張璋

一艘船在茫茫大海上行進(jìn)，如果這時(shí)有人問(wèn)：“船長(zhǎng)，什么時(shí)候能到達(dá)目的地？”

一個(gè)三年級(jí)小學(xué)生都能回答出這個(gè)問(wèn)題：只需要用路程除以速度即可?？蓪?duì)于生活在18世紀(jì)以前的船長(zhǎng)來(lái)說(shuō)，他可能會(huì)在胸前畫一個(gè)十字架，嘴里默念：“上帝保佑你?！?/p>

太陽(yáng)定位法

16世紀(jì)，被無(wú)數(shù)人追捧的航海家其實(shí)是個(gè)高危職業(yè)。

對(duì)于每一個(gè)踏上航海之路的人來(lái)說(shuō)，他們依靠的除了船長(zhǎng)以外，就是頭頂上那個(gè)看著就不靠譜兒，卻是到達(dá)目的地的唯一參照物——太陽(yáng)。

當(dāng)然，依靠觀察太陽(yáng)來(lái)測(cè)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(lái)越遠(yuǎn)，更嚴(yán)重的可能導(dǎo)致船只駛進(jìn)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?cè)庥隽擞惺芬詠?lái)最棘手的難題——經(jīng)度問(wèn)題。從此，開啟了長(zhǎng)達(dá)一個(gè)世紀(jì)的經(jīng)度之戰(zhàn)。

看起來(lái)這是一個(gè)不太難的問(wèn)題，但在18世紀(jì)以前，卻是一個(gè)世界性的難題。當(dāng)時(shí)的英國(guó)國(guó)王甚至成立了經(jīng)度局，并設(shè)置了高額獎(jiǎng)金來(lái)獎(jiǎng)勵(lì)有辦法準(zhǔn)確測(cè)量經(jīng)度的人。

一個(gè)多世紀(jì)的時(shí)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(lái)定位經(jīng)度，有些人致力于用精確的鐘表來(lái)定位經(jīng)度，還有一些辦法現(xiàn)在看起來(lái)很可笑。現(xiàn)為同學(xué)們介紹一些在當(dāng)時(shí)比較流行的幾種方法。

鐘表定時(shí)差

1530年，荷蘭數(shù)學(xué)家伽瑪·弗里西斯提出用鐘表來(lái)測(cè)量時(shí)間差。

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

Pass原因：這個(gè)設(shè)想看似簡(jiǎn)單，但在弗里西斯生活的時(shí)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(wú)法勝任測(cè)量經(jīng)度的工作。

月距定位法

1514年，德國(guó)天文學(xué)家約翰尼斯·沃納提出利用月亮的移動(dòng)來(lái)測(cè)量經(jīng)度。

使用方法：他通過(guò)觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，月亮在天空中的相對(duì)位置每時(shí)每刻都在改變，大約每小時(shí)移動(dòng)一個(gè)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(cè)月亮，準(zhǔn)確記下它移動(dòng)到某個(gè)位置的時(shí)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(dòng)規(guī)律仍然無(wú)法預(yù)測(cè)，因此“月距法”也被放棄。

木星定位法

1613年，伽利略通過(guò)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(gè)“導(dǎo)航頭盔”。

使用方法：通過(guò)兩只眼睛分別觀測(cè)木星及其衛(wèi)星，就能算出準(zhǔn)確的時(shí)間，進(jìn)而推算出經(jīng)度。

Pass原因：對(duì)觀測(cè)者要求過(guò)高，且在波浪起伏的大海上根本無(wú)法運(yùn)用。

1714年7月8日，英國(guó)政府正式頒布了一項(xiàng)“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(jiǎng)勵(lì)兩萬(wàn)英鎊;將經(jīng)度確定到2/3度范圍內(nèi)的人，獎(jiǎng)勵(lì)1.5萬(wàn)英鎊;將經(jīng)度確定到一度范圍內(nèi)的人，獎(jiǎng)勵(lì)1萬(wàn)英鎊。

正所謂重賞之下必有勇夫。有個(gè)名叫杰瑞米·塔克的人提出過(guò)一個(gè)值得一提的方法。他設(shè)計(jì)了一臺(tái)小巧的擺鐘，把它放進(jìn)一個(gè)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(tái)“精密時(shí)計(jì)”被放在一個(gè)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(tái)鐘表并不能抵抗溫度的變化。要知道，擺鐘的速度和鐘擺長(zhǎng)度有很大的關(guān)系，長(zhǎng)度的微小變化就將帶來(lái)巨大的差異。事實(shí)上，塔克經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)后承認(rèn)，他設(shè)計(jì)的這臺(tái)“精密時(shí)計(jì)”即使在最完美的情況下，也遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到經(jīng)度委員會(huì)的要求。

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

哈里森的“精密計(jì)時(shí)”

由于測(cè)量經(jīng)度的關(guān)鍵是要知道船上的準(zhǔn)確時(shí)間，而當(dāng)時(shí)最高端的計(jì)時(shí)工具也無(wú)法在海上使用，那制造一個(gè)能在海上使用的鐘表不就行了？

經(jīng)過(guò)周密的實(shí)驗(yàn)與計(jì)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(shí)鐘，無(wú)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(jì)時(shí)”。有了它，船長(zhǎng)們終于能夠輕松算出經(jīng)度了。

困擾整個(gè)世界一個(gè)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(xiàng)駕輕就熟的科技，但前人的智慧與對(duì)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(wú)數(shù)個(gè)圓圈，這些圓圈周長(zhǎng)相同，但角度不等。

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

于是，經(jīng)度的問(wèn)題就轉(zhuǎn)換成一個(gè)時(shí)間問(wèn)題：如何測(cè)量?jī)傻刂g的時(shí)間差。

1714年7月8日，英國(guó)政府正式頒布了一項(xiàng)“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(jiǎng)勵(lì)兩萬(wàn)英鎊;將經(jīng)度確定到2/3度范圍內(nèi)的人，獎(jiǎng)勵(lì)1.5萬(wàn)英鎊;將經(jīng)度確定到一度范圍內(nèi)的人，獎(jiǎng)勵(lì)1萬(wàn)英鎊。