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[原创] 世界第一台地震仪:准确度竟几百年无法超越!这个发明者有多牛?

这个是认证

科学解说君

2021-07-29 22:50

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    公元132年,一位才华横溢的中国天文学家、数学家和工程师张衡向汉朝廷呈献了一项令人印象深刻的发明——世界上第一台地震仪。

    地震仪是一种仪器,用于指示地震期间地球的震动。  不应将它与记录运动的地震仪或地震仪混淆。  从本质上讲,任何可以在最轻微的干扰下倾倒的悬挂钟摆或微妙平衡的物体都将起到地震仪的作用。   天真地相信在张衡发明之前不存在这样的仪器。  但让张恒的地震仪与众不同的是它的灵敏度和判断地震来源方向的能力。

  张衡地震仪的复制品。  图片来源:大英百科全书

  张衡的乐器,似一个大酒坛,由青铜制成,直径约六尺。  器外有八个龙头,正对着罗盘的八个主要方向。  在龙头下方,在器皿的底部,有八只青蛙,嘴巴张开,头向上倾斜。  罐子的内容未知,但怀疑其中装有某种钟摆装置。

  当地震来临时,即使微弱到感觉不到,钟摆也会随着震动的地面摆动,把一个金属球从龙的嘴里撞到青蛙的嘴里。  球落下的方向表明震动是从哪里来的。  落下的球落在青蛙的嘴上时也发出了巨大的声音,提醒任何服务员注意地震。

  张衡最初遭到质疑,但随着故事的发展,几年后,终于落下了一个球。  因为没有人在首都感受到任何震动,他的批评者认为该乐器是失败的。  但几天后,一位信使报告了一场严重的地震,地震发生在数百英里外,发生在地震仪指示的确切方向上。

  图片来源:科学与社会图片库,来自 Endgadget。

  地震仪的一种可能机制。  图片来源:科学与社会图片库,来自 Endgadget。

  在张衡死后的几个世纪里,据说其他中国知识分子已经成功地重新制作了张衡的地震仪,但没有一种工作仪器能历经岁月流逝而幸存下来。  当代作家描述了这种乐器的性质,但它的内部工作原理是一个谜。   例如,尚不清楚古老的钟摆设计如何如此灵敏,以至于可以检测到数百英里外的地震,但又足够稳定,仅能干扰一组杠杆而不触及其余杠杆。

  20 世纪曾尝试建造张衡的地震仪,但这些复制品未能达到中国历史记录中描述的准确度和灵敏度水平。 就在 2005 年,来自中国科学院的一组地震学家和考古学家宣布他们已经创建了一个 功能齐全的复制品 。

  在他们的版本中,研究人员只使用了一个球,而不是八个单独的球用于八个基本方向。  这个球被巧妙地平衡在乐器中心的一个薄基座上。  球的正上方是一个悬垂的钟摆,轻轻接触球。   当钟摆摆动时,它轻轻地将球从底座上推下,从八个通道中的一个通道中移出,然后从龙的嘴里出来。   这样,仪器只能被触发一次,随后钟摆的运动将无法仅仅因为没有更多的球而将其他球从其他嘴里敲出来。

  张衡的地震仪可能已有1800年的历史,但其背后的工作原理一直保持到近代基本不变。  基于摆锤的地震仪一直使用到 19 世纪。   现代地震仪使用复杂的电子设备,但传感器仍然是一个悬浮的质量,一种钟摆,由电力而不是机械杠杆和杆支撑。  一些仪器使用弹簧而不是钟摆。

  使用海底电缆进行地震检测

  2017 年,一组研究人员证明 ,通过测量地震事件引起的传输光脉冲相位波动,可以使用普通海底电信电缆检测地震。 与位于空间单个点并因此仅测量一组地震波的地震仪相比,光纤在其整个长度上都受到地震干扰,这使研究人员能够提取有关地震的宝贵信息,而这可能是不可能的用地震仪。 在海底安装地震仪既困难又昂贵,但已经有数千公里的海底电缆在全球范围内传输互联网和语音数据。 通过利用现有的基础设施,可以以极低的成本实现全球地震网络。

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