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地球仪 在我小时候，每次看到世界地图或者地球仪的时候，总会从中发现很多乐趣和惊叹。那么大的世界，竟然可以让我们一览无余，甚至于掌控在我们股掌之间。 对着地球仪，我一边寻找着自己所在的那个点，一边看着其它广阔地未知之地，就在心中产生了一种深深地浩瀚和渺小的对立感。顿时便满心都是游览世界的壮阔梦想，就像现在流行的那句：世界那么大，我想去看看。 因此，我常常想，当年哥伦布面对着托勒密绘制的地图事，他的心情是不是也和我有一点点的相似？ 也许，托勒密的那些充满了留白的地图，在他眼中所呈现的，并不是海洋，也不是航线，甚至不是目的地，而是，那些似乎就呈现在眼前的未知世界与梦想。 第一次注意到地图上的那些“网格”线的时候，还是在初中的地理课上。当时，我以为经纬度只不过把地球的每一块土地都划分在一个个格子里面，每一个人都能通过其找到自己的那块格子，觉得既死板，又无趣。然而那时，我并不知道的是，这些被刻画出来的线条、被创造出来的格子，到底是意味着什么。也不知道，这些格子的确认，对人类文明的进程，产生着怎么样深刻的影响。 实际上，经纬度的确认，是一个持续了几百年的过程，无数的先贤都曾参与其中。包括：托勒密、伽利略、哥伦布、牛顿等如雷贯耳的名字。 因此，我从每一个人物对这个过程贡献的角度，把从地心说开始，到0度经度的确认的整个“刻度”地球的过程稍微整理了一下。 要说给地球画格子，那么首先得认识地球本身，所以我们从地球是圆的开始说起。 地球是圆的 确切的说，地球是球的。早在公元前六世纪，古希腊数学家毕达哥拉斯第一次提出大地是球体这一概念。亚里士多德总结出三个科学方法来证明大地是球形：越往北走，北极星越高；越往南走，北极星越低，且可以看到一些在北方看不到的新的星星。 所以我们理想中（PS后的）的地球是这样的： PS后的地球 而实际上看到的地球却是： 素颜地球 看完素颜和美颜的地球，我们再来看看地球的“裸照”： “裸照”地球 亚里士多德（公元前384～前322） 地心说最初由米利都学派形成初步理念，后由古希腊学者欧多克斯提出的。而亚里士多德是地心说的完善者和传播者，正是因为他在各个领域的卓越见识，他的学说被广泛的传播，从而这也是托勒密之后能提出完整的地心学说的重要前提。 亚里士多德主张的地心说是一种同心叠套的水晶球宇宙体系。 “水晶球”宇宙模型 托勒密（约90年—168年） 托勒密为人们所知，大部分的名声都来自于他写的《天文学大成》中阐述的“地心说”。而实际上，他的这个学说被基督教会利用了近1000年时间，被作为权威而束缚人们的思想。在某种意义上说，是阻碍了人们探索真理的进程。 反而，他的另外一本著作——《地理学指南》对人类文明进程产生了很重大的影响。特别是这部书中的第八卷——《托勒密地图》，这是一本由27幅世界地图和26幅局部区域图组成的地图集。当文艺复兴开始之后，人类重新对这本地图集产生了强烈的兴趣，毫不夸张的说，它是开启“大航海时代”的催化剂，因为它让人们意识到建立一条海上通道的可能性，从而对探索未知世界有了一定的信心与勇气。 托勒密地图 这本地图集，第一次从数学上解释了怎么样确定纬度和经度线。虽然，依照我们今天的眼光来看，它是漏洞百出，比如：
