1800多年前是谁发明了地动仪？

张衡连续做了六年官。安帝建兴元年(公元121)，调任公交司司马令。公车司马陵的官署设在皇宫南门旁，职责是保卫皇帝的宫殿，出入内外奏折，接受全国官民的朝贡物品，接待北京各地的民众。把科学家张衡调到这样的位置上，充分说明封建皇帝是如何不重视科学，不给有才能的人充分发挥才能的机会。但是，就是在这个位置上，张衡仍然利用一切可能的时间和精力，继续他的学术研究。除了天文学，他还在数学、物理和机械制造方面下了很大功夫。我们提到过张衡著名的数学著作《计算的理论》和一辆鼓车、一辆导游车等的设计。都是张衡上任公交车长时潜心研究的成果。

舜帝永建元年(公元126)，张衡调任太史令。这是张衡第二次正式下命令。当时一些热衷于名利的人趁机嘲笑张衡“出师未捷身先死”，没有得到提拔。他们讽刺他仕途不顺，说“去了史家五年再回来，不是一种进取的趋势”。那是一只倦鸟回巢，抨击张衡“独树一帜，孤芳自赏”。也有人把张衡创造的科学仪器视为“屠龙之术”，视为一条“艺术成功”之路。也有人嘲笑张衡的“不公”，认为张衡要是把精力放在做官上，早就升官了。面对统治阶级的冷遇和传统势力的冷嘲热讽，张衡专门写了一篇文章叫《应剑》，来回答这些目光短浅的人“刻舟求剑，守株待兔”的嘲讽。

在《英剑》中，张衡既鲜明地表现出自己在研究中抱着“有自知之明，坚定不钻”的信心和决心，又表现出“不以伙伴为耻，以智慧为耻”的谦虚态度。同时，我也说过，我不想和那些贪图名利、目光短浅的人竞争，我坚持“古为今用，交朋友”的宽广胸怀。

除了浑天仪，张衡在世界科学史上的另一项不朽发明——地动仪，在他第二任太史令期间研制成功。地动仪发明于132年(阳嘉元年)，是世界上第一台测量地震及其方向的仪器。地动仪的发明在人类与地震斗争的历史上写下了光辉的一页，从此开始了人类用仪器观测地震的历史。

中国是一个地震多发的国家。千百年来，我们的祖先一直在顽强地与地震灾害作斗争。早在3800多年前，中国就有关于地震的记载。金代出土竹书编年史中记载，虞舜的“裂泉”可能指的是地震；最露骨的报道是夏朝7年(约公元前1590年)的“泰山地震”，这是世界上最早的地震记录。《诗经·潇雅》中报道的十月之交的地震情景说:“叶叶(意为火极)撼电，而不安(意为不合时令，使人不安)，江河皆沸，山丘(山顶)■(即断)。据考证，这是周朝末年(公元前780年)陕西地震引发山体滑坡的生动记录(前两句可能是“地声”和“地光”结合的地震前兆)；公元前三世纪，鲁《春秋》记载“立国8年(公元前1177年)，六月，文王病5日，但地动东西南北，不出国。“这份记录明确指出了地震发生的时间和范围，是中国地震记录中最早的具体可靠的记录。此外，在《春秋》、《国语》、《左传》等先秦古籍中也有关于地震的记载，许多古代地震记录被保存下来。自西汉以来，在各个朝代的历史“五行志”中，地震都被记录为灾害。

东汉时期，中国地震频发。据《后汉书·五行志》记载，永和四年(公元92年)至安帝严光四年(公元125年)的三十年间，共发生* * *大地震26次。汉安帝元六年(公元119)，发生了两次大地震。第一次发生在二月，首都洛阳和其他42个郡和国家都受到了影响。有的地方地面开裂，有的地方地下淹水，有的地方城墙上房屋倒塌，死伤多人。第二次是在冬天，地震波及了八个县和国家的广大地区，造成了巨大的生命财产损失。当时由于科学知识的缺乏，人们对地震极度恐惧，认为自己是受神灵支配的。

