張衡11歲時(shí)，漢章帝去世，年僅10歲的和帝即位，從此東漢王朝進(jìn)入了后宮及外戚把持朝政、宦官弄權(quán)的混亂時(shí)代。僅永元元年（89年）到陽(yáng)嘉元年（132年）這短短43年間，就先后有4位幼帝登基。

除了皇帝更換頻繁之外，張衡所生活的年代還有一個(gè)“頻繁”，那就是地震頻繁。僅和帝永元四年（92年）到安帝延光四年（125年）這30多年間，就發(fā)生了26次有史可查的大地震。這些大地震使得地裂山崩、房舍倒塌、人畜傷亡，不僅造成了巨大的財(cái)產(chǎn)損失，還引起了朝野上下的一片恐慌。

由于缺乏科學(xué)的地震知識(shí)，當(dāng)時(shí)的人們無(wú)法正確解釋地震的原因，就將這歸結(jié)于上天震怒。每逢發(fā)生大地震，皇帝就會(huì)罷免一些官員，以表達(dá)對(duì)上天示警的重視以及積極改進(jìn)的態(tài)度。為了幫助皇帝及時(shí)得到地震的訊息，張衡發(fā)明了候風(fēng)地動(dòng)儀。據(jù)《后漢書(shū)·張衡傳》記載，地動(dòng)儀以精銅鑄成，圓徑八尺（1.8米～1.9米），盒蓋隆起，形似酒樽。其中心有柱，通過(guò)周邊的孔道連接機(jī)關(guān)。外壁在八個(gè)主要方位上各設(shè)一個(gè)含銅球的龍頭，龍頭正下方各有一仰頭張口的銅蟾蜍。當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時(shí)，對(duì)應(yīng)方位的龍頭吐出銅球，落入蟾蜍口中，而其他七條龍不為所動(dòng)，觀(guān)測(cè)者由此可獲知地震發(fā)生的方位。陽(yáng)嘉元年（132年），張衡將候風(fēng)地動(dòng)儀進(jìn)獻(xiàn)給漢順帝。漢順帝下令將其放置在靈臺(tái)。

漢嘉三年，候風(fēng)地動(dòng)儀正對(duì)西方的龍嘴突然張開(kāi)，吐出了銅球，這意味著京師以西之處發(fā)生了地震。然而不僅京師“地不覺(jué)動(dòng)”，京師附近也沒(méi)發(fā)生地震。這次“誤報(bào)”使得張衡成了眾矢之的。幾天后，來(lái)自隴西的使者快馬進(jìn)京。原來(lái)距離洛陽(yáng)一千多里的金城、隴西一帶發(fā)生了大地震，連山都崩塌了。在封建時(shí)代，山陵崩塌意為江山社稷不穩(wěn)。為了平息上天的震怒，漢順帝下旨將司徒劉崎、司空孔扶這兩位高官免職。

候風(fēng)地動(dòng)儀誤報(bào)的“冤情”被洗刷了，但是張衡成為眾矢之的的局面并沒(méi)有改善。在眾人看來(lái)，他就是恃候風(fēng)地動(dòng)儀之能逞兇的危險(xiǎn)分子。于是各方勢(shì)力都向漢順帝進(jìn)言，詆毀張衡。張衡為求自保，主動(dòng)辭去了侍中之職。然而，地震風(fēng)波并沒(méi)有就此平息。兩年后，京師再次地震。

地震學(xué)家約翰·米爾恩構(gòu)想的候風(fēng)地動(dòng)儀外形

在后世看來(lái)，從陽(yáng)嘉元年（132年）到永和五年（140年）期間，正好是發(fā)生地震的高潮期?？稍诋?dāng)時(shí)，即使聰明如張衡也無(wú)法解釋?zhuān)瑸槭裁椿实垡呀?jīng)改變了執(zhí)政策略，卻仍然頻頻受到上天的懲罰。漢順帝大怒，將張衡貶至河間為官。

漢嘉八年（139年），62歲的張衡郁郁而終，候風(fēng)地動(dòng)儀也不再被人提起。后人推測(cè)，可能是因?yàn)楹蝻L(fēng)地動(dòng)儀遭到人為破壞，其驗(yàn)震功能再也無(wú)法使用，繼而徹底失傳。

