世界地震工程

令中国研究人员困惑的中国古代地震探测器

 
公元132年,一位杰出的中国天文学家,数学家和工程师张衡向汉宫展示了一项令人印象深刻的发明,这是世界上第一台地震仪。
地震仪是指示地震过程中地球震动的仪器。 请勿将其与也记录运动的地震仪或地震仪相混淆。 本质上,任何悬垂的摆锤或微妙的平衡物体都可以在最小的干扰下倾倒,就可以充当地震仪。 相信在张衡发明之前就不存在这样的工具是很幼稚的。 但是,亨的地震仪之所以与众不同,是因为它的灵敏度和分辨地震发生方向的能力。
张衡的乐器像一个大酒瓶,由青铜制成,直径约六英尺。 在船的外面,有八个龙头,面对着罗盘的八个主要方向。 八只青蛙的嘴巴张开,头部向上倾斜,位于船只底部的龙头下方。 广口瓶的内容物是未知的,但据怀疑其中包含某种摆锤机构。
当地震发生时,即使太弱以至于无法感觉到,摆锤也会随着震动的地面摆动,并将金属球从龙的嘴里撞到青蛙的嘴里。 球从何处跌落就表明震颤从何而来。 落下的球降落在青蛙的嘴上时,也发出很大的声音,提醒地震发生的人。
张衡最初遭到怀疑,但随着故事的发展,几年后,一个球终于落下。 由于没有人在首都感到任何动摇,他的批评家们将该文书注销为失败。 但是几天后,一个信使到达,报告了一场严重地震,地震发生在地震仪指示的确切方向上,相距数百英里。
据说在张衡去世后的几个世纪中,其他中国知识分子成功地重建了张衡的地震仪,但没有一种工作工具能够幸免于难。 当代作家已经描述了该乐器的性质,但其内部运作方式仍是个谜。 例如,目前尚不清楚一个古老的摆锤设计如何敏感到能够检测数百英里外的地震,同时又足够稳定以至于仅干扰一组杠杆而不会碰到其余杠杆。
尝试建造张衡的地震仪是在19世纪和20世纪,但这些复制品未能达到中国历史记录所描述的准确性和敏感性水平。 就在2005年,来自中国科学院的一组地震学家和考古学家宣布他们已经创建了一个 运转正常的复制品 。
在他们的版本中,研究人员仅使用一个球,而不是八个单独的球用于八个基本方向。 该球在乐器中心的薄基座上微妙地保持平衡。 在球的正上方是一个悬挂的钟摆,轻轻地碰到球。 摆锤摆动时,它轻轻地将球从其基座上移至八个通道之一并从龙的嘴中滑出。 这样,该仪器只能被触发一次,并且由于没有更多的球,所以摆锤的后续运动将无法将其他球从其他口中敲出。
张衡的地震仪可能已有1800年的历史,但其工作原理一直保持到现代。 直到19世纪,一直使用基于摆的地震仪。 现代地震仪使用复杂的电子设备,但传感器仍然是悬浮的物体,是一种摆锤,由电力而不是机械杠杆和杆来固定。 有些乐器使用弹簧代替摆锤。
在2016年至2017年之间,一组研究人员 证明 ,可以通过测量地震事件引起的透射光脉冲的相位波动来使用普通的海底电信电缆检测地震。 与位于空间中单个点的地震仪不同,后者仅测量一组地震波,而光纤在其整个长度上受到地震干扰,这使研究人员可以提取可能无法获得的有关地震的有价值的信息用地震仪。 在海底安装地震仪是困难且昂贵的,但是全球已经有数千公里的海底电缆承载互联网和语音数据。 通过利用这种现有的基础设施,有可能以非常低的成本实现全球地震网络。