起源

張衡所處的東漢時代，地震比較頻繁。據《後漢書·五行志》記載，自和帝永元四年（公元92年）到安帝延光四年（公元125年）的三十多年間，共發生了二十六次大的地震。地震區有時大到幾十個郡，引起地裂山崩、房屋倒塌、江河泛濫，造成了巨大的損失。張衡對地震有不少親身體驗。為了掌握全國地震動態，他經過長年研究，終於在陽嘉元年（公元132年）發明了候風地動儀──世界上第一架地震儀。當時利用這架儀器成功地測報了西部地區發生的一次地震，引起全國的重視。這比起西方國家用儀器記錄地震的歷史早一千七百多年。

但由於歷史久遠張衡地動儀已經失傳，沒有留下實物與圖樣只留下一些簡略的文字記載。

歷史記載

現代以來中外很多人為復原張衡地動議做了很多努力，在歷史文獻中新發掘出了一些關於張衡和他的地動儀的文字記載。

張衡地動儀的史書記載：
【南朝】范曄(398年-445年) ,根據前人撰述的幾十種有關後漢的歷史著作，編寫成《後漢書》。 其中《後漢書·張衡列傳》記載候風地動儀共196字：
“陽嘉元年，復造候風地動儀。以精銅鑄成，員徑八尺，合蓋隆起，形似酒尊，飾以篆文山龜鳥獸之形。中有都柱，傍行八道，施關發機。外有八龍，首銜銅丸，下有蟾蜍，張口承之。其牙機巧制，皆隱在尊中，覆蓋周密無際。如有地動，尊則振龍機發吐丸，而蟾蜍銜之。振聲激揚，伺者因此覺知。雖一龍發機，而七首不動，尋其方面，乃知震之所在。驗之以事，合契若神。自書典所記，未之有也。嘗一龍機發而地不覺動，京師學者鹹怪其無征，後數日驛至，果地震隴西，於是皆服其妙。自此以後，乃令史官記地動所從方起。”　
【晉】袁宏（328年-376年）的《後漢紀·順帝紀》記載候風地動儀：
“衡作地動儀，以銅為器，圓徑八尺，形似酒樽，合蓋充隆，飾以山龜鳥獸。樽中有都柱，傍行八道，施關發機；外有八方兆龍，首銜銅丸，蟾蜍承之。其牙機巧制，皆隱樽中，張訖，覆之以蓋，周密無際，若一體焉。地動搖樽，所從來龍機發則吐丸，蟾蜍張口受之。丸聲震揚，伺音覺知，即有龍機，其餘七首不發，則知地震所起從來也。合契若神，自此之後，地動史官註記，記所從方起。來觀之者，莫不服其奇。”
【西晉】司馬彪（XX--306年）《續漢書》記載候風地動儀：
“張衡性精微，有巧藝。作地動儀，以精銅鑄其器，圓徑八尺，形似傾樽；其蓋穹隆，飾以篆文；外有八龍，首銜銅丸，下有蟾蜍承之。其牙發機，皆隱在樽中，周密無際，如一體焉。地動機發，龍即吐丸，蟾蜍張口受丸，聲乃振揚。司者覺知，即省龍機，其餘七首不發，則知地震所從起來也。合契若神，觀之莫不服其奇麗。自古所來，未嘗有也。”（取自【北宋】李昉《太平御覽·工藝部》）
對於三個記載候風地動儀的史書，《後漢紀》比《後漢書》早約69年，《續漢書》比《後漢書》早約139年，從記載的原始性看，《續漢書》優於《後漢紀》，《後漢紀》又優於《後漢書》。

東漢科學家張衡

地震記錄

地動儀無法記錄發震時刻，更無法記錄震級。因此，從現代地震學的角度來看，候風地動儀並不能記錄地震，不是地震儀。一些科技史著作聲稱，張衡在公元132年製造的“候風地動儀”能夠準確記錄地震，比西方第一台地震儀(由義大利人路吉·帕米里製造於1856年)早了1700多年。也有些材料說，候風地動儀可以“預測地震”。不過，史書中有關候風地動儀的記載，僅見於《後漢書》。這一段記載只有區區196字，其中描述地動儀內部結構的內容更只有“中有都柱，傍行八道，施關發機”這12個意義隱晦、眾說紛紜的字。以後，北齊的信都芳和隋朝的臨孝恭，也都製造過地動儀，還留下了相關著作，可惜他們的著作都亡佚了。顯然，僅根據《後漢書》中的簡陋記載，要復原張衡的候風地動儀根本不可能。今天的複製品，其實是在史書那些“約束條件”之下所作的新創造。儘管如此，《後漢書》的記載，還是向我們提供了一些有用信息。首先，候風地動儀絕不是地震預測儀。它只有在地震發生之後才起作用，只不過能比從驛卒更早地通知京城的人士罷了。這就好比我們看到閃電，就知道接下來很可能會聽到雷聲，但在閃電發生時，雷聲也已經同時發生，只不過還沒有傳到我們耳朵里罷了其次，根據地震波的傳播機理，候風地動儀是不太可能做到“驗之以事，合契若神”的。地震發生時，從震源會發出兩種波：一種叫P波，是縱波，它引起的物體震動方向和波的前進方向一致；一種叫S波，是橫波，它引起的物體震動方向和波的前進方向垂直。P波的速度比S波快，因此最先到達地面，形成地震波中的初波。據初波的震動方向就可以知道震源方向。但初波非常微弱，因為它只能從震源直直地向著地震波接收處地面傳播的P波，而這部分P波攜帶的能量只占地震波全部能量的一小部分。如果候風地動儀能敏感到對“第一哨”初波就做出回響，那么足以有許多別的和地震無關的震動，比如在它附近跺腳，能引起它的反應，從而讓人誤把許多不是地震的震動也當成是地震。但如果要讓候風地動儀保持一定的“遲鈍”性，它又有可能無法“感覺”到地震的初波，直到之後的各種波陸續傳來時才被“驚醒”，可是這些遲來的波的震動方向已經完全不能代表震源的方向了。何況，記錄一次地震必須有三個要素：發震時刻，震中位置和震級(地震強度)。候風地動儀只能記錄震中方向。幾台地動儀“聯網”也可測出震中位置；但它卻無法記錄發震時刻，所以，這當然也就更不可能是“世界上第一台地震儀”了。

