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精确测量经度:乡村钟表匠赢了英国皇家学会

 铁血老枪 2017-10-09
《约翰·哈里森肖像》托马斯·金 绘《约翰·哈里森肖像》托马斯·金 绘

  我是第二次参观格林尼治天文台了,这一次,我要“拜会”一下《海军上将克劳迪斯里·肖维尔爵士》,这位戴着假发爵士以肖像的名义“接见”了我。很多人都感到奇怪,作为海军上将肖维尔的画像为什么不像库克等人的画像一样挂在山下的英国国家海事博物馆的海事陈列馆中,而是挂在了三个分馆中的格林尼治天文台经度馆。奇怪吗?一点也不怪。后世知道这位海军上将,正因他出了“经度”问题,令他本人和整个舰队葬身大海。馆方将他安排在经度馆里,要的就是反面教材和航海悲剧的这个“看点”。

《海军上将克劳迪斯里·肖维尔爵士》迈克尔·达尔 绘《海军上将克劳迪斯里·肖维尔爵士》迈克尔·达尔 绘

  1。锡利群岛海难与经度法案

  《海军上将克劳迪斯里·肖维尔爵士》大约创作于1705年间,作者是迈克尔·达尔,一位生于瑞典斯德哥尔摩,却一直在英格兰进行创作,并死在这里的肖像画家。达尔是瑞典画家中创作英国贵族肖像最多的画家,但那些肖像都没有这个肖像的主人公那么传奇。肖维尔先后参加过英国对荷兰、对西班牙和对法国的海战,战功卓越,一路升到海军上将军阶和爵士名号。画中的肖维尔在英格兰军舰的背景前,手握元帅权杖。军中使用权杖源自古罗马,最初是个短粗的中空圆棒(也有羊皮筒)是罗马将军们的传令节,将写好的命令放入筒中,封死后让传令兵传送。这一传统后来被英国海军继承,成为海军最高统帅权威的象征。

  1705年1月13日,肖维尔被任命为英国海军最高统帅。此时的他,一副志得意满的样子,这种一帆风顺的成就感一直延续到他从地中海打击法国舰队得胜归来的1707年12月22日……这一天,肖维尔领导着他的舰队,快要走到大不列颠群岛的最南端,但是持续了多天的大雾,让整个舰队失去了航向……四艘军舰拖着1000多官兵,永远沉入了海底。

  这次海难再次唤起以海洋立国的英国对经度的关注。1714年,英国政府颁布《经度法案》,以法律的名义宣布:任何人只要能找出在海上测量经度的方法,误差在1度以内的奖1万英镑;误差在2/3度以内的奖1.5万英镑;误差在半度以内的奖2万英镑。但这2万英镑的要求是航海40天,也就是从英国去到印度群岛,不能差半度,55公里,即24小时内不能差3秒。

  奖金已达到天文数字了,但钱也不能立竿见影地解决问题。

  2。伽利略和牛顿未能破解的难题

  从伽利略到牛顿,许多大师级的科学家,都研究过海上测量经度方案。其中,接近解决问题突破口的有两个,一是天文测算法,二是时钟测算法。天文学大师们拿出很多空间测算方法,都因太复杂太难操作(月距法计算一次经度要用4个小时)而没能破解难题。时钟测算的道理很简单,地球一圈360度,一天24小时,一小时走过15度经线。只要知道自己的“当地时间”和出发地的“离岸时间”,两者时间差乘以15,就能测算出航船的经度。前提是要有一个精确的时钟,但牛顿认为,要造出在海上40天,误差不超过两分钟(半个经度,赤道距离55.5公里)的钟表,几乎是不可能。

  但“重赏之下必有勇夫”,这位“勇夫”出生在英国约克郡(与伟大的库克船长是同乡)的一个木匠之家。这位家中长子没有把从父亲那学到的手艺用到制造家具和房屋上,而是以细木工的手艺,造出一台完全由木头制成的摆钟。当时他才19岁,没人能料到历史将记住他的名字:约翰·哈里森。在《经度法案》颁布的第15个年头,也是牛顿去世的第3个年头,即1730年,37岁的哈里森来到格林尼治天文台,向经度委员会委员、皇家天文台第二任天文官哈雷(用他的名字命名的彗星似乎比他更出名)递交了一份解决海上经度测量难题的方案。

  哈雷是天文学大师,但一看哈里森的时钟测算法图纸,头就大了。当时,包括哈雷在内的多数科学家都在研究天文法。不过,哈雷并没因为这个“时间方案”与自己的“空间方案”不一致而否定哈里森,相反他极为大度地为他推荐了伦敦最有名钟表匠格雷厄姆。几天后,哈里森就抱着一堆图纸找到了格雷厄姆。格雷厄姆是哈里森的贵人,他不仅支持这个方案,还半借半送地塞给哈里森两百英镑,让他拿去造新的钟表。从这时开始,一直到1759年造出了第四代以他名字字母首字H命名的H4——第四代的航海钟,哈里森花了30年时间。

