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張衡地動儀到底長啥樣? 我們翻了100多年的歷史……

http://finance.sina.com   2018年10月11日 19:49   中國新聞網

  課本中的“張衡地動儀”最近成了輿論關注的焦點。

  先是有報道稱,2017年投入使用的統編本初中歷史教材七年級上冊中,關於張衡地動儀的內容被刪除。隨後,人教社否認該消息,稱課本中對地動儀有專門介紹。這引起了網友對地動儀的討論。

  那麼,歷史上真的存在地動儀嗎?地動儀的復原又有什麼樣的故事?

  史料中的地動儀

  首先,關於地動儀,歷史上確有記載,而且這樣的記載見於多部史書。

  2006年,中國科學院教授馮銳等人在文章《地動儀史料和模型研究》中集納了涉及地動儀的歷史資料。

教科書中張衡的形象教科書中張衡的形象

  文章統計,自東漢末年到南北朝時范曄完成《後漢書》,撰寫東漢史書的共有13家,其中涉及地動儀並今天可見的史料包括司馬彪《續漢書》、袁宏《後漢紀》以及范曄《後漢書》。

  這些史料中關於地動儀器形的記載大體相同。

  三部書中都記載地動儀“圓徑八尺”,形似“酒尊”。東漢一尺約24釐米,以此推算,地動儀直徑接近2米。

出土的漢代酒尊形制。圖片來源:《地動儀復原模型的造型設計》截圖出土的漢代酒尊形制。圖片來源:《地動儀復原模型的造型設計》截圖

  關於地動儀“蓋”的記錄,三部史料基本相同,有說“合蓋隆起”,也有說“合蓋充隆”、“其蓋穹隆”。總之就是上端的蓋要隆起。

  同時,書中皆載,地動儀“外有八龍首銜銅丸”,“下有蟾蜍承之”。這也就是我們經常見到的地動儀外有八條龍,每條龍下面對應一隻蟾蜍。

  而關於內部構造,三書均稱,“樽中有都柱,傍行八道,施關發機”。這裏明確,地動儀的內部有“都柱”,並通過“傍行八道”觸動其中的機關,反饋地震方位。

  關於地動儀長相的N個猜測

  由於史料中的記載文字頗爲簡練,且至今未發現存世的地動儀圖片,這爲後世的復原工作帶來了不小難度。

  也正因此,對於已復原出的地動儀來說,從不缺少爭議。

  按王振鐸的考證,近代復原地動儀最早的是日本人服部一三。有記載顯示,他在1875年就對地動儀外形進行了復原。

圖片來源:王振鐸《張衡候風地動儀的復原研究》截圖圖片來源:王振鐸《張衡候風地動儀的復原研究》截圖

  服部一三將地動儀設計成類似桶狀,立雕的龍頭和蟾蜍已基本符合今天人對地動儀的認知。

  此後,英國地震學家米倫也嘗試了對地動儀的復原。在1883年出版的《地震及其他地動》一書中,收錄了他對地動儀的復原圖式。他的設計採用懸垂法,並將懸擺突出到儀體外端。

圖片來源:王振鐸《張衡候風地動儀的復原研究》截圖圖片來源:王振鐸《張衡候風地動儀的復原研究》截圖

  而中國近代可考的對地動儀的復原,始於建築師呂彥直在1917年發表的設計圖。從圖式來看,其復原的地動儀基本與米倫所復原的式樣相同,只是對其藝術裝飾和部分結構進行了補充。

圖片來源:王振鐸《張衡候風地動儀的復原研究》截圖圖片來源:王振鐸《張衡候風地動儀的復原研究》截圖

  到1936年,考古學家王振鐸已對地動儀進行復原。該復原器外形看起來更像一個瓶,“瓶”外不見全龍,只有龍頭,即便是從外觀上看,和十幾年后王振鐸重新設計復原的地動儀有較大差別。

圖片來源:王振鐸《張衡候風地動儀的復原研究》截圖圖片來源:王振鐸《張衡候風地動儀的復原研究》截圖

  王振鐸自己也在此後的文章中否定了這版地動儀,並稱是“初步的嘗試”且存在“嚴重錯誤”,“主要是因襲了米倫懸擺的推斷,對倒擺認識不足,故復原成了複合懸擺”。

圖片來源:王振鐸《張衡候風地動儀的復原研究》截圖圖片來源:王振鐸《張衡候風地動儀的復原研究》截圖

  1937年,日本地震學家萩原尊禮嘗試嘗試複製地動儀的內部構造,並以“近代的無定向倒擺”原理解釋儀器測震的原因。

  兩年後,日本地震學家今村明恆對近代復原的地動儀進行分析,並在萩原設計的基礎上進行了進一步設計。

圖片來源:王振鐸《張衡候風地動儀的復原研究》截圖圖片來源:王振鐸《張衡候風地動儀的復原研究》截圖

  不過這兩款日本專家設計的地動儀主要對內部構造進行了探索,外觀並未嚴格按照史料中記載來製作。尤其是今村明恆的設計,基本沒有一般人想象的地動儀外觀。

  1951年,王振鐸基本推翻了自己1936年復原的地動儀,重新設計了一版。這次的復原作品後來被收錄到課本中,也成爲了大多數人記憶中地動儀的樣子。

圖片來源:王振鐸《張衡候風地動儀的復原研究》截圖圖片來源:王振鐸《張衡候風地動儀的復原研究》截圖

  探索從未停止

  王振鐸1951年復原的地動儀採用“直立杆原理”。但這樣的復原並非完美。

  《華西都市報》的報道指出,王振鐸雖然根據古籍記載復原出了地動儀的模型,但是因爲模型內部結構缺乏合理性,所以其龍口中的銅丸無法吐下來,也就無法檢測地震。

  這以後,專家們對於地動儀復原的探索也並未停止。

圖片來源:《地動儀的史料和模型研究》截圖圖片來源:《地動儀的史料和模型研究》截圖

  物理學家李志超1994年提出自由杆模型。王湔則借鑑了現代地震儀的垂直襬結構,設置了4個重擺錘,再通過一系列裝置觸發直立杆傾倒。

圖片來源:《地動儀復原模型的造型設計》截圖圖片來源:《地動儀復原模型的造型設計》截圖

  2009年,正式開館的中國科技館新館展示了新的地動儀模型。該模型由中國科學院教授馮銳團隊復原。

  觀衆可以親自動手按下按鈕,觀察在不同波型下地動儀的不同反應——只有橫波到來它才吐丸,其他來自縱波的震動,都無法使地動儀有任何反應。這意味着,類似關門、汽車過境、巨大的炮聲等都不會干擾到地動儀。

  不過有報道指,學界對這一版本的模型同樣存在質疑。

  馮銳及其團隊在一篇相關論文中這樣寫道,“19世紀服部一三把文字變成了猜想圖形,20世紀王振鐸把圖形變成了展覽模型”,而復原研究本身就“是一個不斷深化認識、不斷逼近歷史的過程”。(記者 宋宇晟)

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