《地球的故事》第三章

童童

地图和航海技术 导读： 人类一开始并不知道自己生活在怎样的星球上，随着活动范围的扩大，人类开始运用几何知识来确定方位。于是,地图出现了,它的出现,使航海拔术有了飞速的发展,人类对海洋的探索由此翻开了新的篇章。朗读：廊坊市第十七小学张卓文 我们太熟悉地图了,如果没有地图,现代人的生活简直是不可想象的。但在很久以前,人们并不知道地图是什么。而且,地图的发明和发展,是一个相当漫长的过程。 古巴比伦人是极优秀的几何学家，大约在公元前3800年,他们曾经对整个王国的土地进行过一次测绘。后来,考古学家们发现了他们留下的一些黏土块,上面刻有她们的土地轮廓。不过以我们对“地图”的定义,很难称这些黏土块为地图。埃及人很早就掌握了一些实用数学知识,但至今未在任何一个王公的墓葬中找到现代意义上的地图。 希腊人作为古代世界中最有好奇心、最爱追问的民族,写了无数有关地理学的文章,但据我们所知,还几乎没有和他们的地图有关的文字。在希腊一些大商业中心似乎有过刻着航行最佳路线的铜块,如果一个商人想要从地中海东部航行到西部就得参照它,可没有一块铜块被发掘出来,我们也不知道它们是什么样子。 罗马人为了侵略邻邦,行走四方,四海为家,到处修路,到处收税,到处都有被他们绞死、钉死的人,到处都有他们庙宇和游泳池的遗址,他们似乎可以管理一个世界帝国而用不着依靠一张可与之媲美的地图。的确,他们的作家和演讲家非常频繁地提及他们的地图,且向我们保证这些地图都是非常精确而又完全可靠的。但我们看到的唯一一张罗马地图在某种程度上非常粗糙而拙劣，以致这张地图除了满足当代人对历史的好奇心外,无任何价值。 历史学家都知道普定格地图,这是一张以康纳德·普定格的名字命名的地图。康纳德·普定格是奥古斯堡镇的书记员,他最早有了用印刷术传播地图的想法,而当时印刷机刚刚发明。不幸的是,普定格没有用来复制的原件。他用的手抄地图是一张13世纪时对3世纪原件的复制品,在这千年中,老鼠已经将其中许多重要的细微之处啃噬掉了。即便如此,该地图的大致轮廓无疑是来自罗马时代的原件。 对于中世纪的地图,无须任何特别评论我们即可跳过。教会对所有“无用的科学探索”大皱眉头,地图仅仅成了引人发笑的图画,它们充斥着无头的怪物、喘粗气的独角兽、喷水的鲸、北海巨妖、美人鱼、狮身鹫首的怪兽以及世界上其他被恐惧与迷信迷惑的居民。耶路撒冷当然显示成世界的中心,印度和西班牙是终极界线,苏格兰是一座孤岛,而巴别塔有巴黎市中心的10倍大。 相对于中世纪绘图家的这些作品,波利尼西亚人编制的地图是真正出于航海家智慧的杰作,更不用说同时代的阿拉伯和中国人的作品了,然而它们反而被当作可鄙的异教徒而被排斥在外。直到15世纪末,航海最终发展为一门科学,地图绘制才有了真正的进步。 当时,土耳其人控制着连接欧洲与亚洲的桥头堡,所以通往东方的陆路交通被完全阻断了,在开放的海洋上寻找一条通往印度的新路突然间变得十分必要。 埃及人似乎去过克里特岛,但不会比那儿更远,且那时到这个大岛的拜访也不过是个偶然而已。腓尼基人和希腊人其实是“教堂灯塔航海家”,尽管有几次他们甚至一直前行到了刚果河和西里群岛。但那时他们无疑得尽量贴近海岸,并在夜晚把船系在干燥的陆地上以防被吹到海上。作为中世纪的商人,他们离不开地中海,离不开北海和波罗的海,他们忍受不了连续几天看不到遥远山脉的日子。如果他们在大海上迷失了方向,寻找最近陆地的可能方位就只有一个方法。为了这个目的,他们总是带上几只鸽子,他们懂得鸽子会选择到达最近的干燥陆地的最短途径。当搞不清该怎么走时,他们就放飞一只鸽子并观察它的飞行方向。然后他们就循着鸟儿的方向前行,直到他们看见了山顶并到达最近的港口,再问问他们所在的方位凑巧是什么地方。 当然,在中世纪,即便普通人也要比今天的我们更加熟悉星星。他们不得不这样,因为他们没有年历和日历。因此较为聪明的船长可以依据北极星和其他星座来设定他们的航程。但在北方地区,天空经常阴云密布星星也不再有多大帮助了。 如果不是有13世纪上半叶后不久传入欧洲的指南针,航海就一直会是痛苦且代价高昂的,因为航行只能靠上帝或猜想。 