張衡地動儀到底長啥樣？ 我們翻了100多年的歷史……

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。

 

文章統計，自東漢末年到南北朝時範曄完成《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

 

關於地動儀“蓋”的記錄，三部史料基本相同，有説“合蓋隆起”，也有説“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”。這裡明確，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為簡練，且至今未發現存世的地動儀圖片，這為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説，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

 

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

 

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

 

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，和十幾年後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

 

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

 

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恒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

 

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。尤其是今村明恒的設計，基本沒有一般人想像的地動儀外觀。

 

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，也成為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

 

探索從未停止

 

王振鐸1951年復原的地動儀採用“直立桿原理”。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，但是因為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

 

物理學家李志超1994年提出自由桿模型。王湔則借鑒了現代地震儀的垂直擺結構，設置了4個重擺錘，再通過一系列裝置觸發直立桿傾倒。

 

 

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。

 

觀眾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。這意味著，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)