 《三思科学》电子杂志
第六期，2001年12月1日
目 录
封面
封面故事
[异调]斐波那契螺旋
编者的话
[柯南]过去与未来的好时光
新闻
[碧声]与日逐走
[柯南]你在那里
[柯南]再见，流星雨！
求知
[逍遥]DNA与哈密顿路径问题
[九歌]再谈鸟鸣
[小江]细胞周期，癌症与诺贝尔奖
[荒原]细胞学的发展
译述
科学美国人：谎言鉴别（第二部分）
自然：探索虚拟宇宙
观点
[小江]同性恋，艾滋病与社会
——献给世界艾滋病日
[刘华杰]关于钱学森的“人体科学”
历史
[异调]ENIGMA的兴亡（三中）
[韩雪涛]一元三次方程的故事
[碧声]寻找经度（上） （下）
书评
[一笑]《惊人的假说——灵魂的科学
探索》读书笔记（一）
辨伪
[异调]亚曼拉“公主”的“木乃伊”
[柯南]天使和魔鬼的影子
[方舟子]破解“惊世大预言”
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三思言论集
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时间是什么？没人问我，我很清楚；
一旦问起，我便茫然
——圣奥古斯丁《忏悔录》
寻找经度（上）
——英国格林尼治天文台
 碧声 |  |
故事的起点不是星空，而是海洋。
古希腊和罗马的灿烂文明沉寂之后，欧洲进入了长达一千年的
黑暗时代。在这期间，波斯、阿拉伯和印度的科学家们继续发展着
数学和天文学，用精美的仪器进行观测，绘制当时最精确的星表。
欧洲人则只是孜孜以求上天堂的办法，对天空的运动规律漠不关心
——或者被禁止关心。但是，文艺复兴使欧洲“重新发现”了科学，
滋长出宗教裁判再怎么残酷也不能完全根除的好奇心，而科学“有
用”的一面，也会逼迫人们去努力。
大航海时代
既然知道地球是一个球体，以经、纬度来确定地球上任一点的
位置，是很自然的，有关概念在托勒密时代就建立得很完善了。纬
度的界定比较容易，因为在近几千年里，地球自转轴的北极始终指
向一颗普通的二等星——小熊座α，中文名北辰，另有一个更著名
的称呼：北极星。从地面上看来，北极星总是处于北方的天空。站
在北极，它就在头顶；站在赤道，它就在非常靠近地平线的地方。
因此，在北半球，北极星与地平线的夹角就是观察者所处的纬度。
（当然，目前北极星的方向与地球的自转轴并不完全重合，还略有
一点差异。而且地球自转轴本身会有摆动，因此北极星的位置并不
总会是小熊座α，所谓皇帝轮流做，隔几千年就会轮到另一颗星头
上。）
经度没有这样现成的参照物可用。零纬度自然是在赤道，无可
蹉商。零经度却是可以随便定义的，并没有哪条子午线特别一些。
航海者把出发点或某个大城市定义为零经度，测出自己与零经度线
之间的经度差，再加上纬度的数据，就能确定自己的位置。然而，
茫茫大海比不得陆地，这个经度差怎么确定？而且，在陆地上搞错
方向不过是迷途而已，只要不是在沙漠等险恶地带就好办，在海上
犯这种错误的结果，很可能是触礁、迷航、全体船员葬身鱼腹。中
国人引起为傲的指南针是航海的重要工具，但它并不能解决经度问
题。
经度的困扰，使当时的航海术受到很大限制。船只通常是沿着
海岸线行驶，到达自己想要的纬度之后，再沿着纬度圈行驶，直到
遇见陆地，然后再沿岸航行前往目的地。航海者不能准确地知道自
己已经走了多远，只能依靠船速进行估算，辅以浪高、海水含盐量、
漂浮物等因素，偶尔能借助一下月食这类不常发生的天象，其中的
危险不问而知。这种在后人看起来可怕得惊人的方法，是许多世纪
以来的航海模式，哥伦布就是这样发现新大陆的。
1530年，荷兰天文学家杰马·弗里西斯（Gemma Frisius）提出
