從神靈到自然現象，地震儀如何幫助近代日本「看見」地震？

在地震觀測技術（地震計）正式投入地震觀測前，過去對地震的研究不能稱為「看見」地震，而是一種近似於「感受」的紀錄，地震是什麼，對人們來說仍是一團迷霧。

日本傳統文化中已有對地震的解釋，例如地震是世人違背了正法、以惡法為依歸，導致善神、聖人皆離日本遠去，惡鬼、外道猖獗才引起這些變異。當時的朝廷、幕府則會請陰陽師或是僧侶，透過宗教祭儀的手段替國家解難。[1]

另一說是地底下住著一隻巨大鯰魚，由於祂的作亂才導致地震。〈日日新報〉有一則新聞報導這類說法：「地震迷信吾儕所住地軸，有一尾大震鯰魚，地鎮神捕而毫無動之，震鯰不堪苦悶，是得閒僅搖尾端，為之大地大震，是我國自古之傳說也」。[2]

日本這些觀念其實跟世界各地的地震解釋相當類似，多將地震詮釋為神靈對人們的行為降下災厄，人類對地震的觀察最終是以神格化的自然作結，地震是什麼不是最重要的事，「啟示」才是。

明治時代的新地震觀測技術

隨著歐美列強來到東亞，日本進入明治維新的時代後，對於地震的認識也有了巨大的轉變。當時的明治政府聘僱許多的外國教師來到日本進行教學，希望能盡快趕上歐美國家的文明，這其中也包含了地震觀測技術的引進。

明治五年（1871），日本政府御雇了荷蘭人教師沃貝克（Guido Herman Fridolin Verbec），他利用平滑的大理石板放上四個水晶球，並在上面放上厚重的木板，木板底端有描針，當大地出現挪移時，木板會因為慣性而留在原地，描針則會在大理石上描繪出大地的移動，可以說是初階的地震觀測技術。

另一種則是在明治七年（1873），工部省測量司從義大利購入帕爾米耶里（Palmieri）地震計，此機器必須在U形管中置入水銀並讓鐵片浮起，並記錄鐵片浮起時的情況與地震發生時地面的震幅。[3]

從明治九年（1875）東京氣象台創立時，這臺地震計就作為地震觀測的正式器材使用，並交由英國的觀測教師在赤坂葵町三番地的官舍進行觀察。

然而，這些裝置起初都非常原始，沃貝克的方法在描針上的摩擦並不清楚，而地震計雖能捕捉地震的存在，但因為裝置非常複雜，對於地震幅度的記錄也遠遠不夠，以至於難以在地震研究上提供有效的紀錄。[4]

日本地震學會誕生

到了 1875 年，出生於英格蘭的米爾恩（John Milne），受聘擔任東京工部大學的地質與礦業教授。米爾恩早期從皇家礦業學校授業結訓，曾加入考察隊前往埃及研究西奈山，對地質有相當程度的認識。

在日本教書的米爾恩不久就經歷橫濱強震（1880 年 2 月 22 日），這樣的地震對他與沒見過地震的外國人們產生相當大的刺激，在米爾恩的呼籲下，相關的技術者及日本有志者很快地創立了「日本地震學會」，由米爾恩擔任副會長。[5]

該研究在當年的四月底展開，首次主題是製作正確的地震紀錄，負責此專案的人即為米爾恩（John Milne）與尤因（James Alfred Ewing）。他們先確立了地震儀器的「不動點」，以此為基礎推測使用振子（鐘擺）來確保周期的長度是最佳的測量方式。

他們原本想將儀器設置成立鐘式，但發現若要延長周期的長度，則立鐘式的體積將會不斷變大，因此改用水平式振子（擺錘），成功研製出ユーイング式的水平振子（擺錘）地震計。[6]這臺水平振子地震計從 1883 年開始運作，是最早統一的標準地震計，設置於東京氣象台與全國十七處氣象官署，也是日本首次以官方身分透過地震計記錄地震。[7]

尤因在日本時，有一位日本籍的助理關谷清景。關谷清景生於安政元年，他 16 歲時被選為為數不多的貢進生，進入東京的大學南校就讀，隨後成為開成學校的留學生，前往英國學習機械學。後來關谷不慎得了肺病，只好返回日本休養，並轉往神戶師範大學理化學任教，也就是在那裡，關谷被邀請前往東京擔任尤因的助手。[8]

當尤因返國後，關谷接續著尤因的目標，想在全國設置測候站。但那是地震計還未普及的時代，地震報告大多還是以人的體驗為準，就算設置能記錄地震波的測候站，也沒有辦法將地震波分類。

為此，關谷創建了微震、弱震、強震及烈震四種等級的量表，用來替地震的搖晃程度設立基準，並首度被明治政府採用，此創建在之後的明治三十一年，經過改訂增補為微震（感ナシ）、微震、弱震（弱キ方）、弱震、強震（弱キ方）、強震、烈震七個等級，[9]來表示相對的搖晃程度。

