游月上高天，

何處可流連？

蓮步輕攀處，

零星伴身邊。

——塞繆爾·泰勒·柯勒律治，《老水手之歌》66

運動著的月亮，無論是圓月、凸月還是新月，終于可以像一根帶著夜光的天鐘指針，散發(fā)著清輝，為18世紀的導航者們指示時間了。這座天鐘以廣袤的天空為鐘面，而太陽、行星和恒星則是印在它上面的數(shù)字。

海員們沒法匆匆一眼就讀出天鐘上的時間，得借助復雜的觀測儀器才行，同時也要進行目測（為了保證精度，此過程可能要連著重復7次之多），而且還要用上對數(shù)表（該表已早早地由人們手工計算匯編好，以方便水手們在遠洋航行時使用）。根據(jù)天鐘鐘面上的指示計算時間，大約需要4個小時——而且還要求天氣好。要是碰上多云天，天鐘就會被遮蔽掉。

天鐘成了約翰·哈里森奪取經(jīng)度獎金路上的主要競爭對手，而基于月球運動測量的“月距法”則是有望替代哈里森計時器的唯一合理方法。剛好就在哈里森制作航海鐘的那個年代，得力于各路人馬的共同努力，科學家們終于積蓄了足夠的理論、儀器和信息，可以使用天鐘了。

在測定經(jīng)度的領域，幾個世紀的努力都沒有找到一種管用的方法，現(xiàn)在突然之間卻冒出了兩種對立的方法；它們看上去同樣優(yōu)越，而且在齊頭并進。從18世紀30年代到60年代的這幾十年中，人們努力完善這兩種方法，并開辟出了平行發(fā)展的道路。更加陷入孤立無援的哈里森，在時鐘機構的迷陣中低調地追尋著自己的出路；而他的對手們（即天文學和數(shù)學教授們）則向商人、海員和國會許愿：利用月亮就能測定經(jīng)度。

1731年，也就是在哈里森以文字和圖形方式寫出H-1的制作方法之后的第二年，兩位發(fā)明家——一個英國人和一個美國人——獨立地發(fā)明了“月距法”賴以工作的儀器，這是人們長久以來苦苦尋找的儀器?？茖W史年鑒將這一成果同時歸功于約翰·哈德利67和托馬斯·戈弗雷68。約翰·哈德利是一位英國鄉(xiāng)紳，他最先將這種儀器展示給了英國皇家學會；而托馬斯·戈弗雷則是美國費城的一位窮困的玻璃工，他幾乎在同時獲得同一個靈感。（后來，人們還發(fā)現(xiàn)牛頓爵士也曾擬定計劃，要制作一臺幾乎同樣的設備，但是該計劃的文字描述一度迷失在他遺留給埃德蒙·哈雷的堆積如山的手稿中，直到他死后很久才被發(fā)掘出來。哈雷本人以及在他之前的羅伯特·胡克也草擬過可達到相同目標的類似設計。）

多數(shù)的英國水手將這個儀器稱作哈德利象限儀（而不是戈弗雷象限儀），這也是情有可原的。有些人將它叫做八分儀，因為它彎曲的刻度盤形成了1/8個圓周。還有一些人則更愿意叫它反射象限儀，以突出這臺儀器的反射鏡可使它的測量能力倍增。不管用的是哪個名稱，反正不久之后，這種儀器就開始幫助水手們找出他們所在地的緯度以及經(jīng)度了。

在過去的幾個世紀里，人們一直使用老式儀器，先是等高儀（astrolabe），接著是直角儀，然后是反向高度觀測儀，都要通過測量太陽或某顆恒星高出地平線的高度，來確定緯度和當?shù)貢r間。而現(xiàn)在，由于成對反射鏡的作用，這臺新式反射象限儀卻可以直接測量兩個天體的高度，以及它們之間的距離。即使船遇到顛簸，領航員看到的天體之間的相對位置也保持不變。除此之外，哈德利象限儀還有一個優(yōu)點，即內置了一個人為的地平線。結果證明，在黑暗或濃霧中，當看不到實際的地平線時，這項功能還能救人性命呢。象限儀很快就演化為一種更精確的儀器——六分儀，它將望遠鏡和更大量程的測量弧結合在一起。這些增強功能可以用于精準地確定兩種一直在變動卻可以透露天機的距離，即白天太陽和月亮之間的距離以及夜晚恒星和月亮之間的距離。69