张衡当时在洛阳当太史令，对那多次地震有很多切身体会。张衡多次目睹地震后的惨状，深感痛心。为了掌握全国地震动态，他记录了各地的地震报告。他在现有天文学的基础上，经过多年不懈的探索和研究，终于在50岁时(公元132年)发明了世界上第一台测定地震方向的地动仪。

据张衡介绍，地动仪由青铜制成，看起来像一个直径8英尺的大酒瓶。仪器顶部有凸起的盖子，仪器表面刻有篆书、山川、龟、鸟、兽等各种图案。仪器周围有八条龙，水龙头排列在东、南、西、北、东北、东南、西北、西南八个方向。每条龙的嘴里都有一个铜球。每个水龙头下蹲着一只青铜蟾蜍。癞蛤蟆瞄准了龙的嘴，张开嘴好像在等着吞食物。无论哪里有地震，龙嘴里的铜球都会滚出来，掉进下面的蛤蟆嘴里，发出搅人的响声。守地动仪的人听到声音就能知道地震的时间和方向，查看地动仪，看龙口铜球朝哪个方向吐。一方面可以记录准确的地震资料；同时也可以沿着地震的方向寻找受灾区域，做一些救援工作，减少损失。

公元138年2月3日，放置在都城洛阳的地动仪龙口突然张开，一个铜球从龙口中吐出，落入蛤蟆口中。但当时都城洛阳的人们对地震没什么感觉，于是人们纷纷议论，怀疑地动仪效果不好；那些不相信张衡的官僚学者，攻击张衡是在吹牛。然而，每隔几天，就有一匹飞马来到陇西(今甘肃省东南部)，报告前几天突然发生了地震。所以人们对张衡创造的地动仪“都深信不疑”。陇西距离洛阳1000多里，地震仪标记正确，说明其地震灵敏度相当高。据张衡传记录的没有感觉到地震的罗阳人分析，地震仪能测到的最低地震裂度约为3度(按我国地震烈度表12度)，在1800年前的技术条件下，可以说是非常伟大的成就。

张衡的地动仪制造成功，历史上出现了第一个记录地震的科学仪器。在国外，过了一千多年，直到公元13世纪，类似的仪器才出现在古波斯的马拉哈天文台。欧洲最早的地动仪也是在地动仪发明后1700多年出现的。

但由于封建王朝统治者对科技方面的发明总是不太重视，张衡在地震方面的研究和发明得不到他们的支持。地动仪造出来之后，并没有广泛使用，甚至地动仪本身也不知道什么时候被破坏了，这真是科技史上的一大损失。

可惜的是，张衡地动仪的内部结构原理在史书上写得很简略，让人无法详细了解。在张衡之后，我国历史上有几位科学家对地动仪进行过专门研究。如南北朝时，河间(今河北河间县)人认为杜芳画过浑天、分岐、地动、吴彤、漏雕、侯丰等精巧器具的结构。配有图片，并做了数学计算和文字描述，将这些资料汇编成一部科技巨著，名为《奇准》。隋朝初年的林还写了一部《地震学铜器经》，阐述了地动仪的力学原理。但是这些重要的著作并没有流传下来。近代中外科学家做了大量的研究工作，提出了一些修复方案。1959期间，王振铎复原的张衡地动仪模型在中国历史博物馆展出。然而，王振铎的模式与《后汉书·张衡传》的记载仍有出入。

虽然张衡地动仪内部机械的具体结构早已失传，但这是近年来我国科技工作者。他们运用现代科学知识，根据后汉张衡传的有关记载，并参考考古资料，经过多方面的探索，终于得出了1800多年前张衡制造地动仪的机理原理，并设计出了这种仪器的假想图。

