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地动仪复原图及其内部结构

张衡

公元138年3月1日，我国汉代杰出的天文学家张衡发明的候风地动仪，第一次成功测出远距离发生的地震：在洛阳西北千里之外的陇西（甘肃洮南）发生6级地震。

张衡所处的东汉时代，地震比较频繁。据《后汉书·五行志》记载，自和帝永元四年（公元92年）到安帝延光四年（公元125年）的三十多年间，共发生了26次大的地震。地震区有时大到几十个郡，引起地裂山崩、房屋倒塌、江河泛滥，造成了巨大的损失。张衡对地震有不少亲身体验。为了掌握全国地震动态，他经过长年研究，终于在阳嘉元年（公元132年）发明了候风地动仪──世界上第一架地震仪。

它有八个方位，每个方位上均有口含龙珠的龙头，在每条龙头的下方都有一只蟾蜍与其对应。任何一方如有地震发生，该方向龙口所含铜珠即落入蟾蜍口中，由此便可测出发生地震的方向。

《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（汉八尺约合当今的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8套牙机装置。工作原理是候风摆运动到关的位置触发牙机，就是记载的“施关发机”。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。如果有地震被检测，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。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”。

候风地动仪的牙机由一对杠杆构成。水平杠杆负责龙口开合，直立的负责牙机触发。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。

候风地动仪在科学上的重要地位并不在于测到了一个或几个东汉时期的地震，而是标志着人类摸索出了一条能在运动系统当中测量系统自身运动的途径，即通过悬挂物的惯性来揭示运动系统间的差异。这不仅仅是技术上的突破，更是科学思想的跃变，使人们对自然规律有了新的认识，直到17世纪被牛顿提升为力学三大定律之首——惯性定律而被广为应用。（沙森整理）