耄耋之年，依然星光閃耀！九旬老專家復(fù)原張衡地動(dòng)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(huì)，展示了他復(fù)原的張衡地動(dòng)儀?！捌鋵?shí)這跟我以前做天文望遠(yuǎn)鏡的過程，有個(gè)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(yuǎn)鏡的研制，2022年國際天文學(xué)聯(lián)合會(huì)小天體命名委員會(huì)將編號為534390號的小行星命名為“胡寧生星”。
(相關(guān)資料圖)
△胡寧生講述地動(dòng)儀復(fù)原過程
復(fù)原地動(dòng)儀關(guān)鍵在這根立柱
1800年前，東漢時(shí)期的科學(xué)家張衡發(fā)明了地動(dòng)儀?！逗鬂h書·張衡列傳》記載地動(dòng)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?！耙跃~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(guān)發(fā)機(jī)。外有八龍，首銜銅丸，下有蟾蜍，張口承之……如有地動(dòng)，尊則振龍機(jī)發(fā)吐丸，而蟾蜍銜之……”胡寧生介紹，《后漢書》不僅描述了地動(dòng)儀的外觀和基本構(gòu)造，還記錄下隴西地震時(shí)，洛陽城里的人并無感覺，地動(dòng)儀卻能監(jiān)測到地震的情況。可惜的是，地動(dòng)儀后來消失在歷史中，它的制作方式也成為了千古謎團(tuán)，僅靠史書上的簡單描述，后世人也未能復(fù)原。
直到上世紀(jì)50年代，時(shí)任文化部文物局博物館處處長的王振鐸復(fù)原了地動(dòng)儀，但這一模型只是還原了地動(dòng)儀外觀，并不能實(shí)現(xiàn)史書中記載的“驗(yàn)震”功能。2005年，又有科學(xué)家用“懸垂擺原理”復(fù)原了地動(dòng)儀，并且實(shí)現(xiàn)了驗(yàn)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(dòng)儀是“中有都柱”。因此，他認(rèn)為，張衡地動(dòng)儀從設(shè)計(jì)理念上，仍應(yīng)是“直立桿原理”，而非用“懸垂擺”。
△胡寧生演示地動(dòng)儀原理
“直立桿原理”并不復(fù)雜，一根柱子直立起來，當(dāng)?shù)孛嬲饎?dòng)，柱子便會(huì)倒下?？擅鎸θ祟悷o法察覺的微小震動(dòng)，地動(dòng)儀又是如何做到呢？他認(rèn)為關(guān)鍵點(diǎn)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(dòng)，瓶子因?yàn)橹匦母?，更容易傾倒，從而提醒人逃生。
△助手幫助胡寧生校準(zhǔn)地動(dòng)儀水平面
但這僅能驗(yàn)證是否有地震，而史書中則是描述，地動(dòng)儀可以知道震源的大致方向。顯然，地動(dòng)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(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，立柱加工要足夠精密，確保其重力矢量點(diǎn)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(gè)“平”有兩層含義，一是接觸面要平整，二是底板的水平面調(diào)校要非常精準(zhǔn)。否則，立柱受到震動(dòng)，也會(huì)倒向重心偏移的一側(cè)，無法判斷震波方向。
△地動(dòng)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(zhí)著。年輕時(shí)，他從南京大學(xué)畢業(yè)，進(jìn)入了中國科學(xué)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(yuǎn)鏡，成為了紫金山天文臺觀測人造衛(wèi)星的主要儀器。此外，他還研制出了能輸出實(shí)時(shí)測量數(shù)據(jù)的光學(xué)跟蹤經(jīng)緯儀，對我國發(fā)射第一顆人造衛(wèi)星起到了輔助作用。因?yàn)樗谔煳膶W(xué)領(lǐng)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(diào)校小型地動(dòng)儀
“在我看來，地動(dòng)儀也是精密儀器。后世人要復(fù)原地動(dòng)儀，不光要有考古、地震學(xué)的知識，也要精通精密儀器的制作?！焙鷮幧劶俺踔裕钢伞安环狻钡膭蓬^。胡寧生說，2013年國外科學(xué)家曾質(zhì)疑地動(dòng)儀是否真實(shí)存在，當(dāng)時(shí)國內(nèi)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(shí)在有些惱火。于是，他就憋著一股勁，要讓地動(dòng)儀重現(xiàn)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(lán)寶石
從2013年開始，胡寧生就開始研制直立桿式地動(dòng)儀，最初的樣品他花費(fèi)3個(gè)月完成。十年間，他不斷改進(jìn)和完善地動(dòng)儀的設(shè)計(jì)?！澳憧催@個(gè)立柱，我在底端嵌了一塊人造藍(lán)寶石，硬度高，這才能經(jīng)得起反復(fù)使用?！彼再M(fèi)研制花費(fèi)上百萬元，還出版了一本書《張衡地動(dòng)儀的奧秘》。
最大的心愿：地動(dòng)儀復(fù)原品進(jìn)入科技場館
演示會(huì)現(xiàn)場，胡寧生在助手的幫助下，演示了地動(dòng)儀的功能。當(dāng)發(fā)生震動(dòng)后，地動(dòng)儀的立柱隨即向?qū)?yīng)方位傾倒，龍頭所銜的彈丸應(yīng)聲而落。
△受到震動(dòng)后，地動(dòng)儀龍頭所銜彈丸落下
這是否意味著，地動(dòng)儀具備了準(zhǔn)確判斷地震方位的功能呢？胡寧生坦言，這還很難實(shí)現(xiàn)。其實(shí)，按照現(xiàn)在的地震學(xué)知識，震波從震中向四面八方傳遞，并不是以規(guī)則的同心圓向四周擴(kuò)散?，F(xiàn)在地震監(jiān)測，也是依靠網(wǎng)狀布點(diǎn)，才能找準(zhǔn)震中位置。胡寧生介紹：“古人依靠一臺儀器，并不能每次都準(zhǔn)確判斷地震的方位?！逗鬂h書》中，記載地動(dòng)儀判斷了地震方向，可能是有巧合因素存在?！彼裕谒磥?，張衡的地動(dòng)儀具備驗(yàn)震功能，但對震源方向的判斷，是有局限性的。
“我認(rèn)為，地動(dòng)儀最大的價(jià)值，是中國古代科學(xué)家對精密儀器的探索。”胡寧生表示，古人能造出地動(dòng)儀，代表了東漢時(shí)中國人已經(jīng)有了極高的設(shè)計(jì)、制造技藝。但受限于時(shí)代局限，張衡的地動(dòng)儀采用銅制，意味著硬度有限?！坝昧艘欢螘r(shí)間后，地動(dòng)儀的立柱底部會(huì)有磨損，就更難保持平衡了。當(dāng)張衡離開太史令的位置后，后任者可能就沒有好好維護(hù)這臺儀器，最終這臺儀器失去功能。”胡寧生認(rèn)為，這臺儀器非常精密，維護(hù)難度很大，這可能是地動(dòng)儀最終湮滅于世的原因之一。
如今，他最大的心愿是，讓復(fù)原的地動(dòng)儀進(jìn)入科技場館，讓更多人感知科技史的魅力，增強(qiáng)公眾的文化自信和科技自信。
現(xiàn)代快報(bào)+記者是鐘寅文/攝
（校對 張紅霞）
