张衡可以预测地震吗（张衡的地震仪真能预报地震么）

东汉的张衡于公元132年发明了地动仪，也叫地震仪，它是人类第一部地震仪器。清华大学吴冠英教授于2015年创作了《陇西地震》，被人民教育出版社的教材采用。我们小时候接触最多的也是这个图。画中的张衡是灵台的普通一员，他与工匠讨论着134年陇西地震时龙嘴吐出的铜球，吊灯的摇晃暗示了地动仪的工作原理（图1）。建议阅读此文前先浏览前面的文章：地震是如何发生的？

图1：地动仪成功测到134年陇西地震（吴冠英，2015)

灵台是东汉政府的最高科研机构，相当于我们今天的中国科学院。张衡是地震领域的顶尖专家，自115年起先后主持灵台工作14年。

一、地震仪

张衡作为东汉科学院的一员，为了掌握全国地震动态，他经过长年研究，终于在 公元132年发明了世界上第一架地震仪。张衡的地震仪有8个方位，每个方位上均有口含龙珠的龙头，在每条龙头的下方都有一只蟾蜍与其对应。任何一方如有地震发生，该方向龙口所含铜珠即落入蟾蜍口中，由此便可测出发生地震的方向。

张衡设计的仪器上雕刻的山龟鸟兽等可能象征着山峦和青龙、白虎、朱雀、玄武等二十八宿，所刻篆文可能表示8方之气。8龙在上象征阳；蟾蜍居下象征阴，构成阴阳上下的动静的辩证关系；都柱象征天柱，居于顶天立地的地位。

图2：南京地震博物馆的地动仪

二、地震仪的工作原理

仪器的内部中央有一根铜质柱子，柱子向旁有八条通道，还有触发机关的装置。樽体外部周围有八个龙头，按东、东南、南、西南、西、西北、北、东北八个方位布列。对着龙头，八个蟾蜍蹲在地上，个个张开大嘴，嗷嗷待哺，准备承接铜球。当某个地方发生地震时，樽体随之振动，触动机关，使发生地震方向的龙头张开嘴，吐出铜球，落到铜蟾蜍的嘴里，发生很大的声响。所以人们就可以知道地震发生的方向。

当时利用这架仪器成功地测报了我国甘肃地区发生的一次地震，引起了全国的重视。这比起西方国家用仪器记录地震的历史早1000多年。

图3：地震仪的工作原理（冯锐，2019）

三、地震仪能预报地震么

预报地震需要知道3个要素，才能有效地减小地震对人类的伤害。包括发生地震的时间、震中位置、震级 (地震强度) 。

众所周知，地球上的地震，大多是由于地球深处板块之间的挤压碰撞所引起。由震源向四处传播的振动，即地震波。地震波在地球各处传播，随不同途径而呈现出不同的表现。地震发生时, 从震源会发出两种波：一种叫P波, 是纵波, 它引起的物体震动方向和波的前进方向一致;一种叫S波, 是横波, 它引起的物体震动方向和波的前进方向垂直。纵波速度快，最先到达，主要使地面上下颠动。横波速度慢，第二个到达，主要使地面侧向晃动。

图4：地震波

P波的速度比S波快，因此最先到达地面，形成地震波中的初波。据初波的震动方向就可以知道震源方向。但初波非常微弱，而这部分P波携带的能量只占地震波全部能量的一小部分。如果张衡的地震仪能敏感到对第一波的初波就做出响应，那么足以有许多别的和地震无关的震动，比如车辆在附近走过，能引起它的反应，从而让人误把许多不是地震的震动也当成是地震。

地震波的频带很宽，高到频率300Hz以上，低到0.001Hz以下。一台地震仪很难全部覆盖，因此，现有地震仪按需求可分为短、长、中长、宽带等不同频段。

张衡地动仪是早期机械式地震仪，频带窄。它可以敏感几百公里外的陇西地震，说明其灵敏度很高。鉴于p波在震中附近信号强，而离震中较远的洛阳就很弱了，难以敏感。而s波和面波，信号较强，地动仪如能敏感，但掉球方向又和史书记载不符。

图5：月球测振仪（冯锐，2021）

四、地震仪的意义

尽管张衡的地震仪有许多缺陷，但它决不是无用的摆设。地震问题比较复杂，它不能预报所有地震。它能预报一定范围和距离的地震，地动仪只能记录震中方向。几台地动仪“联网”也可测出震中位置，但它却无法记录发震时刻。

图6：全球光纤测震（冯锐，2021）

前人对张衡的地动仪曾进行过公开测试，且被证明其感震功能完全有效，所以它是真实存在的。在地动仪复原工作尚未完成的情况下，既不应该用现代地震仪取代其历史地位，也不应该无视其对现代地震仪诞生所起的开创引领作用。