很多人都知道北京大鐘寺和那里的大鐘。如果對大鐘重重一擊，鐘就會發(fā)出嗡嗡的轟響。鐘的結(jié)構(gòu)不同，它所奏出的音樂的音調(diào)和音色都不相同。實際上，有經(jīng)驗的技師可以通過鐘的音調(diào)和音色，來判斷鐘的結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)中的缺陷。

如果把地球比做一個大鐘，那么地球也有類似的現(xiàn)象，只是一般的敲擊對地球這個巨大的"鐘"來說實在是太小，要讓地球發(fā)出轟響，只有用巨大地震來"敲擊"它才行。

理論上，人們早就知道這個道理。泊松(S. D. Poisson) 在1829年、蘭姆（H. Lamb）在1882年、勒夫(A. E. H. Love)在1911年都從數(shù)學(xué)的角度預(yù)測了這一現(xiàn)象的存在。只是在那時，地震學(xué)家并沒有"聆聽"地球的"音樂"的設(shè)備，所以理論上的預(yù)測無法得到觀測的證實。

大地震發(fā)生時，地球如同一個巨大的鐘被重擊一下，激發(fā)出各種音調(diào)（頻率）的振動，余音繚繞，這對音樂愛好者貝尼奧夫（H. Benioff）來說具有特殊的吸引力。貝尼奧夫在音樂方面也許只是愛好，但在"聆聽"地球的"音樂"方面卻堪稱頂尖級的專家。他發(fā)明的應(yīng)變地震儀，是"傾聽"地震和環(huán)境造成的地面運動的最好的儀器之一。他相信用他的儀器，可以"聽"得見前面所描述的地球的"音樂"，這種"音樂"，地球物理學(xué)中稱為"地球自由振蕩"。

1952年11月4日，堪察加發(fā)生了一次大地震。在貝尼奧夫的應(yīng)變地震儀上，果然記到了兩種不同音調(diào)的長周期波動，一種波動的周期是57分鐘，另一種波動的周期是100分鐘。這使貝尼奧夫很高興。可是，在以后的幾年時間里，再沒有類似的結(jié)果報道。人們對貝尼奧夫1952年的觀測結(jié)果也將信將疑。看來貝尼奧夫要想說服人們相信他的結(jié)果，還不得不耐心地再等待一段時間。

[注：這是自然科學(xué)的一個獨特的價值觀念：一項成果要得到承認，必須具有可重復(fù)性，不能被重復(fù)的結(jié)果，即使是大師級的科學(xué)家做出的，人們也照樣要懷疑。表面上看，科學(xué)家這么做真是"保守"得可以，但是，正是科學(xué)家的這種"保守"，才使得江湖騙局在科學(xué)界沒有立足之地。]

其實，懷疑的科學(xué)家們絕不是無所作為。就在這期間，有很多科學(xué)家在觀測和理論方面，做了大量基礎(chǔ)性和準備性的工作。由于當時還沒有像樣的計算機可以使用，所以計算地球自由振蕩的"音調(diào)"，調(diào)動了當時幾乎是能力最強的人才和幾乎是最先進的計算設(shè)備。在這些頂尖級的人才的行列中有斯利克特（L. B. Slichter）和普瑞斯（F. Press）, 他們對地球科學(xué)的貢獻使南極大陸上的兩座山后來分別以他們的名字命名；還有尤溫（M. Ewing）, 在地球物理勘探領(lǐng)域和海洋地球物理領(lǐng)域中沒有尤溫，就像在金庸小說中沒有令狐沖一樣。

[注：盡管從現(xiàn)在的觀點看，當時的計算機非常笨拙，但計算機的出現(xiàn)還是有力地促進了地球自由振蕩的研究]

當時，人們已經(jīng)可以從理論上計算出，地球作為一個整體，可以具有兩種不同的振蕩方式，一種叫"環(huán)型振蕩"，一種叫"球形振蕩"。環(huán)型振蕩又叫??不能影響重力場。

