現今汽車熱門的配備,莫過於GPS,是籍由衛星測定經緯度,提供車輛導航的資訊。經緯線看不見也摸不著,純粹是由人類所畫定的地球刻度,最早可以溯及到耶穌出生前三世紀。但是經度的測量,難度遠高於緯度,英皇甚至在一七一四年懸賞二萬英鎊,給能準備定出經度的人,只是誰都沒想到,最後的贏家竟是一位沒上過學的木匠。

這位出身低微,可是智商超高的木匠,名叫哈理遜,他最後致勝的武器,竟然是一只名為哈氏四號的懷錶。由著手研發到真正贏得勝利,哈理遜花了三十二年的時間。


在十八世紀,水手只要用簡易的英式象限儀,測量太陽的偏角,就可以得知船的方向緯度。但是,推算經度就成了天文學家與數學家的專業,根據太陽、月亮與星宿的相關距離與角度觀測,花了數小時的繁複計算,推算出來的數字卻仍有很大的誤差。

其實推算經度還有另一項簡便之道,就是擁有一只好的計時器。因為地球自轉一周是三百六十度,共需二十四小時,每小時是十五度。有了精確的鐘錶,只要知道所在地與參考點的時差,再乘上十五就知道所在地的經度。例如正午時分,相當於格林威治清晨三點五十分,即兩地正午時差八小時十分鐘(即八.一時),乘上十五度,就得知台北在格林威治東方一二一度三十分。

有經驗的船長,可以靠著太陽的位置,如日正當中是十二點,算出當地時間。可是要知道參考點的時間,就得要有性能良好的計時器。十八世紀初,由義大利天文學家伽利略靠鐘擺原理發明的計時器,可以適用在陸地上,到了顛簸的船隻上就完全失靈。

哥倫布在一四九二年循著緯線,直直地穿過大西洋,發現了新大陸﹔到十八世紀,有愈來愈多的船隊啟航去探索新世界,無法判定精緯,就不知所在位置。一七○七年,英國海軍上將薛威爾戰勝了法國地中海艦隊,由直布羅陀凱旋返航時,卻碰上了十二天的海上濃霧,由於誤測經度,整個艦隊竟然撞上小島,五艘戰艦沈了四艘,二千人滅頂。

一次次的船難,讓整個歐洲動員起來,要解答經度之謎。到了一七一四年,英國國會通過了經度法案,要提撥二萬英鎊的賞金(相當於現在的數百萬美元),給能提出解答的人。在此之前,窮畢生之力研究經度問題的,首推伽利略,鎖定的目標則是遙遠的木星,耐心觀測木星四顆衛星的軌道周期,提出了木星一年「月蝕」一千次,時間可以預測的理論﹔又製作出每顆衛星消失與復出的時間表,希望有一天各國海軍都會帶著這分天文曆遨遊四海。

伽利略終其一生都在研究木星與四顆衛星,一直到老年瞎了才作罷。但是到了海上,對船長而言,想找到這四顆衛星實在是高難度﹔白天被太陽遮蔽,晚上也只能在特定時候觀測,而且還得要天氣晴朗。

發現地心引力、被封為爵士的牛頓,曾當過七年的經度評議官。他也認為,經度的計算要精密星座圖的編繪,人造可以輔助測算,但不可能完全取代。在某封給海軍部大臣的信上,牛頓還寫道:「一旦在海上迷失精度,任何鐘錶都無可取代。」

哈理遜小時候就跟著爸爸學木工,根本沒進過學校,靠著自修竟然能讀能寫,而且還讀過不少科學鉅著。二十歲時,無師自通打造了第一座擺鐘,闖出名號後,在三十歲那年,受雇在某莊園建造一座塔鐘。他以油質的硬木為齒輪材料,以黃銅取代鋼鐵避免生鏽﹔自一七二二年完工至今,這座塔鐘還能夠運轉報時。

懸賞十三年後,哈理遜才決心挑戰,準備開發航海計時器。花了四年,突破鐘擺在海上無法準確擺動的困境,發明了可以抵抗驚濤巨浪,俗稱「蹺蹺板」的彈簧組﹔又花了五年,才完成第一件作品哈氏一號。 儘管重達三十四公斤,長寬各達一.二公尺,卻通過了測試,順利往返倫敦與里斯本。返程時,還準確算出靠岸與起程地點偏差了約九十六公里,震驚了成立二十三年的經度評議會

按理說,哈理遜領了二萬英鎊風光返鄉,他卻指出了哈氏一號的各項弱點,只要求先領五百英鎊的研發費用,要回去改良後,再前來領賞。這一去又是六年,哈理遜完成了哈氏二號,儘管通過了冷熱、震動等多項測試,他卻仍不滿意。

此後的十六年,哈理遜在工作室中閉關,研發哈氏三號,為了能擺進狹窄的船長室,減重到二十七公斤,而且用雙金屬片,彌補冷縮熱脹產生的誤差。儘管如此,哈理遜還是拚命苦思要設計更小巧的計時器,後來,他與錶匠合作,將雙金屬片裝入了懷錶。以往懷錶每逢溫度升降一度,就會快慢個十秒鐘,上發條時,更會停下不走﹔哈氏錶完全沒有這些缺點,而且還用紅寶石與寶石,取代原本的抗摩擦輪軸。兩年後,哈氏四號誕生,在海上實際測試,航行八十一天只慢了五秒,這只懷錶成了經度大獎的最後得主。

哈理遜於一七七六年過世,享年八十三歲。生前獨特的發明帶動了鐘錶製造工業﹔價格降低之後,一艘測量船出海,甚至帶上四十只計時器。學者認為,這個鄉下木匠一生的努力,奠定了英國測量經度的優勢,更成就了日後的海洋霸業。


時報週刊/李世偉/2006.01.13 



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