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地动仪的发明
自然规律，不可违抗。但人类巧妙地运用自己的智慧，趋其利，避其害，一个个辉煌的成就由此而生。我国古代杰出的自然科学家张衡发明的地动仪开创了人类使用科学仪器正式观测地震的历史。
地震记载历史悠久
地震，这个潜伏在地下的凶恶的“敌人”，一旦发起“脾气”来，就可以给人民生命财产带来巨大的损失。强烈地震来势猛烈，仅在几分钟，甚至在短短的几秒钟内即可完成，令人防不胜防。那么，对地震这种自然现象，人们是否能够预先感知到呢？
生活在地面上的人们，为了同这样的自然现象做斗争，很早就有了地震的记载。由于我国处在环太平洋地震带与喜马拉雅——地中海地震带之间，是多地震的国家之一。因而我国人民很早就注意地震，并留下了世界上古老而系统的地震记录。
在晋代出土的《竹书纪年》中就有关于帝舜时期“地坼及泉”，夏桀时期“社坼裂”的记载，虽然记述笼统，仍不失是宝贵的，很可能是世界上最早的地震记载。《吕氏春秋》（公元前239年）记录了“周文王立国八年（公元前1177年）六月，文王寝疾五日，而地动东西南北，不出国郊”。这一记载的信息比较详尽完善，有地震发生的年月和范围，是我国已经发现的地震记录中的最早记载。至于不是把地震现象作为专门对象加以记述而提及地震的，在《诗经》、《春秋》、《左传》等先秦古籍中就累有发现。汉代开始，地震作为灾害记入各断代史的《五行志》中。宋、元以后地方志编写渐盛，地震也作为灾害记入，史料数量大增。历代“类书”，如宋代的《太平御览》、明代的《永乐大典》、清代的《古今图书集成》等，都按类收集了不少地震的资料。此外，一些文人的作品中也有不少这方面的记载。
我国历代积累起来的地震记录非常丰富，是一份十分珍贵的历史遗产。经整理8000多份文献资料中有1万5千余条地震史实，审核后，获得3132年间（公元前1177年到公元1955年）在我国发生的8000多次地震记录，具有重大的科学价值，受到国内外地震科学工作者的广泛重视。这些记录成为编制各种图表，作出地震区域划分以及进行各种数据统计，为地震预报和国民经济建设的合理布局服务的依据。
声光雷电前兆种种
在以上记载中，还大量记录了各种地震的前兆现象，如：地声、地光、前震、地下水异常、气象异常、动物异常等，积累了十分丰富的预测、预报地震以及抗震的知识。
在强烈地震的前兆现象中，地声、地光是非常重要的两种。《魏书·灵征志》、《旧唐书·五行志》、《成化实录》卷五十五都有关于地声的记载，如“声如雷”、“声起遂大震”等。有些强烈地震发生前，还在震区上空出现灼亮的闪光。这种发光现象叫“地光”。史书上对此也累有记述，如《万历实录》卷五十五，记录了公元1509年五月26日夜，湖北武昌府见“碧光闪烁如电者六七次，隐隐有声如雷鼓，已而地震”。《正德实录》卷一百零七记载，公元1513年12月30日，四川越隽县“有火轮见空中，声如雷，次日戊戌地震”。有些大震之前出现的微震或小震，称为“前震”，也可作为大地震的前兆现象。史书上对前震的记载不少，如孙之在《二申野录》中记载，公元1512年5月云南地连震13日，八月云南大地震。康熙年间《镇江府志》、乾隆年间《丹阳县志》都记载，公元1668年7月25日，江苏镇江府丹阳“戊时地震，日微震一次，时日震甚”。
大地震发生前，地下水位往往发生异变。这种前兆现象或者是河池突然干涸，或突然暴涨。地下水成份、色味突变也是地震的前兆现象，如“井水忽浑浊”、“水变赤如流丹”、“井水变味”、“甘咸相反”等。
震前也常会出现高温酷热、急雷骤雨、暴风大作、阴霾昏晦、干旱水涝等等气候异常的前兆现象。例如公元1679年，河北三河、平谷发生8级大地震。震前“特大炎热，热伤人畜甚重”。四川《射洪县志》记载，嘉庆24年5月19日（公元1819年7月10日）发生的地震，“五月淫雨十日，至十九日夜大雨如注，是夜地震，泛水涨数丈”。其他如震前“云气弥天”、“日色昏黄”、“晚不见月”等，不胜枚举。
地震前兆现象还有动物的异常反应，自唐以来就时有所闻。如《开元占经·地镜》（公元729年）记载了在地震地裂发生前，老鼠成群结队聚集闹市大声嘶叫的情景。顺治年间《邓州志》记载公元1556年1月23日夜，“分闻风雨声自西北来，鸟兽皆鸣，已而地震，轰如雷”。《虞乡县志》在总结公元1815年山西平陆发生强烈地震后写道：“牛马仰首，鸡犬声乱，即震验也”。还有记载震前树木、花卉的生长、开花违反气节的异常现象。
所有这类地震前兆现象的记述文献对预报地震、预防或减轻地震灾害具有十分重要的意义。
八龙衔首知震所在
正是在以往不断记录地震，解释地震现象这些知识的基础上，东汉杰出的自然科学家张衡发明了世界上第一架观测地震的仪器——地动仪。
