用于验震的候风地动仪

张衡11岁时，汉章帝去世，年仅10岁的和帝即位，从此东汉王朝进入了后宫及外戚把持朝政、宦官弄权的混乱时代。仅永元元年（89年）到阳嘉元年（132年）这短短43年间，就先后有4位幼帝登基。

除了皇帝更换频繁之外，张衡所生活的年代还有一个“频繁”，那就是地震频繁。仅和帝永元四年（92年）到安帝延光四年（125年）这30多年间，就发生了26次有史可查的大地震。这些大地震使得地裂山崩、房舍倒塌、人畜伤亡，不仅造成了巨大的财产损失，还引起了朝野上下的一片恐慌。

由于缺乏科学的地震知识，当时的人们无法正确解释地震的原因，就将这归结于上天震怒。每逢发生大地震，皇帝就会罢免一些官员，以表达对上天示警的重视以及积极改进的态度。为了帮助皇帝及时得到地震的讯息，张衡发明了候风地动仪。据《后汉书·张衡传》记载，地动仪以精铜铸成，圆径八尺（1.8米～1.9米），盒盖隆起，形似酒樽。其中心有柱，通过周边的孔道连接机关。外壁在八个主要方位上各设一个含铜球的龙头，龙头正下方各有一仰头张口的铜蟾蜍。当地震发生时，对应方位的龙头吐出铜球，落入蟾蜍口中，而其他七条龙不为所动，观测者由此可获知地震发生的方位。阳嘉元年（132年），张衡将候风地动仪进献给汉顺帝。汉顺帝下令将其放置在灵台。

汉嘉三年，候风地动仪正对西方的龙嘴突然张开，吐出了铜球，这意味着京师以西之处发生了地震。然而不仅京师“地不觉动”，京师附近也没发生地震。这次“误报”使得张衡成了众矢之的。几天后，来自陇西的使者快马进京。原来距离洛阳一千多里的金城、陇西一带发生了大地震，连山都崩塌了。在封建时代，山陵崩塌意为江山社稷不稳。为了平息上天的震怒，汉顺帝下旨将司徒刘崎、司空孔扶这两位高官免职。

候风地动仪误报的“冤情”被洗刷了，但是张衡成为众矢之的的局面并没有改善。在众人看来，他就是恃候风地动仪之能逞凶的危险分子。于是各方势力都向汉顺帝进言，诋毁张衡。张衡为求自保，主动辞去了侍中之职。然而，地震风波并没有就此平息。两年后，京师再次地震。

地震學家约翰·米尔恩构想的候风地动仪外形

在后世看来，从阳嘉元年（132年）到永和五年（140年）期间，正好是发生地震的高潮期。可在当时，即使聪明如张衡也无法解释，为什么皇帝已经改变了执政策略，却仍然频频受到上天的惩罚。汉顺帝大怒，将张衡贬至河间为官。

汉嘉八年（139年），62岁的张衡郁郁而终，候风地动仪也不再被人提起。后人推测，可能是因为候风地动仪遭到人为破坏，其验震功能再也无法使用，继而彻底失传。

在张衡去世的 1700多年后，英国地理学家约翰·米尔恩受邀去日本研究地震。他从英国出发，横穿西伯利亚取道中国。在此期间，他接触到《后汉书·张衡传》中有关候风地动仪的记载。米尔恩对此很感兴趣。他反复研究后，认为张衡设计时采用的应为悬垂摆原理，“中有都柱”的这根柱子是悬挂的。他还根据自己的理解，做了候风地动仪的复原模型。

1880年，米尔恩发明了世界上第一台精准的地震仪，所采用的就是悬垂摆原理。他也因此被后人称为“地震仪之父”。同年，日本成立了全世界第一个地震学会。米尔恩作为地震学权威，在会上做了重要讲话。他在发言中明确提出，人类历史上第一个地震仪是张衡发明的。

