瞬间坍塌的高楼，四散奔逃的人们，地震的每一次肆虐都给人类带来无尽的痛苦和伤害。然而在人类与地震灾害不断抗争的漫漫历史长河中，地震仪始终扮演着至关重要的角色。它就像一个敏锐的守护者，默默地捕捉着大地的每一次颤动，努力为人类的抗震救灾提供有力支持。那么，地震仪是如何诞生和演变发展的呢？今天就让我们沿着时间脉络一起去了解一下地震仪的前世今生，感受人类在探索自然、抵御灾害过程中展现出来的智慧和勇气。      候风地动仪      东汉汉顺帝阳嘉三年的某天，被安置在京城洛阳的候风地动仪突然被触发，正当大家不明缘由之时，陇西（今甘肃省天水地区）有人快马来报，证实那里前几天发生了地震。此事一出，众人无不叹仪器之精妙。这是人类历史上第一次用仪器监测到地震发生的发生，由著名科学家、天文学家张衡发明的这台候风地动仪也因此被公认为世界上第一套观测地震的装置。地动仪测到 134 年陇西地震（吴冠英，2015）           那么候风地动仪到底是利用了什么原理来监测地震的呢？它运用的是惯性原理。简单来说，当某处地震动传来，地动仪樽体摇动，就如同汽车突然启动，乘客惯性后倾，都柱由于惯性力同樽体产生相对位移，因此触发机关，使得对应方向的龙口吐出龙珠。           虽然候风地动仪还不能准确记录发生地震的时间、地点，以及震级大小，仅仅是一个“验震器”，但远在科学技术还很落后的东汉能做到这一点，是极其难能可贵的。不过遗憾的是，由于汉末战乱，地动仪失传，目前我们所看到的候风地动仪模型，都是根据《后汉书》中的文字记载复原的。冯锐等复原的张衡地动仪（来源：冯锐，2021，《国际地震动态》）           候风地动仪比欧洲创造类似仪器早了1700多年，它内部复杂的机械装置设计，为后世科学家在设计各种科学仪器和机械设备时提供了宝贵的灵感，对现代地震仪的诞生起到了重要的启迪作用。     第一台现代地震仪的出现      时间来到了19世纪末期。1875年，日本留美学者服部一三首次对候风地动仪进行了复原，绘制了复原图（他将地动仪设计成类似桶状，立雕的龙头和蟾蜍已基本符合现代人对地动仪的认知），并在复原模型期间抄录了《后汉书》中针对地动仪记载的196个汉字。 服部一三设计候风地动仪外形图（来源：王振铎《张衡候风地动仪的复原研究》截图）          1879年，应邀赴日的英国科学家米尔恩在听说了地动仪后，对地动仪产生了极大的兴趣，开始了对地动仪和地震学的科学研究。经过几年的潜心研究，1883年，米尔恩出版了世界最早的地震学专著，率先把《后汉书》中地动仪的196个汉字翻译成英文介绍到西方，并特别说明人类的第一架地震仪器是中国人张衡发明的。他指出：“张衡地动仪的价值决不仅仅在于它是一个古老的发明，更重要的在于，它竟以极其相近的思路留给了现今时代的科学仪器许多有意义的启迪。”在历经52种模拟试验后，米尔恩将张衡的惯性测量思想从悬垂摆结构逐渐演绎、转化、发展成水平摆，终于在1894年发明了世界上第一台现代地震仪。1895年米尔恩回国后将研究成果传播到欧洲，并借着大英帝国殖民扩张组建了由 30多个台站组成的最早的全球地震观测台网，实现了现代地震学的飞跃。为了促进震数据共享和交流，他还倡导组建了国际地震汇编（ISS），即今天依然发挥着重要作用的“国际地震数据中心”（ISC）的前身。         不断发展的现代地震仪     除米尔恩之外还很多科学家为地震仪器的发展作出了极大贡献。比如1888－1889年间，德国青年伯希维茨制成了光记录式水平摆，第一次记录到远震（在德国波茨坦记录到日本的地震）；日本大森房吉制成水平摆式地震仪，采用机械杠杆放大，熏烟记录；德国维歇尔制成倒立摆式大型水平及垂直向地震仪，提高了放大倍率；俄国伽利津制成了电流计记录式地震仪，将机械能转换为电能，进一步提高了地震仪的灵敏度；1906年，俄国王子鲍里斯·格里芩利用电磁感应原理，发明了第一台电磁地震仪；1932年美国的班尼奥夫制成了电磁型垂直向地震仪……     现代地震仪一般有拾振器（地震计）、放大器及记录装置三个部分组成，其中拾振器是地震仪的核心，由仪器框架和可以沿固定方向自由摆动的重物摆锤共同组成。现代地震仪其实也是运用了摆的惯性原理设计制作的。当地震发生时，仪器框架和记录装置因固定在地面上，随地表运动，而悬挂的摆锤由于惯性作用维持不动。因此摆锤和记录装置之间产生相对运动，在记录装置上留下摆锤的运动轨迹，轨迹的起伏正好与地面振动的振幅相对应。因为地震时地震运动非常复杂，为了便于研究，通常会用三个自由运动摆分别来记录东西、南北和垂直方向的地面振动。地震仪工作原理示意（来源：网络）     中国地震观测的从无到有     我国现代意义上的地震观测始于上海，1904年法国传教士在上海徐家汇观象台增设地震观测项目，引进了大森式水平向地震仪，正式拉开中国地震观测的序幕。1909年，徐家汇观象台又安装了一台中型维歇尔水平向地震仪，它的重物摆锤重达1200公斤。维歇尔水平向地震仪（收藏于上海地震科普馆）         1943年，中国现代地震事业的开创者，地震学、地球物理学家李善邦成功研制出了霓式地震仪，这是中国人自主研制成功的首台现代地震仪，标志着我国地震仪器的研制和地震学的研究跨入新阶段。自此之后，我国开启了地震仪从无到有、从引进到创新、从借用到自主研发的发展历程。1943年，李善邦先生成功研制的霓式地震仪（来源：网络）         最开始观测人员使用的是模拟地震仪，通过烟熏、墨水、照相等记录方式采集地震波形，并通过人工操作进行数据分析，观测精度低、动态范围小、观测信息量少，而且要耗费大量人员分散到各个台站进行观测和数据处理。20世纪70年代后，随着电子反馈技术和数字化技术引入地震观测领域，实现了地震观测的“宽频带、大动态、高精度”，地震仪也从模拟记录向数字记录转变。这种地震仪，无需传感器自己振动，而是用试图阻止这种振动所必须提供的电流来作为地震仪的输出，避免传感器自振周期的限制；同时根据地面运动的大小来调整自己的放大倍数；此外，其比较高的精度也使地震记录包含了更丰富的地震震源和地球介质的信息。这种地震仪可记录小到1级以下的微震、大到8级以上的巨震，而且还可以给出完整的地震波形，成为了目前地震学家研究地震波、地球内部结构和地震本身最有力的工具。         从东汉张衡地动仪的一鸣惊人，到现在现代化地震仪的全面革新，地震仪的发展见证着人类探索自然、对抗灾害的不懈努力。现如今，海底地震仪的投放、张衡卫星的升空都标志着我国地震观测正朝着海陆空立体网络大步迈进。展望未来，随着科技的更新迭代，地震仪必将继续大踏步向前发展，更加精准的捕捉大地的脉动，为人类抵御地震灾害、探寻地球奥秘保驾护航。