张衡，字平子，汉章帝建初三年（公元78年）诞生于南阳郡石桥镇一个没落的官僚家庭。张衡幼年时家境衰落，有时还要靠亲友的接济。贫困的生活对他的成长无疑起了良好的作用。张衡生长在这样的环境中，加上他自幼刻苦好学，青少年时代就为后来从事科学文化事业奠定了良好的基础。从17岁开始，张衡便离乡游学，考察风俗人情。后来他到了当时的首都洛阳，就读于最高学府——太学。在这里，张衡很快成了一名学识渊博的学者。安帝永初四年（公元111年），34岁的张衡应征进京，先后任郎中、太史令、公车司马令等职。其担任太史令时间最长，前后达14年之久。太史令是主持观测天象、编订历法、候望气象、调理钟律等事务的官员。因此，张衡担任太史令多年，能够接触到大量有关古代记载的地震方面的知识。
当时，地震频繁。据统计，从公元92年~139年间，京师（洛阳）和陇西发生地震20次，其中约有6次是破坏性地震。在张衡担任太史令期间，地方上发生的地震上报中央后，都由他记录下来。为了掌握各地发生的地震情报，他感到很需要有仪器来进行观测。正是以上几种情况，促使张衡很关注地震问题，并经年累月，孜孜不倦地进行研究，终于在阳嘉元年（公元132年），制造了世界上第一架地震仪，称为“候风地动仪”，简称“地动仪”，在人类与地震做斗争的历史上写下了光辉的一页。
地动仪是一个由精铜铸成，形状像酒尊（即酒坛）的圆筒。筒径8尺（后汉时期1尺约合229厘米，故筒径约183米），上有隆起的合盖，圆筒外表面刻有各种篆文和山、龟、鸟兽等图案。关键部位是圆筒里面的一根叫“都柱”的铜质中心柱，它能沿导轨向8个方向摆移，并以此操纵一个启、闭开关。
在圆筒外部有与内部相对应的8个龙头，每一龙头的口中都含有一个小铜丸。在底座周围有8只张着口的蟾蜍正对着上面的各个龙头，以便随时承接从龙口中下落的铜丸。仪器的机构非常精巧，盖子严实。
一旦某地发生地震、地动仪内部的“都柱”就发生倾斜，触动启闭开关，使在相应方向的一个龙口吐出铜丸，由下面的一只蟾蜍接住，并发出“振声激扬”的响声，作为向观测人员发出的声音信号。地动仪机构的另一个设计特点反映在它只记录地震的首冲方向地震波，一旦某条龙的机关受到触发，其他7条龙都将不再动作，是所谓“一龙发机，而龙首不动。寻其方向，乃知震之所在。”
张衡设计的地动仪，是他的唯物主义自然学说的形象体现。仪体似卵形，直径和浑象同样大，象征浑天说的天。立有都柱的平底，表示大地，在天之内。仪体上雕刻的山、龟、鸟、兽象征山峦和青龙、白虎、朱雀、玄武二十八宿。乾坤震巽坎离艮兑等八卦篆文表示八方之气。八龙在上象征阳，蟾蜍居下象征阴，构成阴阳、上下、动静的辩证关系。都柱居于顶天立地的地位，是按照古代“天柱”的说法作的布局。至于工艺，则采用了杠杆结构原理。
这台地动仪被命名为“候风地动仪”，“候风”可能是“候气”的意思，反映了当时人们对地震发生原因的认识。古代人们以为地震是地“气”引起的。所谓“气”，包含有一种积聚起来的能量的意思。
地动仪制成后，装置在洛阳。永和三年（公元138年），在离西安600公里以外的陇西发生一次六级以上的地震，被地动仪测到。但是当时京都的学术人士都因没有感受而对此观测结果表示怀疑。可是没过几天，信使带来了陇西地震的确切消息，这才使大家信服了，并从此开创了人类使用科学仪器正式观测地震的历史。
伟大发明遥遥领先
张衡的地动仪是利用物理学惯性原理设计制成的。它的基本结构完全符合科学道理。张衡地动仪是科学技术史上一件伟大的发明创造，但由于封建王朝的统治者，只顾压迫剥削劳动人民，根本不管劳动人民身受地震灾害的痛苦，对于科学技术上的发明创造，他们又素不重视，所以张衡在地震方面的研究不可能得到他们的支持。地动仪创造出来后，不仅没有受到应有的推广与发展，就连仪器本身也没有得到保护而留存下来。尽管如此，张衡地动仪是湮没不了的，它灿烂夺目的光辉一直吸引着人们的注意。张衡之后的一些科学技术家对地动仪的装置和原理，不断写过一些著作，进行记载和论述。例如北齐的数学家信都芳著有《器准》一书，详细记载古来各种科技仪器的发明创造，其中就记述了地动仪，并且附有插图。《隋书·经籍志》中有《地动图》一卷，很可能就是《器准》中的单行本。隋代天文数学家临孝恭的专著《地动铜仪经》一卷，也是论述张衡地动仪的。不过这几部著作在唐朝以后都失传了。到了近代，中外科学家对张衡地动仪进行了研究和复原。1959年，中国历史博物馆展出了王振铎复原的张衡地动仪模型，为我们展示了精妙绝伦的测震技术。
由于张衡地动仪是当时世界上一项遥遥领先的伟大发明，它不仅在国内有一定的影响，而且在国外也是很有影响的。张衡地动仪是利用物体的惯性来拾取大地震动波，进行远距离测量的。这个原理到现在仍然沿用。据考察，地动仪里面摆的设计，可能在隋唐时代传到波斯（今伊朗）和日本。在公元13世纪，古波斯才有类似仪器在马拉哈天文台出现。18世纪，欧洲才出现利用水银溢流来记录地震的仪器。