在張衡去世的 1700多年后，英國(guó)地理學(xué)家約翰·米爾恩受邀去日本研究地震。他從英國(guó)出發(fā)，橫穿西伯利亞取道中國(guó)。在此期間，他接觸到《后漢書(shū)·張衡傳》中有關(guān)候風(fēng)地動(dòng)儀的記載。米爾恩對(duì)此很感興趣。他反復(fù)研究后，認(rèn)為張衡設(shè)計(jì)時(shí)采用的應(yīng)為懸垂擺原理，“中有都柱”的這根柱子是懸掛的。他還根據(jù)自己的理解，做了候風(fēng)地動(dòng)儀的復(fù)原模型。

1880年，米爾恩發(fā)明了世界上第一臺(tái)精準(zhǔn)的地震儀，所采用的就是懸垂擺原理。他也因此被后人稱(chēng)為“地震儀之父”。同年，日本成立了全世界第一個(gè)地震學(xué)會(huì)。米爾恩作為地震學(xué)權(quán)威，在會(huì)上做了重要講話(huà)。他在發(fā)言中明確提出，人類(lèi)歷史上第一個(gè)地震儀是張衡發(fā)明的。

張衡與東漢靈臺(tái)

東漢靈臺(tái)位于京師平門(mén)外御道西側(cè)，今洛陽(yáng)偃師佃莊鎮(zhèn)。它始建于光武帝建武中元元年 （56年），毀于西晉末年的戰(zhàn)亂，使用時(shí)間長(zhǎng)達(dá)250年之久。東漢靈臺(tái)作為國(guó)家天文觀(guān)測(cè)臺(tái)，是太史令的下屬機(jī)構(gòu)。據(jù)史書(shū)記載，其工作人員多達(dá)43人，包括：1名靈臺(tái)丞主持全臺(tái)工作，14人候星，人候日，3人候風(fēng)，12人候氣，3人候晷景，7人候鐘律，另有1人為舍人。由此可見(jiàn)，當(dāng)時(shí)靈臺(tái)的觀(guān)測(cè)工作已經(jīng)是全天候全方位了。

張衡曾兩度出任太史令：第一次是在漢安帝時(shí)期，制作了以水力推動(dòng)的渾天儀，撰寫(xiě)了《靈憲》和《算罔論》;第二次是在漢順帝時(shí)期，發(fā)明了能探測(cè)震源方向的候風(fēng)地動(dòng)儀。這兩件儀器就安放在靈臺(tái)上。此外，張衡還親自參與和主持了靈臺(tái)的天象觀(guān)測(cè)和天文研究工作，發(fā)現(xiàn)了月蝕的成因，繪制并記錄了2500顆星體的星圖，解釋和確立了渾天說(shuō)的宇宙論。

考古學(xué)家王振鐸復(fù)原并制造的“張衡地動(dòng)儀”模型外形圖

真實(shí)再現(xiàn)張衡候風(fēng)地動(dòng)儀

現(xiàn)存有關(guān)候風(fēng)地動(dòng)儀的文字記載，僅是三本史書(shū)中的區(qū)區(qū)200多字。據(jù)說(shuō)北齊信都芳的《器準(zhǔn)》和隋初臨孝恭的《地動(dòng)銅儀經(jīng)》都曾記載了候風(fēng)地動(dòng)儀的圖式和制作方法，不過(guò)這兩本書(shū)在唐代之后就失傳了。實(shí)物缺失再加上史書(shū)記載過(guò)于簡(jiǎn)略，導(dǎo)致后人對(duì)候風(fēng)地動(dòng)儀的想象各不相同，可謂“一千個(gè)人心中有一千個(gè)候風(fēng)地動(dòng)儀”。

1951年，考古學(xué)家王振鐸完成了候風(fēng)地動(dòng)儀的復(fù)原模型。該模型由精銅鑄造，外形華麗，獲得了很多好評(píng)。在該模型問(wèn)世后的很長(zhǎng)時(shí)間里，老百姓分不清它與張衡的候風(fēng)地動(dòng)儀有什么不同，將兩者簡(jiǎn)單地畫(huà)上了等號(hào)。

