耄耋之年，依然星光閃耀！九旬老專家復原張衡地動儀

6月6日-8日，年逾九旬胡寧生老人在南京江寧舉辦了一場演示會，展示了他復原的張衡地動儀。“其實這跟我以前做天文望遠鏡的過程，有個相似之處，兩者都是精密儀器，要不斷打磨，精益求精。”胡寧生曾主持多款天文望遠鏡的研制，2022年國際天文學聯合會小天體命名委員會將編號為534390號的小行星命名為“胡寧生星”。

(相關資料圖)

△胡寧生講述地動儀復原過程

復原地動儀關鍵在這根立柱

1800年前，東漢時期的科學家張衡發明了地動儀。《后漢書·張衡列傳》記載地動儀共有196字，胡寧生讀了不知多少遍，逐字推敲，早已熟背于心。“以精銅鑄成……形似酒尊，飾以篆文山龜鳥獸之形。中有都柱，傍行八道，施關發機。外有八龍，首銜銅丸，下有蟾蜍，張口承之……如有地動，尊則振龍機發吐丸，而蟾蜍銜之……”胡寧生介紹，《后漢書》不僅描述了地動儀的外觀和基本構造，還記錄下隴西地震時，洛陽城里的人并無感覺，地動儀卻能監測到地震的情況。可惜的是，地動儀后來消失在歷史中，它的制作方式也成為了千古謎團，僅靠史書上的簡單描述，后世人也未能復原。

直到上世紀50年代，時任文化部文物局博物館處處長的王振鐸復原了地動儀，但這一模型只是還原了地動儀外觀，并不能實現史書中記載的“驗震”功能。2005年，又有科學家用“懸垂擺原理”復原了地動儀，并且實現了驗震功能。但這件事在胡寧生看來，仍然有一些爭議，畢竟史書中的描述，地動儀是“中有都柱”。因此，他認為，張衡地動儀從設計理念上，仍應是“直立桿原理”，而非用“懸垂擺”。

△胡寧生演示地動儀原理

“直立桿原理”并不復雜，一根柱子直立起來，當地面震動，柱子便會倒下。可面對人類無法察覺的微小震動，地動儀又是如何做到呢？他認為關鍵點是，“直立桿”底端的接觸面越小，意味著它越靈敏。如今人們在大地震后，使用“倒立酒瓶”防范余震，也是利用同樣的原理。人們將啤酒瓶倒置，瓶口放在地面上，一旦地面晃動，瓶子因為重心高，更容易傾倒，從而提醒人逃生。

△助手幫助胡寧生校準地動儀水平面

但這僅能驗證是否有地震，而史書中則是描述，地動儀可以知道震源的大致方向。顯然，地動儀的直立桿，有著更精妙的技藝。在不斷的研究中，胡寧生找到了另一個關鍵點，立柱加工要足夠精密，確保其重力矢量點落在正中央。而且立柱底端與底板的接觸面，都要非常“平”。這個“平”有兩層含義，一是接觸面要平整，二是底板的水平面調校要非常精準。否則，立柱受到震動，也會倒向重心偏移的一側，無法判斷震波方向。

△地動儀局部

看不得先人科技成果被否定，他說“我能造出來”

胡寧生這輩子就在跟精密儀器打交道，對這行有著非同尋常的執著。年輕時，他從南京大學畢業，進入了中國科學院南京天文儀器廠籌備處，從事天文儀器研制工作。他主持研制的43/60/80cm施密特望遠鏡，成為了紫金山天文臺觀測人造衛星的主要儀器。此外，他還研制出了能輸出實時測量數據的光學跟蹤經緯儀，對我國發射第一顆人造衛星起到了輔助作用。因為他在天文學領域的成就，2022年5月，一顆直徑850m、周期3.76年的小行星被命名為“胡寧生星”。

△胡寧生在調校小型地動儀

“在我看來，地動儀也是精密儀器。后世人要復原地動儀，不光要有考古、地震學的知識，也要精通精密儀器的制作。”胡寧生談及初衷，透著股“不服氣”的勁頭。胡寧生說，2013年國外科學家曾質疑地動儀是否真實存在，當時國內的輿論也很彷徨，他覺得先人的科技成果被如此輕易否定，實在有些惱火。于是，他就憋著一股勁，要讓地動儀重現于世。“史書上確有其事，從原理上也能說得通，我能把它造出來！”

△立柱底部采用了人造藍寶石

從2013年開始，胡寧生就開始研制直立桿式地動儀，最初的樣品他花費3個月完成。十年間，他不斷改進和完善地動儀的設計。“你看這個立柱，我在底端嵌了一塊人造藍寶石，硬度高，這才能經得起反復使用。”他自費研制花費上百萬元，還出版了一本書《張衡地動儀的奧秘》。

最大的心愿：地動儀復原品進入科技場館

演示會現場，胡寧生在助手的幫助下，演示了地動儀的功能。當發生震動后，地動儀的立柱隨即向對應方位傾倒，龍頭所銜的彈丸應聲而落。

△受到震動后，地動儀龍頭所銜彈丸落下

這是否意味著，地動儀具備了準確判斷地震方位的功能呢？胡寧生坦言，這還很難實現。其實，按照現在的地震學知識，震波從震中向四面八方傳遞，并不是以規則的同心圓向四周擴散。現在地震監測，也是依靠網狀布點，才能找準震中位置。胡寧生介紹：“古人依靠一臺儀器，并不能每次都準確判斷地震的方位。《后漢書》中，記載地動儀判斷了地震方向，可能是有巧合因素存在。”所以，在他看來，張衡的地動儀具備驗震功能，但對震源方向的判斷，是有局限性的。

“我認為，地動儀最大的價值，是中國古代科學家對精密儀器的探索。”胡寧生表示，古人能造出地動儀，代表了東漢時中國人已經有了極高的設計、制造技藝。但受限于時代局限，張衡的地動儀采用銅制，意味著硬度有限。“用了一段時間后，地動儀的立柱底部會有磨損，就更難保持平衡了。當張衡離開太史令的位置后，后任者可能就沒有好好維護這臺儀器，最終這臺儀器失去功能。”胡寧生認為，這臺儀器非常精密，維護難度很大，這可能是地動儀最終湮滅于世的原因之一。

如今，他最大的心愿是，讓復原的地動儀進入科技場館，讓更多人感知科技史的魅力，增強公眾的文化自信和科技自信。

現代快報+記者是鐘寅文/攝

（校對 張紅霞）