地震能夠引起地球的振動，這是大家都知道的事情。但地球的自由振蕩有它的特殊性：它是地球整體的、低頻的振動。因此可以想見，要使地球整體都振動起來，"打擊力"必須足夠大。如果打擊的"力度"不夠，你只能聽到聲音較小的、同時也比較高頻的振動--在地震學(xué)中，這就是人們知道的面波。因此，貝尼奧夫需要等待的，實際上是兩件事：一是使更多的人能夠"聽得見"地球自由振蕩的儀器--最好是與應(yīng)變地震儀不同的、與應(yīng)變地震儀可以相互參照的儀器；二是足以"制造"出地球的自由振蕩的大地震。前者是可以通過科學(xué)界的努力來"加速"的，而后者則必須等待大自然的"恩賜"，有道是：

此曲應(yīng)是地下有，人間難得幾回聞。

幸運的是，科學(xué)界和大自然都沒有讓貝尼奧夫等待太長的時間。1960年5月22日，智利發(fā)生了一次巨大地震（估計震級為8.9, 是20世紀最大的一次地震）。這次地震發(fā)生時，在貝尼奧夫的應(yīng)變地震儀和其他研究小組的拉蒙特（Lamont）地震儀、擺式地震儀、長周期地震儀等不同的地震儀上，以及在拉柯斯特(La Coste-Romberg)重力儀上，同時記錄到了地球自由振蕩的信號。

1960年8月，國際地震學(xué)與地球內(nèi)部物理學(xué)協(xié)會（IASPEI）在赫爾辛基開會。會上，普瑞斯（F. Press）宣布了貝尼奧夫的觀測結(jié)果。接著，斯利克特（L. B. Slichter）宣布，他的研究集體也在拉柯斯特重力儀上獨立地觀測到類似的結(jié)果。兩者當場比較，結(jié)果發(fā)現(xiàn)很多周期的信號十分吻合，但同時貝尼奧夫記到的某些周期在斯利克特的結(jié)果中看不到。派克里斯（C. L. Pekeris）早就對地球自由振蕩進行過深入的理論研究。他把斯利克特的結(jié)果中"丟失"的周期研究了一番后告訴大家，這些周期就是他所計算的"環(huán)型振蕩"，而重力儀是記不到"環(huán)型振蕩"的！兩套獨立的觀測證據(jù)驚人地符合, 這一戲劇性的比較，成為地震學(xué)研究史上的一段佳話。

赫爾辛基會議結(jié)束之前，其他的獨立觀測結(jié)果也一一宣布。從一定意義上說，這是有準備的科學(xué)家抓住了大自然提供的一次百年不遇的機會。地球自由振蕩的研究成為20世紀地震學(xué)研究的一個里程碑性的標志。

正如不同的原子結(jié)構(gòu)對應(yīng)著不同的原子光譜，不同的自由振蕩譜也反映了不同的行星內(nèi)部結(jié)構(gòu)。因此地球自由振蕩的觀測結(jié)果，成為地震學(xué)家了解地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)的一個強有力的工具。而地震學(xué)家就像一個有經(jīng)驗的鋼琴調(diào)音師那樣，從地球的"轟響"中"分辨出"了地球的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

科學(xué)家很快認識到這一方法也可以應(yīng)用于對日球的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的研究，不過日球的自由振蕩不是由地震、而是由日球表面的爆發(fā)所激發(fā)的。人們把這一研究領(lǐng)域稱為"日震學(xué)"。

[注: 地球自由振蕩這一研究領(lǐng)域至今仍在發(fā)展之中。20世紀末21世紀初的一個新結(jié)果是，如果仔細地"聆聽"地球的"呼吸"，則可以發(fā)現(xiàn)不但地震、而且海洋和大氣都能引起不同振型的自由振蕩。這樣，地震學(xué)家就找到了研究固體地球和海洋、大氣層之間相互"耦合"的一種方法。同時，這一發(fā)現(xiàn)也提供了一種新的可能：本來研究地球的方法也可以應(yīng)用到其他行星上去。但在一些行星上沒有地震（地質(zhì)構(gòu)造意義上的"死"行星），同時其上的大氣層又阻止了隕石的直接撞擊（有"保護傘"的行星），這樣一來，傳統(tǒng)意義上的地震學(xué)就無法"施展拳腳"了。這種類型的"自由振蕩"的發(fā)現(xiàn)，使地震學(xué)家在這樣的行星上，也可以用地震學(xué)的方法來研究它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。