有了詳細的恒星星表和一臺可靠的儀器后，一位好的領航員就可以站在甲板上測量月亮距離了。（實際上，許多謹慎的領航員都采用坐姿，以便能更好地保持自身穩(wěn)定，而那些不折不扣的一絲不茍者則采取平躺姿勢。）接下來，他就查一個表格——那上面列出了倫敦或巴黎在一天中不同時辰觀測到的月亮和多種天體之間的角距離。（顧名思義，角距離指的是從觀察者眼睛到兩個觀測目標的射線之間的夾角大小，其度量單位是弧度。）舉個具體的例子，他接下來對比他看到月亮與位于獅子座中心的軒轅十四（Regulus）相距30°的時間，和在始發(fā)港預測到這一特定位置的時間。不妨假設，領航員觀察到的這一事件發(fā)生在當?shù)貢r間凌晨1點，而表格顯示在倫敦上空要到凌晨4點才會觀測到同一事件，于是船上的時間要早3個小時——因此，船本身位于倫敦以西經(jīng)度相差45°的地方。

在一份英國舊報紙上，刊登過這么一幅調侃“月距法”的漫畫。厚臉皮的太陽問月亮說：“我說，老伙計，來支煙不？”怯弱的月亮答道：“不要，老不正經(jīng)的。離我遠點！”70

天文學家們確定了恒星在天鐘鐘面上的位置，而哈德利的象限儀就利用了他們的這項成果。約翰·弗拉姆斯蒂德一個人就為繪制天空星圖這項不朽的事業(yè)投入了近40年的時間。作為第一任皇家天文官，弗拉姆斯蒂德完成了30 000次單獨的觀察，并對所有這些觀察都作了忠實的記錄；他還使用自制的或自費購置的望遠鏡，對觀察結果挨個進行了驗證。在弗拉姆斯蒂德最終定稿的星表上，記錄的恒星數(shù)目比第谷在丹麥烏拉尼亞宮編纂的天空圖集中收入的條目多出兩倍，而且精確度也提高了好幾個數(shù)量級。

由于弗拉姆斯蒂德自己的觀測僅限于格林尼治的上空，因此他很高興地看到，浮夸的埃德蒙·哈雷在1676年皇家天文臺成立后不久，就啟程前往南大西洋進行觀察。哈雷在圣赫勒拿島建立了一個小型的天文臺。他的地點選對了，但大氣條件卻不佳。在煙霧彌漫中，哈雷僅僅觀察到了341顆新的恒星。盡管如此，這一成就還是為他贏得了“南方第谷”的美譽。

從1720年至1742年，在哈雷本人擔任皇家天文官期間，他專注于對月球運行進行追蹤。畢竟，繪制月亮在星羅棋布的天幕中的運動軌跡是一項富于挑戰(zhàn)性的工作，與之相比，繪制天空星圖只能算是小兒科了。

因為月亮在一個不規(guī)則的橢圓軌道上繞地球運行，因此月球和地球之間的距離以及它與背景恒星之間的關系在不斷地變動。而月球沿軌道的運行又以18年為周期發(fā)生周期性變化，因此要進行任何有意義的月球位置預測，最低限度也得有18年的觀測數(shù)據(jù)作基礎。

哈雷夜以繼日地觀察月亮，以揭示其復雜運動的奧秘。為了獲得月球運動的歷史線索，他還刻苦鉆研了古時候的月食記錄。所有關于月球軌道運動的數(shù)據(jù)，都可能為構造領航員需要的表格提供素材。哈雷根據(jù)這些原始資料推斷出：月亮繞地球運動的速率隨著時間的推移在加快。（如今，科學家斷言，月亮的運動并沒有加速，而是由于潮汐的制動作用，致使地球的自轉速度放慢了，不過哈雷注意到的相對變化還是正確的。）

