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三姓学奴网志

 
 
 

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候风地动仪真能记录地震吗?  

2008-05-21 00:04:29|  分类: 其他科普 |  标签: |举报 |字号 订阅

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  谁发明了世界上第一台地震仪(记录地震的仪器)?也许很多中国人都会回答:张衡。的确,长期以来,我国的中小学教科书和科技史著作一直在宣传,东汉的张衡在公元132年制造的“候风地动仪”能够准确记录地震,比西方第一台地震仪(由意大利人路吉·帕米里在1856年制造)早了1700多年。有的甚至说,候风地动仪可以“预测地震”云云。

  然而,认真推究的话,这些说法都是很成问题的。今天,史书中有关候风地动仪的记载,仅见于《后汉书·张衡列传》。这一段记载只有区区196字,其中描述地动仪内部结构的内容更只有“中有都柱,傍行八道,施关发机”这十二个意义隐晦、众说纷纭的字。以后,北齐的信都芳,和隋朝的临孝恭,也都制造过地动仪,还留下了相关著作,可惜的是他们的著作在唐以后全部亡佚了。显然,仅仅根据《后汉书》中的简陋记载,要复原张衡的候风地动仪是根本不可能的;今天的一切复制品,与其说是对张衡原件的复制,不如说是在史书记载的那些“约束条件”之下所作的新创造。

  尽管如此,《后汉书》的这段记载,还是可以向我们揭示一些有用的信息。

  首先,候风地动仪绝不是地震预测仪,因为它只有在地震发生之后才起作用,只不过比从震区来的驿路使者能更早地通知京城的人士罢了。这就好比我们看到闪电,就知道接下来很可能会听到雷声,但实际上,在闪电发生时,雷声也已经同时发生,只不过还没有传到我们耳朵里罢了。

  其次,根据地震波的传播机理,候风地动仪是不太可能做到“验之以事,合契若神”的。地震发生时,从震源会发出两种波:一种叫P波,是纵波,它引起的物体振动方向和波的前进方向一致;一种叫S波,是横波,它引起的物体振动方向和波的前进方向垂直。P波的速度比S波快,因此最先到达地面,形成地面接收到的地震波中的初波(P就是英文primary“最初的”的缩写)。从理论上来说,根据初波的振动方向就可以知道震源的方向。

  但是,初波总是非常微弱的,因为它只能是从震源直直地(或者因为在地球内部发生折射而略弯曲)向着地震波接收处地面传播的P波,而这部分P波携带的能量只占地震波全部能量的一小部分。这就好比很多恒星的总发光量都非常大,如果全照射到地球上,足以把地球烤化,但因为只有直直地射向地球的光才能被我们看到,而这部分光只占恒星全部光的一小部分,所以它们看上去才显得黯淡,还不如一个灯泡亮。

  这样一来,如果候风地动仪能敏感到对“第一哨”初波就做出响应,那么足以有许多别的和地震无关的振动——比如在它附近跺脚——能引起它的反应,从而让人误把许多不是地震的振动也当成是地震。但如果要让候风地动仪保持一定的“迟钝”性,它又有可能无法“感觉”到地震的初波,直到之后的各种波陆续传来时才被“惊醒”,可是这些迟来的波的振动方向已经完全不能代表震源的方向了。

  更何况,要记录一次地震,有三个要素是必不可缺的:发震时刻,震中位置和震级(地震强度)。候风地动仪只能记录震中方向,理论上说,几台地动仪“联网”,也可以测出震中位置;但它却无法记录发震时刻,更无法记录震级。因此,从现代地震学的角度来看,候风地动仪并不能记录地震,不是地震仪,当然也就更不可能是“世界上第一台地震仪”了。

2008.05.13于银川

(《新京报》2008年5月18日)

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