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漫谈中世纪航海时期如何在海洋上确定经纬度(转)

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发表于 2007-8-1 13:32:21 | 显示全部楼层 |阅读模式
——转自《大航海时代 Online》官方论坛

关于最早的测量:
  在中世纪的航海地图上,并没有经纬线,有的只是一些从中心有序地向外辐射的互相交叉的直线方向线。此线也称罗盘线,希腊神话里的各路风神被精心描绘在这些线上,作为方向的记号。
  所以,哥伦布探险队中的西班牙水手想到方向的时候,并不是罗盘方位上的多少度,而是风(losvientos)。而葡萄牙水手则称他们的罗盘盘面为风的玫瑰(rosedosventor)。水手们根据太阳的位置估计风向,再与“风玫瑰”对比找出航向。玫瑰线,即指引方向的线。

  世界上第一个明确提出经纬度理论的人是古希腊学者托勒密。最早的本初子午线则出现在15世纪出版的托勒密的世界地图上,定在了当时人们心中的世界起点,即现大西洋中非洲西北海岸附近的加那利群岛。



假如你想当一名水手,你就得上一所专业学校,花几年时间学习怎样作这些必要的计算,然后,再经过二三十年的磨练,当你谙熟所有的工具、表格和海图,能够驾驭船员纵横四海之后,你也许会被船主聘为船长。当然,你如果无这样的雄心壮志,你就无需去学这些复杂繁琐的算术,所以,对这一章的简短,请勿介意,我只是谈了一些概况而已。因为航海学几乎完全是一种计算性的科学,所以,直至欧洲人重新发现了三角学,航海理论才有了巨大的突破。

   尽管古希腊人曾给这门科学奠定了坚实的基础,但是在托勒密(古埃及亚历山大城的著名地理学家)逝世之后,三角学就被视为一门精密而复杂、又过分奢侈的学问,这门不易掌握的科学被人们抛到了一边,渐渐地遗忘了。

  然而,印度人和后来北非和西班牙的阿拉伯人并无这样的顾虑,这份没人要的古希腊遗产被他们正大光明地保存了下来,并继续加以发扬光大。“zenith”和“nadir ”这两个阿拉伯语中的专业术语就充分说明,当欧洲学校再次把三角学排进学生的课程表时(大约在13世纪),它已不再是基督教的遗产,而变成了伊斯兰人的财宝。

  但此后的300 年里,欧洲人急起直追,迎头赶超,后来居上。虽然他们这时再次懂得了怎样计算角度,如何解决三角形问题,但发觉自己又面临了另一个难题———如何寻找到一个远离地球的固定点,能取代教堂的尖顶来充当参照物。



这个崇高的荣誉戴在了北极星的头上,北极星变成了最值得信赖的航海参照物。因为北极星距离人类那么遥远,所以,它看上去好像就是静止不动的;另外,它很容易辨认出来,一旦迷失了方位,纵然是最笨的捕虾者也能找出北极星的方位来。只要沿着北斗七星最右边两颗星的直线方向去寻找,北极星就会进入人的视野。当然,太阳也是一个不变的参照物,可科学还没有把太阳的运行轨迹测算出来,因此,只有最博学的航海者才有能力求助于太阳。



在人们被迫接受了“地球是扁平的”这一理论的那个年代,很必然,全部的算术都无可奈何地同客观真实相背离。
  (早期地球仪的制作过程是这样的:先印刷出狭长的三角形图块,然后将这些图块剪下来,粘贴在木球上。德国最有名的地球仪制作者,是纽伦堡学者琼汉恩斯·肖纳。他在16世纪早期制作的两个地球仪保存至今。以下所展示的三角形图块,是1540年从乔治·哈特曼制作的地球仪上复制下来的样品。)

  到16世纪初,终于结束了这种尴尬局面,圆球理论取代了圆盘理论。地理学家也终于得以主持真理,让地理以本来面目示人。首先,地理学家用一个平面(这个平面同连接南北极的中轴线垂直)把地球平均划分成南北两部分,分界线就叫赤道,赤道至南北两极的距离一样长。



接着,他们又把赤道与两极之间均分为90等份,这样,90条平行线(由于地球是圆形的,所以,每一条平行线都是一个圆圈)平均地分布在赤道与两极之间,每条线之间的距离为极点至赤道距离的九十分之一,是69英里长。然后,这些圆圈被地理学家编上了号,从赤道起,直至极点,赤道是0 °,极点是90°。这就是纬度(如图所示)。所以,纬度的确立是地理学一大进步的标志。

  不过,即使这样,航海仍然是很危险的。在所有船长都知道计算纬度之前,为了搜集与太阳运行有关的数据,为了把太阳每年每月每天在每一个地点的准确方位记载下来,一代又一代的数学家和航海者倾尽了心血。最终,任何一个较聪明的航海者,只要会读书识字,就能在极短的时间内判断出自己的位置在北纬几度(赤道以北的纬度称北纬,以南称南纬)或者南纬几度,简而言之,就是他距极点和赤道多远。过去,海船越过赤道到南半球航行很不容易,因为北极星在南半球是看不见的,这样,船就失去了导航的参照物。这一问题最终被科学解决了。

  到了16世纪末,航海者就再不必为纬度问题而困惑了。但是,经度问题还悬而未决(你应当知道,经线与纬线垂直)。人类把这个谜团成功地解开又花了两个多世纪。在确定纬度时,科学家们是以南极点和北极点这两个定点为基准的。他们说:“它们是永远固定不变的,这就是人类的‘教堂尖顶’。”

