有天夜里，我夢見自己和托勒密一道，

被鎖進了天父的手表。

表內(nèi)21顆紅寶石星星，

鑲嵌在眾天層之上；

原動天像發(fā)條一樣盤卷，

閃著光，直通宇宙邊緣。

帶齒槽的各天層彼此嚙合，

轉到時間齒輪的最后一齒時，

表蓋就合上了。

——約翰·西阿迪，《天父的手表》

肖維爾爵士和安森上將的經(jīng)歷表明：就算是最好的水手，一旦看不到陸地，仍然會迷失方向，因為大海根本就沒法為測定經(jīng)度提供任何有用的線索。不過，天空倒有可能為此帶來一絲希望：通過天體間的相對位置，也許可以解讀出經(jīng)度。

日出又日落，黑夜接白晝；月圓又月缺，月份在更迭；夏冬至，春秋分，四季循環(huán)轉不停。不斷公轉自轉著的地球，像是宇宙天鐘齒輪上的一顆輪齒；自古以來，人們就是根據(jù)地球運動來確定時間的。

當海員們轉向天空尋求導航幫助時，他們發(fā)現(xiàn)天空具有羅盤和時鐘的雙重功能。星座（特別是柄上包含北極星的小熊星座）在夜晚可以指示出航行的方向——當然天空必須晴朗才行。而在白天，人們則可以通過對太陽的運動進行追蹤，同時獲得方向和時間信息。于是，人們看著太陽像個橘紅色的火球，從東面的海上冉冉升起；隨著它越爬越高，顏色也逐漸由黃色變成刺目的白色；到正午時分，太陽會暫停在運行軌道上——那情形就像是向上拋出的小球，在上升和下降交替的一瞬，會短暫地在空中停住。這相當于“正午報時汽笛”。每個晴朗的日子，人們就在這個時刻重新設定計時沙漏?，F(xiàn)在人們只需要一個天文事件，可以給出其他地方在此刻的時間就行了。比如說，如果預測到馬德里在午夜時分會發(fā)生全月食，而駛向西印度群島的海員們在當?shù)赝砩?1點觀測到了這一天文事件，那么他們就知道自己所處的地理位置比馬德里早一個小時，也就是說他們的經(jīng)度在馬德里西面15°。

但是，日食和月食都不會頻繁出現(xiàn)，沒法為導航提供什么實質性的幫助。如果運氣好，人們也許可以指望每年用這種方法校準一次經(jīng)度。但是，海員們需要的卻是一種每天都會出現(xiàn)的天文事件。

早在1514年，德國天文學家約翰尼斯·沃納（Johannes Werner）就偶然地發(fā)現(xiàn)了一種利用月球運動確定位置的方法。月亮每小時的運行距離大致等于它本身的寬度。在夜間，它看上去就像是以這種莊嚴的步伐，走過繁星密布的曠野。在白晝（每個月有一半的日子，月亮白天也會掛在天上），它又會靠近或遠離太陽。

沃納曾建議天文學家畫出月亮運行軌跡兩旁的星星位置，并年復一年月復一月地預測：在未來每一個有月光的夜晚，月亮何時會掠過哪顆星星。類似地，也可以按時辰繪出太陽和月亮在白晝的相對位置。然后，天文學家就可出版所有月亮運行軌跡的數(shù)據(jù)表格，預先給出在經(jīng)度被選定為零度參考點的某地（比如，柏林或紐倫堡），月亮和某顆星星交會的時間。有了這個信息，領航員就可將他觀測到月亮靠近某顆星星的時間和參考地發(fā)生同一事件的時間進行比較。于是，他可求出兩地時間相差多少小時，再乘上15°，就能確定自己所處的經(jīng)度了。

這種“月距法”存在的主要問題在于：人們并不是很清楚群星的位置，而整個計算過程卻有賴于此。而且，當時人們還沒有詳細地弄清月球運動所服從的自然法則，因此天文學家們不能根據(jù)某天或某晚的月亮位置，精確地預測出它在第二天的位置。此外，海員們也沒有精確的儀器，可以在搖搖晃晃的船上測出月亮和星星之間的距離。這種思想太超前于那個時代了，人們只好繼續(xù)尋找可揭示宇宙時間的其他線索。