早在成為皇家天文官之前，哈雷就已預測到了那顆使他名垂千古的彗星的回歸。他又在1718年指出，天空中最亮的星星中有3顆，自從古希臘人和古代中國人在兩千年前繪出它們的位置以來，已經(jīng)改變了方位。哈雷還發(fā)現(xiàn)，就在第谷繪制星圖以來的100多年里，這3顆星星也已發(fā)生了輕微的移位。不過，哈雷向海員們保證道：恒星的這種“自行”現(xiàn)象（雖然該現(xiàn)象代表了他本人最偉大的發(fā)現(xiàn)之一），要經(jīng)過漫長的歲月才能勉強覺察出來，因此并不會妨礙天鐘的使用。

83歲時，哈雷依然精神矍鑠、體力充沛。不過，他還是想將皇家天文官的位子讓給他的當然繼承人詹姆斯·布拉德利，可惜沒有獲得國王喬治二世的恩準。布拉德利只好又多等了將近兩年，直到哈雷去世。他是在1742年1月，圣誕節(jié)過去兩個星期后，才就任皇家天文官的。新皇家天文官的上任，標志著一向備受哈雷推崇的約翰·哈里森的運勢將急轉直下。盡管布拉德利在1735年曾簽名支持過航海鐘，但他對天文學之外的任何事物都沒什么好感。

布拉德利在職業(yè)生涯的早期就以試圖測量星際距離而出名。盡管他沒能求出星際距離的實際大小，但是他通過一臺24英寸長的望遠鏡，首次為地球確實在太空中運動提供了確鑿的證據(jù)。就在這一次不成功的星際距離測量試驗中，他還得出了光速的一個新的真實值，改進了奧勒·雷默早先的估計值。他確定出了木星那大得驚人的直徑長度。他檢測出了地軸傾角的微小偏差，并正確地將之歸因于月球的引力。

跟他的前任弗拉姆斯蒂德和哈雷一樣，皇家天文官布拉德利在格林尼治安頓下來后，馬上就將完善導航技術當成了自己的主要職責。與弗拉姆斯蒂德相比，他在某些方面可謂有過之而無不及，比如他對星表更為精益求精，比如他婉言謝絕了給他加薪的提議。

與此同時，巴黎天文臺在格林尼治已有成就的基礎上更上了一個臺階。法國天文學家尼古拉斯·路易斯·德·拉卡伊（Nicolas Louis de Lacaille）重拾哈雷多年前擱下的工作，在1750年啟程前往好望角。在那里，他將非洲上空將近2 000顆南部恒星編入了星表。拉卡伊在北半球的天空中也留下了他的印記，他定義了好幾個新的星座，并將它們命名為他自己所處時代的“萬神殿巨獸”71——望遠鏡星座、顯微鏡星座、六分儀星座和時鐘星座。

天文學家們以如下方式建立起支撐“月距法”的三大支柱之一：確定恒星的位置，并研究月亮的運動。發(fā)明家們又為水手們提供了測量月亮與太陽或其他恒星之間的關鍵距離的手段，從而樹起了另一根支柱。要精確地運用這種方法，現(xiàn)在就只缺一些可以將儀器讀數(shù)轉換成經(jīng)度位置的詳細月球表格了。結果證明，這個問題中最難解決的部分正是創(chuàng)建這些月歷表（lunar ephemerides）。月球運行軌道的復雜性，使得預測月亮——太陽距離和月亮——星星距離的工作困難重重。

因此，在收到德國地圖制作家托拜厄斯·邁耶（Tobias Mayer）自稱填補了“月距法”中缺失環(huán)節(jié)的一組月球表格時，布拉德利對此大感興趣。邁耶也覺得自己可以認領經(jīng)度獎金了，正是這件事促使他將自己的思想以及一臺新的圓周觀測儀一并上呈給英國海軍部的安森爵士——經(jīng)度局的一名委員。（如今已當上海軍大臣的喬治·安森，就是1741年指揮“百夫長”號在合恩角與費爾南德斯島之間進行凄慘的南太平洋航行的那個安森準將。）海軍大臣安森將這些表格轉交給布拉德利，請他對它們進行評估。

