“地动仪”是谁发明的?
公元138年,也就是张衡死前一年,在洛阳看守天文仪器的人,有一天跑 来告诉张衡,说“地动仪”对着正西方的龙嘴突然张开,落下一个铜球。于是张衡跑去观察“地动仪”,并且知道洛阳西面某处地方发生了地震。 但是住在洛阳城内的人,因为不曾感觉地动,所以将信将疑,不相信“地动仪”的作用。过了许多天,有人从距洛阳千里的陇西跑来,说那里当时的确发生地震,那些原本不相信“地动仪”的人,就连声说妙极了。距离1000多里,竟然能精确地测出地震,可见其精密准确程度。 欧洲第一次出现地震仪,是19世纪,足足比“地动仪”晚了 1700多年。“地动仪”是怎么样的仪器呢?又是谁设计、制造的呢?地动仪是张衡设计和制造的...全部
公元138年,也就是张衡死前一年,在洛阳看守天文仪器的人,有一天跑 来告诉张衡,说“地动仪”对着正西方的龙嘴突然张开,落下一个铜球。于是张衡跑去观察“地动仪”,并且知道洛阳西面某处地方发生了地震。
但是住在洛阳城内的人,因为不曾感觉地动,所以将信将疑,不相信“地动仪”的作用。过了许多天,有人从距洛阳千里的陇西跑来,说那里当时的确发生地震,那些原本不相信“地动仪”的人,就连声说妙极了。距离1000多里,竟然能精确地测出地震,可见其精密准确程度。
欧洲第一次出现地震仪,是19世纪,足足比“地动仪”晚了 1700多年。“地动仪”是怎么样的仪器呢?又是谁设计、制造的呢?地动仪是张衡设计和制造的。公元89年至140年,东汉都城洛阳 及陇西一带,一共发生了 53次地震,119年,更连续发生了两次大地震,因此 促使张衡研究地震现象,以及探索测报地震的方法。
公元132年张衡终于发明和制造出测报地震的仪器“地动仪”。这个“地动仪”的外形好比一个大酒坛,是用铜铸造的。仪器上端有一个可以打开的凸形盖子;四周外壳上铸了八条龙;每条龙的龙头,分别对准东、西、南、北、东北、东南、西北、西南8个方位。
每个龙嘴里都衔着一个小铜球,并在龙嘴下面,各自安置了一个头仰嘴张的铜铸蛤蟆。“地动仪”内部,装有铜制上粗下细“都柱”,并自“都柱”周围,分别伸出8根与个别龙头上半部衔接的横杆。“地动仪”并不是张衡发明和制造的唯一科学仪器。
在发明“地动仪”之 前20年,张衡可能已在西汉人耿寿昌浑象的基础上,发明和制造了“漏水转 浑天仪”。“浑天仪”类似现代的天球仪,由精铜铸造,主体为一球体模型, 代表天球。这个球体可以绕天轴转动;天轴和球面共有两个交叉点:一个是北 极(北天极),另一个是南极(南天极)。
在球的表面遍列28宿,以及其他恒 星。球面上还具赤道圈和黄道圈,两者成24度夹角,分列24个节气。球体外面 装有两个代表子午圈和地平圈(通过南北极和天顶)的圆环。天轴的支架在子 午圈上,与地平斜交36度,表示洛阳地区的北极切角,也就是洛阳的地理纬度。
天球则一半露出地平之上,一半隐于地平之下,体现了浑天说的天象认识。“漏水转浑天仪”的设计,几乎可以说包含了当时张衡所知的一切重要天 文现象。利用这具前所未有的新奇仪器,就可以观测天象。张衡的这具仪器还自动运转的,这就更使人吃惊。
那么,张衡使用什么方法,能使他这具浑天仪自行运转的呢?张衡是采用齿轮系,将浑象和计时用的漏壶连接起来,利用漏壶的流水产生力量,推动齿轮,从而带动浑象运转。张衡巧妙地、恰当地选择了齿轮的数目和齿数,因而使他设计的浑象每运转一周,就表不一昼一夜,将天象变化充分演示出来。
但张衡发明的“漏水转浑天仪”,并没有留传下来,因此它的复杂精密传动系统,至今只能猜测,虽然它的存在,历史上有明确记载。也许有一天经过考 古学家的努力,在什么地方发掘出一具“漏水转浑天仪”,那么我们就可以知 道这具用水力发动的天文仪器,是怎么样发生作用的。
这并不能算是妄想,因 为近年出土的文物,有许多都是我们意想不到的。不过,2000多年来中国历代 传承,并不断做出改进的大型观天仪器一-“浑天仪”,今天仍可看到。在“漏水转浑天仪”的理论基础上,唐代的梁令瓒,宋代的张思训、苏颂、 韩公廉等,经过各种试验和改进,终于制成了世界上最早的天文钟。
张衡的发 明创造除了“地动仪”“漏水转浑天仪”之外,还有瑞轮萁荚(一种机械日历)、 相风铜鸡(类似西方20世纪才出现的候风鸡,作测定风向之用),因此倘若 由他来执笔创作科学幻想作品,是合情合理的事,别的人去写可能全是凭空臆 度。
中国可以说是天文学发展最早的国家,到汉朝,对于天体运动和宇宙结构, 就先后出现三种理论:盖天说、浑天说和宣夜说。《列子。天瑞篇》说过一个 杞人忧天的故事:“杞国有人忧天地崩坠,身亡所寄,废寝食者。
又有忧彼之 所忧者,因往晓之曰:天积气耳,亡处亡气,若屈伸呼吸,终日在天中行止, 奈何忧崩坠乎?其人曰:天果积气,日月星宿不当坠耶?晓之者曰:日月星宿亦积气中之有光耀者。只使坠,亦不能有所中伤。
其人曰:奈地坏何?晓之者曰:地积块耳,充塞四处,亡处亡块。若躇步眦蹈,终日在地上行止,奈何忧其坏?其人舍然大喜,晓之者亦舍然大喜。”照这个故事说,天是气体,大地是硬块,日月星宿是发光的气体,那么天跌下来当然没有关系,杞人是太过担心了。
至于大地,既为硬块,在上面行行走走,也不致踏坏,所以杞人一听,欣喜莫名。这种看法反映了宣夜说的观念,似乎亦能说明某些宇宙的现象,比如说认为天是气之所聚,即大气层。最早创立的盖天说则认为天在上,地在下;天就像一个半圆形罩子,罩住平坦的大地。
这种看法似较原始,表示初民对天体运动和宇宙结构的简单认识。浑天说主张天是浑圆的,日月星宿会转入地下,而早期认为大地是平的;至东汉三国由陆绩等加以发展,就提出了大地为球形的概念,已是颇为完备的学说了。
张衡是赞同浑天说的,他说:“浑天如鸡子,天体圆形弹丸。地如鸡中黄,孤居于内。天大而地小。天表里有水。天之包地,犹壳之里黄。”这就是当时张衡构想的天地模型。然而张衡并不以为他这个模型,便是整个宇宙,他相信在这个鸡蛋般的天壳之外,还有一个“未知”世界,因此说“宇之表无极,宙之端无穷”。
这就接触到时空无限的问题了;与张衡差不多同时的郗萌,则又从另一个角度探讨了宇宙无限的思想。张衡就是以浑天说为基础制造浑天仪的。收起