1610年，也就是在沃納提出這個大膽設想近100年之后，伽利略在他位于帕多瓦（Padua）的陽臺上，發(fā)現(xiàn)了一種自認為是人們夢寐以求的天體時鐘。伽利略是最早用望遠鏡觀察太空的科學家。他用望遠鏡看到了許多讓他發(fā)窘卻又豐富多彩的細節(jié)：月球上有山，太陽上有黑子，金星有位相，土星外有環(huán)（他將它錯誤地當成了兩個緊靠在一起的衛(wèi)星），而且有4顆衛(wèi)星繞著木星旋轉——就像這顆行星圍繞太陽旋轉一樣。后來，伽利略將這4顆衛(wèi)星命名為美第奇（Medicean）星。他用這些新發(fā)現(xiàn)的衛(wèi)星討好其佛羅倫薩的庇護人科西莫·德·美第奇（Cosimo de’Medici），以便在政治上獲得關照。很快，伽利略又發(fā)現(xiàn)這些衛(wèi)星除了可以為自己謀利外，還可以為航海事業(yè)服務。

伽利略不是海員，但是跟那個時代的其他自然哲學家一樣，他也熟知經(jīng)度問題。在接下來的一年中，他耐心地觀察了木星的衛(wèi)星，計算出這些衛(wèi)星的運動周期，并記下了這些小天體消失在中央大天體——木星的陰影背后的次數(shù)。伽利略根據(jù)這些衛(wèi)星的運行情況，找到了一種解決經(jīng)度問題的方法。他聲稱，木星的衛(wèi)星每年會發(fā)生上千次衛(wèi)星蝕，而且其發(fā)生時間是可預測的，因此可用于校準時鐘。他根據(jù)觀測結果繪制了一個表格，以預報未來幾個月內(nèi)每顆衛(wèi)星消失和重新出現(xiàn)的時間。伽利略夢想借此獲得榮耀，盤算著有那么一天，各國的海軍都會采用他的天體運行時間表進行導航。這個時間表又被稱作星歷表。

伽利略將他的計劃寫信告訴了西班牙國王菲利普三世，因為后者承諾過以達克特23的形式為“經(jīng)度的發(fā)現(xiàn)者”提供一筆豐厚的終身津貼。但是，當伽利略向西班牙宮廷提交他的方案時，距發(fā)布懸賞公告的1598年已過去了近20年，而可憐的菲利普也早已被各種稀奇古怪的來信折磨得精疲力竭了。菲利普三世的大臣駁回了伽利略的提議，理由是：水手們在船上觀察衛(wèi)星已屬不易，自然更別指望他們經(jīng)常能輕而易舉地找到衛(wèi)星，并據(jù)此進行導航。何況，“木星時鐘”不能在白天使用，因為此時木星要么不在天上，要么被太陽光遮蔽了。而夜間觀測，一年中也只有部分日子能進行，而且還要求天空晴朗。

盡管存在這些明顯的困難，伽利略還是設計出了一款特制的導航帽盔，可以根據(jù)木星的衛(wèi)星測定經(jīng)度。這種名叫“塞拉通”（Celatone）的帽盔，從外形上看，跟銅制防毒面具差不多，不過其中一個視孔連著望遠鏡。觀測者可以通過“塞拉通”上的空視孔，用肉眼在天空中找到亮度穩(wěn)定的木星，而另一只眼睛則可以利用望遠鏡觀看木星的衛(wèi)星。

伽利略是一位鍥而不舍的實驗科學家，他帶著自己發(fā)明的新玩意，跑到里窩那港（Livorno），以證明其可用性。他還派了一個學生到航船上去做試驗。但是這種方法一直沒得到人們的認可。伽利略本人也承認：即使在陸地上，觀察者的心跳都有可能讓整個木星跑出望遠鏡的視野范圍。

盡管如此，伽利略還是試圖將自己的方法兜售給托斯卡納24政府和荷蘭官員，因為這兩個地方設立的獎金還一直沒有人認領。盡管后來荷蘭人送給他一條金鏈，以表彰他為解決經(jīng)度問題所做出的努力，但是伽利略最終也沒能獲得任何一筆獎金。

伽利略終其余生一直堅持觀察他的這些衛(wèi)星（現(xiàn)在已被恰當?shù)馗姆Q為“伽利略衛(wèi)星”了），他一心一意地追蹤著它們的運動——直到因為年紀太大、眼睛太花再也看不清它們?yōu)橹?。伽利略?642年去世，但人們對木星衛(wèi)星的興趣卻并未隨之消亡。到了1650年之后，伽利略測定經(jīng)度的方法終于得到了普遍認同，不過僅限于在陸地上。測量人員和地圖制作家使用伽利略的方法對世界重新進行了測繪。正是在地圖制作領域，這種測定經(jīng)度的方法首次獲得了巨大的成功。此前繪制的地圖，對歐洲與其他洲之間的距離估計偏低，并夸大了每個國家的國界。如今，借助天體，可以對大地進行權威性的丈量了。據(jù)說，法國國王路易十四在面對一張基于精確的經(jīng)度測量重新繪制的本國地圖時，曾抱怨說：他丟在天文學家手里的領土比丟在敵人手里的還要多。

