当我起了玩心,
就用经线和纬线织成的大网,
在大西洋里捕捞鲸鱼。
Mark Twain, 《Life on the Mississippi》
1740年,继弗朗西斯·德雷克(Francis Drake,就是大名鼎鼎被伊丽莎白女王授予“皇家特许海盗”)环球航行后,乔治·安森海军上将(George Anson)指挥皇家“百夫长”号等6艘舰船,开始了英国皇家海军的第二次环球航行。凭借过人的驾驶技术、纬度读数和航位“推测法”,在风暴中损失了5艘船,由于缺乏经度信息不辨方向,“成功地”朝目标反方向航行了两个月,找寻费尔南德斯岛来回折返三次,费尽周折无法补给造成坏血病夺走了一大半船员生命。
而这已经是18世纪中期,你无法想象在这之前一往无前的勇士水手是如何在狂风暴雨的漆黑深夜,度过漫长而难熬的六个星期航行,夜空暗无繁星。人类探索海洋的足迹也始终被限制在近海领域。
测量精度:今夜,星空灿烂
哥伦布(Christopher Columbus)在1492年就发现了美洲新大陆。你细看四次航线图会发现一个清晰的特点:近乎都是直线航行。除了这位天才的航海王学过欧式几何两点之间直线最短外,更重要的是纬度测量是当时唯一可靠的航海范式。任何称职的水手都可以根据北极星或太阳较为准确的测算纬度。
北极星观测纬度简单易操作,但遇到恶劣天气观测不到北极星就无计可施,而且只能在夜晚观测,试想想你有多长时间没见过星空满天了?牛顿于18世纪提出的六分仪更好的解决了这个难题,通过白天观测太阳位置,读取六分仪度数,乘以2倍就得到了太阳的高度角,然后查询《航海年鉴和天文星例》就能准确得到地理纬度坐标。
测量经度:impossible to possible
“测量经度”(measure longitude)在14-16世纪是英国的一句谚语,意思是 "a joke",因为没人认为存在可以准确测量经度的方法和机械。 测量经度的想法很简单:地球分24个时区,每个时区对应经度差15°,只要知道两个地点的时间差,就可以确定这两个地点的经度差。然后我再人为定一个本初子午线,全球经度任意查。于是,你就看到了零度经线鼓吹点一长串名单:加那利群岛(非洲)、罗马、耶路撒冷、根本哈根、圣彼得堡、巴黎,直到1884年国际子午线会议中正式确定的格林尼治子午线。也不全是大英帝国的枪杆子硬,而是在测量经度漫长的岁月里,英国始终在理论、机械制造上引领。
理想很丰腴,但摆在航海船长桌上的唯一难题是:如何找到一个精准测量出发点的钟表,并放在船长舱?就不说海洋上狂风巨浪的颠簸,仅是由于冷热不均、地球重力影响,或者哪怕空气干度的波动,17世纪钟匠所造的最好的钟表在海上航行中一天也可能有15分钟的误差,长期航行(4-9周)就完全迷失了方向。
在无数优秀航海员用生命给启动经度测量项目倒计时,各国政府都开始了重金悬赏。以英国为例,1714年安妮女王颁布的赏金:一等奖,2万英镑(折合人民币现值 5600万),经度确定到地球大圆上半度以内(24小时误差不超过2秒);二等奖,1万5千英镑,经度确定到2/3度;三等奖,1万英镑,确定到1度。一时间伦敦的小市民都鼓噪了起来,点子就像鹅毛大雪般纷纷飘到了经度局(Board of Longitude),大部分就像废纸,经过专业审核人员拜读后,被扔进了垃圾桶,因为没有值得探讨的价值,这也是前面说的:Measuring longitude is a joke。
但林子大了,肯定有会展翅的大鹏,大家都把视线主要集中在两个方向:宇宙时钟和人造时钟。前者以牛顿为代表的经度局,希望借助磅礴宇宙这个精确时钟,来为小小的人类导个航;后者则是以英国小钟表匠约翰·哈里森(John Harrison)为代表,以一己之力开创性的将机械的作用无限放大,体现人脑智力的结晶。
在约翰·哈里森50多年的工匠生涯中,一共创造、发明、制作、改进了4个极度精确的航海时机。当H1面世时,他就随皇家海军从英国 Spithead (Dartmouth)出海测试,最终精准预测了抵达的英国最南部 Penzance 半岛,而且后来在往返里斯本24小时试验中偏差不过几秒,达到了赏金要求。但由于执拗的约翰认为,有几处必须要进行完善改进,于是相似的直到最后1759年的H4,时隔了24年,约翰已经变成了老约翰66岁,和儿子一起共同测试改进。24年的蹉跎另一方面,也是由同样执拗的经度局一手玩大。他们怎么能看到如此伟大的难题,却由这个不起眼的小钟表解决,而且不需要任何复杂、精密、接受高等天文学知识的任何一个普通水手都可以读出来,于是他们通过极其刻意的刁难测试、更改赏金条件、强制征收四个海航时计、没收设计稿同时要求约翰从头制造、并详细阐释H4工作原理进行拆解教学。而这时候约翰并没有取得赏金的资格,仅有象征性的补偿。最后,在时隔13年后,借助英国国王乔治三世亲自介入,进行为期10周的测量后,事实证明精度范围每日保持在 1/3 秒,完全超出了给一等奖金设置的2秒的限制。
最后,在鲜花、掌声还有金钱的簇拥下,这场跨越了几个世纪的难题终于定音。英国皇家海军每艘船普遍装备十几只这种航海时计,于是,广阔的海域再也无法阻挡日不落帝国无往不入的坚船利炮,一个大航海时代也在 One Piece 的指引下恢弘开幕。
现在不需要星星了,熄灭他们;
包扎起月亮,并且把太阳也拆下。
W.H. Auden,《Song》