در سال 132 میلادی یک ستاره‌شناس، ریاضی‌دان و مهندس نابغه چینی به نام ژانگ هِنگ اختراع حیرت‌آوری را به دربار حکومت هان تقدیم کرد؛ اختراع او یک لرزه نگار (یا دقیق‌تر بگوییم سایزموسکوپ) بود.
سایزموسکوپ وسیله‌ای است که لرزش زمین طی یک زمین‌لرزه را نشان می‌دهد. نباید آن را با سایزمومتر یا سایزموگراف اشتباه گرفت زیرا این دو وسیله نیز به‌گونه‌ای دیگر حرکت زمین‌لرزه را ثبت می‌کنند. در اصل هر آونگ آویزان یا شیء کاملاً متعادلی که بتواند با کمترین آشفتگی تعادلش را از دست بدهد یک سایزموسکوپ محسوب میشود. نابخردانه است اگر بخواهیم فکر کنیم که پیش از اختراع ژانگ هِنگ چنین ابزارهایی وجود نداشته‌اند اما ویژگی‌ای که سایزموسکوپ هِنگ را برجسته و خاص می‌کند حساسیت بالا و همچنین توانایی آن در تشخیص جهت زمین‌لرزه است.
مدلی از سایزموسکوپ ژانگ هِنگ. عکس از: Encyclopaedia Britannica
اختراع ژانگ هِنگ به یک خمره بزرگ با قطر 83/1 متر شباهت دارد. روی سطح بیرونی خمره هشت سر اژدها چسبانده شده است که رو به هشت جهت اصلی قطب‌نما قرار گرفته‌اند. زیر سرهای اژدها و پایین ظرف هشت قورباغه را می‌بینیم که دهان‌هایشان باز و سرهایشان رو به بالاست. محتوای داخل خمره ناشناخته مانده است، اما بر اساس احتمالات باید نوعی سازوکار آونگی در آن به کار گذاشته شده باشد.
هنگام وقوع زمین‌لرزه حتی در مواردی که بسیار ضعیف است و انسان متوجه آن نمی‌شود، آونگ خمره با لرزش زمین تاب می‌خورد و یک توپ فلزی را از دهان اژدها به دهان قورباغه می‌اندازد. جهت پرتاب توپ نشان می‌دهد که لرزش‌ها از کجا نشات می‌گیرند. افزون بر آن افتادن توپ درون دهان قورباغه صدای بلندی ایجاد می‌کند و به همه هشدار می‌دهد.
ژانگ هِنگ نام اختراعش را هوفِنگ دیدونگ یی یا «بادنمای زلزله» گذاشت. آن‌طور که در داستان‌ها آمده ابتدا با دیده تردید به این مهندس چینی می‌نگریستند اما چند سال بعد بالاخره توپی از دهان اژدها افتاد. از آنجایی‌که هیچ‌کس در پایتخت چین هیچ لرزشی حس نکرد منتقدینش اختراع او را ناکارآمد خواندند. ولی چند روز بعد پیام‌رسانی به شهر آمد و از زلزله شدیدی که کیلومترها دورتر و دقیقاً در جهت تشخیص این لرزه‌نگار اتفاق افتاده بود خبر داد.
سازوکار احتمالی سایزموسکوپ هِنگ. عکس از: Science & Society Picture Library via Endgadget
گفته میشود که سده‌ها پس از مرگ ژانگ هِنگ دیگر اندیشمندان چینی توانستند با موفقیت لرزه‌نگار او را بازآفرینی کنند، اما با گذشت زمان هیچ اثر یا نشانی از دستگاه‌‌های آنان باقی نمانده است. نویسندگان معاصر کارکرد کلی دستگاه هِنگ را شرح داده‌اند، اما سازوکار داخلی آن هنوز یک راز سربه‌مهر است. برای نمونه هنوز معلوم نیست چگونه طراحی یک آونگ باستانی به قدری حساس انجام شده است که لرزش زمین را از فاصله هزاران کیلومتری تشخیص دهد و درعین‌حال آن‌قدر پایدار باشد که تنها یکی از اهرم‌ها را بدون تحریک دیگر اهرم‌ها به کار بیندازد.
برای بازسازی سایزموسکوپ ژانگ هِنگ تلاش‌هایی در قرن‌های نوزدهم و بیستم میلادی صورت گرفت، اما مدل‌های ساخته شده نتوانستند به سطح دقت و حساسیتی که در اسناد تاریخی چین آمده است برسند. البته بالاخره در سال 2005، گروهی از سایزمولوژیست‌ها و باستان‌شناسان آکادمی علوم چین اعلام کردند که مدلی ساخته‌اند که دقیقاً مانند نسخه اصلی کار می‌کند.
در این مدل، محققان به‌جای استفاده از هشت توپ برای هشت جهت قطب‌نما تنها از یک توپ استفاده کردند. این توپ با ظرافت و حفظ تعادل کامل روی یک پایه باریک در مرکز دستگاه قرار داده میشود. دقیقاً بالای توپ یک آونگ معلق وجود دارد که به‌طور بسیار نامحسوسی با آن در تماس است. هنگامی‌که آونگ تاب می‌خورد، خیلی آهسته توپ را از روی پایه به طرف یکی از هشت کانال هل می‌دهد و به دهان اژدها می‌اندازد. با این روش وسیله تنها یک‌بار به کار می‌افتد و حرکات بعدی آونگ نمی‌توانند توپ‌های دیگری را از سایر دهانه‌ها به بیرون بیندازند چراکه دیگر توپی وجود ندارد.
ممکن است سایزموسکوپ ژانگ هِنگ 1800 سال قدمت داشته باشد، اما اصول سازوکار آن تا به امروز نیز کمابیش پابرجا هستند. سایزمومترهای آونگی تا سده 19 میلادی مورد استفاده قرار می‌گرفتند. در سایزموگراف‌های مدرن از علم پیشرفته الکترونیک بهره گرفته میشود، اما هنوز برای ساخت حسگر آن‌ها از یک جرم معلق یا نوعی آونگ استفاده میشود که به‌جای اهرم و میله‌های مکانیکی نیروهای الکتریکی آن را نگه می‌دارند. همچنین در این دستگاه‌ها به‌جای آونگ از فنر استفاده میشود.
بین سال‌های 2016 و 2017 میلادی، گروهی از محققان نشان دادند که می‌توان با استفاده از کابل‌های مخابراتی زیردریایی و اندازه‌گیری نوساناتی که وقوع زمین‌لرزه در پالس نور عبوری آن‌ها ایجاد می‌کند، لرزش زمین را تشخیص داد. برخلاف سایزمومترها که در یک موقعیت مکانی ثابت قرار دارند و تنها یک دسته موج لرزه‌ای را اندازه‌گیری می‌کنند، فیبرهای نوری در تمام طول خود در معرض آشفتگی‌های لرزه‌ای قرار می‌گیرند که این سبب میشود محققان بتوانند به اطلاعات سودمندی درباره زمین لرزه دست پیدا کنند که با یک سایزمومتر ممکن نیست. نصب سایزمومتر در کف اقیانوس بسیار هزینه‌بر و دشوار است، اما هزاران کیلومتر کابل برای انتقال داده‌های اینترنتی و صوتی زیر آب کشیده شده است. می‌توان با بهره‌گیری از این زیرساخت‌های موجود یک شبکه لرزه‌نگاری جهانی را با هزینه‌ای بسیار پایین فعال کرد.
منبع: amusingplanet.com