伽利略方法所取得的成功大大地鼓舞了地圖制作家，他們強烈要求進一步提高木星衛(wèi)星蝕的預測精度。對這些事件的發(fā)生時間預測得越準，繪制的圖就會越精密。因為一些國家的邊界懸而未決，許多天文學家發(fā)現(xiàn)“觀察木星的衛(wèi)星，并提高所出版表格的精度”是一份收入頗豐的工作。1668年，意大利博洛尼亞大學的一位天文學教授——喬凡尼·多美尼科·卡西尼，基于大量細致的觀測，出版了當時最精確的表格?？ㄎ髂嵋惨蛑谱髁司嫉男菤v表而受邀前往巴黎，到“太陽王”路易十四的宮廷作客。

盡管路易十四對領土面積的縮小感到不快，但他對科學還是抱著支持態(tài)度的。1666年，當他的總理讓·科爾伯特25提議創(chuàng)建法國皇家科學院時，他給予了大力支持。在解決經(jīng)度問題的壓力日益增大的形勢下，再經(jīng)過科爾伯特的極力勸說，路易國王批準了在巴黎建立天文臺。接下來，科爾伯特又吸引著名的外國科學家到法國科學院來任職，并充實天文臺的隊伍。他聘請克里斯蒂安·惠更斯為科學院的創(chuàng)始人，并引進卡西尼當天文臺臺長。（惠更斯最終返回了荷蘭，并因經(jīng)度方面的工作數(shù)次前往英國訪問；而卡西尼則在法國扎下了根，以后也沒再離開。卡西尼在1673年加入了法國國籍，現(xiàn)在也常被認為是法國天文學家，因此他的法國名字讓——多米尼克和他的原名多美尼科同樣常用。）

卡西尼以新天文臺臺長的身份，派特使訪問了丹麥的烏拉尼亞堡26遺址。烏拉尼亞堡是由第谷·布拉赫27——歷史上最偉大的用肉眼進行觀測的天文學家——建立的“天宮”。利用在巴黎和烏拉尼亞堡兩地對木星的衛(wèi)星所進行的觀測，卡西尼確定了兩地的經(jīng)度和緯度。卡西尼還號召波蘭和德國的觀測者們開展國際合作，觀測木星衛(wèi)星的運動，共同完成經(jīng)度測量的大業(yè)。

就在巴黎天文臺轟轟烈烈地開展這項活動期間，來自丹麥的客座天文學家奧勒·雷默（Ole Roemer）有了一個驚人的發(fā)現(xiàn)：當?shù)厍蜓剀壍览@太陽運行到最靠近木星的位置時，木星的所有4顆衛(wèi)星都會提前發(fā)生衛(wèi)星蝕。類似地，當?shù)厍蜻\行到離木星最遠的位置時，木星的衛(wèi)星蝕又會比預期時間晚幾分鐘。雷默得出了正確的結論：這種現(xiàn)象可以用光的速度來解釋。正如天文學家所宣稱的那樣，衛(wèi)星蝕確實會遵循恒定的規(guī)律按時出現(xiàn)。但是，在地球上觀測到這些衛(wèi)星蝕的時間，還取決于來自木星衛(wèi)星的光線到達地球前要在太空中穿越多遠的距離。

在此之前，人們都認為光線以人類測不出來的速度，瞬時地從一個地方到達另一個地方。雷默意識到以前測量光速的試驗之所以失敗，原因就在于測試距離太近。比如說，伽利略就曾經(jīng)徒勞地進行過試驗——他試圖測量一座意大利山峰上的燈光到達另一座山峰上的觀察者眼中所需要的時間。不管他和他的助手登上的山峰相距多遠，他都毫無例外地測不出速度。但是，在雷默現(xiàn)在這個試驗中（盡管是無意中進行的），地球上的天文學家觀察的是從另一個星球的陰影中重新出現(xiàn)的衛(wèi)星所發(fā)出的光。在穿越了這么遙遠的星際距離之后，光信號的到達時間就顯示出了不同。1676年，雷默首次利用偏離衛(wèi)星蝕預測時間的大小，測出了光速。（他估計的光速稍稍低于現(xiàn)在的公認值——每秒300 000公里。）