但隨著文物考古研究的深入，該模型外觀(guān)上的一些問(wèn)題也逐漸暴露。比如該模型體積太大，無(wú)法放入靈臺(tái)上那個(gè)專(zhuān)門(mén)放置候風(fēng)地動(dòng)儀的“密室”;兩頭略小的桶形不符合漢代酒樽的形狀;龍的造型屬于明清風(fēng)格，不符合漢代審美等。

漢代酒樽

為了真實(shí)再現(xiàn)張衡的候風(fēng)地動(dòng)儀，在中國(guó)地震局和國(guó)家文物局的支持下，來(lái)自不同領(lǐng)域的多學(xué)科專(zhuān)家組成了“張衡地動(dòng)儀科學(xué)復(fù)原”課題組。課題組強(qiáng)調(diào)“科學(xué)復(fù)原”，即盡可能還原張衡的設(shè)計(jì)思路，忠于當(dāng)時(shí)的鑄造技術(shù)，不人為拔高。經(jīng)過(guò)多方考證，課題組推翻了之前的直立杠桿設(shè)計(jì)，采用了懸垂擺的設(shè)計(jì)。

2002年，課題組完成了新的復(fù)原模型;2005年，該模型設(shè)計(jì)通過(guò)了專(zhuān)家鑒定和國(guó)家驗(yàn)收;2008年，課題組完成了該定型模型的小型鑄造。因?yàn)樵撜n題組由地震專(zhuān)家馮銳主持，所以該模型被稱(chēng)為馮銳版復(fù)原模型。

馮銳版地動(dòng)儀復(fù)原模型及其內(nèi)部構(gòu)造

值得記住的近代地震儀

候風(fēng)地動(dòng)儀只能提供地震的大致方向，無(wú)法記錄地震波，所以并非真正意義上的地震儀，而是驗(yàn)震器。真正的地震儀是一種能夠記錄地震波的儀器。它所記錄下來(lái)的具有不同起伏幅度的曲線(xiàn)被稱(chēng)為“地震譜”。

世界上第一臺(tái)真正的地震儀

發(fā)明者：意大利科學(xué)家盧伊吉·帕爾米里

發(fā)明時(shí)間：1855年

特征：具有復(fù)雜的機(jī)械系統(tǒng)，使用裝滿(mǎn)水銀的圓管，且裝有電磁裝置。當(dāng)震動(dòng)使水銀發(fā)生晃動(dòng)時(shí)，電磁裝置會(huì)觸發(fā)一個(gè)內(nèi)設(shè)的記錄地殼移動(dòng)的設(shè)備，粗略地顯示出地震發(fā)生的時(shí)間和強(qiáng)度。

世界上第一臺(tái)精確的地震儀

發(fā)明者：英國(guó)地理學(xué)家約翰·米爾恩

發(fā)明時(shí)間：1880年

特征：利用地殼移動(dòng)和擺錘擺動(dòng)的關(guān)聯(lián)性，設(shè)備中的一根加重小棒會(huì)在受到震動(dòng)作用時(shí)移動(dòng)一個(gè)有光縫（即可通過(guò)光線(xiàn)的細(xì)長(zhǎng)縫）的金屬板。光線(xiàn)二次穿過(guò)不同光縫后，落到一張高度感光的紙上，于是光線(xiàn)便將地震的移動(dòng)“記錄”了下來(lái)。

世界上第一臺(tái)電磁地震儀

發(fā)明者：俄國(guó)王子鮑里斯·格里芩

發(fā)明時(shí)間：1906年

原理：利用了19世紀(jì)由英國(guó)物理學(xué)家邁克爾·法拉第提出的電磁感應(yīng)原理。最大的優(yōu)點(diǎn)是可以將記錄器和地震儀分別放置，前者可放置在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，后者可放置在可能發(fā)生地震的地點(diǎn)。

許多人對(duì)地震儀有一種誤解，認(rèn)為它能預(yù)測(cè)地震。其實(shí)，地震儀只能用于測(cè)量地震的強(qiáng)度、方向，并不能用于預(yù)測(cè)地震。