地圖制作家邁耶在哥廷根工作，他的任務是為霍曼地圖局（Homann Cartographic Bureau）的地圖產(chǎn)品確定精確的坐標。他用了多種工具和手段，其中就包括月食和恒星的月球掩食（也就是，當月球運行到某些恒星前面時，預計會出現(xiàn)的遮蔽現(xiàn)象）。盡管邁耶重點關注的是陸地地圖，但他也必須和船員一樣依靠月亮來確定時空中的位置。不過，在滿足自己預測月亮位置的需求時，邁耶還掌握了一項可直接應用于經(jīng)度問題的新技術——他首創(chuàng)了一套間隔為12小時的月球位置表格。在從事這項工作時，他和瑞士數(shù)學家倫哈德·歐拉72進行了長達4年的通信，受益匪淺，因為歐拉將太陽、地球和月亮之間的相對運動簡化成了一組優(yōu)雅的數(shù)學方程。

布拉德利將邁耶的估計值和自己的在格林尼治進行的數(shù)百次觀測進行了對比。邁耶的結果在角距離上的偏差無一超出1.5弧分之外。這么高的吻合度讓他感到很興奮，因為該精度意味著可以將經(jīng)度確定在半度的誤差范圍以內——而按經(jīng)度法案的規(guī)定，半度恰恰是獲取頭等獎的神奇數(shù)。在1757年，也就是布拉德利拿到手抄月球表的那一年，他安排約翰·坎貝爾（John Campbell）船長在“艾塞克斯”號（Essex）上對它們進行了海上測試。盡管爆發(fā)了七年戰(zhàn)爭，在布列塔尼半島（Brittany）外海的幾次航行測試卻還是在照常進行。測試結果表明，“月距法”前途光明。在39歲的邁耶死于病毒感染后，經(jīng)度局于1762年向他的遺孀頒發(fā)了3 000英鎊的獎金，以表彰他所作出的貢獻。另外，歐拉也因為奠定了理論基礎而獲得了300英鎊的獎金。

因此，“月距法”是由散布在世界不同地區(qū)的各個研究者共同推進的，他們都為這個體系龐大的項目貢獻了自己的一份力量。難怪這一方法在世界范圍內都顯得意義重大。

就連測量月亮距離（后來簡稱為“月距”）時存在的困難，也只是更增加了其可敬性。除了需要測量不同天體的高度以及他們之間的角距離之外，領航員還需要考慮天體和地平線接近程度這個因素，因為在靠近地平線的地方，光線會發(fā)生嚴重的折射，從而使得天體的視位置高出它們的實際位置一大截。領航員還要克服月視差問題，因為在制作這些表格時假定了觀察者處于地心位置，而船航行在波濤之上時大致處于海平面，站在后甲板上的水手們則很可能會足足高出海平面20英尺。這些因素都需要通過合適的計算進行修正。顯然，如果一個人既能掌握所有這些神秘信息的數(shù)學運算，又能經(jīng)受得住風吹浪打而不暈船，那他完全有理由為自己的天賦異稟感到慶幸了。

在意義重大的“月距法”尚處于有待成熟的階段時，經(jīng)度局的海軍將領和天文學家們就公開地對它表示了支持。聯(lián)系到他們自己在海上和天空方面的生活經(jīng)歷，出現(xiàn)這種情況也算是順理成章了。由于眾多研究者通力合作，為完成這項國際性的大事業(yè)做出了不懈努力，到18世紀50年代，這種方法看起來總算是切實可行的了。

相形之下，約翰·哈里森為世人提供的只是一個裝在盒內嘀嗒作響的小東西。簡直是荒唐透頂??！

更糟糕的是，哈里森的這個裝置將經(jīng)度問題的復雜性統(tǒng)統(tǒng)交由內部的硬件機栝處理了。使用者不必掌握數(shù)學或天文學知識，也不用積累什么經(jīng)驗，就可以讓它工作起來。在科學家和借助天體進行導航的人看來，航海鐘里包含了某些不適宜的東西，有點取巧，也有點僥幸。要是換作早些年，哈里森提出這么一種魔箱式解決方案，也許會被指控為施展巫術。事實上，哈里森是獨身一人對抗著科學根底深厚的航海特權階級。他為自己設定了很高的標準，而他的對手對他又極度不信任，因此他所處的這一獨特地位更顯突出。他不僅沒有因為他的成就獲得預期的褒獎，反而經(jīng)歷了許多令人不快的考驗，這些考驗開始于1759年，那時他剛完成自己的不朽杰作——第四臺計時器H-4。