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今天我们都知道，地震是由于地层相对运动，导致应力积累并最终释放而产生的一种自然现象，是地球系统运动的一种表现形式。但是，古人并不知道这些，他们不知道地层会发生运动，便将突然发生的地震现象看得非常神秘，认为是天神意志的反映。
张衡Ⓢ
汉代时，“天人感应”思想极为流行，认为上天与人间存在感应。宇宙由阴阳二气构成，人间的君主如果行为不当，就会导致宇宙阴阳失调，出现异常的天象、物兆或自然灾害，地震就属于这种异常现象。古人迫切希望掌握地震的更多信息，在当时一般通过身体感知和观察地面建筑、景物的破坏程度来研究地震。公元132年，张衡发明了记录地震的候风地动仪，从此人们对地震现象有了比较科学的监测手段。
张衡字平子，东汉南阳（今河南省南阳市）人。张衡出身名门望族，历任郎中、太史令、侍中、河间相等官职。虽然官居要职，但是张衡在历史上并不以政治人物著称，他在文学和科学上的贡献才是他永垂青史的真正原因。除了制造候风地动仪，张衡在天文学方面也取得了卓越的成就，是中国古代“浑天说”宇宙观的代表人物。张衡还是一位才华横溢的文学家，他创作的《二京赋》《思玄赋》《四愁诗》等作品在中国古代文学史上都有相当高的地位。
据《后汉书》记载，张衡的候风地动仪以铜制成，外形似一只大酒樽。内部中央有一根都柱，都柱通过机关与器物外壁上的八条龙相连。每条龙的龙口中均衔一枚铜丸，龙首下各有一只蟾蜍，张口承丸。地震时，受地震波震动，内部机关触发，龙首张开，铜丸落入蟾蜍口中。可根据落丸龙首的位置，确定地震方位。由于《后汉书》的记载并不详尽，加之张衡所造之器早已无存，千百年来，候风地动仪的内部结构及工作原理始终无人知晓。近几十年来，不断有人尝试复原候风地动仪，并已取得一定成果。“直立杆原理”和“悬垂摆原理”就是今人推测的两种地动仪可能的工作方式。
一种张衡地动仪复原模型Ⓨ
“悬垂摆”模型工作原理Ⓢ
“直立杆”模型工作原理Ⓢ
“直立杆”模型中，中心都柱是一根上粗下细的圆柱体，有八条通道通达八只龙首。控制龙口的机关分别卡在“八道”中部。地震发生后，受地震波推动，都柱倒向地震波方向。受都柱压迫，这一方向上的机关触发，杠杆转动，将龙口撬起，铜丸滑落。这种模型有一定缺陷：若都柱下端太粗，灵敏度不够；若都柱下端太细，灵敏度又会太高，而且尖端容易磨损。
“悬垂摆”模型中，都柱悬挂在地动仪内部中央，下方八条轨道汇聚成“米”字形。一只小球位于轨道汇聚点上，正好轻轻卡在都柱正下方。地震时，地动仪底座随地表轻微移动，悬挂的都柱因惯性作用保持不动，从而将小球拨向地震波方向。小球滑至轨道另一端，触碰竖杆，令龙口张开，珠落蟾口。这种复原模型工作稳定，可能更接近张衡地动仪的原貌。
候风地动仪是世界上第一架地震监测仪器。据《后汉书》记载，有一次铜丸落下，众人皆无震感，数日后传来消息，方知陇西发生地震，可见候风地动仪具有相当的灵敏度。