经线仪

更新时间:2023-07-13 16:51

经线仪(chronometer)是指能够在6星期航程结束时判定船舶所在经度,误差不得超过30海里的仪器。英格兰术匠兼发明家约翰·哈里森经过7年的辛勤工作,设计出了摩擦力极小,而且不需要润滑剂的钟表,这样的表不需要清洗,也不会受到船舶颠簸的影响。

哈里森的经线仪

18世纪早期,如何在海面上测量经度依旧是个悬而未决的难题。这是因为,尽管摆针能够在陆地上准确测量,但是它在起伏不定的海面上却无法做到这一点。许多船只因此而迷失方向。英国海军部决定必须尽快对此采取对策。1713年,议会悬让·皮卡德1669年的套管式象限仪赏二万英镑奖励能够解决这个问题的能工巧匠。

英格兰术匠兼发明家约翰·哈里森接受了这个挑战。经过7年的辛勤工作,他终于制成了经线仪。1735年,经线仪出海试用数次后,被证实十分精确。约翰·哈里森因此获得了巨奖。

哈里森研制的经线仪和18世纪30年代约翰·哈德雷研制的六分仪使人们有可能获得更加精确的地图和海图。人们的航海能力从此也得到了极大的提高。

来龙去脉

制作钟表

1693年,约翰·哈里森出生于英国的一个木匠家庭。20岁那一年,哈里森完成了他的第一块钟表的制作,那只表与近现代由金属齿轮构成的钟表不同,它完全是由木头构成的,这种材料对当时的工匠来说并不是奇怪的。在18世纪20年代,约翰·哈里森和弟弟詹姆斯设计了一系列精良的钟表,目的是要看一看人类的智慧会到达什么样的设计水平。通过发明出以青铜和钢作为金属丝的钟摆杆,哈里森解决了天气冷热对钟表记时快慢的影响。他们设计的钟表可以达到每个月只有一秒钟的误差,超过了当时伦敦最优良的钟表。

悬赏求仪

优秀的人才总是寻觅更大的挑战。当时的经度委员会悬赏2万英镑,征求“能够在6星期航程结束时判定船舶所在经度的仪器,误差不得超过30海里”。为了满足经度委员会的要求,计时器每天的误差绝对不能超出3秒钟。哈里森的钟表虽然在陆地上可以达到这样的误差要求,然而要在颠簸的海面上同样出色,钟表还要继续改进。哈里森决意要赢取这笔奖金。他设计出了摩擦力极小,而且不需要润滑剂的钟表,这样的表不需要清洗,也不会受到船舶颠簸的影响。哈里森前后花费了近四十年的时间,设计出了四架“经线仪”。最好的当然是最后的那架“经线仪四号”,它的直径仅13厘米,重1.45千克。不要对“经线仪四号”的体重大惊小怪,想一想最早的计算机与当今笔记本电脑的质量差,哈里森的作品已经够小巧的了。

初次使用

1761年,哈里森设计的“经线仪四号”被放置在皇家海军兵舰“德普特福号”上。军舰离开英国,向牙买加驶去。由于哈里森年事已高,身体无法经受远航的折腾,他的儿子威廉代替他随船操作经纬仪。航行9天之后,威廉根据经线仪计算的经度,向舰长预报说,第二天早晨他们肯定会看到马德拉群岛。舰长依据自己多年的航海经验,认为这是不可能的,于是他以5:1的赔率跟威廉打赌,赌他们不会在明日清晨看到马德拉群岛。经过一夜的焦急等待,伴随着第二天的晨曦,在海天交际处出现了一道黑影,那正是马德拉群岛。威廉获得了赌注。两个月后,“德普特福号”抵达牙买加,在整个航程中,哈里森设计的计时器误差仅有5秒钟。

生活改变

走时准确的钟表问世了,但是,哈里森获得那笔奖金,却颇费了一些周折。他没有受过大学教育,游离于国家教育体系之外,是一个自学成才的钟表匠;他出身低微,还带着地方口音,让他人将其视作乡巴佬。在经度委员会成员的眼中,怎么看哈里森也不像是一个能够获得2万英镑巨奖的人。评定者中没有人懂得哈里森天才的机械设计,因此他连被评价的机会都难以得到。幸运的是,国王乔治三世对哈里森的钟表非常感兴趣,并检验了它的准确性。国王发现,哈里森设计的钟表非常准时,于是指示经度委员会,要尊重哈里森的劳动。最后,哈里森终于得到了一笔奖金,不过不是由经度委员会颁发的,而是由国会奖赏的。事实上,最终没有人获得小气的经度委员会的那笔奖金。

当然,直到奖金拿到手后,哈里森才将经线仪的设计诀窍公诸于世。这不是因为他热衷于聚敛钱财,而是因为他要给科学技术、给知识产权以充分的尊重。由于这个延误,英国著名航海家库克船长于1768年开始其首度探险之旅时,并未使用经线仪。直到1778年第三次出航,库克船长才凭借经度仪的帮助,以极高的精确度测绘了太平洋海域,不但确定了每一个岛屿和每一条海岸线的纬度,也标出了它们的经度。此后,在库克的地图和哈里森的经线仪指引下,每一个航海家面对浩瀚的太平洋时,都能找到指定的岛屿,不会再一头撞上突然出现在眼前的陌生海岸线。当然,也不会一头撞入暗礁密布的海区,或者在海洋中像没头苍蝇般东漂西荡,迷失方向。后面的情况对于水手们是要命的,从这个意义上说,哈里森的发明功德无量。

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