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张衡地动仪与维歇尔地震仪

已有 1736 次阅读 2023-7-1 21:26 |系统分类:科研笔记

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张衡地动仪首次进入西方视野

1875年,25岁的英国人米尔恩(John Milne,1850-1913),被日本东京帝国理工大学聘任为采矿与地质学的教授。他觉得这是个游历山川、考察地质的好机会。于是,米尔恩花了1年多的时间,采用步行、骑马等原始方法,一个人辗转欧洲、俄罗斯、蒙古,从蒙古进入中国,经北京-天津-镇江-上海,坐船于1876年3月到达日本。

在中国游历期间,他听说了张衡地动仪,并对此产生了浓厚的兴趣。自此,米尔恩投入大量精力开始地震学研究。1880年,横滨5.9级地震后,日本成立了世界首个地震学会,米尔恩被推举为副主席,在成立大会上,米尔恩说:“搞个非稳定装置,毫无测震学价值。张衡地动仪完全不同,对非地震运动没有反应,只对地震有反应。”

1883年,米尔恩在其专著《地震和地球的其它运动》中,把《后汉书∙张衡传》翻译成英文,率先向西方介绍了张衡地动仪。


1 米尔恩绘制的张衡地动仪复原模型

 1895年7月,米尔恩回到了英国,在全球60多个国家布设了80多台Milne地震仪,组建第一个全球地震台网,创立了国际地震数据中心(International Seismological Centre,简称ISC),1900年至1912年间,每年出版一次《夏德地震通报》,给出了全球4136个破坏性地震的目录。

维歇尔与维歇尔地震仪
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德国人维歇尔(Emil J. Wiechert,1861-1928),作为最早发现电子的理论物理学教授,1895年,他看到了米尔恩的科学报告,也对地球物理学产生浓厚兴趣。1896年,他提出了第一个可验证的地球内部模型。1898年,在哥廷根大学,他成为世界上第一位地球物理学教授。

1900年,他一边读着米尔恩翻译的英文版张衡地动仪介绍,一边开始了维歇尔地震仪的研制。书中“虽一龙发机,而七首不动”这句话打开了他的思路,维歇尔首次尝试引入了空气阻尼器,改进了米尔恩地震仪;同时,由于德国人在机械结构上的天赋,他设计出了复杂的多级机械杠杆放大装置,完善了书中“其牙机巧制,皆隐在尊中”部分。

他设计的大维歇尔地震仪圆桶上面圆直径1916mm,下面圆直径1892mm,平均直径为1904mm,东汉时期的“圆径八尺”在“中国历代度制演变测算简表”中恰为1904mm。维歇尔在他的作品中隐含了对张衡地动仪的致敬。

图2 大维歇尔水平向地震仪(现存于南京地震台)

上图这台大型维歇尔水平向地震仪重17吨,全球仅生产了3台,目前唯一能正常运行的这台大维歇尔地震仪是在时任中央研究院气象研究所所长竺可桢的强烈建议下,斥资一万两白银,于1930年从德国哥廷根大学订购,1930年底运抵中国南京北极阁地震台。

1931年10月,南京北极阁地震台的创始人金詠深先生从日本学习回国,便立马投入装配仪器工作,装就后立即请北平鹫峰地震台派员来北极阁校核。当时李善邦先生带了资料和记录到南京北极阁地震台进行比对,认为仪器安装得不错,可以投入正式运转。据文献记载,那时安装如此庞大的仪器在国内还是第一次,十分艰难。

1932年7月1日,大型维歇尔地震仪正式投入观测。当月8日就记录到第一个地震,当年12月25日,记录到甘肃昌马7.5级大地震。

如今90多个春秋过去了,南京基准地震台的大型维歇尔地震仪仍可工作,这是个奇迹,它承载了中国近、现代地震观测史,是活化石。与南京紫金山天文台1934年向德国蔡司公司订购的600毫米反光望远镜(大赤道仪)的功勋相比,毫不逊色!

德国哥廷根大学维歇尔地震仪屋入口处的铭文(摇晃的岩石为您带来遥远的信息)

张衡和维歇尔这两个天才,因为地震仪的研制,在时间上跨越1700多年,空间上跨域7000多公里,思想上进行了碰撞和融合。共同开启了地震仪的第一个时代。










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