科学家的故事:地震预测第一人——张衡

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适合年龄:6岁以上

难易程度:中级

东汉时期,地震频繁,当时朝中大臣和老百姓都把地震看作不吉利的征兆,认为是鬼神造成的。张衡却不信神邪,他对记录下来的地震现象进行细心考察和试验,发明了一种能测出地震的仪器,叫做“地动仪”。

一天,汉顺帝坐于朝廷之上,静侯文武百官的奏报。这时,一位年过六旬的老臣走上来,跪下奏道:“陛下!臣今晨测得京师正西方发生大地震,想必那儿定是房倒屋塌、人兽伤亡,恳请陛下火速派人去安抚灾民,以拯救灾民于水火之中。”上前启奏的这位鹤发童颜的老臣正是太史令张衡。在汉朝,太史令是一个专管天文历法的官吏。

汉顺帝听完张衡的奏报,也不知是真是假,一时拿不定主意,没有立即开口。一位信奉識纬之学的大臣趁汉顺帝还没说话,便急忙上前说道:“陛下!天是万物之祖,天若想惩罚人间,才会发生地动山崩。自从陛下登基以来,上应天命,下顺民心,风调雨顺,天下太平。张衡所言地震一事,毫无天意预兆,明明是假托地震之事,表示对朝廷的不满,实是蛊惑民心。请陛下不要信张衡的一派胡言!”

汉顺帝对张衡的忠心是十分了解的。他对张衡说:“你说京师之西发生地震,有什么根据?”

张衡答:“臣在家中,利用候风地动仪测到的。我相信,不出三天,必有报进京。”

那位大臣紧接说:“若三天内,没有驿报进京,那可就是欺君之罪呀!”

张衡胸有成竹,坦然应道:“如果三日内没有驿报进京,我将承担一切责任。”

见此,汉顺帝只有说:“好了!不要争论了,我们暂且等候三天,再作定夺。”

早朝之后,一些支持张衡的大臣都很为他担心;而那些信奉識纬学说的大臣纷纷等待着看张衡的笑话,他们也知道,如果张衡测报失败,他们宣扬神学迷信就更有条件了。张衡毫不在意,轻轻松松地回家去了。他想早点休息,因为晚上他还要观测天象呢!

张衡简介:

张衡(78-139年),字平子,南阳郡西鄂(今河南南阳石桥镇)人。张衡的祖父曾任蜀郡太守,到张衡这一代,家道中落。张衡从小就在清贫的环境中学习,后游学于京都洛阳的太学,精通五经、六艺。他的成就极为广泛。在文学上,他耗费十年功夫,在29岁时写成《二京赋》,被广为传诵,还有诗赋32篇问世。在艺术上,张衡善作画,人称东汉四大名笔之一。在数学上,他计算出圆周率n=/10=3.162,在地理学上,他撰写过《地形图》一卷。在机械制造方面,他还被称为是“木圣”,制造过可以自己飞翔的木鸢及记里鼓车。然而,张衡最突出的成就还是在天文学领域。在朝廷中,张衡两次担任太史令,这为他从事天文历法的研究提供了方便。

在天文学方面,张衡撰写了一部著作《灵宪》,绘制了我国最早的星图《灵宪图》。他在任太史令期间,对天象作了长期的观测和统计工作。他把星空划分成444个星宫,用肉眼观测到2500颗恒星并全部绘在星图上。

在中国古代众多的天文学派之中,张衡是“浑天说”的集大成者。他不同意“天圆地方”的“盖天说”,而在《浑天仪图注》中解说了“浑天说”,认为天地像一个圆圆的鸡蛋,天像蛋壳,地像蛋中的蛋黃。天比地大,天包裹着地,就像蛋壳包裹着蛋黄。他还认为天靠空气支撑着,而地则靠水浮载着。

