在我还是个小姑娘的时候,有一次爸爸给我买了一个带有小珠的铁丝球。我很喜爱这个玩具,把它放在掌心之间,可以叠成一个扁平的环,猛地把它抛开,又可以形成一个中空的球。如果玩得好的话,它会像一个小小的地球,几个交叉的圆。就好像我在教室里看到的地球仪上那又黑又细的经纬线,几个彩色珠子点缀在线上,就像深海上的航船。。
今天,这些经纬线统治世界的权威,比我 40 年前所能想像得到的更大,因为不管它们下面的世界格局怎么变化--或者是大陆在广阔的海洋上发生了漂移,或者是以战争或和平的方式对国家的版图重新进行了划分--而这些经纬线都纹丝不动。
在古时候,人们就已经有了经线和纬线的概念。公元 150 年,天文学家托勒赛已在他的第一本有 27 幅地图的世界地图集里绘上了经纬线,在这本具有划时代意义的地图集中,托勒密还按字母顺序对所有的地名进行编排,并标出他根据旅行者的记录得到的各点的经纬度,不过托勒密本人也只是在凭想像识别大千世界。在他那个时代,人们普遍存在着许多错误的认识,例如住在赤道上的人会因可怕的炎热而变成畸形。
经线与纬线之间存在着差异。纬度的年度位置由自然规律决定,而经度的零度位置就像计时沙漏中的沙子一样是在变动的。这一区别使得确定纬度就和孩子们做游戏一样简单,而确定经度,尤其是在海上确定经度,却难倒了所有人。这一问题曾使人类历史上最聪明的人都束手无策。
相比之下,经度的测量与时间相关。在海上确定经度,一个人在同一时间里,不但要知道船上的时间,而且还要知道出发点港口或者已知经度的其他地点的时间,导航员可以将时间的差异换算成地理的差距。地球在
24 小时内自转一圈,即 360 度,因此每小时可以转 1 / 24 圈即 15 度。因此船只与启程点的每一小时时差,就表示了该船或东或西航行了
15 度的经度距离。
同时确知两个不同地点的时间这一测定经度的先决条件,在今天通过任何一对廉价的手表就可以轻易地具备;而在当时那个使用摆钟的时代却是完全不可能的事情。在颠簸的船的甲板上,这样的钟会时快时慢,甚至完全停止运行。从寒冷的启程国到热带的贸易区,途中温度的自然变化会使钟表上的润滑油变稀变稠,而且还会导致金属部件的热胀冷缩,这都会造成灾难性的后果,另外气压的升降
以及不同纬度处地球重力加速度的微小变化,也将对摆钟的快慢产生影响。
在探险时代,尽管有最好的海图及罗盘,但由 于没有切实可用的确定经度的方法,即使是再伟大 的船长,也都曾在海上迷失过方向。在四个世纪的时间里,整个欧洲大陆都在积极寻求解决经度问题的方法。欧洲列国的君主们都曾在经度的故事里扮演角色,著名的有英国的乔治三世及法国的路易十四。远洋航海家如"邦蒂'号的船长威廉·布莱,以及在突然丧命之前曾三度进行远洋考察试验的著名环球航海家库克船长,他们都曾带着很有希望成功的测量经度的方法到海上去检验它们的可行性和精确度,但都失败了。
著名的天文学家也开始考虑运用天体的运行规律来迎接经度挑战。伽利略、卡西尼、惠更斯、牛顿及哈雷都一直求助于月亮和星星以解决经度问题。为了通过天文观测测定经度,巴黎、伦敦、柏林都建起了规模宏大的天文台。与此同时,知识水平较低的人则建议,凭借船上受伤的狗的吠叫,或者在广阔的海面上定点抛锚停泊的信号船上的火炮轰鸣,来传递时间信息。
时光流逝,成功的方法始终没有出现。 1714 年,英国政府悬赏 2 万英镑(相当于今天的 120 万美元)征求实用可行的方法,一时应者如云,无数江湖术士都言之凿凿地提出许多令人炫目的建议。
英国的钟表匠约翰·哈里森是一个机械方面的天才,也是制作便携式精密计时器的先锋,他实现了恐怕连牛顿都不可能实现的东西:他发明了一个台钟,这台钟就像一个永不熄灭的火炬一样,能把真实的时间从船出发的港口带到世界任何一个遥远的角落。
哈里森没有受过正规教育,也没有师从任何钟表匠,然而他制作出了一系列免润滑免清洗的、差不多全无摩擦的钟表。这些钟是由防锈材料制成的,不管它们周围的环境如何颠簸摇晃,其运行部件之间都保持着极好的平衡。他不用钟摆,而是把不同的金属结合起来用在他的钟上。这样,当一种金属成分由于温度变化而膨胀或收缩时,另一种金属会抵消这种变化,从而使钟表保持恒定的速率。
然而,他取得的每一步成功都遭到当时的科学名流们的排斥,他们不相信哈里森的魔术盒。控制着经度奖发放的人们随便在他们认为合适的时候更改获得经度奖的条件,以便于天文学家获奖,而不想让哈里森之类的"工匠"获奖……
所有这些事情都和经度的历史交织在一起。虽然,在今天,我们通过同步卫星定位系统,须臾之间可以在误差范围仅几英尺的精确度上为轮船定位,但我们还是想追寻经度问题的历史踪迹,再一次审视我们的地球。
(杨春林摘自海南出版社《经度--寻找地球刻度的人》一书)