經(jīng)度之戰(zhàn)

張璋

一艘船在茫茫大海上行進，如果這時有人問：“船長，什么時候能到達目的地？”

一個三年級小學(xué)生都能回答出這個問題：只需要用路程除以速度即可。可對于生活在18世紀(jì)以前的船長來說，他可能會在胸前畫一個十字架，嘴里默念：“上帝保佑你?！?/p>

太陽定位法

16世紀(jì)，被無數(shù)人追捧的航海家其實是個高危職業(yè)。

對于每一個踏上航海之路的人來說，他們依靠的除了船長以外，就是頭頂上那個看著就不靠譜兒，卻是到達目的地的唯一參照物——太陽。

當(dāng)然，依靠觀察太陽來測算位置的方法存在極大誤差，其引起的后果就是船只偏離航線，距離目的地越來越遠(yuǎn)，更嚴(yán)重的可能導(dǎo)致船只駛進神秘海域，連人帶船神秘消失。

如果想要改變這種情況，就需要提高定位的準(zhǔn)確性，于是，18世紀(jì)的人們遭遇了有史以來最棘手的難題——經(jīng)度問題。從此，開啟了長達一個世紀(jì)的經(jīng)度之戰(zhàn)。

看起來這是一個不太難的問題，但在18世紀(jì)以前，卻是一個世界性的難題。當(dāng)時的英國國王甚至成立了經(jīng)度局，并設(shè)置了高額獎金來獎勵有辦法準(zhǔn)確測量經(jīng)度的人。

一個多世紀(jì)的時間里，人們提出了很多辦法，有些科學(xué)家致力于用天文方法來定位經(jīng)度，有些人致力于用精確的鐘表來定位經(jīng)度，還有一些辦法現(xiàn)在看起來很可笑?，F(xiàn)為同學(xué)們介紹一些在當(dāng)時比較流行的幾種方法。

鐘表定時差

1530年，荷蘭數(shù)學(xué)家伽瑪·弗里西斯提出用鐘表來測量時間差。

使用方法：設(shè)想有這樣一臺鐘表，始終保持某地（比如倫敦）的時間，然后帶著它來到新的地點，利用太陽高度測量當(dāng)?shù)貢r間，再和倫敦鐘表做對比，就能知道此地和倫敦的經(jīng)度差。

Pass原因：這個設(shè)想看似簡單，但在弗里西斯生活的時代，鐘表的制作工藝非常原始，每天快慢幾分鐘是家常便飯，這樣的精度根本無法勝任測量經(jīng)度的工作。

月距定位法

1514年，德國天文學(xué)家約翰尼斯·沃納提出利用月亮的移動來測量經(jīng)度。

使用方法：他通過觀測發(fā)現(xiàn)，月亮在天空中的相對位置每時每刻都在改變，大約每小時移動一個月亮直徑的距離。他假定地球上觀察到的月亮行為都是一樣的，只要在兩地分別觀測月亮，準(zhǔn)確記下它移動到某個位置的時間，就能算出兩地的經(jīng)度差。

Pass原因：“月距法”缺乏準(zhǔn)確而又完整的星表。再加上月亮的移動規(guī)律仍然無法預(yù)測，因此“月距法”也被放棄。

木星定位法

1613年，伽利略通過自制望遠(yuǎn)鏡夜觀天象，發(fā)現(xiàn)木星有4顆衛(wèi)星，以極快的速度繞著木星公轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速和軌道都極有規(guī)律。由此觸發(fā)靈感，發(fā)明了一個“導(dǎo)航頭盔”。

使用方法：通過兩只眼睛分別觀測木星及其衛(wèi)星，就能算出準(zhǔn)確的時間，進而推算出經(jīng)度。

Pass原因：對觀測者要求過高，且在波浪起伏的大海上根本無法運用。

1714年7月8日，英國政府正式頒布了一項“經(jīng)度法案”，法案規(guī)定，凡是有辦法在地球赤道上將經(jīng)度確定到半度范圍內(nèi)的人，獎勵兩萬英鎊;將經(jīng)度確定到2/3度范圍內(nèi)的人，獎勵1.5萬英鎊;將經(jīng)度確定到一度范圍內(nèi)的人，獎勵1萬英鎊。

正所謂重賞之下必有勇夫。有個名叫杰瑞米·塔克的人提出過一個值得一提的方法。他設(shè)計了一臺小巧的擺鐘，把它放進一個真空容器里，這樣就避免了氣壓和濕度的影響。

使用方法：他設(shè)想這臺“精密時計”被放在一個常平架上，這樣就杜絕了船只搖晃產(chǎn)生的影響。

Pass原因：可是，這樣一臺鐘表并不能抵抗溫度的變化。要知道，擺鐘的速度和鐘擺長度有很大的關(guān)系，長度的微小變化就將帶來巨大的差異。事實上，塔克經(jīng)過實驗后承認(rèn)，他設(shè)計的這臺“精密時計”即使在最完美的情況下，也遠(yuǎn)遠(yuǎn)達不到經(jīng)度委員會的要求。

各種方法相繼失敗，難道真的沒有一個人能破解這個世界難題？別著急，經(jīng)度之戰(zhàn)的主角，即將登場。他就是哈里森。

哈里森的“精密計時”

由于測量經(jīng)度的關(guān)鍵是要知道船上的準(zhǔn)確時間，而當(dāng)時最高端的計時工具也無法在海上使用，那制造一個能在海上使用的鐘表不就行了？

經(jīng)過周密的實驗與計算，哈里森直接拿掉了礙事的鐘擺，制造出一系列幾乎不存在摩擦的時鐘，無論周圍如何搖晃，鐘表內(nèi)的部件總能保持完美平衡。

這就是最早的航海鐘，由于精確度極高，又被稱為“精密計時”。有了它，船長們終于能夠輕松算出經(jīng)度了。

困擾整個世界一個多世紀(jì)的難題就這樣被解開?，F(xiàn)如今，定位已經(jīng)成為一項駕輕就熟的科技，但前人的智慧與對未知的探索，是值得我們反思學(xué)習(xí)的。

什么是經(jīng)度？

如果你把緯線想象成由赤道向南北兩極逐漸縮小的圓圈，那么經(jīng)線就是經(jīng)由南極與北極的無數(shù)個圓圈，這些圓圈周長相同，但角度不等。

要定位經(jīng)度，竅門其實是有的，那就是時間。地球每24小時自轉(zhuǎn)一周，也就是360度。于是，每個小時就相當(dāng)于經(jīng)度的15度。只要知道兩地的時間差異，就可以知道兩者之間的經(jīng)度差了。舉例來說，如果知道某地的正午12點正好是倫敦的上午10點，那么就說明此地在倫敦東邊30度的地方。

于是，經(jīng)度的問題就轉(zhuǎn)換成一個時間問題：如何測量兩地之間的時間差。

1714年7月8日，英國政府正式頒布了一項“經(jīng)度法案”，法案規(guī)定，凡是有辦法在地球赤道上將經(jīng)度確定到半度范圍內(nèi)的人，獎勵兩萬英鎊;將經(jīng)度確定到2/3度范圍內(nèi)的人，獎勵1.5萬英鎊;將經(jīng)度確定到一度范圍內(nèi)的人，獎勵1萬英鎊。