耄耋之年，依然星光闪耀！九旬老专家复原张衡地动仪

6月6日-8日，年逾九旬胡宁生老人在南京江宁举办了一场演示会，展示了他复原的张衡地动仪。“其实这跟我以前做天文望远镜的过程，有个相似之处，两者都是精密仪器，要不断打磨，精益求精。”胡宁生曾主持多款天文望远镜的研制，2022年国际天文学联合会小天体命名委员会将编号为534390号的小行星命名为“胡宁生星”。

△胡宁生讲述地动仪复原过程

(资料图片)

复原地动仪关键在这根立柱

1800年前，东汉时期的科学家张衡发明了地动仪。《后汉书·张衡列传》记载地动仪共有196字，胡宁生读了不知多少遍，逐字推敲，早已熟背于心。“以精铜铸成……形似酒尊，饰以篆文山龟鸟兽之形。中有都柱，傍行八道，施关发机。外有八龙，首衔铜丸，下有蟾蜍，张口承之……如有地动，尊则振龙机发吐丸，而蟾蜍衔之……”胡宁生介绍，《后汉书》不仅描述了地动仪的外观和基本构造，还记录下陇西地震时，洛阳城里的人并无感觉，地动仪却能监测到地震的情况。可惜的是，地动仪后来消失在历史中，它的制作方式也成为了千古谜团，仅靠史书上的简单描述，后世人也未能复原。

直到上世纪50年代，时任文化部文物局博物馆处处长的王振铎复原了地动仪，但这一模型只是还原了地动仪外观，并不能实现史书中记载的“验震”功能。2005年，又有科学家用“悬垂摆原理”复原了地动仪，并且实现了验震功能。但这件事在胡宁生看来，仍然有一些争议，毕竟史书中的描述，地动仪是“中有都柱”。因此，他认为，张衡地动仪从设计理念上，仍应是“直立杆原理”，而非用“悬垂摆”。

△胡宁生演示地动仪原理

“直立杆原理”并不复杂，一根柱子直立起来，当地面震动，柱子便会倒下。可面对人类无法察觉的微小震动，地动仪又是如何做到呢？他认为关键点是，“直立杆”底端的接触面越小，意味着它越灵敏。如今人们在大地震后，使用“倒立酒瓶”防范余震，也是利用同样的原理。人们将啤酒瓶倒置，瓶口放在地面上，一旦地面晃动，瓶子因为重心高，更容易倾倒，从而提醒人逃生。

△助手帮助胡宁生校准地动仪水平面

但这仅能验证是否有地震，而史书中则是描述，地动仪可以知道震源的大致方向。显然，地动仪的直立杆，有着更精妙的技艺。在不断的研究中，胡宁生找到了另一个关键点，立柱加工要足够精密，确保其重力矢量点落在正中央。而且立柱底端与底板的接触面，都要非常“平”。这个“平”有两层含义，一是接触面要平整，二是底板的水平面调校要非常精准。否则，立柱受到震动，也会倒向重心偏移的一侧，无法判断震波方向。

△地动仪局部

看不得先人科技成果被否定，他说“我能造出来”

胡宁生这辈子就在跟精密仪器打交道，对这行有着非同寻常的执着。年轻时，他从南京大学毕业，进入了中国科学院南京天文仪器厂筹备处，从事天文仪器研制工作。他主持研制的43/60/80cm施密特望远镜，成为了紫金山天文台观测人造卫星的主要仪器。此外，他还研制出了能输出实时测量数据的光学跟踪经纬仪，对我国发射第一颗人造卫星起到了辅助作用。因为他在天文学领域的成就，2022年5月，一颗直径850m、周期3.76年的小行星被命名为“胡宁生星”。

△胡宁生在调校小型地动仪

“在我看来，地动仪也是精密仪器。后世人要复原地动仪，不光要有考古、地震学的知识，也要精通精密仪器的制作。”胡宁生谈及初衷，透着股“不服气”的劲头。胡宁生说，2013年国外科学家曾质疑地动仪是否真实存在，当时国内的舆论也很彷徨，他觉得先人的科技成果被如此轻易否定，实在有些恼火。于是，他就憋着一股劲，要让地动仪重现于世。“史书上确有其事，从原理上也能说得通，我能把它造出来！”

△立柱底部采用了人造蓝宝石

从2013年开始，胡宁生就开始研制直立杆式地动仪，最初的样品他花费3个月完成。十年间，他不断改进和完善地动仪的设计。“你看这个立柱，我在底端嵌了一块人造蓝宝石，硬度高，这才能经得起反复使用。”他自费研制花费上百万元，还出版了一本书《张衡地动仪的奥秘》。

最大的心愿：地动仪复原品进入科技场馆

演示会现场，胡宁生在助手的帮助下，演示了地动仪的功能。当发生震动后，地动仪的立柱随即向对应方位倾倒，龙头所衔的弹丸应声而落。

△受到震动后，地动仪龙头所衔弹丸落下

这是否意味着，地动仪具备了准确判断地震方位的功能呢？胡宁生坦言，这还很难实现。其实，按照现在的地震学知识，震波从震中向四面八方传递，并不是以规则的同心圆向四周扩散。现在地震监测，也是依靠网状布点，才能找准震中位置。胡宁生介绍：“古人依靠一台仪器，并不能每次都准确判断地震的方位。《后汉书》中，记载地动仪判断了地震方向，可能是有巧合因素存在。”所以，在他看来，张衡的地动仪具备验震功能，但对震源方向的判断，是有局限性的。

“我认为，地动仪最大的价值，是中国古代科学家对精密仪器的探索。”胡宁生表示，古人能造出地动仪，代表了东汉时中国人已经有了极高的设计、制造技艺。但受限于时代局限，张衡的地动仪采用铜制，意味着硬度有限。“用了一段时间后，地动仪的立柱底部会有磨损，就更难保持平衡了。当张衡离开太史令的位置后，后任者可能就没有好好维护这台仪器，最终这台仪器失去功能。”胡宁生认为，这台仪器非常精密，维护难度很大，这可能是地动仪最终湮灭于世的原因之一。

如今，他最大的心愿是，让复原的地动仪进入科技场馆，让更多人感知科技史的魅力，增强公众的文化自信和科技自信。

现代快报+记者是钟寅文/摄

（校对 张红霞）

标签：