“以时间确定经度”的原理。每24小时，地球自转一圈，即360度。
那么，12小时相当于180度，1小时相当于15度，4分钟相当于1度。
也就是说，经度差可以用当地时间的差别来衡量，这也是某种程度
的“时间即是空间”吧。弗里西斯说，只要带上一只走得非常准确
的钟，用来记录出发点的当地时间（不是当代用时区标度的实用时
间，而是地球上的那一点唯一对应的天文时间）；同时用其它方法
准确测量目前所在地的的当地时间，两个时间之差就是两地之间的
经度差。然而，在那个时代，一方面没有走得很准确（更不要说在
船上）的钟，另一方面也很难精确测定当地时间，这一方法长时间
只能停留在理论上。
时间即是空间。北京与格林尼治的经度相差116度，也就是说，北京的正午要
比格林尼治早到约8个小时。
此时，航海活动越来越频繁，西欧各国开始抢占海上交通要道、
掠夺海外殖民地。航海术的优劣，直接影响到海上霸主地位的归属，
寻找经度成为了关乎国家命运的重大问题。格林尼治天文台，就是
为了经度而建造起来的，尽管它后来在相当长时间里超越了这一原
始目标，担负着英国最重要天文学研究机构的使命。
给我画一张星表
1660年，流亡15年的查理二世回到英国，戴上了他那被砍头的
父亲留下的王冠。他对海军和海上贸易非常重视，也迫切想找到经
度问题的答案。1674年，一位法国人通过查理二世的情妇向国王建
议，可以通过月亮相对于恒星的运动来确定经度。查理二世的亲信
顾问拿这个主意去求教于著名天文学家约翰·弗拉姆斯提德（John
Flamsteed），得到的答复是，由于缺乏精确的星表和月亮位置的图
表，这方法根本不可行。查理二世当即决定：好，那么你来给我画
一张！于是拨款建造一座天文台，并任命弗拉姆斯提德为第一任台
长，称“皇家天文学家”（Astronomer Royal）。
第一任台长弗拉姆斯提德
天文台的选址确定为格林尼治，因为这里有一座小山，地势稍
高，离市中心较远，不易受到空气污染的干扰。同时，它又靠近泰
晤士河，并非偏僻。奠基仪式于1675年8月10日下午3点14分举行，
弗拉姆斯提德甚至为这个时刻画了一张天宫图——在那个时代，天
文学与占星术还很亲密——研究天文台未来是否会成功。当然，他
和他的同事并非真的相信这种超自然的东西，因为他在天宫图的注
解中写道：“我亲爱的朋友们，你们能忍住不笑吗？”
Flamsteed House
天文台由另一位天文学家克里斯托弗·任恩（Christoper Wren）
设计，共分三层。厨房和洗衣房在地下，会客室、书房、餐厅和卧
室在一楼，再上面是八角形的观星室。这座最早建成的主体建筑，
称为“弗拉姆斯提德之宅”（Flamsteed House）。砌墙的砖头主要
来自提尔布里要塞（Tilbury Fort,，位于泰晤士河入海口附近），木
头和金属拆自伦敦塔一座废弃的门房，建筑所需的资金则是卖掉一
些陈旧的火药所得。后来举世闻名的格林尼治天文台，竟然是这样
以捡破烂的方式造起来的，因为查理二世并不打算在上面多花钱，
要求全部费用不超过500 镑。1675 年圣诞节前夕，外部结构完成，
次年7月10日弗拉姆斯提德与两名仆人迁入， 工程总耗资520英镑
多一点儿。台长的工资是每年100英镑，这在当时还算优厚，不过
所有观测仪器都要自己解决。
八角观星室
从这个八角形的房间里，能够观察到大部分的天区，其建筑
结构也适宜于放置十七世纪那种特别长的折射式望远镜。除了望
远镜和一个用来测天体高度的象限仪，房间里最重要的工具就是
两只摆钟。在寻找测量经度的方法之前，必须先确定地球的确是
以均匀速度自转的。为此，“英国钟表业之父”托马斯·托姆皮
