這所學院要丈量全球,
將最渺茫的夢想化為現(xiàn)實;
他們還要通過測定經度,
將航海變成樂事。
從今往后,每個水手都可隨意駕船,
輕輕松松,直開到澳洲新西蘭。
——無名氏(約1660年),《格雷沙姆學院民謠》41
17世紀末,當各家學術團體的會員們還在為如何解決經度問題而爭論不休時,無數(shù)的怪人和投機分子紛紛拋出了自己的小冊子,輕率地發(fā)表他們確定海上經度的方案。
這些古怪方法中最有趣的無疑要算1687年提出來的“傷狗學說”了。其預測方法基于一種叫做“憐憫藥粉”的江湖郎中藥方。這種神奇的藥粉是由法國南部一位闖勁十足的肯內姆·迪格比爵士42發(fā)明的,據(jù)說有遠程療傷的功效。要發(fā)揮“憐憫藥粉”的魔力,人們只需將它涂在病人的一件物品上就可以了。比如說,在包扎過傷口的一小段繃帶上灑些“憐憫藥粉”,會加快傷口的愈合速度。不幸的是,這個愈合過程往往伴隨著疼痛。有流言說,肯內姆爵士——出于治療的目的——在割傷了人的刀子上灑上藥粉,或將病人的衣物浸入用藥粉泡制的藥液中,病人就會痛得跳起來。
于是,用“迪格比藥粉”解決經度問題的荒謬念頭,很自然地出現(xiàn)在那些盲從者的頭腦里:在起航時,把一條受傷的狗帶上船去;將一個可靠的人留在岸上,并讓他每天正午時分將包扎過狗的繃帶浸入“憐憫藥粉”的溶液中;這條狗必定會尖叫著作出反應,這樣就可以給船長一個時間的提示。狗的尖叫聲意味著:“現(xiàn)在太陽到倫敦的天頂上了?!贝L就可以將這個時間和他船上的本地時間進行對比,并相應地求出經度。當然,人們必須指望在海上相隔幾千里格時,這種藥粉的神力還是能切實有效。還有很重要的一點是,不能讓那道傳遞信息的傷口在幾個月的航程中愈合掉。(有些歷史學家建議,在一次遠程航行中,可能要多次讓狗受傷。)
在提出解決經度問題的這個方案時,也不知是出于真心還是出于諷刺,反正其作者指出:跟一個海員為導航犧牲掉一只眼睛相比,讓“一條狗忍受久傷不愈的苦痛”的做法并不算太恐怖和唯利是圖。這個小冊子聲稱:“在發(fā)明后象限儀(Back-Quadrants)之前,應用最廣泛的還是前向高度觀測儀(Forestaff);那時,每20個老船長中就有19個會因為天天盯著太陽以確定航向,而成為獨眼龍?!睂嶋H情況也差不多真的如此。當英國航海家兼探險家約翰·戴維斯43在1595年將反向高度觀測儀(Backstaff,也稱后視桿)用于導航時,水手們馬上表示了熱烈的歡迎,并稱頌它是對舊式直角儀(也稱雅各布儀)進行的一項偉大革新。原來的觀測儀要求人們直接迎著耀眼的陽光,以測量太陽相對于地平線的高度;而對眼睛的有限保護措施,也只不過是將儀器的視孔玻璃涂涂黑而已。以這種方式進行觀測,要不了幾年就足以毀掉人的視力。可是,又不能不進行觀測。既然都有了早期的領航員們?yōu)榇_定經度而喪失一半以上的視力這種先例,現(xiàn)在還有誰會反對為達到同樣的目的而弄傷幾條可憐的狗呢?