  我是按着美国传记作家达娃·索贝尔在《经度》中留下的线索,来到格林尼治天文台寻找约翰·哈里森的肖像。但在经度馆里,我只见到了《海军上将克劳迪斯里·肖维尔爵士》的肖像原作,没见到哈里森的油画肖像,我问一位老馆员,这里挂着的哈里森肖像原件呢?他说,以前做专题展时,确实在此是挂过那幅著名的油画肖像,展出后还了回去,它属于英国科学博物馆。

  3。大国工匠的犟

  哈里森一共有两幅肖像传世。最先给哈里森绘制肖像的是托马斯·金,他在1765年至1766年间,为哈里森绘制了这幅油画肖像。此时,哈里森已同英国经度委员会打了半个世纪的交道,虽然,他是个钟表匠,但也摆出绅士派头,戴着假发,穿着咖啡色双排扣礼服与套装西裤,其形象不能说趾高气扬,也算得上成竹在胸。

  拿到格雷厄姆资助的200英镑的第5年,哈里森就造出了以自己名字命名的第一代航海钟——H1,不久H2问世,这两个钟都太笨重了,没出现在哈里森肖像画背景中,画中出的大钟是H3,上面还刻有他的名字“John Harrison”。这架H3哈里森投入的心血最大,前后做了十几年。但是当H3即将完工时,怀表问世了,而最终攻克难关的灵感正是来自怀表。哈里森发现,怀表不用传统的钟摆技术,而是用了高频振子。于是他请好友、钟表匠约翰·杰弗里斯,为自己订作了一块怀表。哈里森正是运用怀表技术,使他的经度钟彻底摆脱了地球引力,又经过热胀冷缩和润滑等一系列机械改进,终于造出了比怀表略大一些的第四代经度钟H4。此画中,哈里森右手握着的正是杰弗里斯怀表,这该是向杰弗里斯和他的怀表致敬吧。

  可是,1759年哈里森就已造出H4,为什么它没出现在托马斯·金在1765年至1766年创作这幅肖像画中呢?这又要讲回,哈里森与经度委员会斗争的故事。几乎是从H1问世开始,以天文学家为主体的经度委员会,就不断为难他。一会把他的H1拉到格林尼治天文台去拆开检查,一会又否定他海上实验的结果,最后,当H4诞生后,又强行把它拿到格林尼治天文台扣押,并命令哈里森再造一台与它一样的表,以证明它可以重复生产。所以,H4无法与它的主人同时出现在这幅油画中。似乎是为了赌这口气,1767年菲利普·约瑟夫·塔萨特绘制版画《哈里森肖像》时,画面上所有内容都是前一幅油画的翻版,唯独桌面的H4是画家故意“摆”上去的,而哈里森张开的右手,似乎在向经度委员会索要他的H4。

  1772年,钟表匠肯德尔复制的H4(为了尊重肯德尔的功绩,后人称他为K1)被带上了库克的远洋船,驶入白令海峡。在零度以下的寒冷天气中,复制的航海钟发挥了完美的功能。一年以后,在英王乔治三世的亲自过问下,80岁的哈里森,终于得到了最高奖的余款8750英镑(扣除了以前支给他的部分奖金)。似乎上帝让他活到这个岁数,就是支持他与经度委员会的官僚们决战到底。3年后的一天,也就是1776年3月24日,像航海钟一样奇妙的哈里森,在83岁生日这一天,以胜利者的姿态驾鹤西去。

  4。哈里森的身后之名

  哈里森死时,航海钟成本已下降了许多,仍要70英镑左右,有钱的远洋船开始使用航海钟,大航海正式从纬度时代,跨入到经纬度定位齐全的新时代。

  哈里森无法料到,他的肖像最终会被英国科学博物馆永久收藏,时不时,会借到格林尼治天文台与永久收藏在那里的H1-H4“住”上一段时间。他也没能料到,自己死后会“住”到更高级的地方。

  从格林尼治天文台参观出来,陪我们深圳大学海洋艺术研究中心一行,参观海事博物馆的中国驻英国大使馆的方小姐告诉我,哈里森墓就在她住的伦敦西北区汉普斯特德的圣约翰教堂公墓。那个古墓主要埋葬汉普斯特德有一定社会地位的人。哈里森不是汉普斯特德居民,他被誉为墓园中“最受尊敬的非本地居民”。其子威廉姆·哈里森亦葬于此。威廉姆曾代表父亲1764赴巴巴多斯测试“哈4”。由于哈里森没有文化,据说,他写信痛骂经度局,第一句话就写了25页,一个标点符号都没有。后来,长期与经度委员会进行索要奖金的是威廉姆。1879年英国“钟匠协会”曾出资修葺从未加入该组织的哈里森墓。(梁二平)

(责编:小题)

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