與此同時，英國的一個皇家委員會正著手進行一項徒勞無益的工作：研究在遠洋船上用羅盤磁針偏角測定經(jīng)度的方案是否可行。國王查理二世擁有世界上最大的商貿(mào)船隊，因此他強烈地感覺到了解決經(jīng)度問題的迫切性，并渴望這個問題能在英國人手里得到解決。查理的情婦，一個名叫路易絲·德·克勞內(nèi)爾（Louise De Keroualle）的年輕法國女人，向他報告了這么一條消息：她的一位同胞找到了一種測定經(jīng)度的辦法，而且他最近渡過英吉利海峽來到了英國，想懇請英王聽他闡述一下自己的思想。查理聽了這個消息肯定很高興，他馬上就同意了。

盡管巴黎方面很熱衷于用木星的衛(wèi)星測定經(jīng)度，但這位名叫圣皮埃爾（Sieur de St.Pierre）的法國貴族28并不贊成這種做法。他說他本人相信地球衛(wèi)星具有更強的導航能力。他提議通過月亮和選定的一些恒星來測定經(jīng)度，這跟約翰尼斯·沃納在160年前的想法差不多。英王覺得這個主意很有意思，于是他就指示皇家委員會改變了工作重點。這個委員會的委員包括了羅伯特·胡克29——一個對使用望遠鏡和顯微鏡同樣得心應手的博學之士，以及圣保羅大教堂30的建筑師克利斯托夫·雷恩31。

為了對圣皮埃爾的提議進行評估，皇家委員會召來了27歲的天文學家約翰·弗拉姆斯蒂德，并請他提出專家意見。弗拉姆斯蒂德在提交的報告中斷言：這種方法在理論上是合理的，但非常不切實際。得益于伽利略的影響，在接下來的數(shù)年中，人們也陸續(xù)研制出了一些還算不錯的觀測儀器，但卻一直沒能畫出令人滿意的星圖，也沒有找出月亮的運行路線。

年輕而有膽識的弗拉姆斯蒂德建議國王建立一個天文臺，并委派一位大臣負責必要的工作，說這樣也許會有助于改變被動局面。國王接受了他的建議，還任命弗拉姆斯蒂德為首任御用“天文觀測員”，這一頭銜后來變成了皇家天文官。英王下令建立格林尼治天文臺，并在委任狀上責成弗拉姆斯蒂德“以最大程度的細心、盡最大的努力，修正天體運行表格和恒星位置，以便人們在海上能確定渴望已久的經(jīng)度，從而完善航海技術”。

后來，弗拉姆斯蒂德本人在追述這些事件的轉變過程時寫道，查理國王“當然不愿意他的船主和水手們被剝奪任何機會，而是希望他們能把握天空可能提供的任何幫助，使導航更加安全”。

因此，和此前的巴黎天文臺一樣，建立英國皇家天文臺的初衷是，借助天文學的手段來解決經(jīng)度問題。所有遙遠的星星都得編入星表，以便能繪出一條航海路線圖，供在地球的洋面上航行的船員們使用。

委員雷恩設計了皇家天文臺。秉承國王的旨意，他將天文臺的地址定在格林尼治公園的最高處，并在里面為弗拉姆斯蒂德和一名助手附設了宿舍。委員胡克負責具體的施工。這座天文臺在1675年6月開始動工興建，花了大半年時間才竣工。

弗拉姆斯蒂德在第二年5月入住天文臺（他住過的那所房子至今還被稱作“弗拉姆斯蒂德之宅”）。到10月，他就籌措到了足夠多的儀器設備，并盡快投入了工作。弗拉姆斯蒂德為完成國王交給他的任務，整整奮斗了40多年。他編纂了一本優(yōu)秀的星表，但該書在1725年出版時，他已去世。此時，艾薩克·牛頓爵士已通過他的萬有引力定理，幫助人們消除了對月球運動的困惑。這一進展也鼓舞了人們，他們夢想有朝一日天空能揭示出經(jīng)度。

與此同時，遠離天文學家們流連的那些山頭，工匠和鐘表匠們在探索著解決經(jīng)度問題的另一條途徑。一個有望實現(xiàn)的理想導航之夢告訴人們：船長只需簡單地比對一下自己的懷表和另一臺指示始發(fā)港正確時間的恒定時鐘，就可以在舒服的船艙內(nèi)測定經(jīng)度了。