sejsmograf Zhang Henga.rtf

napisał: Piotr Chodak

W sali wystawowej Chińskiego Muzeum Narodowego w Pekinie znajduje się pierwszy na świecie sejsmograf. Odnowiony model wynalazł Zhang Heng. Słynny naukowiec z czasów Wschodniej Dynastii Han (25-220 r.).

Zhang Heng (78-139 r.) pochodził z Nanyang w prowincji Henan. Pilnie studiował i darzył specjalnym zainteresowaniem astronomię, kalendarze i matematykę. Zhanga Henga można uznać za erudytę i utalentowanego naukowca. To właśnie on stworzył pierwszy na świcie sejsmograf.

W 132 r. n. e. Zhang Heng skonstruował sejsmograf o nazwie houfeng. Użyto go do pomiaru kierunku pewnego trzęsienia ziemi w stołecznym mieście Luoyang. Wykonany był z czystej miedzi i wyglądał jak wielka filiżanka z pokrywką. Powierzchnia przyrządu ozdobiona była odlewem ośmiu smoków, których ciała skierowane były pionowo w dół, a głowy wskazywały osiem kierunków (wschód, południe, zachód, północ, południowy wschód, południowy zachód, północny wschód i północny zachód). Każdy ze smoków miał w pysku miedzianą kulę. Na podeście pod pyskami smoków znajdowało się osiem miedzianych ropuch. Ich otwarte pyski unosiły się ku smokom.

Jak działał sejsmograf

Wnętrze sejsmografu było misternie skonstruowane. Gdy trzęsienie ziemi miało miejsce w określonym kierunku, wskazujący ten kierunek smok otwierał pysk, a kula wpadała w pysk ropuchy, co autonomicznie wskazywało kierunek trzęsienia ziemi.

Zhang Heng stworzył także pierwsze na świecie napędzane wodą sferyczne astrolabium, mierzące położenie ciał niebieskich. Wszystkie powszechnie znane, ważne zjawiska astronomiczne zostały wyrzeźbione na tym przyrządzie, który może być używany do obserwacji ruchu Słońca, Księżyca i gwiazd. Zhang Heng był także inżynierem-mechanikiem, który zbudował latającego, drewnianego sępa i pojazd rejestrujący swój przebieg.

Większość ludzi bardzo szanuje Zhanga Henga – z tego względu często odbywają się upamiętniające go wydarzenia. Jego imieniem nazwano też krater na Księżycu.

Przetwarzanie sygnałów

w „Sejsmografie Zhang Henga”

dla zdalnego wykrywania zbliżających się trzęsień ziemi

Dr Jan Pająk

Wellington Institute of Technology,

Petone, Wellington, Nowa Zelandia

pajakjan@yahoo.co.nz

Streszczenie

W artykule wyjaśniono zasady działania urządzenia do zdalnego wykrywania zbliżających się trzęsień ziemi.

Prototyp tego instrumentu został skonstruowany w 132 r. przez chińskiego geniusza matematycznego o nazwisku Zhang Heng. Jest to prawdopodobnie powód, dla którego to urządzenie nazywa się obecnie sejsmografem Zhang Henga. Ale oryginalna Chińska nazwa to „houfeng didongy yi”, co oznacza „instrument do badania płynów I  ruchów ziemi. ”Pierwszy i jedyny historycznie dobrze zarejestrowany prototyp tego instrumentu działał z powodzeniem do śmierci Zhang Henga w 139r. Przeprowadzał on analogowe przetwarzanie sygnałów emitowanych przez zbliżające się trzęsienia ziemi i podnosił alarm przed dotarciem trzęsienia ziemi. Ten artykuł również pokazuje w jaki sposób analogowe przetwarzanie sygnału tego urządzenia można przekształcić w nowoczesny, cyfrowy system przetwarzanie i wdrażanie w obecnej technologii komputerowej.

Słowa kluczowe: trzęsienie ziemi, teledetekcja, historia, sejsmograf  Zhang Henga, „houfeng didongy yi”

1. Wstęp

Cały obecny system wykrywania trzęsień ziemi opiera się na zasadzie bezwładności. W tej zasadzie trzęsienie ziemi trzęsie ramą instrumentu, więc ta rama jest przesunięta względem bezwładności wahadła, podczas gdy to przemieszczenie jest rejestrowane jako wskazanie trzęsienia ziemi. Niestety dla nas samo użycie tylko tej jednej zasady wprowadza cały szereg wad. Z kolei te wady skutecznie osłabiają naszą obronę przed trzęsieniami ziemi.