“候風地動儀”

復原新聞

2011年4月份，湖南省益陽市南縣職業中專語文教師黃佑軍完成了張衡候風地動儀的復原研究工作。他提出了專利申請：“帶八條甬道固定都柱和推力板機關的張衡候風地動儀”。（圖1樽體外形圖：1樽底2樽壁6龍首10甬道口9蟾蜍插孔4樽頂蓋3樽蓋7銅丸8蟾蜍5龍口。 ） 候風地動儀的基本構造由如下幾部分組成：1、地動儀的外殼——樽體外形。2、八條甬道——由隔板和都柱分隔而成的空間，是安設機關的地方。3、中心固定都柱——對內部構件進行連線和起固定作用的中心柱。4、感震機關裝置——推力板機關，類似於秦漢時期的陵墓防盜機關，也類似於捕鼠籠的“踏板機關”。5、報震裝置——報震和顯示地震方向的構件。地動儀的外殼：樽體外形，有底，頂口有錐形蓋子。在樽體的上部位置有八個開口，為龍口；下部相應位置也有八個開口，為安放蟾蜍的插孔，又是安裝和調試的入口。八條甬道：由八塊隔板、都柱、樽壁、樽底圍成的八個區域，對應八個方位，在樽底靠近樽壁的位置開有八個開口，為甬道口。甬道口與龍口、蟾蜍插孔在同一垂直線位置。甬道口是地震波的進入通道，其開口向下，能提高抗干擾能力。中心固定都柱：都柱豎立在樽底中央，與樽底固定連線。都柱可以立於樽底上，也可以穿透樽底。都柱與隔板固定連線，是構成甬道的構件之一。都柱的上部通過八根橫樑與龍口固定連線，使樽體內部牢固、穩定。又是承受都柱錘的地方。感震機關裝置：為推力板機關，由推力板、放大槓桿、頂桿、月牙盤、關閂、牙機、牙機桿、都柱錘、龍機桿等構件組成。在兩隔板之間安一根橫桿，推力板鉸接在橫桿上。推力板上固接一根傳動桿，傳動桿銷接在一級放大槓桿上，一級放大槓桿一端銷接在樽壁上或隔板上，另一端與頂桿一端銷接，頂桿銷接在關閂架上，頂桿另一端抵近牙機桿上的月牙盤。關閂為“且”字形結構，牙機為牙機桿上鉤狀體，牙機桿通過牙機鉤住關閂桿。牙機桿頂端與都柱錘柄尾部銷接，都柱錘柄中部適當位置銷接在橫樑上，錘能落在都柱上。錘柄的尾部又與龍機桿一端銷接，龍機桿銷接在橫樑上，龍機桿另一端銷接一根頂桿，頂桿抵住龍口的球丸。推力板機關，類似於秦漢時期的陵墓防盜機關，也類似於捕鼠籠的“踏板機關”。踏板和推力板是同一構件，將推力板埋於甬道的泥土裡，地震波產生的衝力從甬道口進來頂動推力板、觸發機關。在推力板機關上裝有銅錘，叫都柱錘，機關觸發後錘落於都柱上，它相當於捕鼠籠的“閘門”。都柱錘在落下的同時錘柄推動龍機桿擊落龍口裡的銅丸，掉入蟾蜍嘴裡，報震。報震裝置：由八隻龍首、八隻球丸、八隻蟾蜍構成。解決“雖一龍發機，而七首不動”這一技術特點“雖一龍發機，而七首不動”是地動儀顯示“其牙機巧制”的關鍵技術。將都柱錘的直徑做得大於都柱的半徑，且都柱上只能正常落下一隻都柱錘；只有當錘正常落在都柱上，都柱錘才能推動龍機桿擊落龍口的銅丸。即使八道機關全部觸發，也只有一隻龍口的銅丸被擊落，破解這“雖一龍發機，而七首不動”的技術。測震、驗震地震發生時，假設是在東邊，則東邊的甬道口能進入地震波，而西邊的甬道由於隔板和都柱阻隔沒有地震波進入；東邊甬道里的推力板受到第一道地震波的衝擊，發生向上翻動，通過放大槓桿推動頂桿將牙機桿頂離關閂，從而觸發機關，落下都柱錘，帶動龍機桿將龍口球丸擊落、落入下面蟾蜍口中，進行準確報震。當第二道地震波即橫波來時，由於沒有方向性，其它七道機關全被觸發，但七枚都柱錘每一隻都不能正常落在都柱上，不能擊落球丸。從而，符合文獻資料“雖一龍發機，而七首不動”的記載。不管是哪一方向發生了地震，地動儀都能測出震源方向來。地動儀埋入地下，能直接受到地震波的衝擊，正如戰國時就有的“地聽”技術，既減少了地面干擾，又增加了敏感度。地坑鋪上沙子細土築緊，能放大地震波振幅三到四倍；推力板和一級放大槓桿通過調整能將地震波振幅放大約100倍。候風地動儀的靈敏度很高，一級地震的震幅是1--4MM，而牙機與關閂的接觸面的橫向距離約4MM，只要放大震幅8--10倍就可以觸發機關報震。甬道的推力板機關類似於秦漢時期陵墓防盜機關，也類似於捕鼠籠的“踏板機關”。踏板和推力板是同一構件。推力板埋於甬道的泥土裡，地震波從甬道口進來頂動推力板觸發機關。機關的都柱錘，相當於捕鼠籠的“閘門”，機關觸發後錘落於都柱上，同時錘柄推動龍機桿擊落龍口的銅丸掉入蟾蜍嘴裡，報震顯示地震方向。全方位測震地動儀能準確測出八個方位發生的地震，也能測出震中位置的地震來。當地動儀處在震源的震中位置時發生地震，八條甬道都有地震波進入，八道機關全部被觸發，只有最先落在都柱上的那一隻銅錘能推動龍機桿擊落銅丸報震。克服了“倒立擺”和“懸垂擺”在震源位置不能測地震的缺點。當地震發生在地動儀相鄰方位的交界線上、或附近位置，這兩道機關都會被觸發，只有最先被觸發的機關能落下銅丸。

