第3章 张衡监测地震

作为一种地质灾害，地震可谓自然界最可怕的现象之一，即使是今天，地震仍无法完全预测。可是在古代，人们就发明了一种仪器可以监测地震。

设计制作出世界上第一个地动仪的人，是我国东汉时期伟大的天文学家张衡。

公元78年，张衡生于南阳西鄂（今河南南阳县石桥镇）。他自小刻苦爱学，很有文采，16岁以后便离开家乡到外地游学。他先到了当时的学术文化中心三辅（今陕西西安一带），后来又到了首都洛阳，进了当时的最高学府——太学。张衡非常喜欢研究天文、算学、地理和机械制造等学问。后来，他在这些方面的名声引起了朝廷的注意。公元111年，张衡被征召进京，先后两度出任太史令。太史令是一个掌管天文、历法、预报天象气候的官职，张衡前后任此职达14年之久，他的许多重大发明都是在这一时期完成的。

东汉时期，我国地震非常频繁。据记载，自公元92年到公元125年的30多年间，共发生了26次大的地震。公元119年就曾发生过两次大地震，第一次是发生在2月间，洛阳和其他42个郡国地区都受到影响，有的地方地面陷裂，有的地方地下涌出洪水，有的地方城郭房屋倒塌，死伤了很多人；第二次是在冬天，地震的范围波及8个郡国的广大地区，造成了生命和财产的巨大损失。当时人们由于缺乏科学知识，对地震极为惧怕，都以为是神灵在作怪。张衡当时正在洛阳任太史令，他经历了许多次地震，多次目睹震后的惨状，痛心不已。为了掌握全国的地震动态，他记录了所有地方上发生地震的报告，在已有的天文学基础上，经过长年孜孜不倦的探索研究，终于在公元132年（他54岁的时候）发明了世界上第一架用于测定地震方向的地震仪──候风地动仪。

据记载，张衡发明的这个仪器是铜质的，形状像一个酒樽，上面有一个隆起的圆盖。在仪器的内部中央有一根铜质“都柱”，柱旁有八条通道，称为“八道”，还有巧妙的机关。仪器外部周围有八个龙头，按东、南、西、北、东南、东北、西南、西北八个方向布列。龙头与内部通道中的发动机关相连，每个龙头嘴里都衔有一个铜球。对着龙头，八个蟾蜍蹲在地上，个个昂头张嘴，准备承接铜球。当某个地方发生地震时，樽体随之运动，触动机关，使发生地震方向的龙头张开嘴，吐出铜球，落到铜蟾蜍的嘴里，发出很大的声响。于是人们就可以知道地震发生的方向。

对于张衡发明的这个地震仪是否能监测地震，朝中大臣们议论纷纷，有相信的，也有表示怀疑的。但时间一久，人们对这件事也就淡忘了。公元134年12月13日，候风地动仪朝西方向的龙口突然张开，小铜球落入蟾蜍口中。但当时洛阳并没有人感觉到有什么震动，于是满朝文武议论纷纷，说张衡的那架仪器不可靠。但过不多久，洛阳以西相距1000多里的陇西（今甘肃省天水地区）有人飞马来报，证实那里前几天确实发生了地震。这一下，人们开始信服起张衡的高超技术了。

张衡发明的候风地动仪虽然只能测知地震震中的大概方位，但在人类同地震作斗争的历史上却留下了光辉的一页，人类从此开始了使用仪器监测地震的历史，张衡因此被认为是人类从事地震科学研究的先驱和地震学的鼻祖。

张衡除了在天文学、地震学、机械技术等方面取得了辉煌成就外，在数学、哲学、文学、绘画等领域也有很深的造诣。

知识链接

张衡在数学方面有很大的成就。他给立方体定名为质，给球体定名为浑。他研究过球的外切立方体体积和内接立方体体积，研究过球的体积，还计算了圆周率，他计算的圆周率π值等于730/232=3.1466，这个值比较粗略，但却是中国第一个理论求得的π值。