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在一个平面内,确定位置需要两个坐标。对于航海者来说,这就是纬度和经度。
古代航海只能沿着海岸线航行,否则不能判断位置,等待船员的就是迷失、死亡。当初郑和下西洋就只能沿大陆边缘移动,所以他最远只到达了非洲,不可能发现隔海相望的美洲大陆。
纬度非常容易测量。这是由自然法则确定的——赤道就是0度,两极则是90度,没有常平架等仪器时,有经验的船员依靠太阳、星辰的位置,可以基本确定纬度。但经度就是另外一回事了,地球一直在转,使得经度的确定难以进行。于是,科学界首先要人为规定0度经线,然后才能谈及经度测量。公元前2世纪,古希腊地理学家托勒密是最早利用经纬度绘制地图的人。托勒密的方法沿用了1000多年,但画出来的地图都不够准确,夸大了陆地面积,低估了海洋的广阔,这使得远程航海更像是碰运气。
为此,科学家们展开了“经度之战”。主要的流派有二:钟表法和月距法。
前者依据的逻辑很简单:地球每24小时自转1周,这一周也就是360度。于是,每个小时就相当于经度的15度。只要知道两地的时间差异,就可以知道两者之间的经度差了。举例来说,如果知道某地的上午10点正好是加尔各答的上午8点,那么就说明此地在加尔各答东边30度的地方。于是,经度的求解就转换成另外一个问题:如何测定两地的时间差。
1530年,荷兰数学家伽玛·弗里西斯首次提出用钟表来测定时间差。按照他的设想,先制作一台钟表,始终保持某地(比如阿姆斯特丹)的时间,然后带着它旅行到新的地点,利用太阳高度测定“当地时间”,再和“阿姆斯特丹钟表”做对比,就能知道此地和阿姆斯特丹的经度差。这个设想严丝合缝,但在那个时代无法测定经度,因为当时的钟表精确度太差了。
1514年,德国天文学家约翰·沃纳提出利用月球的移动来测量经度。在他之前,众所周知,月亮在天空的相对位置一直都在改变。沃纳精确测量,月球每小时移动一个本身直径的距离。他因此假定,假如地球上观察到的月球移动都是一样的,只要在两地分别观测月球,准确记下它在某个位置上的时间,就能算出两地之间的经度差。但月距法也有令人头痛的问题:当时的星空图标既不完备也不准确。此外,在各地观察到的月球移动并不规律。
1714年,远程航海使得经度问题显得越发重要,英国国会因此成立了一个“经度委员会”。同年7月8日,英政府正式颁布《经度法案》。该法案规定,若有人能在地球赤道上将经度测量确定到半度范围内,奖励2万英镑;将经度确定到2/3度范围内,奖励1.5万英镑;将经度确定到1度范围内,奖励1万英镑。
1735年,著名钟表匠哈里森兄弟生产出一台被称为H1的航海钟。第二年,英国海军大臣把哈里森送上了“百夫长”号军舰。船长普罗克特将H1安装到自己的休息室,为了尽量减小震动,他用铁钩把H1吊在天花板上。这次航行遭遇风暴,在海上漂了一个多月才返回不列颠。就在船临近终点时,船长按照航行经验,判断前面是达特茅斯附近的斯塔特。而哈里森根据H1给出了一个经度数据,和纬度一起确认后,认为即将抵达彭赞斯半岛上的利泽德。最后证明H1更接近利泽德,其实当时距离这地方差不多100公里。
1884年,全世界的天文学家在华盛顿召开了“国际子午线大会”,正式宣布“格林尼治子午线为全球的本初子午线,即经度0度线”。需要介绍的是,月距法未被钟表法彻底击败。在远航的船上,海员们坚持使用这个方法对航海钟进行校正。这两种方法互相补充,更好地保障了远洋船的安全。
1995年,卫星定位法进入商业化时代,远在太空中的24颗定位卫星,信号覆盖了地球的每一个角落。航海钟和《航海年鉴》在航海时代从此谢幕。