地動儀之一龍蜍本圖片著作權歸原作者所有

地動儀之一八甬道本圖片著作權歸原作者所有

地動儀之一機關本圖片著作權歸原作者所有

米爾恩對張衡地動儀和現代地震儀的研究

黃佑軍認為：在桌子上放下個架子，架子上掛一個燈籠，如果說張衡推下桌子，燈籠向推力方向擺動，如果說張衡拉下桌子，燈籠向拉力方向擺動。站的方向沒有發生變化，燈籠卻發生變化，因此慣性擺原理是不能準確測出地震方向的。地震發生時，大地受到地震的推拉力，地動山搖。如果用燈籠原理做地動儀是不能準確無誤測出地震方向的。假設：東西方相距5公里，東邊發生地震，東邊翻板先被地震波觸發，一秒鐘後，西方的翻板才被地震波觸發，東邊相連的重錘先落在都柱上，西邊相連的重錘後落。以此可測定東邊地震。而吊籃是不能準確測陷落地震的。而翻板機關，可以設計成推也觸發機關、拉也觸發機關。翻板的固定也是有講究的，可以用兩根小徑棍子打入地下（沙地並用水澆濕沉降堅實），棍子頂端壓塊大石頭，翻板鉸接在兩棍子上，翻板埋入地下，地震時，棍子受到地震波時，由於慣性原理，棍子發生位移量小於翻板的位移量，翻板翻轉推動機關。也可假設：方圓十里的城，在城中心設一都柱，再在柱子上掛八個重錘，重錘通過長繩子分別與八個城門連線，如果東邊發生地震（不管是膨脹地震還是陷落地震），東邊的城門先震動觸發機關，一秒針後，西邊的城門才震動觸發機關，東邊的錘子先落下，正確測出地震方向。

黃佑軍指出：古代的人們根本不知道地震發生的原理，更不知道橫波縱波，地震時只感覺到“地動山搖”。他們認為地震就是“地動”。古代人民如何測出地震地動的方向呢？這是個謎！但是，古代戰國時期發生戰爭時，敵人挖地道攻城。如何發現敵人在挖地道呢？當時守城人想到一個辦法：用鎬挖土時、地下會發生細微“地動”，水缸蒙上薄牛皮放入井下，牛皮顫動並會發出嗡嗡聲，這說明敵人在挖地道了！但是，如何發現敵人挖地道的方向呢？人們在距豎井底四、五尺高的井壁的不同方向掏洞放上這種蒙上牛皮的水缸，當他們聽到水缸發出響聲時，找到最響和沒有響聲的水缸，順著這條直線就是敵人挖地道的方向。——這就是中國古代的地聽技術！

黃佑軍進一步指出：秦漢時期陵墓機關，如果與地聽技術接合起來就成了簡單的報警機關。在大水缸的牛皮上粘接一塊小銅片做關閂，再將機關的關閂架抵住這塊銅片（銅片可以在關閂架上下滑動），扣上牙機，就成了一套完整的機關。只要關閂滑動一毫米的位移就能觸發機關。這在當時是能做到的。水缸口徑越大牛皮顫動的幅度就越大，效果就越明顯。“七石缸”就是比較大的缸了，《武備志》中記載：“瓮聽，用七石瓮，……”。