一種更人道些的解決方案用的是磁羅盤。12世紀時發(fā)明的羅盤,已成為當時每條船上的標準裝備。人們將羅盤裝在常平架(Gimbals)上,以保證它在船顛簸時也能處于豎直狀態(tài);并將它保存在羅盤柜里,這樣就可以既獲得支撐,又免受風吹雨打。當烏云遮蔽了白日的太陽或夜晚的北極星時,羅盤可以幫助航海者們尋找方向。不過,許多航海者相信,晴朗的夜空和好羅盤配在一起,還可以測出航船所處的經度。如果領航員既能讀出羅盤的指示,又能看到星星的方位,他就可以通過測量兩個北極——磁北極和真實北極之間的距離,來測定經度。
羅盤的指針指向磁北極,而北極星則高高地掛在真實北極上空——或者很靠近它的地方。當一艘船在北半球沿著某個緯線圈向東或向西航行時,領航員可以注意到磁北極和真實北極之間的距離如何變化:在大西洋中部某些子午線上看,這個距離好像很大;而從太平洋的某些有利位置看去,這兩個北極又似乎重合。(可以用如下方法來模擬這種現(xiàn)象:將一整棵丁香插在臍橙上距離臍疤約一英寸的地方,然后在與眼睛齊平的平面上緩緩地轉動臍橙。)可以繪制一張海圖,將磁北極和真實北極之間的距離與經度聯(lián)系起來;事實上,人們確實也為此繪制過許多海圖。
跟那些天文學方法相比,這種所謂的磁偏法有一個顯著的優(yōu)點:它不需要同時已知兩個地方的時間,或者已知一個預測事件何時發(fā)生。不需要彼此相減以確定時間差,也不需要乘上任何度數(shù)進行換算。磁北極和北極星的相對位置就足以給出東經或西經的度數(shù)了。這種方法似乎實現(xiàn)了在地球表面布上正確經線的夢想,但是它既不完備也不準確。羅盤的指針很少會在所有的時候都指向正北方,多數(shù)羅盤總會有一定的波動范圍,甚至每次航行的波動幅度還會不同,因此很難進行精確測量。更有甚者,得出的結果還會受到地磁異?,F(xiàn)象的污染——正如埃德蒙·哈雷在歷時兩年的觀測航程中所發(fā)現(xiàn)的那樣,不同海域的地磁強度會時強時弱。
1699年,英國威爾特郡(Wiltshire)斯托克頓教區(qū)70歲的神父塞繆爾·菲勒(Samuel Fyler),提出了一種在夜空中繪出經線的方法。他表示:他(以及任何對天文學更有造詣的人)能夠識別出一排排從地平線直達天頂?shù)男切?。應該能從中找?4條由星星串成的子午線,使得每條對應著一天中的一個小時。菲勒推測,接下來的工作就很簡單了:只需準備一張地圖和一個注明每條子午線何時出現(xiàn)在加那利群島上空的時間表就可以了(按當時的慣例,本初子午線經過加那利群島)。水手在當?shù)匚缫箷r分觀察位于頭頂?shù)氖悄囊慌判切?。為了方便表述,不妨假設他看到的是第四列星星,再假設他還知道時間,并根據(jù)他的表格,得出此時此刻位于加那利群島上空的應該是第一列星星;這樣便可以計算出他的經度是位于加那利群島以西3個小時,也就是西經45°。但是,就算在晴朗的夜晚,菲勒的方法需要的天文數(shù)據(jù),也超出了當時世界上所有天文臺已獲得的數(shù)據(jù),更何況它的推理過程本身就不太嚴密。
肖維爾上將18世紀初在錫利群島遭遇的那場導致多艘艦船損失的海難,更增加了解決經度問題的迫切性。
在這場事故后,兩個聲名狼藉的角色——威廉·惠斯頓(William Whiston)和漢弗萊·迪頓(Humphrey Ditton)也加入到了這場角逐中來。他們都是數(shù)學家,也是要好的朋友,還經常在一起進行廣泛的討論?;菟诡D曾接替他的導師牛頓成為劍橋大學盧卡斯講座的數(shù)學教授,但是后來他又因為一些非正統(tǒng)的宗教觀點(比如他對諾亞大洪水所作的自然解釋)丟掉了這個職位。迪頓則是倫敦基督慈善學校(Christ’s Hospital)數(shù)學學院的一位教師。這倆伙計在某個下午的一次愉快長談中,偶然地找到了一種解決經度問題的方案。
后來,在他們將自己的思路重新整理成書時,迪頓先生解釋道:聲音也許可以作為發(fā)給海員的一種信號。如果在某些時刻,在一些已知的參考地點,有意地鳴放大炮或制造出其他的大聲響,那么就等于在海面布滿了有聲航標?;菟诡D先生真誠地附和道:他記得自己身在劍橋,都曾聽到和法國艦隊交火的槍炮聲,從90英里外的蘇塞克斯郡灘頭岬(Beachy Head)傳來。而且,他還由可靠的消息來源得知,荷蘭戰(zhàn)爭中炮彈的爆炸聲一直傳到了“更遠的英格蘭中部”。