然而，正因为最后一条错误，才让哥伦布有了探索新航线去寻找印度的信心，从而一路向西，发现了新大陆，翻开了人类文明的新的一页。 对于纬度的确认，其实在托勒密提出时就已经有了很明确的测量方法，比如测量正午太阳的高度，或者北极星的高度都可以实现。 但是，对于经度，就没有那么好测量了。 在陆地上，我们只需要知道两个地方的当地时间，并计算这个时间差就能计算出相对的位置。并且，当地地方时也很好测量，只需立根棍子，中午影子最短时即为正午12点。 在海洋上，因为天气的多变和时钟的不精确，测量经度的问题，一直困扰着所有的航海人。当在茫茫的大海中，不知道自己所在的位置，不知道离大陆还有多远，是一件异常危险的事情。然而，航海事业对于当时的欧洲来说，是一个很重要的财富来源，这种风险是每一个航海国都想去避免的，所以，各国的当权者都非常重视经度的测量，从而纷纷用高额的奖金向民众悬赏解决方案。 重金之下，必有智者。当时，正值科学革命的兴起，各路杰出人士，开始纷纷献策，因此出现了科学史上极为罕见的一场盛景。 哥伦布（1451-1506） 哥伦布发现新大陆是具有跨时代意义的，在这个进程中，他的主要贡献就是拓宽了人类在地理上的视野，引发了对新世界的探索。 从此，不仅仅在人类的地理空间上打开了一个新世界，也在人类的精神世界打开了一扇通往自由的大门。 墨卡托（1512-1594） 墨卡托是16世纪地图制图学家，他发明的墨卡托投影制图法一直被沿用至现在（百度地图、Google地图等），他不仅仅是为航海人员提供了一个更先进的海图，而且改变了人们心中托勒密的传统世界观。 然而这种方法最大的缺点是，会在纬度越高的地方产生越大的变形。比如，在墨卡托投影的地图上的非洲和格陵兰岛看起来差不多大，而实际上非洲的面积是格陵兰岛的14倍！ 墨卡托世界地图 伽利略（1564-1642） 作为第一个用望远镜观察天空的人，伽利略从木星及其卫星的运行规律中发现了一个解决经度问题的方法。他发现木星有四颗卫星围绕木星转动，会经常定期发生卫星食（一年有1000次），有时卫星会从木星前面经过，有时候则会跑到木星后面。通过预测木卫食的发生规律，确定一个标准时间，这样就能知道，每一种木卫食发生的标准时间，然后再对比测量的当地时间，就可以知道相对的经度了。 虽然，这个方案在技术上是可行的。然并卵，在当时望远镜的放大效果，即使是在不颠簸的陆地上，一个人心脏跳动带来的振动都有可能使得整个木星跳出望远镜的视野。 当然，后来在望远镜的做工和放大效果得到提高之后，这种方法还是得到了广泛的认可，并被用来重新测量各国的地图。 据说，法王路易十四在依据精确的经度测量而修订的版图前，抱怨地说：我输给我的天文学家的领土比输给我的敌人的还要多。 另外，因为这个方法的可靠，引起了众多天文学家对木卫食的预测和观测，在这个观测过程中，丹麦天文学家Ole Roemer意识到了光是有速度的，并测算出非常精确的光速。 布鲁诺（1548-1600） 他常常被人们看作是近代科学兴起的先驱者、是捍卫科学真理并为此献身的殉道士。人们也常常将处死他的宗教裁判所代表的宗教势力与他所支持的哥白尼学说所代表的科学，看作是一对存在着尖锐冲突的对立物。 其实，这只是人们一厢情愿的想法，或者说是为了宣扬“科学精神”，而编造的一种富有戏剧性的故事。 实际情况是，布鲁诺崇尚的是古埃及的赫尔墨斯法术（一种巫术），而这种法术的核心思想是对太阳的崇拜。而哥白尼的日心说正好能支持他的信仰，从而有了之后和基督教会的长时间斗争，直至最后被执行火刑。 因此，布鲁诺在这个确认经纬度的过程中最大的贡献，其实只是在这场“科学革命”中被树立起，用来反抗如基督教会这样的权威的一面旗帜而已。 “科学”与教会之间的关系 惠更斯（1629—1695） 伽利略发现了摆的等时性原理，然而并没有做进一步的探索。惠更斯在伽利略的基础上，发明了摆钟，并成为人类史上首个精密时计。 但是摆钟和伽利略的“天钟”一样，只能在陆地上使用，当到了颠簸的海洋上时，钟的摆动会变得不规律，从而导致时间精度非常差，根本达不到确定经度要求。 但是作为一个精密计时的工具，其为之后时钟的改良奠定了非常坚实的基础。 胡克（1635－1703） 胡克在确定经度的过程中并没有直接的贡献，但有一项间接的贡献。他和惠更斯独立发明了一种螺旋式游丝来取代摆来设定钟摆的速率，从而增加时钟的精度。