正文
(the longitude act)。这其实就是个赏金任务,谁能在海上找到经度,谁就能拿到2万英镑,相当于现在的139万英镑,970万人民币。
英国国会于1714年通过的经度法案,其中设立了经度奖。
@cambridge university library
英国政府还成立了评审委员会(经度局)。委员会里全是有头有脸的科学家和政客,领头的是牛顿爵士。
不过在老百姓的心中,在海上找经度是不可能的事情,只有疯子才会想去拿这个奖。看看英国著名画家威廉·贺加斯(William Hogarth)画的这些嘲讽漫画,你就知道当时大家有多悲观了。
威廉·贺加斯绘制的讽刺追求经度奖的人的漫画
@national maritime museum
不过,刚刚满20岁,从没有上过学的约翰·哈里森却愿意当一个疯子。
约翰·哈里森
他是这样想的:不管你在哪儿,当太阳升至最高点的时候,就是中午12点没错吧,所以不管在哪儿,你都能知道每天中午的时间。
理论上,地球在24小时内匀速转了360度。如果把地球从东到西等分成24个区域,每个区域到达中午12点的时刻都和附近的区域差1个小时。
那么,如果我出发时带着一个伦敦正午时间的钟,走一段时间后在正午看看这个钟,如果伦敦的钟显示下午3点,那么我就可以确定,我和伦敦差3个小时对吧。那我不就可以确定我所在的位置的经度了吗?
这在我们现代人看来很自然的类似于时区的概念,在300年前却是不可能的。为什么?因为
当时的钟表的精度太差了
。比如,当时最厉害的钟表大师George Graham 的钟表每走一周,就有几秒的误差。
如果要实现哈里森的目标,那么就要制造一个精度是过去所有钟的50倍的新型钟表出来。
哈里森下定决心,
不但要制造出能在海上运行的钟,还要让它的误差保持在一个月2~3秒之内。
听起来很燃,但是等一下,哈里森怎么知道自己的钟的误差够小呢?毕竟他要造的是世界上最“准”的钟啊,别的钟都不能拿来当标准。
哈里森想到了观察夜空的恒星。恒星每晚出现在天空中的某个位置,然后因为地球自转“落下”。那我每晚观察同一时刻的同一个恒星,不就可以判断我的表准不准了吗?
但是呢,这个方法有个问题:钟表和太阳日一样,一圈24小时;但是地球自转一圈再看到同一个恒星时,流逝的时间是24小时不到,恒星每天会早出现3分54秒(恒星日和太阳日有差距)。
绕太阳转一圈:太阳日。绕某其他恒星转一圈:恒星日。太阳日比恒星日略长。
他想了另一个办法:虽然每天盯同一个恒星会越来越早,但是恒星经过2个位置的用时总是不变的。
所以,他把自家东面的窗户和邻居家的烟囱当作标志物,当恒星从一处升起,到另一处消失时迅速记录自己的钟表的时间。
因为恒星升落的时间差是固定的,这样就能比对自己造的钟表的误差了。
校准的问题解决了,那么怎么优化机械钟,减少误差呢?
我们先来看一下最早的机械钟——摆钟的基本原理。摆钟的原理其实不复杂,中学我们就知道,1米长的钟摆的半周期是1秒。
像上面这样,用重物拉扯齿轮转动,然后做一个头部是Y型的钟摆卡在齿轮上,那么钟摆摆动时,齿轮就会按1秒一停的节奏转动了。
这个Y型的装置,就是个简单的擒纵机构,也就是滴答调时的机构。这个钟其实我们在家里也能做,只不过误差比较大。