(摘自湖南文艺出版社《晚清的极品人、极品事》 作者:吴策力)
古代航海只能沿着海岸线航行,否则不能判断位置,等待船员的就是迷失、死亡。当初郑和下西洋就只能沿大陆边缘移动,所以他最远只到达了非洲,不可能发现隔海相望的美洲大陆。
纬度非常容易测量。这是由自然法则确定的——赤道就是0度,两极则是90度,没有常平架等仪器时,有经验的船员依靠太阳、星辰的位置,可以基本确定纬度。但经度就是另外一回事了,地球一直在转,使得经度的确定难以进行。于是,科学界首先要人为规定0度经线,然后才能谈及经度测量。公元前2世纪,古希腊地理学家托勒密是最早利用经纬度绘制地图的人。托勒密的方法沿用了1000多年,但画出来的地图都不够准确,夸大了陆地面积,低估了海洋的广阔,这使得远程航海更像是碰运气。
为此,科学家们展开了“经度之战”。主要的流派有二:钟表法和月距法。
前者依据的逻辑很简单:地球每24小时自转1周,这一周也就是360度。于是,每个小时就相当于经度的15度。只要知道两地的时间差异,就可以知道两者之间的经度差了。举例来说,如果知道某地的上午10点正好是加尔各答的上午8点,那么就说明此地在加尔各答东边30度的地方。于是,经度的求解就转换成另外一个问题:如何测定两地的时间差。
1530年,荷兰数学家伽玛·弗里西斯首次提出用钟表来测定时间差。按照他的设想,先制作一台钟表,始终保持某地(比如阿姆斯特丹)的时间,然后带着它旅行到新的地点,利用太阳高度测定“当地时间”,再和“阿姆斯特丹钟表”做对比,就能知道此地和阿姆斯特丹的经度差。这个设想严丝合缝,但在那个时代无法测定经度,因为当时的钟表精确度太差了。
1514年,德国天文学家约翰·沃纳提出利用月球的移动来测量经度。在他之前,众所周知,月亮在天空的相对位置一直都在改变。沃纳精确测量,月球每小时移动一个本身直径的距离。他因此假定,假如地球上观察到的月球移动都是一样的,只要在两地分别观测月球,准确记下它在某个位置上的时间,就能算出两地之间的经度差。但月距法也有令人头痛的问题:当时的星空图标既不完备也不准确。此外,在各地观察到的月球移动并不规律。
1714年,远程航海使得经度问题显得越发重要,英国国会因此成立了一个“经度委员会”。同年7月8日,英政府正式颁布《经度法案》。该法案规定,若有人能在地球赤道上将经度测量确定到半度范围内,奖励2万英镑;将经度确定到2/3度范围内,奖励1.5万英镑;将经度确定到1度范围内,奖励1万英镑。
1735年,著名钟表匠哈里森兄弟生产出一台被称为H1的航海钟。第二年,英国海军大臣把哈里森送上了“百夫长”号军舰。船长普罗克特将H1安装到自己的休息室,为了尽量减小震动,他用铁钩把H1吊在天花板上。这次航行遭遇风暴,在海上漂了一个多月才返回不列颠。就在船临近终点时,船长按照航行经验,判断前面是达特茅斯附近的斯塔特。而哈里森根据H1给出了一个经度数据,和纬度一起确认后,认为即将抵达彭赞斯半岛上的利泽德。最后证明H1更接近利泽德,其实当时距离这地方差不多100公里。
1884年,全世界的天文学家在华盛顿召开了“国际子午线大会”,正式宣布“格林尼治子午线为全球的本初子午线,即经度0度线”。需要介绍的是,月距法未被钟表法彻底击败。在远航的船上,海员们坚持使用这个方法对航海钟进行校正。这两种方法互相补充,更好地保障了远洋船的安全。
1995年,卫星定位法进入商业化时代,远在太空中的24颗定位卫星,信号覆盖了地球的每一个角落。航海钟和《航海年鉴》在航海时代从此谢幕。
(摘自湖南文艺出版社《晚清的极品人、极品事》 作者:吴策力)