为了解释自己的理论,张衡制造了一个天文仪器–水运浑象仪。这一仪器以一个直径约5尺的空心铜球表示天体,上面刻着28宿,还有一些恒星。紧附天体铜球处还有地平环、子午环、黄道圈、赤道圈。黄道圈上标有24节气的名称。里面有一根贯穿中心的铁轴,两端分别为南极与北极。为了模拟天体的运动,张衡巧妙地利用漏壶等时流出的水为原动力,带动浑象仪运转并依据漏壶计时。到夜间,可以看到仪器上的星辰起落,这与晚上实际观测到的天象相吻合。张衡让水运浑象仪带动一个被称作
“瑞轮冀荚”的仪器。这个仪器每天都可转出一片叶子,只是上半月是每天长出一片叶子,到下半月则是每天落下一片叶子。一看就知道是初几。这个瑞轮冀荚可称为最早的机械日历。
张衡在汉安帝元初四年(117年)制成这个水运浑象仪。然后,他将这个仪器放在暗室里,派人在房中观看仪器的运转,并依据仪器的运转告诉在灵台(汉代观测天象的地方)观测天象的人:某星座开始出现,某星座正当天顶中间,某星座现在已经没落……

关于天文学的研究,张衡有许多独到的见解。在《灵宪》中,他解说了宇宙的演化阶段,认为宇宙是无限的。张衡根据太阳、月亮和地球的位置,科学地解释了日食、月食现象,指出月亮并不发光,月光是太阳光照射的结果。张衡认为陨星是运动失去规律的行星,所以从天而降成为陨石,而彗星则是一种没有运动规律的行星…..
在张衡生活的那个时代,时常发生地震,而儒学学者则奉行图谶之说,并以妖言天神之意来附会地震等自然现象。张衡认为这不是圣人之法,是一种虚妄之言。于是,他决心制造一种能测报地震的仪器。张衡寻找各种探测震动方向的技术,后来从建筑中“都柱”(宫室中间设立的柱子,类似于惯性运动的摆)的作用受到启发,终于在汉顺帝阳嘉元年(132年)制成了世界上第一座地震仪——候风地动仪

候风地动仪全部是以精铜铸造而成,像一个直径八尺的大酒坛子,上有一个突起的盖子,可以打开,里面是用都柱关联的八组灵巧的机械,外面锲刻着鸟兽类的花纹,与内部机械相连结的是八条倒悬于“坛”外的小龙,龙首口中含有小铜珠,龙首下面放置者八只铜铸的蟾蜍(即癫蛤蟆),八条小龙与蟾蜍分别按东、南、西、北、东南、东北、西南、两北八个方位陈列。一旦哪个方位发生地震,“酒坛”内的都柱失去平衡,就会触动相应方位的小龙张开龙口,小铜珠便会落入蟾蜍张大的口中。观察者即可判断是哪个方位的地域发生了地震。

这天早晨,张衡便是依据“候风地动仪”西方小龙口中铜珠的坠落而判断京都西方发生了地震。所以,在早朝时,张衡便在朝廷上启奏了京都西方发生了地震的情况。尽管有许多人等着看张衡的笑话,尽管有许多人为张衡提心吊胆,但张衡镇定自若,夜间依旧观测天象。

第二天,京都洛阳依然平静,虽说从宫中出来的传言很多,但大家仍在观望。

第三天傍晚,忽见一匹驿马载着驿使从西门奔进洛阳城,穿过大街,直向宫廷驰去。接着,宫中传出消息:果然在陇西(今甘肃西南部)发生了地震。时间正是在三天前的凌晨时分。从陇西到洛阳有1000多里,驿使马不停蹄地奔跑了三天,才到京都。

接着,宫中传出旨意:汉顺帝要立即召见张衡,说要商议处理地震的善后事宜,还说要奖赏张衡呢!

准确地测报了陇西地震的第二年,即汉顺帝永和四年(139年),张衡逝世了,享年62岁。

1956年,河南南阳县重修了张衡墓和他少年读过书的“平子读书台”。为了纪念这位古代科学家,郭沫若亲自为张衡墓碑题词:“如此全面发展之人物,在世界史中亦所罕见。”

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