张衡地动仪的复原

张衡地动仪在汉末战火中失传，流传于今的有地动仪文字记载的史料共8部，文字量总计254字。由中国地震局和国家文物局牵头的张衡地动仪科学复原研究于2002年起步，研究目标明确，要发挥启迪思想、普及科学知识、进行爱国主义教育的作用。整个研究持续10年，较好地完成了任务。

夏县宇达青铜文化产业园展出的“张衡地动仪” 图片 记者 刘亚 摄

科学家系统梳理东汉张衡于公元132年发明的候风地动仪历史，结合国家科学复原项目研究成果，分析1951年王振铎复原模型，深度开展后续改进工作。

科学家考证仪器外形“形似酒尊”的青铜穹顶造型及洛阳灵台观测室遗址。通过悬垂摆原理、数学建模与地震模拟实验，阐明都柱触发杠杆机制使龙口吐球的工作原理，验证其对陇西地震的监测功能。2009年中国科技馆展出的1:1青铜模型采用横纵波区分技术，2019年复原成果被收录国家审定教科书。

2021年2月，人民教育出版社的新编课本《科学》（六年级下册），在第25页《张衡地动仪》部分，介绍了中华民族引为骄傲的瑰宝之一——人类第一台测震仪器。

新编教科书于2019年由国家教材委员会专家委员会审核通过。课件的图文正在被各地博物馆采用。介绍和推介新的地动仪科学复原模型的相应专著等也已经出版，并以电视和展览的形式做了介绍。

地动仪要测到600公里外陇西地震，樽体至少要有2米至2.2米高的悬挂点，悬挂的重锤大约400公斤。顶盖曲度与厚度要能支撑住这么大的负荷，并能克服青铜材料的金属疲劳和应力应变。龙嘴要含住能轻松滚动的铜丸，在周期0.05秒和加速度1～5伽的地震动中让它落入蟾蜍嘴里……注意，其他7个龙嘴还要纹丝不动。

在圆形的顶盖的底部用浅浮雕的方式辅以凤鸟、苍龙、白虎和玄武，用时隐时现的云气让四灵呈反时针状翱翔于苍空。既增强了青铜顶盖的力学强度，又美仑美奂地重现了四方、四季的古代理念。

地动仪模型中的蟾蜍、龙首和凤鸟是艺术设计当中的三个要点。蟾蜍本身的造型并不难，难点在于处理它在地动仪的空间位置。按照史书记载和地震学实验结果，蟾蜍具有承载樽体、接受落丸、振声激扬和人员内外调整仪器的作用。张衡有个“大地浮于水“的观念，设计者选择了“九泉之水滚滚流出、惊涛拍岸卷起千堆雪”的造型。底座质量的加大让整个仪器的质量分布完全变了样，重心降到底边长度的1/4，即使在强地震的袭击之下地动仪仍然能保持优良的稳定性，也符合古代观测仪器的共同特点。

设计者把汉代酒樽上三只凤钮移位到中心，面朝外呈放射状。设计者采取凤鸟翘尾羽、展翅膀、舒羽毛、站托盘的艺术形式，以中国人不显山不露水的绝妙方式组成了完整的框架结构。4层10个焊接点，力学强度非常大。技术上本来只要求能悬挂400公斤载荷，而实测的强度居然达到了1500公斤！三只楚楚动人的轻盈鸟儿，大大地降低了压抑感。

艺术造型于2008年通过专家审定之后，还有一系列的机械结构和工艺技术的调整完善。2012年，2.2吨重的原大青铜铸造模型制作出来，又在地震动力学国家专业实验室完成了2200余次的测试，获评优秀。地动仪科学复原的研究到此结束，整个工作历时10年。 （《中国青年报》）