Najważniejszą z tych wad jest to, że w obecnej technologii wykrywania trzęsień ziemi to trzęsienia ziemi nie można wykryć, zanim fale uderzeniowe nie dotrą do instrumentu pomiarowego.

O wiele lepszym rozwiązaniem byłoby, gdyby nasza cywilizacja opracowała zasadę i urządzenie, które pozwoli na zdalne I wczesne wykrywanie zbliżających się trzęsień ziemi. Mimo wszystko, zanim uderzy trzęsienie ziemi, potężne obciążenia I naprężenia muszą gromadzić się w skorupie ziemskiej, co na pewno

wysyła różne sygnały wczesnego ostrzegania. Jeśli tylko my rozważymy efekt piezoelektryczny i zasady wytwarzanie energii elektrycznej, to już wskazuje, że kiedy każde trzęsienie ziemi powstaje, potężne sygnały elektromagnetyczne muszą być przez nie emitowane. I trzeba pamiętać, że są to zjawiska elektromagnetyczne nie tylko te, które mogą nosić ostrzeżenia o zbliżającym się trzęsieniu ziemi. Ponieważ wiele zwierząt i różni wrażliwi psychicznie ludzie są w stanie zdalnie wyczuć nadchodzące trzęsienia ziemi, musi być również droga do zbudowania urządzenia technicznego a tym samym osiągnięcia celu.

W tej chwili nie mamy jeszcze takiego działającego urządzenia.

Jednak źródła historyczne wskazują, że w Chinach został zbudowany prawie 2000 lat temu i jest udowodnione, że było to wykonalne. To historyczne urządzenie do zdalnego wykrywania zbliżających się trzęsień ziemi jest obecnie znany pod popularnym (choć raczej wprowadzająca w błąd) nazwą „sejsmografu Zhang Henga”.

Oryginalna chińska nazwa była jednak dużo bardziej znacząca. Brzmi ona „houfeng didongy yi”. Co przekłada się na obecną terminologię naukową w przybliżeniu jako „instrument dochodzenia w sprawie płynów i ruchu ziemi. ”(Uwaga: termin„ płyn” to stosowane jest tutaj w rozumieniu hydromechaniki - tzn. obejmuje wszystkie „ciała stałe”).

Teza tego artykułu stwierdza, że „jest to możliwe aby wypracować zasady związane z analogiem działania aparatu Zhang Henga, oraz następnie przekonwertować te zasady na współczesne cyfrowe (komputerowa) technologie, dzięki czemu uzyskuje się niezawodność systemu informatycznego do zdalnego wykrywania zbliżające się trzęsienia ziemi.

Celem tego artykułu jest wyjaśnienie w sposób praktyczny testowania tej tezy.

2 Sejsmograf Zhang Henga

Pierwotnie aparat do zdalnego wykrywania trzęsień ziemi o nazwie „houfeng didongy yi”, został zbudowany w 132 n.e. przez chińskiego matematyka i technika geniusza o imieniu Zhang Heng za czasów Dynastii HAN. Tylko jeden działający prototyp tego urządzenia został kiedykolwiek zbudowany. To było zainstalowane w pałacu chińskiego cesarza wówczas znajdowało się ono w stolicy Luoyang (obecnie Nanyang) w chińskiej prowincji Henan.

Dane historyczne wskazują, że tak było ono wrażliwe, że zdalnie wykryło trzęsienie ziemi w dniu 1 marca AD 138r, które to trzęsienie zniszczyło miasto Longxi w zachodniej prowincji Gansu. To miasto było położone około 500 kilometrów od urządzenia.

Niestety, obsługa aparatu wymagała stałej konserwacji i dostrajania. Co więcej, tylko konstruktor wiedział, jak to zrobić.

Więc kiedy Zhang Heng zmarł w 139 r., aparat przestał działać i stał się nieczynny. Wkrótce potem przeniesiono go do grobowca Zhang Henga.

Później został zniszczony podczas nalotu na Mongolię przez armię. W ubiegłym wieku udało się to archeologom wydobyć resztki urządzenia.

2.1 Opis tego urządzenia

Niewiele szczegółów technicznych aparatu Zhang Henga jest już dostępna. Te szczegóły głównie opisują ogólny wygląd tego urządzenia i efekty jego działania. Jednak zasady i zjawiska wykorzystane w tym działaniu niezwykłego aparatu, do tej pory pozostaje tylko ...