原理考證

據學者們考證，張衡在當時已經利用了力學上的慣性原理，“都柱”實際上起到的正是慣性擺的作用。同時張衡對地震波的傳播和方向性也一定有所了解，這些成就在當時來說是十分了不起的，而歐洲直到1880年，才製成與此類似的儀器，比起張衡的發明足足晚了一千七百多年。關於地動儀的結構，流行的有兩個版本：王振鐸模型（1951年），即“都柱”是一個類似倒置酒瓶狀的圓柱體，控制龍口的機關在“都柱”周圍。這一種模型最近已被基本否定。另一種模型由地震局馮銳（2005年）提出，即“都柱”是懸垂擺，擺下方有一個小球，球位於“米”字形滑道交匯處（即《後漢書·張衡傳》中所說的“關”），地震時，“都柱”撥動小球，小球擊發控制龍口的機關，使龍口張開。另外，馮銳模型還把蛤蟆由面向樽體改為背向樽體並充當儀器的腳。該模型經模擬測試，結果與歷史記載吻合。那么，地動儀的內部結構究竟什麼樣子呢？有不少學者對此作過探討。早在南北朝時，北齊信都芳撰《器準》，隋初臨孝恭作《地動銅儀經》，都對之有所記述，並傳有它的圖式和製作方法。可惜的是唐代以後，二書均失傳。今人的研究則以王振鐸之說影響最大。王振鐸根據前人的猜測，討論了地動儀內部可能有的各種結構，最後推斷都柱的工作原理與近代地震儀中倒立式震擺相仿。具體說來，都柱就是倒立於儀體中央的一根銅柱，八道圍繞都柱架設。都柱豎直站立，重心高，一有地動，就失去平衡，倒入八道中的一道。八道中裝有槓桿，叫做牙機。槓桿穿過儀體，連線龍頭上頜。都柱傾入道中以後，推動槓桿，使龍頭上頜抬起，將銅丸吐出，起到報警作用。地動儀用精銅製成，圓經八尺，合蓋隆起，形似酒樽。表面作金黃色，上部鑄有八條金龍，分別伏在東、西、南、北及東北、東南、西北、西南八個方向。龍倒伏，龍首向下，龍嘴各銜一顆小銅球，與地上仰蹲張嘴的蟾蜍相對。地動儀空腔中央，立一根銅柱，上粗下細。銅柱周圍有八根橫桿，稱為“八道”，各與一龍頭相連。銅柱是震擺裝置，八道用來控制和傳導銅柱運動的方向。在地動儀受到地震波衝擊時，銅柱就倒向發生地震的方向，推動同一方向的橫桿和龍頭，使龍嘴張開，銅球下落到蟾蜍嘴中，並發出響聲，以提示人們注意發生了地震及地震的時間和方向。一顆珠子放在平台上，如果將哪方稍微往下一按，珠於就向哪方滾動。又如我們點亮一支蠟燭，將它放在一張不平的桌子上，它總會向低的一方倒。地動儀就是根據這些簡單的原理設計的。地動可以傳到很遠的地方，只不過太遠了人就感覺不到了，但地動儀能準確地測到。但是中國科學家認定地動儀的工作原理應該是“懸垂擺原理”，即地動儀是利用了一根懸掛柱體的慣性來驗震的，而非當今歷史教科書所說的在儀器底部簡單地豎立一根直立桿。

結構模型：

王振鐸的推斷得到了廣泛贊同。中國歷史博物館陳列的張衡地震儀模型，就是根據王振鐸的設計復原的。但是，也有學者提出不同意見。中國科學技術大學李志超就曾對倒立擺結構提出過異議，他以全新的視角，提出了自己對候風地動儀的理解（參見李志超，《天人古義》，河南教育出版社，1995年版）。李志超認為，從文獻角度來看，漢代字書《釋名》解釋“柱”，說“柱，住也”，表明柱字原義是建築中不動的支撐件。由此，倒立擺結構不得稱“柱”，只合稱錐。“都”是集總之義，說明不是孤柱，應該還附帶八套機關，而立錐卻只能是光桿。這樣，僅由“都柱”這一名稱來看，倒立擺之說也不能成立。李志超進一步指出，倒立錐的設計使原文所述其他一切部件皆成畫蛇添足。尤其是龐大的銅尊，毫無道理可言。再者，從物理評價角度來看，任何測量儀器的性能一般都可用兩個互相矛盾的指標表征：靈敏度和穩定度。倒立錐的設計正好突出了精密計量技術這一主要矛盾。例如，為提高地動儀的靈敏度，就要把倒立錐的錐底做得很小，使之形成一個錐尖，但很小的錐尖承受巨大的重力壓強，在不可避免的微小震動作用中必將逐漸形成不可逆的變形，其趨向是錐尖下面的支承面形成坑窩，錐尖變得圓滑。這一過程不可逆，而且是加速的。這樣，倒立錐最終要倒下來，不管有無地震。如果為提高穩定度，將錐尖做成寬到實際不變形，那它的靈敏度必然很低，感知量比人所能察覺的還要大，地動儀也就失去了它的存在價值。

復原研究：謎團 1700多年前，地動儀在戰亂中消失，它的模樣和工作原理成為千古謎團。2004年8月，河南博物院與中國地震台網中心組成課題組，聯合研究張衡地動儀新的復原模型。直至現在，這項課題取得重大進展，課題組用“懸垂擺原理”取代了傳統的“直立桿原理”。2005年4月16日，這一科研成果得到了來自中國科學院、國家博物館、中國地震局等單位的地震學和考古學專家的肯定。專家們認為：這台復原地動儀首次把概念模型還原成了科學儀器，使之真正有了驗震功能。

驗收：地動儀復原模型把概念模型復原成了科學儀器。4月16日上午，河南博物院《天地經緯》專題陳列廳，由地震學、考古學、機械工程學等相關學科的專家組成的驗收委員會，開始對用挑剔的眼光注視著地動儀復原模型（1/3小樣）。當日下午，驗收組的7位專家經過激烈討論，最終認為：新模型首次把概念模型復原成了具有驗震功能的科學儀器，邁出了復原研究的歷史性一步。這個驗收意見意味著，新復原的地動儀通過了階段性成果驗收，後續工作只需對某些技術細節做進一步最佳化，對外觀做出最終確定。河南博物院副院長田凱對此感觸頗深：“我們不僅在復原一件儀器，也在找尋1000多年前那位偉大科學家‘求實疾虛’的科學精神……”