因此,如果讓足夠多的信號船停泊在各大洋上精心選定的位置,只需比較發(fā)出期望信號的已知時間和在船上聽到信號時的實際時間,水手們就可以估算出自己跟這些靜止的炮艦之間的距離。有了這個信息后,如果再考慮到聲音傳播速度的因素,他們就可以計算出自己所在位置的經度了。
不幸的是,當這兩個人將他們自己的思路告知航海者時,得到的答復是:聲音在海上的傳播不夠可靠,沒法用于精確的定位。要不是惠斯頓突然又想出了將聲信號和光信號相結合的主意,這種方案也許早就壽終正寢了。他提議為信號炮填裝加農炮彈,讓它們射到一英里多的高空后再爆炸,這樣水手們就可以記錄看到火球后過多久才聽到爆炸聲——頗像在氣象上通過記錄雷聲滯后閃電多少秒的方法,來測量雷暴的距離。
當然,惠斯頓還擔心利用炮彈爆炸的亮光在海上傳遞時間信號也可能發(fā)生閃失。因此,在1713年6月7日那天觀看了為紀念“和平感恩節(jié)”而燃放的煙花后,他感到特別高興。這使他確信,如果將一枚精確定時的炸彈送上6 440英尺的高空(他認為這是當時技術能達到的最高極限),那么方圓100英里內的人肯定都看得到爆炸。在確證了這一點之后,他就和迪頓合寫了一篇文章,列出了實施這種方案的必要步驟,并刊登在隨后一個星期的《衛(wèi)報》上。
首先,必須派出一支新式的艦隊,在洋面上每隔600英里停泊一艘?;菟诡D和迪頓沒看出這會有什么問題,因為他們誤判了對錨鏈長度的要求。他們聲稱,北大西洋最深的地方也就只有300英尋44。實際上,該水域的平均深度達到了2 000英尋,而且洋底有時還會下陷到3 450多英尋。
作者們說:如果水太深,錨挖不到底,可以將一些重物拋入海中,讓洋流將它們漂到較平靜的海域,船只就能停穩(wěn)了。不管怎樣,他們都信心滿滿,覺得這些小問題可以通過反復試驗得到妥善解決。
更重要的是確定每艘船的位置。這個時間信號必須從已知經緯度的地方發(fā)出。因為不需要頻繁地確定這些地點的經緯度,可以用木星的衛(wèi)星蝕完成這項任務,也可以用日食或月食。或許也可以用“月距法”確定這些船的位置,省得過往船只還要進行艱難的天文觀測或繁瑣的計算。
領航員們只需注意觀看當?shù)匚缫箷r分發(fā)射的信號火箭,并聆聽炮聲,就可放心地繼續(xù)航行了,因為他們有把握得出船在海上某些固定點之間的位置。如果有云擋住了亮光,那么光聽聲音也足以確定位置。而且,也不用等多久,下一艘信號船又可提供一次位置修正。
兩位作者希望這些船可以得到自然豁免,不遭海盜劫掠或來自敵對國家的攻擊。事實上,它們應該受到所有有貿易往來國家的法律保護:“如果有任何其他船只,損壞信號船,或者出于娛樂、欺騙等目的模仿信號船的爆炸聲,在每個國家都應被視為嚴重的犯罪行為”。
很快,批評者就指出:就算能克服所有顯而易見的障礙(其中一個不小的障礙就是完成這項任務所需的費用),還是存在相當多的問題。操縱這些船就需要幾千人。這些人的處境比燈塔守望人更悲慘——不僅要忍受孤獨,風霜雨雪的侵襲,也許還有饑餓的威脅,而且必須一直保持清醒狀態(tài)。
1713年12月10日,惠斯頓和迪頓的提議再次公開發(fā)表,刊登在《英國人》上。1714年,它又以單行本的形式出版,書名是《在海面上和陸地上測定經度的一種新方法》。雖然惠斯頓和迪頓的方法存在著致命的缺陷,他們卻成功地將經度問題推向了解決之路。憑借著頑強的決心和渴望得到公眾認可的心理,他們聯(lián)合了倫敦航運界的各路人馬。1714年春天,他們發(fā)起了一項請愿活動,請“皇家艦隊艦長、倫敦商會代表以及商船船長”在請愿書上簽了名。這份文件如同向英國國會下的一份挑戰(zhàn)書,要求政府關注經度問題,并通過重賞能切實可行地在海上測定精確經度的人,以促使經度問題早日得到徹底解決。
商人和海員們呼吁成立一個委員會來關注這項工作的現(xiàn)況。他們要求設立一筆基金,支持人們對各種有望成功的思想進行研究開發(fā)。他們還要求向真正解決了這個問題的人頒發(fā)一筆相當于“國王贖金”(A King’s Ransom)的高額獎金。
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