成吉思汗在13世纪上半叶统治着一个帝国,这个帝国比之前存在过的任何国家都要大,当他穿越辽阔的中亚沙漠地带,向欧洲这块肥肉进发时,他似乎随身携带着某种指南工具。这种在世界范围内具有重要性的指南工具,起源非常模糊,一直被神秘紧紧包围着。但对于指南针自身而言,自从第一个敏感的指针引导了第一个威尼斯人从他们的潟湖，顺利到达了尼罗河三角洲至今,我们关于指南针的认识已经提高了许多。例如,我们已经发现地球上除了少数几处以外,指针都不是指向正北,它不是稍稍偏西就是稍稍偏东--该偏差技术上称之为“磁差”。这是因为磁场中的北极和南极,与我们行星上的北极和南极不符,磁北极和磁南极与地理上的北极与南极相距几百英里。磁北极位于在西亚半岛,这是加拿大北部的一个岛屿,詹姆斯·罗斯于1831年最早发现了它;磁南极位于南纬73℃东经156℃。 因此一个船长在出海时仅有一个指南针自然是不够的。他必须同时有航海地图,以便显示世界上不同地区的磁差。这就与航海科学有关了,而本书不是航海学手册。航海学是一门极为困难而复杂的学科,不是只言片语所能说清的。你只需要记住指南针在13世纪或14世纪进入欧洲,它在使航海学成为一门可靠的科学上有巨大贡献,那就够了。但这仅仅是个开始。 现在任何一个人都能告诉你他的航行方向,因为有指南针来显示。至于剩下的事情,中世纪的船长只用两样别的工具就能寿助他确定自己位于海洋的哪一部分。 首先是测深索。测深索几乎与船只一样古老。它可以在任何指定地点显示海水的深度,如果一个人有一张标记他正缓缓航行处的海水不同深度的图表,测深索就会给出这个人所在的海域的一些表征。 然后还有测速器。测速器原本是一小块木头,将它从船首扔下,然后近距离观察它要用多长时间越过船尾。而从船尾到船头的船长距离自然已知,轮船渡过某特定地点所需的时间自然就可以计算出来,这就会显示轮船每小时航行多少英里。 后来,本质测速器逐渐被测速线所取代,测速线是一根细长但非常结实的绳子,尾部有一块三角形的木头。之前这根绳子就被若干“绳结”分成很多段,每段长度皆特定而等同,一名船员将其抛下船,同时另一名船员开始用钞漏计时。当所有沙子流过沙漏，将测速线拖回来,数一数在沙子从一个球形容器流向另一个球形容器的过程中,有多少个绳结从手中滑过。之后一个简单的计算会显示轮船的航行速度是多少,或像船员所习惯说的“多少个绳结"。 但即使船长知道了他的船速和航行的大致方向,洋流、潮水和风他会使他的哪怕最精确的计算变得不准确。结果一次普通的航海仍旧是一项冒险的事业。该问题的理论研究者们意识到为了从根本上解决这个问题,他们需要找到一种旧式教堂灯塔的代替品。 教堂灯塔、高耸的沙丘顶上的树、堤防上的风车、看家狗的吠叫声在航海领域内般为重要,因为它们是固定点,无论发生什么事情都不会改变自身位置。给定一个这样的“固定点"，船员就可以做出自己的推算。当时的数学家非常清楚他们必须在大自然中找到“固定点",以代替人工的“固定点"。 经过人类不断的观察和研究,这个崇高荣耀最可能的候选者是北极星。北极星离我们如此遥远,它看似绝不会改变位置,而且是易于辩识，以至于最无知的小渔民在看不见陆地时都可以找到它。这个渔民要做的全部事情就是画一条穿过大熊星座中最右侧两颗星星的直线,他不可能找不到大熊星座。当然还有太阳，但其运行路线从未被科学地描述出来,只有最聪明的水手才可以利用它的帮助。 只要人们相信地球是平的,探讨这一理论就是毫无意义的。但在16世纪早期, “圆盘”理论被“球形”理论所抛弃,地理学家最终开始了自己独立的探索。 地理学家们做的第一件事是用一个平面将地球分成两个相等的半球,而该平面与地球南北极之间的连线垂直,分割线被称作“赤道”。赤道上各处与南北极点的距离都相等,从极点到赤道间又被分割为90段相等的距离。接下来的90条平行线分布在极点与赤道间,线与线间相隔大约69英里,而69英里就代表了从极点到赤道间这段设想的距离的1/90。 地理学家给这些圆圈编号,从赤道开始向上(或下)直到极点。