张衡与东汉灵台

东汉灵台位于京师平门外御道西侧，今洛阳偃师佃庄镇。它始建于光武帝建武中元元年 （56年），毁于西晋末年的战乱，使用时间长达250年之久。东汉灵台作为国家天文观测台，是太史令的下属机构。据史书记载，其工作人员多达43人，包括：1名灵台丞主持全台工作，14人候星，人候日，3人候风，12人候气，3人候晷景，7人候钟律，另有1人为舍人。由此可见，当时灵台的观测工作已经是全天候全方位了。

张衡曾两度出任太史令：第一次是在汉安帝时期，制作了以水力推动的浑天仪，撰写了《灵宪》和《算罔论》;第二次是在汉顺帝时期，发明了能探测震源方向的候风地动仪。这两件仪器就安放在灵台上。此外，张衡还亲自参与和主持了灵台的天象观测和天文研究工作，发现了月蚀的成因，绘制并记录了2500颗星体的星图，解释和确立了浑天说的宇宙论。

考古学家王振铎复原并制造的“张衡地动仪”模型外形图

真实再现张衡候风地动仪

现存有关候风地动仪的文字记载，仅是三本史书中的区区200多字。据说北齐信都芳的《器准》和隋初临孝恭的《地动铜仪经》都曾记载了候风地动仪的图式和制作方法，不过这两本书在唐代之后就失传了。实物缺失再加上史书记载过于简略，导致后人对候风地动仪的想象各不相同，可谓“一千个人心中有一千个候风地动仪”。

1951年，考古学家王振铎完成了候风地动仪的复原模型。该模型由精铜铸造，外形华丽，获得了很多好评。在该模型问世后的很长时间里，老百姓分不清它与张衡的候风地动仪有什么不同，将两者简单地画上了等号。

但随着文物考古研究的深入，该模型外观上的一些问题也逐渐暴露。比如该模型体积太大，无法放入灵台上那个专门放置候风地动仪的“密室”;两头略小的桶形不符合汉代酒樽的形状;龙的造型属于明清风格，不符合汉代审美等。

汉代酒樽

为了真实再现张衡的候风地动仪，在中国地震局和国家文物局的支持下，来自不同领域的多学科专家组成了“张衡地动仪科学复原”课题组。课题组强调“科学复原”，即尽可能还原张衡的设计思路，忠于当时的铸造技术，不人为拔高。经过多方考证，课题组推翻了之前的直立杠杆设计，采用了悬垂摆的设计。

2002年，课题组完成了新的复原模型;2005年，该模型设计通过了专家鉴定和国家验收;2008年，课题组完成了该定型模型的小型铸造。因为该课题组由地震专家冯锐主持，所以该模型被称为冯锐版复原模型。

冯锐版地动仪复原模型及其内部构造

值得记住的近代地震仪

候风地动仪只能提供地震的大致方向，无法记录地震波，所以并非真正意义上的地震仪，而是验震器。真正的地震仪是一种能够记录地震波的仪器。它所记录下来的具有不同起伏幅度的曲线被称为“地震谱”。

世界上第一台真正的地震仪

发明者：意大利科学家卢伊吉·帕尔米里

发明时间：1855年

特征：具有复杂的机械系统，使用装满水银的圆管，且装有电磁装置。当震动使水银发生晃动时，电磁装置会触发一个内设的记录地壳移动的设备，粗略地显示出地震发生的时间和强度。

世界上第一台精确的地震仪

发明者：英国地理学家约翰·米尔恩

发明时间：1880年

特征：利用地壳移动和摆锤摆动的关联性，设备中的一根加重小棒会在受到震动作用时移动一个有光缝（即可通过光线的细长缝）的金属板。光线二次穿過不同光缝后，落到一张高度感光的纸上，于是光线便将地震的移动“记录”了下来。

世界上第一台电磁地震仪

发明者：俄国王子鲍里斯·格里芩

发明时间：1906年

原理：利用了19世纪由英国物理学家迈克尔·法拉第提出的电磁感应原理。最大的优点是可以将记录器和地震仪分别放置，前者可放置在实验室内，后者可放置在可能发生地震的地点。

许多人对地震仪有一种误解，认为它能预测地震。其实，地震仪只能用于测量地震的强度、方向，并不能用于预测地震。