В Китае хотят воссоздать утраченное чудо древности — сейсмограф Чжан Хэна

Землетрясения преследовали человечество на протяжении тысячелетий — их внезапная разрушительная сила заставляла цивилизации искать способы раннего предупреждения. Сегодня в этом нам помогают спутники, суперкомпьютеры и искусственный интеллект. Однако предания гласят, что почти 2000 лет в Китае уже был сейсмограф, который не только обнаруживал далекие подземные толчки, но и указывал направление эпицентра.


Представьте себе изысканный кувшин для вина, окруженный восемью подвешенными драконами, каждый из которых держит бронзовый шар, в то время как жабы с раскрытыми ртами наблюдают снизу. В случае землетрясения скрытые механизмы заставляют одного дракона выпустить шар с громким звоном, который указывает направление источника сейсмических волн.

«Книга Поздней Хань» («Хоу Ханьшу» — официальный исторический текст, охватывающей период с 6 по 189 год н. э.) утверждает, что устройство было «точным, как боги». Изобрел его ученый и мыслитель Чжан Хэн в 132 году н. э.

Созданный во времена династии Восточная Хань, сейсмограф Хоуфэн Дидун И («инструмент для измерения сезонных ветров и движений Земли») остается одним из самых ранних в истории, опережая западные аналоги более чем на 1700 лет. Первый такой прибор в Европе был создан только в 1856 году итальянским ученым Луиджи Пальмиери.

Но затем чудо техники исчезло из летописей, что породило сомнения в его реальности. Несмотря на многочисленные попытки воссоздать его на основе текстовых фрагментов, ни одна модель не смогла полностью повторить описанную функциональность.

Сюй Годун из Института предотвращения катастроф в Хэбэе намерен это изменить. Вооружившись современной сейсмологией и структурной динамикой, вместе с коллегами специалист по управлению сейсмическими рисками предложил функциональную модель, соответствующую легенде.

Первая исследовательская статья на эту тему опубликована в марте в китайском журнале «Прогресс в геофизике», в ближайшее время запланирована публикация дополнительных материалов.





Реконструированная модель устройства Чжан Хэна состоит из трех компонентов — возбуждения, передачи и отключения. Система возбуждения вдохновлена историческими документами: «В центре стоит столп, от которого расходятся восемь каналов» — строка из «Книги Поздней Хань», на которую ссылались многие, кто ранее пытался воссоздать устройство.

«Интерпретация этого „столпа“ была ключевой для вывода принципа обнаружения сейсмоскопа. Ранние реконструкции представляли его как неустойчивую колонну, например, британский ученый Джон Милн считал, что это подвешенная колонна, которая могла двигаться в восьми направлениях. Но наш анализ литературы предполагает, что „столп“ подразумевает центральность и величие и вряд ли является неустойчивым или легко опрокидываемым стержнем. Этот „столп“ следует понимать как маятниковый консольный элемент, напоминающий гигантскую палочку для еды, закрепленную в земле», — объясняет Сюй в интервью South China Morning Post.

Остроумная конструкция эффективно усиливала сейсмические колебания, продолжает ученый: «Расчеты показывают, что смещение грунта на 1 мм создает амплитуду не менее 5 мм на конце маятника». Маятниковое движение передавалось через Г-образную систему рычагов, которая высвобождала шар и формировала передающую структуру.

Передающая структура отправляла колебания маятника в механизм, запускающий высвобождение бронзового шара. Каждый шар находился в полуоткрытом контейнере, напоминающем пасть дракона, который был аккуратно сбалансирован.

Полуоткрытые контейнеры удерживались на месте весом рычага. Когда толчки нарушали это равновесие — даже на едва заметные 0,5 мм — механизм срабатывал, отправляя шар в пасть ожидающей бронзовой жабы внизу.

Завершала этот древний инженерный шедевр простая, но надежная система блокировки. Когда первый бронзовый шар падал, его удар запускал вторичное кольцо рычагов, которое поднимало соответствующие деревянные клинья, мгновенно стопоря остальные семь спусковых механизмов. Это гарантировало четкую регистрацию направления, как указано в летописях: «Один дракон срабатывает, а семь остаются безмолвными».

Ключевым требованием к работе сейсмоскопа была надежность обнаружения без ложных срабатываний. «Наши расчеты показывают, что шары надежно высвобождаются при амплитудах смещения грунта всего 0,5 мм», — уточняет Сюй.

Что касается функции определения направления, упомянутой в исторических текстах, современное понимание сейсмических волн предполагает, что одно устройство не может определить направление эпицентра со 100% точностью. Правильное измерение направления возможно только тогда, когда прибор расположен перпендикулярно зонам разлома либо параллельно линиям сдвига. «Исторически зафиксированные измерения, вероятно, совпадали с такими оптимальными условиями», — сказал Сюй.

Подлинность изобретения

Сейсмограф упоминался даже в учебниках истории для средней школы как одно из достижений древнего Китая, но был исключен после серии неудачных попыток воссоздания устройства.

Сюй привел несколько исторических свидетельств, подтверждающих подлинность устройства и его превосходные технические характеристики. В 138 году сейсмограф уловил землетрясение в западной провинции Лунси (ныне Ганьсу), примерно в 850 км от столицы Восточной Хань Лояна, где толчки не ощущались. Тогда в его показаниях сомневались, пока несколько дней спустя не прибыли гонцы на лошадях, подтвердившие катаклизм.

Еще убедительнее выглядит всплеск записей о землетрясениях в Лояне после развертывания устройства в 132 году. С 46 по 131 год н. э. там зарегистрированы только три из 33 землетрясений в Китае, а между 132 и 190 годами — 23 из 31.

«Географически Лоян — это район с низкой сейсмичностью по своей природе. Наиболее правдоподобное объяснение этого несоответствия заключается в том, что устройство Чжан Хэна успешно обнаружило множество незначительных толчков, которые были незаметны для человеческих чувств и не причиняли реального ущерба — землетрясений, которые остались бы незарегистрированными без этого технологического помощника», — объясняет Сюй.

Косвенно подлинность сейсмографа подтверждают впечатляющие профессиональные заслуги Чжан Хэна. В 115 году он был назначен великим астрологом, что соответствует современной должности директора национальной обсерватории и главы сейсмологии. Два года спустя он построил армиллярную сферу, которая отображала созвездия, небесные координаты и движения планет.


Что касается исчезновения его удивительного устройства, некоторые исследования предполагают, что причина могла быть политической. По мнению некоторых специалистов, в эпоху, когда стихийные бедствия рассматривались как божественное возмездие, предсказывающий землетрясения прибор мог подвергать сомнению репутацию правителей, претендовавших на роль наместников небес.

Согласно летописям, Чжан Хэн неожиданно подал в отставку в 138 году н. э., всего через несколько лет после своего изобретения, и в следующем году умер.

Случайная утрата сейсмографа маловероятна, уверен Сюй. «Утрата сейсмографа [оригинального устройства, чертежей и записей] была, [вероятно], непосредственно вызвана войной и хаосом. Это также было связано с могущественными знатными семьями, которые, [возможно], стремились завладеть, бороться за и скрывать устройство и его технические записи», — предполагает он.

«В китайской истории только две бронзовые вещи когда-либо обожествлялись: Девять треножников династии Ся... и это — свидетельство его исключительного исторического значения», — заключил исследователь.

Работа над воссозданием сейсмографа 2000-летней давности продолжается.

Источник