心愿：一定要讓地動儀模型“動”起來。1998年，河南博物院新館建設過程中，田凱負責主持《河南古代文化之光》陳列。布置漢代展廳需要展示張衡的地動儀，當時最權威的模型陳列在原中國歷史博物館裡，它是王振鐸先生於1951年設計的，這台卵狀體上含有8條飛龍的模型，已成為地動儀的“標準形象”。河南博物院請蘇州天文儀器研究所按王振鐸的模型重新複製了一個木製模型，並提出“能否讓地動儀動起來”，得到的回答是：不可能，即使是中國歷史博物館裡陳列的那台也不能檢測地震。但對方可以在模型下面人為地安上一個裝置，讓它動起來。“我們展出的是科學儀器不是玩具，這樣做是對觀眾的欺騙。所以當時只能造一個不能動的模型，但這個情結在我心裡一直存留了好多年。”田凱說。6年後，了解到國家地震局和國家博物館的研究人員正在做復原工作。2004年8月，河南博物院與中國地震台網中心簽訂了合作協定，組成了課題小組，共同復原張衡地動儀。

解謎：找到“垂懸擺原理”。該課題的負責人是中國地震台網中心馮銳研究員。馮先生表示，1700多年前的地動儀究竟如何工作是首先須破譯的謎團，深入研究證實，地動儀應該是“懸垂擺原理”而不是王振鐸模型的“直立桿原理”。幾十年來，國內外地震學界對王振鐸模型的否定意見一直沒有停。更有近現代西方學者認為張衡地動儀之所以失傳，是因為它沒有達到科學的要求，它不是個科學的東西。馮銳說：“看到這些嚴厲的批評以後，我們才感到問題的嚴重性。”歷時1年多，課題組最終確認了地動儀的工作原理應該是“懸垂擺原理”，而不是“直立桿原理”。

評價：這是一次重大跨越。地動儀的歷史資料，最著名的是《後漢書·張衡傳》中的記載，雖然只有196個字。早期的復原工作都是據此開展的。馮銳的課題組把資料的考證和利用擴大到《續漢書》、《後漢紀》等古代文獻，但相關文獻的總字數也不過231個。這些資料，使他們復原的史料根據更加充分。在研製過程中，馮銳還採用了一些新技術、新方法，即利用洛陽地震台接收到的現代隴西地震記錄，算出模擬的隴西歷史地震的波動效應，然後把數據輸入計算機，再控制特殊的振動台完成洛陽地面震動過程的復現，用這種運動信號對振動台上的復原模型進行檢驗和改進。驗收組的專家們認為：新模型對4次實際地震事件已經實現了良好的驗震反應，邁出了從概念模型到科學儀器的關鍵性一步，研究工作突破了古代科學儀器復原的傳統模式，是一次重大的跨越。驗收會結束後，中科院地質與地球物理所的滕吉文院士說：“地動儀是中華文明留給人類的寶貴文化遺產，各國科學家都在嘗試復原，如果我們不把這件事做好，那就是罪過。從原理上和製作過程上講，這台復原模型符合史料記載，符合張衡的基本思想……這台地動儀復原模型代表了現代人的認識，它在現階段是最好的。”

其它訊息

2008年8月5日，受國家“張衡地動儀科學復原”課題組委託，山西夏縣宇達青銅文化產業園宇達集團成功鑄造完成“張衡地動儀”。其造型設計由清華大學美術學院雕塑系王培波教授等完成，新模型用優質青銅精心鑄造，將在新落成的中國科技館展出。

據悉，國家“張衡地動儀科學復原”課題組由中國地震台網中心、清華大學美術學院、國家博物館、北京機械工業自動化所、河南博物館等多學科的專家組成，中國地震台網中心研究員、地震學家馮銳任課題組組長。

遭受質疑

事件簡介

有網友在微博上發帖，稱歷史教科書中人所熟知的張衡地動儀其實是上世紀50年代的復原模型，1800年前的地動儀到底是啥模樣早已無據可查。科普作家方舟子則發文，稱張衡當年建造的地動儀“很可能和今人復原的那些模型一樣，僅僅是個擺設”。中國地震台網中心研究員馮銳對此表示，2005年復原成功的地動儀模型確實可以監測地震。

事件起源

2010年11月28日，網友閆濤在微博上發帖，稱“我直到昨天才知道，那個國寶級的張衡地動儀，是上世紀50年代才造出來的，王振鐸（考古學家）根據古書描寫的196個字，結合英國科學家的地震理論，設計並發明了這個張衡地動儀。由於選進了教材，國人都以為是東漢貨色，事實上，那珠子掉不出來”。閆濤小時候可能沒有好好讀書，實際上當時的教科書在插圖上明明白白地標明是複製品，而且寫明真品已經失傳。此言一出，立即在網上引發熱議。截至昨天下午，該帖被轉發1.5萬次，評論近5000條。很多網友稱，他們之前並不知道，在歷史教科書中和科技館裡頻繁亮相的地動儀，原來只是一個“年僅59歲”的復原模型。他們更不知道，由於存在原理性錯誤，這個復原模型不能正常工作，一直受到中外科學家的質疑和否定。《後漢書》中記載的“驗之以事，合契若神”的候風地動儀，其實早已失傳。有網友稱，這樣的事實大大打擊了人們的信心，甚至有人對“四大發明”等其他中國古代科技成果提出質疑。 在北京某初級中學教歷史的韓老師說，中學歷史教材里使用的，還是王振鐸復原的地動儀模型圖片，他們一般不會刻意向學生說明這是原物還是復原模型，“連張衡本人的畫像都是後人模擬的”。韓老師說，介紹地動儀時，他們只會跟學生講“裡面有機關，發生地震就能感受到，珠子就會掉下來”。

