张衡发明地震仪是用来干什么？张衡发明的地震仪是怎样测定地震的

张衡发明地震仪是用来干什么的？张衡地震仪到底厉害在哪里？今天我们就来聊聊这个话题。首先我们要知道，张衡发明地震仪的目的是什么？其实这个问题很简单，就是为了了震慑住那些觊觎天下的人，防止他们造反。当时的社会环境是非常混乱的，各种势力盘根错节，稍有不慎就会被卷入其中，所以张衡地震仪的出出现是非常有必要的。不过这个东西也有一个缺点，那就是太贵了，普通人根本买不起。

一：张衡是怎样发明地震仪的

张衡是我国东汉时期伟大的天文学家、数学家、发明家、地理学家、文学家，在东汉历任郎中、太史令、侍中、河间相等职。晚年因病入朝任尚书，于永和四年（139年）逝世。今天的人们对他了解最多的应该就是耳熟能详的地动仪了。

候风地动仪模型

小编曾经也是一个爱思考小朋友，当年对于张衡发明的地动仪的原理与功能也存在许多疑问，而且当年的教材资料表述也不够准确，都给解释成预测地震的仪器了，其实现在看来，它其实只是检测地震发生方位的设备，不过这样也算是超强科技了，因为今天分布全世界的地震台网仪器干的也只是这个活，只不过更加详细点而已。

《后汉书·张衡传》详细记载了地动仪的一些信息，候风地动仪用精铜制作而成，圆径八尺，汉八尺约合当今之一米八-九的样子，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八套牙机装置。候风装置候风摆的周围与8组牙机机械装置之一部关相互靠近。此处为底座上的沟槽，叫八道。工作原理是侯风摆运动到关的位置触发牙机，再击发吐丸。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，都柱之内侯风摆则轻微摆动，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。

候风地动仪结构原理推测

不过因为种种原因，原版的候风地动仪很早遗失了，现存仿品多是近代包括国外一些专家学者按照文献推理仿制的，由于理解不同，仿品的结构与运作方式也有很大差异。对于地震的监测效果也是众说纷云，上图中是目前被认为比较接近原型一种结构原理。候风地动仪最出彩的表现就是对公元138年陇西大地震的预测，距近已1800余年，这是正史中明确记载的。

地震横波与纵波

因为无法准确复原以及验证，国内外亦有很多学者对张衡地动仪提出质疑。不过近代地震仪的发明人，英国地震学权威米尔恩教授，这位第一个将《后汉书·张衡传》翻译成英文的人，曾大量实验“悬垂摆”以验证张衡地动仪，并且公开宣称：“人类历史上第一个地震仪是中国的张衡发明的”。

悬垂摆原理

对于地动仪的称谓，古代为什么是‘ 候风’？一种解释是古人认为，地震是因为阴阳两气相搏而成。我们现在的科学认为是地壳板块和板块之间相互挤压而产生地震。既然有气的变化，那么就会产生风，所以它叫候风。张衡做的装置就是来测定气的变化的，气的变化就是风，那么哪个地方有地震，哪个方向就有气的变化，就有风来， 就可以测到。当然这个‘风’还是跟震动有关的。‘阴阳气’是用一种物理的概念而不是神秘的概念来解释地震，应该说是当时的科学。两汉是中国古代思想形成的一个重要时期，也是整个中国科学技术发展大框架的基本形成期。譬如天文观测、天文历法、机械理论、数学、医学等很多领域在这个时期都有很突出的发展。后人不是一定就比前人高明， 我们一定不能小看前人。张衡对很多自然现象都有解释，比如五星运动和日月食，也制造了水运浑仪这样的高水平天文仪器。

二：张衡发明的地震仪

世界上第一台地震仪是张衡发明的。地震仪是铜铸的，形状像一个酒樽，四周有八个龙头，龙头对着东、南、西、北、东南、西南、东北、西北八个方向。龙嘴是活动的，各自都衔着一颗小铜球，每一个龙头下面，有一个张大了嘴的铜蛤蟆，仪器的内部中央有一根铜质悬垂摆，柱旁有八条通道，称为八道，还有巧妙的机关。

地动仪制成后，安置在当时的京都洛阳。在公元138年的一天，洛阳和往常一样，周围并没有什么动静，但正对西方的龙嘴突然张开，铜球落了下来，说明洛阳的西方发生了地震。可是洛阳人却没有感觉到，一些学者和官僚们纷纷议论，有的人还讥笑张衡的地动仪不灵。

张衡，字平子，南阳郡西鄂县人。东汉时期杰出的天文学家、数学家、发明家、地理学家、文学家，蜀郡太守张堪的孙子。举孝廉出身，历任郎中、太史令、侍中、河间相等职。晚年因病，入朝担任尚书。永和四年，逝世，享年六十二岁。北宋时，获封西鄂县伯。

三：张衡发明地震仪的故事

张衡，发明了地动仪

张衡（78年—139年），字平子。汉族，南阳西鄂（今河南南阳市石桥镇）人，南阳五圣之一，与司马相如、扬雄、班固并称汉赋四大家。中国东汉时期伟大的天文学家、数学家、发明家、地理学家、文学家，在东汉历任郎中、太史令、侍中、河间相等职。晚年因病入朝任尚书，于永和四年（139年）逝世，享年六十二岁。北宋时被追封为西鄂伯。

张衡在天文学方面著有《灵宪》、《浑仪图注》等，数学著作有《算罔论》，文学作品以《二京赋》、《归田赋》等为代表。《隋书·经籍志》有《张衡集》14卷，久佚。明人张溥编有《张河间集》，收入《汉魏六朝百三家集》。