就是因为这个贡献的发明权问题，还同惠更斯撕逼了很长一段时间。 牛顿（1643—1727） 对于这位集大成的伟大科学家，在谈论他的时候，我毫无疑问地时刻都怀着至高的敬意的。不过，在解决经度这个问题的过程中，我不得不承认，他只是一个跑龙套的。 72岁的他在一次会议上对钟表法评述道：用钟表精确计时也是一个办法。但是，由于船的运动、冷热干湿等因素的影响，这样的表还没有制造出来。（引述自《经度》） 如果硬要说一项贡献，其发明的反射望远镜对之后的天文观测起到了一定的促进作用。 感应散 就在天文学家和钟表匠们都束手无策的时候，隐藏着众多高手的民间流传着一些有趣的“解决方案”。其中最离奇的方案就是这个叫做“伤狗学说”的方案。 其“原理”是在法国南部的一种江湖治疗术。有一种叫做感应散的粉末，它能远距离疗伤，如果你受了伤，在砍你的刀上面或者你的衣服上撒点这种粉末，你会疼的大叫，但是你的伤会痊愈得很快。 从而，开了脑洞的人，就想到了可以把这种方法应用到航海上来确定时间：在船上放一条受伤的狗，留一个可信的人在岸上，每天在一个确定的标准时间，将狗的绷带浸入这种粉末的溶液，那狗必然会痛得狂叫起来。这样再对比当地时间，就能算出时差，从而就能得出相对经度了。 我在想，就算这个方法真的可行，但是，这条狗真的能挨几刀呢？哎，当一条狗，不容易啊，而且还是单身的。 下面，我们要来说终结经度这个问题的两个人了。 马斯基林（1732-1811） 英国皇家天文学家。虽然用月距法解决经度问题不算是他首倡，但是他一生都在力推这种方法，最后终于将其发扬光大。 月距法和伽利略的木星卫星法原理非常类似，只是将参照物从木星换成了月亮。需要计算月亮在某个时间走到了哪颗星星中间，就可以作为出发地时间的参照物。并且，月亮相比于木星卫星来说，其观测对象大了无数倍，运行轨迹也能更好的预测。 虽然在最后对经度奖金的争夺中，还是输给了世界上最好的钟表匠哈里森，但是，其总结的月距法测量经度的方法，因为成本低，有效性强，在很长一段时间里，是航海家们确定经度的首选方法。可以肯定的说，在这个时期内，因为这个方法的存在，而避免了无数的海难的发生，挽救了无数海员的生命。 另外，值得一提的是，他是最先使时间测量精确到十分之一秒的人。 约翰·哈里森（1693—1776） 在马斯基林一直力推月距法的同时，我们这位史上最牛的钟表匠历经30多年，陆陆续续地制造了四款不段改进的航海钟。 哈氏1号-哈氏3号钟 哈氏4号钟 其4款钟的工艺水平和精确度都达到了一个前所未有的高度。并最终是分批次的拿到了经度奖金。 但是，哈里森活了83年，一生中只做出来四个海钟，其中最复杂的3号海钟的设计制造一共花了18年时间，涉及到753个零件。由此可见其复杂和精细程度。即使是哈里森之后，钟表匠肯德尔仿造哈氏海钟，仿品肯氏2号也花了近两年时间制造。这主要是因为，这种航海钟需要全手工制造，所以制造时间长，造价贵。 对于一般的航海人员来说，无法负担这么昂贵的费用。因此，航海钟的普及，是在直到航海钟能量产，并造价很低了之后的事情了。 比如，在将达尔文送到加拉帕戈斯群岛的小猎犬号上，就带了有22只这样的计时器来确定时间。 0度经度 不像纬度有赤道作为自然的起点，经度没有自然的起点，做为本初子午线的那条线是人选出来的。英国的制图学家使用经过伦敦格林尼治天文台的子午线作为起点，过去其它国家或人也使用过其它的子午线做起点，比如罗马、哥本哈根、耶路撒冷、圣彼德堡、比萨、巴黎和费城等。在1884年的国际本初子午线大会上格林尼治的子午线被正式定为经度的起点。 至此，经度的问题全部都已经解决了。之后出现的GPS卫星定位等新的确定位置的方法，也都是基于这个经纬度上而做的更精确的度量。 |
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