《后汉书·张衡传》中所载的地动仪是地动仪的主体结构。经多位学者反复研究，张衡地动仪的基本结构符合物理学原理。像现代地震仪一样，它利用物体力学的惯性拾取地面运动波，从而进行长距离测量。这个原则一直沿用至今。王振铎先生正确地总结了这个乐器是由两部分组成的:一部分是竖立在乐器瓶状部分中央的沉重的铜柱。铜柱的底部是尖的，顶部是向上的，相当于一个表示惯性运动的钟摆。张衡称之为“资柱”；另一部分是八组八个方向的杠杆机械(即八根杆子连接在“斗珠”周围，向四面八方伸出)，直接与八个水龙头相连。这八根杆就是后汉张衡传书中的“八路”，也就是今天力学中的“曲横”。这两个部分位于封闭的铜制仪器的中心。但由于“独竹”上厚下薄，重心高，支撑面小，就像一个倒置的不倒翁，所以极易受到震动，哪怕是微弱的震动。地震发生时，仪身震动，只有“独柱”因自身惯性相对仪身移动，失去平衡而倾斜，推开一组杠杆，使与仪身外侧关联的龙嘴张开，吐出铜球，落入下方蛤蟆口中，通过击落的声音和铜球下落的方向，报告地震并记录地震方向。

张衡设计的地动仪也是其唯物主义自然观的形象体现。地动仪呈椭圆形，直径与大象相同，象征着浑天所说的天空。带有大写字母的仪器的平底表示地球，它位于天空之内。器身上雕刻的山、龟、鸟、兽象征着山、青龙、白虎、云雀、玄武岩。八卦和篆书如干、坤、真、荀、阚、隶、艮、兑等代表了四面八方的精神。八龙在上象征阳，蟾蜍在下象征阴，构成了阴阳、上下、动静的辩证关系。首都列在一个不屈不挠的位置，并按照“天柱”的古老说法排列。该机构自然采用杠杆结构。

张衡的这项了不起的发明，不仅体现了科学家的智慧和创造精神，也反映了东汉中国先进的科学文化水平，让我们感到无比自豪。

除了地动仪，张衡还创造了另一种气象仪器，这就是气象仪。以前很多人认为“气象计”和“地动仪”是同一个仪器。根据科学家最近的研究，这种观点是错误的。后汉张衡传的“杨家元年，风后与地动仪重修”这句话，是指张衡同时创造了风后和地动仪。然而，《张衡传》中并没有记载这种气象仪的结构。现在我们来介绍一下关于气象计的情况。

竺可桢先生在《中国过去的气象成就》一文中写道:“在气象仪器方面，雨量计和风向标都是中国的发明，远早于西方国家。后汉张衡传:‘阳嘉元年，风后和地动仪重修。’后汉书只讲了地动仪的结构，没有一个字讲气象仪是什么样子的，所以有人怀疑气象仪和地动仪是一种仪器，其实不是。《三辅黄图》是后汉或魏晋时期的人写的。书中说:“长安宫南有灵台，高15米，有张衡制作的浑仪；还有一种是风铜互现，遇到风就动。显然是说风是另一种乐器，其编制方法在《汉书》中并无详细记载，但据《观象奏詹》一书记载:“凡风必在高平之地。立一根5尺竿，竿上做一个盘子，竿上做三只脚，两只脚站在外面，绑一只脚下来往里面转，风来了就转，回头，把花含在嘴里，花起来。也就是说，我们可以知道，张衡的《等风》和《西屋脊等风鸡》是类似的。西方的候鸡在12世纪开始有书籍记载，比张衡记载的晚1000年。"

除了竺可桢先生的论证，还有另外三个关于气象计的材料。(1)《后汉书·关白》中隶属于太史令的官员共有42人，其中3人掌管“候风”之职。由此可见，制作气象仪，观测天气，是在张衡的职责范围之内的。(2)《西京杂记》载有一项“皇帝仪仗队与风和”。由此可以推断，仪表“翔凤梧”不仅可以安装在平台上，也可以安装在车辆上。气象计的发明可能在张衡之前。张衡制作的气象计虽然有所改进，但并不是特别突出的新发明，史书记载就不赘述了。(3)北魏新所著《齐准》一书中，将地震、天气、吴彤列为三项；隋代林的《震铜经》中没有“等风”二字。因此，一方面我们可以推断这两个物体的结构可能并不完全相同；另一方面，也可以认为地震仪和气象仪是两种完全不同的仪器。

可以肯定的是，除了地动仪，张衡还发明了气象仪。通过这些论述，也可以窥见我国汉代气象仪器的创造和应用。同时也证明了张衡是我国科学史上一位伟大的开拓者，他对自己的岗位认真负责，在科学研究中能结合实际，善于学习前人的科学经验，进行创新和改进。