恩（Thomas Tompion）为天文台特制了两只摆长13英尺（将近4米）
的钟，精确到每年只差两秒。弗拉姆斯提德借助它们发现，在当
时的观测技术下，地球确实在匀速自转。事实上，地球自转中微
小的不规律性是到20世纪30年代石英钟表问世之后才被发现的。
本初子午线
接下来的工作是画一张精准的天空星图，为此必须把望远镜
固定架设在一条子午线（或纬线也可以）上，记录星星出现在子
午线上方的时间。在同一条子午线上作数千次观测，将不同时间
的数据对比、融合，就能画出较准确的星图。但是，任恩设计的
天文台是在一座塔楼的地基上造起来的，朝向稍微有点偏西，并
非正对着子午线方向。弗拉姆斯提德于是弃八角房间不用，在花
园里造了一个小棚子，装上可以开合的屋顶，在砖墙上标出自己
的子午线，此后43年如一日地在伦敦清冷的空气里观察星星位置
的变迁。
弗拉姆斯提德于1719年去世，次年，天文学家埃德蒙·哈雷
（Edmond Halley）成为第二任台长。他发现，画着子午线的砖墙
有点下沉，就在东侧造了一座新的子午线墙，并增设两架象限仪。
此后，天文台每增添一架固定望远镜，就在东边再添一个新房间，
观测所用的子午线也因此东移一点儿。今天的游客从八角房间里
下来，穿过小花园，走进自西向东排列的子午线房间，可以先后
看到弗拉姆斯提德、哈雷、布拉德利（James Bradley,第三任台长）、
艾利（George Biddell Airy，第七任台长）的四条子午线——艾利
的子午线就是1884年被确定为国际本初子午线、一直沿用直今的
那一条。
第三任台长布拉德利堪称史上最精确的观察者之一。他首先
发现了“光行差”，即由于地球绕太阳转动而导致观察到的恒星
位置在一年不同的时间里不太一样的现象，这一发现使天体观测
的精度达到了新的水平。他还发现，因经过格林尼治的天顶而备
受该天文台观测者青睐的天龙座γ星，其位置在3天之内会变动1
弧秒之多，这是光行差无法解释的。最终，他确认这是月亮引力
导致地球自转轴进行圆锥式摆动所致，称为“章动”，其周期接
近19年。
1749年，英国军需部拨给布拉德利一笔钱，让他造自己的观
察站。于是，他在哈雷的房间左边建了一个新的观测室，确定了
自己的子午线并架设观察仪器。巴黎天文台和格林尼治天文台合
作首次测量两台之间距离时，英国方面的基准就是布拉德利的子
午线。它还是1801年元旦英国国家地图测绘机构Ordnance Survey
出版的第一张地图的基准，并作为英国官方的本初子午线沿用至
1850年，直至艾利设置了新的子午线。今天，Ordnance Survey出
版的地图仍以布拉德利子午线为本初子午线。
在国际本初子午线诞生之前，各国出版的地图都以自己的首
都或主要天文台所在经度为零经度点，这其中的感情因素当然很
可以理解。航海家们有时候还喜欢另搞一套，以某次航行的起点
为零经度点，给出“好望角东26度32分”这样的滑稽数据。1634
年，法国的里舍利厄大主教在巴黎举行会议，以加纳利群岛为本
初子午线所在地，与托勒密当年的设定相同。后来，英国击败了
荷兰和西班牙，成为新的海上第一强国，所出版的航海历广为流
传，其中所用的格林尼治子午线也逐渐成为实际的标准，被大多
数航海家接受。1884年10月，在华盛顿举行的国际子午线会议决
定，以格林尼治天文台的艾利子午线作为国际本初子午线（Prime
Meridian）。
地面上的这条金属线就是本初子午线。脚踏两个半球，感觉真的很酷。
自1999年12月起，子午线房间的激光器还射出一束绿色激光划破夜空，称
为“千年激光子午线”。
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