张衡为中国天文学、机械技术、地震学的发展作出了杰出的贡献，发明了浑天仪、地动仪，是东汉中期浑天说的代表人物之一。被后人誉为“木圣”（科圣），由于他的贡献突出，联合国天文组织将月球背面的一个环形山命名为“张衡环形山”，太阳系中的1802号小行星命名为“张衡星”。后人为纪念张衡，在南阳修建了张衡博物馆。

四：张衡发明地震仪的过程

地动仪用精铜制成，圆经八尺，合盖隆起，形似酒樽。表面作金黄色，上部铸有八条金龙，分别伏在东、西、南、北及东北、东南、西北、西南八个方向。龙倒伏，龙首向下，龙嘴各衔一颗小铜球，与地上仰蹲张嘴的蟾蜍相对。地动仪空腔中央，立一根铜柱，上粗下细。铜柱周围有八根横杆，称为“八道”，各与一龙头相连。铜柱是震摆装置，八道用来控制和传导铜柱运动的方向。在地动仪受到地震波冲击时，铜柱就倒向发生地震的方向，推动同一方向的横杆和龙头，使龙嘴张开，铜球下落到蟾蜍嘴中，并发出响声，以提示人们注意发生了地震及地震的时间和方向。

一颗珠子放在平台上，如果将哪方稍微往下一按，珠于就向哪方滚动。又如我们点亮一支蜡烛，将它放在一张不平的桌子上，它总会向低的一方倒。地动仪就是根据这些简单的原理设计的。地动可以传到很远的地方，只不过太远了人就感觉不到了，但地动仪能准确地测到。

遗憾的是关于张衡浑天仪中的动力和传动装置的具体情况史书没有留下记载。

张衡写的有关浑天仪的文章也只留存片断。这片断中也没有提及动力和传动装置

问题。近几十年来，人们曾运用现代机械科技知识对这个装置作了一些探讨。最

初，人们曾认为是由一个水轮带动一组齿轮系统构成。但因有记载明言浑天仪是

“以漏水转之”，而又有记载明言这漏水又是流入一把承水壶中以计量时间的。因

此，就不能把这漏水再用来推动原动水轮。所以，原动水轮加齿轮传动系统的方

案近年来受到了怀疑。最近有人提出了一种完全不同的设计。他们把漏壶中的浮

子用绳索绕过天球极轴，和一个平衡重锤相连。当漏壶受水时壶中水量增加，浮

子上升，绳索另一头的平衡锤下降。这时绳索牵动天球极轴，产生转动。此种结

构比水轮带动齿轮系的结构较为合理。因为(i)张衡时代的齿轮构造尚相当粗糙，

难以满足张衡浑天仪的精度要求。(ii)这个齿轮系必含有相当数量的齿轮，而齿

轮越多，带动齿轮旋转的动力就必须越大。漏壶细小缓慢的水流量就越难以驱动

这个系统。(iii)更关键的是前面已提到的漏壶流水无法既推动仪器，又用于显

示时刻。而浮子控制的绳索传动就可避开上述三大困难。人们已就此设想做过小

型的模拟实验。用一个直径为6.5厘米，高3.5厘米的圆柱形浮子和一块27克重的

平衡重锤，就可通过绳索带动质量为1040克的旋转轴体作比较均匀的转动。其不

均匀的跃动在一昼夜中不过数次，且跃动范围多在2°以下，这种误差在古代的

条件下是可以允许的。因此，看来浮子- 平衡重锤- 绳索系统比原动水轮- 齿轮

系统的合理性要大一些。不过，张衡的仪器是个直径达1米以上的铜制大物。目

前的小型实验尚不足以保证在张衡的仪器情况下也能成功，还有待更进一步的条

件极相近的模拟实验才能作出更可信的结论。

不管张衡的动力和传动系统的实情究竟如何，总之，他是用一个机械系统来

实现一种与自然界的天球旋转相同步的机械运动。这种作法本身在中国是史无前

例的。由此开始，我们诞生了一个制造水运仪象的传统，它力图用机械运动来精

确地反映天球的周日转动。而直到20世纪下半叶原子钟发明和采用之前，一切机

械钟表都是以地球自转，亦即天球的周日转动为基础的。所以，中国的水运仪象

传统乃是后世机械钟表的肇始。诚然，在公元前4世纪到公元前1世纪的希腊化时

代，西方也出现过一种浮子升降钟(anaphoric clock)，它的结构和最近人们所

设想的浮子- 平衡锤- 绳索系统浑天仪相仿，不过其中所带动的不是一架天球仪，

而是一块平面星图。可是在随后的罗马时代和黑暗的中世纪，浮子升降钟的传统

完全中断而消失。所以，中国的水运仪象传统对后世机械钟表的发展具有极其重

要的意义。而这个传统的创始者张衡的功绩自然也是不可磨灭的。

从当时人的描述来看，张衡浑天仪能和自然界的天球的转动配合得丝丝入扣，

“皆如合符”，可见浑天仪的转动速度的稳定性相当高。而浑天仪是以刻漏的运

行为基础的。由此可以知道，张衡的刻漏技术也很高明。

刻漏是我国古代最重要的计时仪器。目前传世的三件西汉时代的刻漏，都是

所谓“泄水型沉箭式单漏”。这种刻漏只有一只圆柱形盛水容器。器底部伸出一

根小管，向外滴水。容器内水面不断降低。浮在水面的箭舟(即浮子)所托着的刻

箭也逐渐下降。刻箭穿过容器盖上的孔，向外伸出，从孔沿即可读得时刻读数。

这种刻漏的计时准确性主要决定于漏水滴出的速度是否均匀。而滴水速度则与管

口的水压成正比变化。即随着水的滴失，容器内水面越来越降低，水的滴出速度