2000 лет назад в Китае создали точный сейсмоскоп

Наша Вселенная полна загадок, которые не вписываются в устоявшуюся систему знаний. Рубрика «Великой Эпохи» «За гранью науки» представляет статьи о необычных феноменах, которые подогревают наше воображение и свидетельствуют о невиданных ранее возможностях.

В 132 г. Чжан Хэн представил императорскому двору династии Хань первый в мире сейсмоскоп. По имеющимся данным, созданная в 2005 г. копия сейсмоскопа регистрирует землетрясения с той же точностью, что и современные приборы.

Исторические хроники повествуют о большой точности прибора, хотя его устройство остаётся загадкой. Внешний вид и функционирование понятно, но внутреннее устройство остаётся загадкой. На основе предположений учёных и были построены копии.

Самая общепринятая теория утверждает, что маятник внутри медного сосуда приходил в движение во время землетрясения, даже если оно случилась за сотни миль. Маятник приводил в действие систему рычагов, которые открывали пасть одного из восьми драконов на внешней стороне сосуда. В пасти каждого дракона находился бронзовый шарик. Этот шарик выкатывался и падал в рот находящейся под драконом лягушки, издавая громкий звон.

Д-р Ян Паяк из Веллингтонского института технологии написал в статье, приготовленной для Международной конференции по измерительным приборам в 2005 г., что, по историческим данным, звон во рту лягушки был настолько громким, что мог разбудить всех.

Дракон с открытой пастью указывал направление — где произошло землетрясение. Восемь драконов указывали на восток, запад, север, юг, север-восток, северо-запад, юго-восток и юго-запад.

В своё время изобретение вначале было встречено со скептицизмом, несмотря на то, что Чжан Хэн был признанным учёным, главным астрономом императорского двора. В 138 г. бронзовый шарик впервые подал сигнал тревоги.

Он возвестил, что к западу от столицы Лояна произошло землетрясение. Никто в Лояне не почувствовал толчков, поэтому сигналу тревоги не придали значения. Однако несколько дней спустя в Лоян прибыл гонец с запада и сообщил, что в его районе произошло землетрясение. Землетрясение произошло в то самое время, когда прозвучал сигнал тревоги. Город Лунси, находившийся на расстоянии 300 миль от Лояна, был полностью разрушен.

Фэн Жуй и Ю Янь Сян из Института геофизики при Управлении сейсмологии КНР в 2006 г. сделали вывод, что первое землетрясение, зарегистрированное прибором Хэна, произошло 13 декабря 134 г. в городе Лунси с эпицентром в Тяньшуе и имело магнитуду 7 баллов.

Назначением механизма было регистрировать землетрясения в удалённых районах, чтобы направлять туда помощь. Прибор функционировал, пока не умер его изобретатель. Очевидно, устройство было таким сложным, что только Хэн мог работать с ним.

Сейсмоскоп был назван «хоуфен дидун и», что означает «прибор для измерения сезонных ветров и движения Земли». Современные попытки воссоздать прибор имели переменный успех, они были построены на использовании инерции, неотъемлемом принципе современных сейсмографов.

Д-р Паяк так объясняет использование инерции в данном случае: «Этот принцип инерции состоит в том, что землетрясение сотрясает раму устройства, таким образом, эта рама смещается по отношению к инерционному маятнику, и это смещение регистрируется как указатель землетрясения».

Попытки воссоздания

В книге «Реконструкция утраченных древних китайских механизмов» Хун Сэнь Янь упоминает, что в 1939 г. японский учёный Акицуне Имамура построил точную копию механизма, которая подтвердила эффективность сейсмоскопа.

Однако, как отметил Хун Сэнь, «в некоторых случаях направление эпицентра землетрясения находилось под прямым углом к выпавшему шарику».

В 2005 г. несколько учёных из Академии Наук КНР, Национального музея и Управления сейсмологии КНР объявили, что новая копия является наилучшей.

«Эта модель представляет наше самое точное понимание древнего механизма», — заявил Тэн Цзивэнь, научный работник Института геологии и геофизики, как сообщалось в правительственном периодическом издании «Жэньминь Жибао».

По имеющимся данным, копия механизма реагировала на воспроизведённые волны четырёх реальных землетрясений, произошедших в Таншане, Юньнане, на Цинхай-Тибетском нагорье и во Вьетнаме. После сравнения показаний копии механизма с современными диаграммами землетрясений, была подтверждена их точность, а форма совпала с описанной в исторических хрониках.

Внутреннее устройство

Хун Сэнь привёл отрывок из современной биографии Чжан Хэна, первое описание изобретения, оставленное для нас в исторических хрониках: «Внутри по центру находится опора, возле которой расположены восемь передающих штоков».

Передающими штоками, очевидно, названы каналы, по которым перемещается некий объект, объяснил Хун Сэнь, но ничего более конкретного о штоках написано не было.

Д-р Паяк придерживается другой теории. Он пишет, что в исторических хрониках упоминается, что внутри механизма была вода, которая фонтаном вытекала из пасти драконов.

Он выдвинул теорию, что вода текла плавно (в отличие от турбулентного течения), что называется ламинарным течением. Форма сосуда (параболическая) предназначалась для отклонения вибраций из зоны землетрясения. Отклонённые вибрации фокусировались на входе трубы в соответствующем направлении, заставляя воду выталкивать шарик из пасти дракона.

Роберт Райтерман, исполнительный директор Консорциума университетов по исследованию сейсмостойкого строительства, в своей книге «Землетрясения и строительство: международная история» высказал сомнение в отношении исторических сведений о точности работы механизма.

Он написал: «На близком расстоянии весь прибор получит такую встряску, что шарики на многочисленных подставках собьются в кучу. На [далёком] расстоянии движение земли не оставляет ясные следы, указывающие направление, откуда пришли эти колебания, потому что к тому времени, когда они достигают прибора, земля довольно хаотично колеблется в разных направлениях».

Если прибор работал так хорошо, как описано в исторических хрониках, и если успех использования некоторых современных копий подразумевает, что механизм мог работать с такой точностью, то гений Хэна пока для нас остаётся непостижимым.

Некоторые из других достижений Хэна включают подсчёт числа пи в пределах между 3,1466 и 3,1622, усовершенствование отсчитывающего время устройства, известного как «водяные часы», и применение гидравлической движущей силы для вращения астрономического прибора под названием армиллярная сфера.

Автор: Тара МакАйзек.