1951年復原的地動儀模型

方舟子質疑

網上波瀾未平，科普作家方舟子又在媒體發飆。他於2010年12月1日發文，對張衡地動儀是否管用提出質疑。“地動儀早已失傳，它是否具有監測地震的作用，也成了一個謎。”方舟子說，國內外不少專家根據《後漢書·張衡傳》的簡單描述，力圖復原地動儀，但所有這些復原模型沒有一個能夠真正用於監測地震，不過是“藝術品”。方舟子稱，2005年，中國地震局專家宣布他們經過3年研究，建立了新的地動儀復原模型，並第一次實現了驗震功能。“他們聲稱地動儀新模型對河北唐山、雲南瀘西、越南孟藝發生的三次真實地震進行了檢驗。但是這三次地震分別發生於1976年、2000年和2001年，地動儀新模型2005年才建成，怎么可能對它們進行檢驗呢？”方舟子說，後經了解得知，原來新的地動儀復原模型檢驗的不是真實發生的地震，而是實驗室里對真實地震的模擬。方舟子說，在新的地動儀復原模型建成後，中國境內每年多次發生5級以上地震，在該地動儀復原模型監測範圍之內，卻從來沒有聽說該復原模型監測到哪怕一次。2008年的汶川大地震，北京有震感，也沒有聽說在北京展出的該復原模型檢測到。方舟子還在文中對《後漢書·張衡傳》所記載的地動儀預報的隴西地震的真實性提出質疑，稱部分史料相互矛盾，懷疑那次地震是“為了說明地動儀的神奇而編造的故事”。

1951年復原的模型

專家回應

曾參與2005年版地動儀模型復原的中國地震台網中心研究員馮銳昨天表示，新的地動儀復原模型對地震是有反應的，這一點已得到多名院士專家的鑑定。“方舟子對地震這個領域並不了解。”馮銳說，他們利用在真實發生的地震中記錄下來的地震波波長，以此為依據控制特殊振動台，完成對地動儀復原模型的檢驗。這是地震的“復現”，而不是簡單的“模擬”。馮銳表示，如果要監測真實發生的地震，須建設地基等配套設施，然後將地動儀復原模型放在上面，但這樣的監測實驗耗資巨大，選址等問題也不好解決，“我們正在朝這個方向努力”。對於方舟子提出質疑的隴西地震，馮銳表示，據史料推測，這次地震發生在公元134年。馮銳強調，這些史料都是經專業的歷史地震學專家審核過的。因年代久遠，部分史料存在偏差在所難免，但當年隴西曾發生地震的結論沒有問題。

名詞考證

後漢書記載為“員徑八尺”。“員徑八尺”是有不同的解釋的。一段時期的主流解釋說：“員是通假字。員徑實際上是圓徑。就是今天說的圓的直徑。”儘管這種解釋相當流行，但是，在考古發現放置候風地動儀的房基只有九尺寬以後，人們已經不再認為地動儀是一個龐然大物了。
員字的本意是周圍。員徑是周圍的一圈的意思。現在常常使用的“幅員遼闊”這個詞就是這個含義。這樣一來，員徑八尺的地動儀實際是周圍八尺。可能暗合一尺一龍。看來這八尺不是信手拈來的。如果唯有這個八數和八龍無關，其餘的都和八龍相關，這真有些說不過去。八尺是記載中的數值，那個尺是當時所使用的尺子。大概那時的一尺相當於今天SI制的23厘米多一點。因此八尺大概折合當今的59厘米的樣子。這是一個確切的基數。以下為原內容。實為誤也。

“圓徑八尺”，“圓徑”是圓周長，不是圓半徑。圓周長八尺折合185公分，直徑為60公分。這樣大的儀器是合理的。1、我國最早的數學書籍《周髀算經》（約成書於公元前1世紀），記載圓周率是“徑一周三”，三國時期，數學家劉徽認為“古之九數，圓周率三圓徑率一，其術疏舛。”而把圓周率推算到3.1416，世界領先上千年。可見，現今和漢代對圓形各部術語不同，現在的圓周長當時叫做“圓徑”、圓半徑當時叫做“圓周”；2、一般是先製作儀器，之後根據儀器大小建築專用安置房間。1975年，河南省考古隊在洛陽市南郊，發掘出土了一座搭建在山坡上的建築。這就是建於東漢建武元年“公元25年”著名的靈台。靈台是古時帝王用來觀天象，占幸運，卜吉凶的高台建築。經資料考證“張衡地動儀”也曾經放置在這裡，並進行過地震觀測。該建築室內只有2.2米見方，地動儀若是半徑八尺（1.85米），放進去就沒有活動餘地了，顯然不合適，應該另建更大的。若直徑是60公分，只占地面總面積的九分之一，還有很多空間，可放些配套設施，如計時刻漏等；3、任何器具以用為本，在完成功能的前提下又利於製作和操作，體積儘量小，不是越大越好。地動儀直徑1.85米實無必要，而直徑是60公分，無論是製作、搬運、安放、操作、觀察等都方便。