以現今視角來看，此震度表的精確度仍有加強空間，但卻是將地震震度的「感受」量化的標準量表，把過去以人體或是物體搖晃程度的標準統一，並給予不同程度的判準，消弭了因個人感受不同，導致難以判斷震度的情況。更重要的是，這是第一套被明治政府採用的震度計量表，它滿足了日本長期面對地震侵襲，必須要有一套標準來測量震度的困擾。

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米爾恩地震儀與日本自產的地震

回頭來看，由於尤因返國的時間較早，而米爾恩則長期待在日本，因此之後日本的地震學發展直至大正年間皆受到米爾恩（John Milne）的影響。

米爾恩不但編寫了日本的地震年表，記錄過去四百年來較為重大的地震；還調查了日本不斷發生的地震。米爾恩發現，日本地震發生點多位於太平洋沿岸，而不是火山地區，由此他初步構思出板塊地震帶的想法。米爾恩也做過各種實驗，例如利用重錘與火藥製造人工地震來讓地震針記錄，透過這些實驗紀錄，他製作、改良了不少日本的地震儀器，其中米爾恩式水平振子地震儀更被採納為地震偵測的標準儀器，擴及至全世界。[10]

米爾恩的地震儀（Milne seismometer）相較於過去的地震儀更加精準，經由此儀器記錄地震波，後來的研究者成功辨別出 P 波、S 波與表面波的差別，[11]並利用三種波在地震儀器上的紀錄，發現 P 波總是第一個到達，隨後是速度較慢的 S 波與表面波。[12]

到了 1900 年代，曾為關谷清景的助理大森房吉繼續地震儀的改良，被後世喻為「日本地震學之父」的他發明了大森式地震儀，除了他之外，田中館愛橘（建立了地震研究所）、今村明恆（地震學者）及田丸卓郎（田中館愛橘之弟子，物理學家）等人也不斷研發新型的地震儀。至此，日本開始使用由國人設計的地震儀記錄地震，而地震觀測所亦隨之增加，光是日本境內就有高達 110 間的地震觀測所。

日本之外的世界，當時地理學界正逐漸發現莫氏不連續面（1906 年），他們利用走時曲線（travel time curve）計算地底構造的赫格洛茲－維歇特法，並確立了地核的存在等。

同時，日本也從地震紀錄中發現了新的知識面向，例如今村發現了洛夫波（表面波的一種），大森則是藉由能夠捕抓到 P波初動訊號的地震儀，藉由初期微動的時間來演算出震央的距離，即大森公式。[13]

由於地震儀器的輔助，不僅解開了地球內部構造組成，更重要的是，它將地震化成一組組的波呈現在繪圖紙上，研究者可透過記錄波到達的時間進而推算震源地。透過這些地震儀器，不同類型的波雖有不同的波型，卻都有著可以被反覆驗證的曲線，地震成為一種可以判讀且標準一致的數據，地震學的研究因而有了突破性的進展。

地震終於從人們的感受、純文字記述，轉化為儀器觀測上的數據，其內涵已與過去截然不同。地震儀器幫助人們真正地「看見」地震，地震不再是上帝或神靈的工具，而是跟下、颳風一樣，是再「自然」不過的現象。

[1] 北原系子，《日本災害史》，東京都：吉川弘文館，2006，頁 99-100。

[2]〈亞鉛歐鐵／地震迷信〉，《台灣日日新報》，1911 年 06 月 14 號，第二版。

[3] 〈地震學の黎明時代　日本最初の地震計は大理石板に四つの水晶球〉，《台灣日日新報》，1937 年 12 月 18 號，第三版。

[4] 萩原尊禮，《地震学百年》，東京：東京大学出版會，1982，頁 2-3。

[5]穆森（Roger Musson）著，《地震與文明的糾纏》，臺北市 : 遠見天下文化出版，2013，頁 68-69。

[6]萩原尊禮，《地震学百年》，東京：東京大学出版會，1982，頁 6-8。

[7]淺田敏，《地震 : 発生・災害・予知》，東京：東京大学出版會，1975，頁 127。

[8]花房吉太郎，《日本博士全傳》，東京都：日本図書センタ，1990，頁 232-233。

[9]萩原尊禮，《地震学百年》，東京：東京大学出版會，1982，頁 28。

[10]萩原尊禮，《地震学百年》，東京：東京大学出版會，1982，頁 30-32。

[11] P 波性質與音波相似，質點運動和波傳播方向一致，速度最快；S 波又稱剪力波，質點運動與波傳播方向垂直，產生前後左右在水平方向的震動，速度次之；表面波則沿著地球表層或地球內部介面傳播。中央氣象局，《地震百問》，台北市：交通部中央氣象局，2017，頁 18。

[12]趙克常，《地震概論》，台北市：五南圖書出版，2013，頁 20-21。

[13]淺田敏，《地震 : 発生・災害・予知》，東京：東京大学出版會，1975，頁 128-129。