  但是,地球既无东极点也无西极点,地轴也不在那个方向。当然,子午线,即穿过两个极点,环绕整个地球南北方向的圆圈,人们能够画出无数个。但是,该把哪一条子午线定为“本初子午线”,作为东西半球的分界线呢?因为有了这条线,水手们就可说:“我现在位于本初子午线以东(或以西)100 英里。”

  由于在许多人的传统念中,耶路撒冷作为世界中心是根深蒂固的,他们就要求把穿过耶路撒冷的经线定为本初子午线来划分东西半球,即纵向的“赤道”。但是,这个计划因民族的自尊而破产了,因为,各国都想把本初子午线据为己有,让世界从自己的首都开端。即使在现在,人类自认为自己的胸襟已开阔了很多,但分别把本初子午线定在柏林、巴黎和华盛顿,仍然分别在一些德国、法国和美国的地图出现。



最终结果呢,穿过格林尼治的那条经线被选定为本初子午线,作为东西半球的分界线,这是因为英格兰在17世纪(经度确定的年代)为航海学的发展做出了突出的贡献,又因为当时的航海业都是在1675年建立于伦敦附近格林尼治的英国皇家天文台的监管之下。当然,英国能得到这个荣誉很大程度应该归功于那时英国的强大国力。
  这样,航海者在经度上就有了“教堂尖顶”,但还面临一个问题:身处浩瀚的大海之中,他们将怎样把自己与格林尼治经线之间的距离确定下来呢?为了最终解决这一问题,1713年,英国政府成立了“海上经度确定委员会”。为了奖励那些能使人类在茫茫大海上确定经度的最佳发明,这个专门委员会悬设了巨奖:2万英镑(相当于现在的十几万,当然现在的英镑也很值钱),在两个多世纪前的确是一笔巨款,许多人为它而做出了努力。当这个委员会在19世纪上半叶解散时,对那些称得上“发明”的发明,它已发放了相当于现在几百万英镑的奖金。
  现在,历史已把这些人的大部分努力遗忘了,时间也渐渐地淘汰了他们的发明成果。但是时至今日,在重奖之下诞生的两项发明仍具有它们的实用价值。这两项发明就是六分仪和天文钟。六分仪是一种复杂的仪器(这是一种小型的海上观察仪,能够夹在臂下,随身携带),利用它能够把各种角的距离测量出来。
   中世纪简陋的观象仪、直角仪和16世纪的象限仪(四分仪)是这个发明的直接来源。如同全世界在同一时间里探求同一个问题时经常发生的情况那样,有三个人都声称自己是六分仪的最先发明人,为了这个荣誉而苦苦相争。对六分仪的问世,航海界表现出来了兴奋,但与他们对天文钟的兴趣相比,这个兴奋就显得很温和了。



天文钟是一种精确可靠的计时装置;它1735年诞生,比六分仪迟了4 年。天文钟的发明者约翰。哈里森是一个制造钟表的天才(当钟表匠之前他还做过木匠活呢)。这个天文钟计时很准确,能够以任何一种形式在世界上任何一个地方准确地报出格林尼治时间,而且天气变化对它不产生干扰。这是由于在天文钟里,哈里森增加了一个装置,这装置叫做“补偿弧”,它能够对平衡簧的长度作出调整,来适应因温差而引起的热胀冷缩,因此,温湿度的变化对天文钟没有任何影响。
  当然,那时的航海情况远比现在更加艰苦,老式的摆钟根本熬不过航海的前几个月。
  在经历了漫长而且不体面的讨价还价之后,哈里森最终在他去世前三年(1773年)拿到了奖金。今天,一艘海船只要随船携带了一只天文钟,无论它航行到了哪儿,都能准确地知道格林尼治时间。由于每24小时太阳就围绕地球运转一圈(其公转方向与地球自转方向正好相反,但从方便的角度出发,我采用了一样的表述方式),每一小时经过15°经线,所以,只要晓得航船的当地时间和格林尼治时间,就能够通过两个时间的差而求出航船与本初子午线的距离了。

  举例来说:假如航船所在位置的当地时间为12点,格林尼治时间此时为下午2 点,而太阳每小时要经过15°经线,那么,航船与格林尼治的距离就是2 ×15°=30°。于是,就能在航海日志上记下:某年某月某日中午,航船抵达西经30°。1735年天文钟的发明是惊世骇俗的,可至今天文钟已渐渐丧失了它原有的重要地位。

现在,格林尼治天文台每天中午都向全球整点报时,这样,天文钟就很快变成了一件奢侈品了。实际上,如果我们不怀疑领航员的能力,所有繁琐复杂的表格和费力耗神的计算都可被无线通讯毫不客气地抛进大海。人类将就此翻过最辉煌的一段航海历史,与所有关于勇气、耐心和智慧的航海传奇暂时告别。
  未经勘测的茫茫海域再也不存在了,那种在惊涛骇浪之前,纵然是最优秀的水手也会刹那间就不知所措、迷失方向的岁月一去不再了。那个仪表堂堂手持六分仪的人将不再坐在驾驶室而是坐在船舱里,头戴耳机,问:“喂,楠塔基特岛(或者,”喂,瑟堡岛“),我现在的方位多少?”陆地上的领航员就会报告他目前所在的方位。
  事情就是如此简单。为了能够平安、愉快而颇有收获地在地球表面上穿行,人类已经作了二十多个世纪的努力,这二十多个世纪的岁月并无浪费。这是人类历史上第一次成功的国际合作经历。对这项有益的工作,中国人、阿拉伯人、印度人、腓尼基人、法国人、荷兰人、希腊人、英国人、西班牙人、葡萄牙人、挪威人、瑞典人、意大利人、丹麦人、德国人,都曾为做出过自己的贡献。人类合作史上特殊的一页就将结束了。但还有许多其他的内容促使我们忙碌一阵。

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