赤道自身为0°,极点就是90°这些线称作“度”或“纬度”,还有个符号",位于数字的右侧,这是单词“度”的缩写符号,否则“度”在数学计算中就会太烦琐而不方便使用。 所有这些意味着一个巨大的进步。但即便如此,出海仍旧是一种危险的经历。为了能给出太阳在每一年中的每一天及每种气候下的精确位置,从而使每个船长有能力处理纬度问题,十几代数学家和航海家为此耗尽了毕生心血。 最终,任何一个理性的、聪明的航海者,只要他能读能写,就能够知道他离北极和赤道有多远,或用术语说,可能在北纬或南纬多少度。一旦他越过了赤道,事情就不是这么简单了,因为北极星在南半球是看不见的,他无法继续依靠北极星了。但这个问题最终也被科学解决了,在16世纪末之后,纬度不再是出海者关注的事情了。 然而确定某人所在的经度仍旧很困难,成功地解决该问题耗费了两个多世纪。为了确定一系列不同的经线,数学家们是以两个固定点-北极点和南极点为准的。但是没有东极也没有西极,因为地轴凑巧不那样旋转。人们可以绘出无数条环绕地球且穿越两极的子午线，可这数百万条线中哪一条可以被选为划分东西半球的“子午线”呢? 当时,每个国家都想让0℃经线穿过自己的首都,这一点上多少有点自由主义的意味,德国、法国和美国的地图上仍分别将0℃经线显示为穿越柏林、巴黎和华盛顿。到了最后,因为英国在17世纪对航海事业的发展贡献最大,且那时所有航海事务皆在皇家天文台的监测之下,所以格林尼治子午线最终被确定为将世界分为东西半球的特殊子午线。 就这样,航海者最终有了自己的“经线教堂灯塔”,但他仍要面对另一个困难。一旦他进入深海时,如何确定自己是在格林尼治子午线以东或以西多少英里?为了全面而完整地解决这个问题,英国政府于1713年专门成立了“海上经度测算委员会”,提出对“在深海测算经度”的最佳方法都予以重奖。两个世纪前，10万美元可是一大笔钱,每个人都跃跃欲试。到19世纪上半叶委员会最终解散为止,它已经为奖赏那些有价值的发明花费了50多万美元。 他们的大部分辛苦付出已被遗忘很久了,他们的工作也被弃了。但是在重奖的引诱下,有两项发明被证明有持久的价值。其中之一是六分仪。 六分仪是一种复杂的仪器,它是一种可以随身携带的微缩航海观测台,航海者可以用它测量各种角度的距离。它是阴暗中世纪的星盘、十字杆和16世纪的象限仪的直系后裔。 但六分仪在航海领域激起的兴奋程度,根本无法与4年后(1735年)忠实可靠的精密计时器出现时的状况相提并论。由钟表天才约翰·哈里森发明的计时器是种极为精准的钟,无论在什么气候条件下,它都可以将格林尼治时间带到世界上任何地区,这确实很方便。约翰·哈里森通过给他的钟表加上一种他称作“补偿曲线”的东西而得以成功。由于温度变化,热胀冷缩, “补偿曲线”就会以一定比例改变平衡弹簧,这样计时器实际上就成了天气变化的证明。 如今无论一艘船在哪儿,只要携带一个计时器,就总会知道当时的格林尼治时间。既然太阳24小时绕地球转一圈，且每个小时沿经度前进15℃，为了确定我们向本初子午线以东或以跨出多远,我们要做的就是首先确定我们目前所在地区的时间,然后将当地时间与格林尼治时间进行比较,记下差异。 　　总之,人类为了能够平安、舒适地穿越地球表面,经过了漫长的探索,尝试了许多办法,终于取得了航海技术的进步。这2000年来的努力没有白费,这些努力是国际合作最早的成功经验的一部分。中国、阿拉伯、印度、腓尼基、希腊、英国、法国、荷兰、西班牙、葡萄牙、意大利、瑞士、丹麦、德国,每个国家都对这项重要工作的进展贡献了自己的一份力量。 到这里,国际合作史上这特殊的一章就结束了,但还有许多其他内容在等着我们。 成长启示： 地图的出现使得人们能穿越茫茫的大海,走得更远。一点儿小小的误差,往往也会造成非常大的差别,为了能得出更精确的结论,十几代数学家和航海家耗尽了毕生心血,才有了我们现今的地图和航海技术。这就提醒我们在做任何事时,严谨认真和不懈探索的精神都是必不可少的。要点思考：1.0℃经线是如何确定的,为什么?2.人类为了能够平安、舒适地穿越地球表面都进行了哪些有益的探索?