“中有都柱”，指正中有都柱。“都柱”是專用名詞。當時從西方傳入一種雜技叫“都盧”，在張衡的《西京賦》里描寫西京熱鬧景象時就有“都盧尋橦”，說的就是這種雜技，“尋”是攀援，“橦”是柱子，演員在柱子上攀援表演驚險動作。演員使用的柱子就叫“都柱”。都柱有兩種，一種是上下端固定的，一種是上端固定下端游離，可自由擺動，後者表演難度更大。現在仍有該項目叫“爬桿”。都盧是音譯，而都柱則是本地名稱。就像“坦克”是外語音譯，而其各種部件（履帶、炮塔等）就用本國名稱了。測定地動必須有個相對不動的物體，動體和不動體之間產生壓力帶動儀器活動。張衡設計地動儀時一定由此出發尋找目標，他在觀看都盧表演時受到啟發，或者進一步做了實驗，晃動周圍立柱時懸吊的都柱相對不動。因此利用了都柱原理。

都柱，
候風地動儀最主要的部分就是都柱。其結構未知。僅從外形看應該是一個柱子。這是毫無疑義的。關鍵是那個柱子如何候風。當它候到來風之後又是如何知會關去發機的呢？把它僅僅想成一個粗大的柱子是不是太天真了？都字的一個解釋是“天子所宮曰都。”可以理解為“那個誰都管的‘頭頭’住的地方叫都”。如果地動儀的主管是候風“君”，它住在那個地方是不是可以叫“都”哇？如果候風君的宮殿是一個柱子的外型。把它叫“都柱”應該沒有不可以的地方。以前解釋都柱為“大柱子，粗大的柱子”這沒有什麼不對的地方。都柱看上去確實又高又粗（相對）。就像你看見某處的一個水塔或帶有除塵的大煙筒。你一定不會反對水塔裡邊有提水的動力設備，不會反對煙筒裡邊有除塵、降低有害氣體的淨化設備。這樣你也不會反對都柱裡邊有候風設備。又見“宮曰都”之宮乃一統稱。故知都柱絕非一實芯吊柱也。都柱居中因“中有都柱”。因此推知其里必有候風設備。
都，大也。天子所宮曰都。
柱，直立之木曰柱。引申凡直立著皆曰柱。如河中之山曰底柱。箏之支柱曰箏柱。
宮，垣內群室之總名。古者周垣之內統名曰宮。
中，不偏之謂中。口象四方，一豎界其中。央四方之中曰央。

兩項關鍵技術

1、 “地動搖尊，尊則振，則隨其方面，龍機發，即吐丸”。該技術是測報地震縱波的關鍵。由“機、關巧制”結構來完成。如圖

地震縱波使尊體同向移動，關端觸及頂柱（相對不動）而後移，連桿上端反向移動而發機，龍口張開銅丸落下。完成報震。

2、 “雖一龍發機, 而其餘七首不動”。該技術是定向功能的關鍵。由“尊中有都柱，傍行八道”的特殊結構來完成。如圖

當發機銅丸落下，接著頂柱脫離都柱下落，此後其餘七關不受都柱影響而“七首不動”。

大多數中國人耳熟能詳的地動儀的故事誕生的時間並沒有那么久遠——直至1950年代，這個故事中的地動儀才被“製造”出來，並進入教科書中。直到數十年後，它被重新發現與“製造”。

一代又一代的中國學生，從老師那裡聽到這個生動的故事：東漢時期的科學家張衡發明了地動儀，這個地動儀像一個酒樽，內部有一個細長豎直的桿直立在正中間，地震時，這根直桿會倒向地震的方位，擊落那個方位的龍首，龍口就會張開，吐出一顆銅丸，正落在下面的銅青蛙的口中，於是觀察者就會判斷出哪個方位發生了地震。

這個地動儀的故事被當作中國偉大科技發明的典範。但大多數學生，甚至包括講述這個故事的老師們並不知道，他們一代一代傳承下來的這個故事誕生的時間並沒有那么久遠——直至1950年代，這個故事中的地動儀才被“製造”出來，並進入教科書中，演變成幾代人的集體記憶。

以上所謂兩個關鍵技術也是錯誤的。

正確的三項。1都柱候風技術。2牙機技術，3巧制運用。

候風地動儀：衡名之。常簡稱為“地動儀”。候風二字具略。候風乃地動儀之原理冠名，以別同類非候風之物。此名直譯白話為：“等候風來的地動儀”。隱能測風。風來作甚？此風非彼風。地動儀所候之風乃是地震帶來的風。今日曰地震波是也。候來之後作甚？利用其告知者也。故候風乃是利用地震波報告地震的儀器。(古人認為氣之動者為風，同時認為地下陽氣破地面之陰氣而出為震。可見候風之風的意思是十分明了的。)
候，約期相待曰候。伺望曰候。迎送之官曰候人。候有等待之意。本義:守望;偵察
風，氣之動者為風。引申為像風一樣不見不識且有感的飄移者。
伺望，有守望，察看之意。
伺 sì
觀察，偵候：窺伺。伺機。伺察。伺應（ying ）（等候回響）。
震：地下陽氣破地面之陰氣而出。其聲霹靂足以振物。地動曰地震。；然氣動為風。所以候風者也。

牙機巧制：
牙機乃地動儀之敏器也。其能微致而發。又可返而復還，重達其敏。無需揭蓋。外龍復銜之時，牙機即合。此甚妙也。地動儀能地不覺動而發。是由其結構而來。關連至牙機之一部，牙機聯至龍首，使其口可開合。開則吐，合則銜。其機關一體，關匿於道，圍於候風之輪，幾乎相毗鄰。巧制乃利用牙機吐丸之力為制。巧者技能精良。引吐丸之機制候風之回，使之不能反吐。以為一龍發機。此今之反饋也。舊曰“回授”。
牙，牡齒為牙。象牙。這個牡字在此有“公”的意思。又長者為牙，短者為齒。可判斷，牙機之名出於此處。必有一個較長的直形物，且極易被發動。
機，觸而即發為機。見上一條。
牙，像牙者，牙機，像牙者觸而即發的機關。
齒，牙之短者曰齒。
巧，技能精良曰巧。凡機之巧者莫如工。故謂之巧。引申凡不拙者皆曰巧。
制，限定，約束，管束：『廣韻』禁制也。又，太后臨朝曰制。
回，去而復返曰回。另居於慣性，回之後必反向而至。

此還得補充一點施關發機的解釋。

施關發機怎么讀
關於張衡的候風地動儀的記載有“施關發機”。它應該怎么讀呢？

施關發機的解釋不一。但是，沒有一種解釋得天衣無縫。施關發機的施關究竟是什麼意思，這決定了它的讀音。一般施字解釋為展開時，雖然也能夠說得通，還是顯得牽強。畢竟施關說是展開關，不大合適。因為，畢竟關是個精銅的橫桿沒有必要再行展開什麼。於是乎只好把關和候風部件之間的縫隙定義為關間隙。這下子就說得通了。這時，施關就是展開這個關間隙。說得通不見得行得通。人家是施關發機。你是先施關，然後在發機。
那么，究竟這個施字怎么講才合理（合乎張衡地動儀的理）。其實，施字還有一個講法。當其讀音為yi（易）時，作為“延而及之”講。按照這個意思就可以說得通，且十分順當。請注意，記載是“中有都柱，傍行八道，施關發機。”現在從頭講一遍，是“中有都柱，（內懸候風，）傍行八道，（通關巧，）施關發機。（（候風）延而及（之）關，（則）發機。”它的白話是：“地動儀的中央有一個都柱（專有名詞），柱裡邊有一個候風擺，都柱的周圍有八條通道，裡邊通過有關和巧制部件之一部。當候風擺擺及關端時，即行發機。可見擺之微，發之速。不然怎么能趕在第一波時發機？（波前之後即行發機。）難怪合契若神。
因此，施關發機應該讀作“yi（四聲）關發機”。
附：
波前是一個專有名詞。解釋為：波在介質中傳播時，某時刻剛剛開始位移的質點構成的面，稱為波前。它代表某時刻波能量到達的空間位置，它是運動著的。波前與射線成正交。因此，使用射線或波前來研究波是等效的。根據波前的形狀一般可以把波分為球面波、平面波，柱面波等。
地震波的波前可以理解為，下一個時刻地震波就到來了。地動儀接受縱波的水平分量的能量。第一波可以使地動儀正確反應地震源的方位。

中有都柱傍行八道施關發機的記載是說 什麼的？
中有都柱是有都柱且都柱不會動。疑問來了，那它是怎么會候風呢？候風部件在何處？接下來是傍行八道。這告訴你，都柱旁開闢了八道，此乃為接口。再下來是施關發機。告訴你侯風部件在此靠近關 並且是運動到關處，推動關去發機。
這十二個字就是說地動儀是如何發機吐丸的。並且還告訴了你是在什麼地方什麼結構里進行的。現在應該說中有都柱不動，內有候風下探，開闢八道容關，相互接近，震時“風”動及關發機。明白這個記載的含義了吧？

■ 王氏“地動儀”

1934年，燕京大學研究生院歷史專業的學生王振鐸誕生了復原史書中記載的張衡地動儀的念頭，他認真地研究了史書的記載，在1936年，畫出了第一套自己復原的地動儀模型圖稿。這套圖紙中，他按照《後漢書·張衡傳》中所說“形似酒樽”記載設計了它的外形，但對於內部結構，由於史料中只有區區196字，語意模糊，他遵從了英國地震學家米爾恩1883年《地震和地球的其他運動》一書中闡述的“懸垂擺”的結構原理。也就是從地動儀的上部垂下來一根擺，用以並判明地震方向，並控制相應機關。

1936年，王振鐸在第20期《燕京學報》上發表了名為《漢張衡候風地動儀造法之推測》的文章，並手繪了一套內外結構圖樣做論文的配圖。

畢業後的王振鐸擔任了國立中央博物院籌備處專門設計委員，對於中國古代科技史中張衡地動儀的復原思考，不僅是他個人的愛好，同時也開始了他成長為博物館學家和古代科技史學家的起點。

王振鐸發布論文和內部結構圖一年之後，1937年日本地震學家萩原尊禮也發布了他復原的張衡地動儀論文。不同於王振鐸，萩原尊禮提出了直立桿原理，也就是在地動儀中間，放置一個倒立的直桿，地震時，直桿倒下，從而觸發相應的機關。

中日兩國在復原地動儀上的文化爭論還沒開始，兩國之間就爆發了戰事，於是，孰是孰非，就沒了下文。又過了兩年，日本地震學家今村明恆設計的地動儀也問世了，他延用了萩原尊禮的直立桿原理，並在直桿的下面放了三個彈簧，因為了有彈簧的復位工作，其原理近似懸垂擺，但問題是，至今還沒有發現東漢套用彈簧的記載。在今村明恆進行的實驗中，由於直立桿的傾倒方向與地震射線方向垂直，有悖於史書對地動儀的記載，所以，他就沒有做後續研究。