 《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（下）
——英国格林尼治天文台
 碧声 |  |
一位钟表匠的杰作
尽管用天文方法确定经度方面取得了一些进展，但并未能达到
有效的精度，而且用起来也太麻烦。1707年，英国皇家海军的四艘
舰艇在意大利西西里岛附近触礁沉没，死亡人数约2000人，超过后
来的泰坦尼克海难。公众为这一悲惨事故所震惊，敦促政府寻求精
确确定经度的方法。1714年，国会任命了由多位专家组成的“经度
委员会”，由牛顿领导。委员会悬出巨额赏金征求经度问题的解答，
许诺误差不超过60海里的方法可获1万英镑， 不超过40海里者1万5
千镑，误差30海里以下的则可获2万镑—— 这在当时是一笔惊人的
巨款。荷兰、西班牙、法国也已悬出类似的巨额赏金。
重赏之下必有勇夫，种种千奇百怪的设想送到经度委员会的案
头。其中最可笑的大概是，某人士声称他发明了一种神秘的“怜悯
之粉”（听起来好像RPG游戏的道具？），如果把这种粉洒在曾经
使人或动物受伤的刀子上，伤者就会感到与当初受伤时同样的疼痛。
这位建议者说，可以用一把刀刺伤一群狗，每条出海的船都带上一
条狗，但刀子留在伦敦。每天伦敦时间的正午，伦敦方面把怜悯之
粉洒在那把刀子上，海船上的狗狗们就会立刻感到痛而“汪！”起
来。这样，航海者就知道，此时是伦敦时间的正午了。把船所在地
的时间与伦敦时间进行比较，就可以算出经度——毫无疑问，经度
委员会对这个绝妙主意一点也不感兴趣。其它方法还包括在主要航
道上设置固定的驳船，每条船在夜里都点上火；封装在巨大真空瓶
子里的永动机；等等。
约翰·哈里森
最终解决这一问题的，不是天文学家，不是数学家，而是一位
钟表匠约翰·哈里森（John Harrison）。他出生于1693年，是一位乡
村木匠的儿子，通过自学掌握了制造钟表的原理和技能。1730年，
他带着研究了4年的航海钟设计方案离开家乡林肯郡前往伦敦， 去
见当时的格林尼治天文台台长哈雷。哈雷友善地接待了哈里森，并
把英国当时最优秀的钟表匠乔治·格拉罕姆（George Graham）介绍
给他。后者对哈里森的计划大感兴趣，借给他250 镑钱来制作这个
台式的大型航海钟。
哈里森的第一台航海钟H1
6年之后，哈里森的第一台航海钟（后称为H1）问世了， 它有
两个对称联结的钟摆，可以抵消海船晃动的影响。在格拉罕姆的安
排下，H1被介绍给科学界和经度委员会，引来许多惊叹。在第一次
海上试验中，H1的表现相当不坏，但哈里森并不满意。他没有做第
二次试验，而是向经度委员会申请资金，再设计更好的钟。第二台
航海钟H2的设计里有一些弱点，很快就被放弃。此后的19年里，哈
里森一直在反复地重造H3，为他提供资金的经度委员会开始失去耐
性和信心了。
1753年，哈里森委托一位钟表师按照他的设计造一个怀表式的
小钟，用来检验大钟的精度。当他试用了这块表之后，立刻醒悟到
自己27年来完全走错了路：用高频振子来制造小型的钟表，会比大
钟稳定得多。当然这也不能怪他，在那个时代，根本没有人会想到
怀表这样的小东西可以作为严格的计时器。1755年，哈里森再次向
经度委员会申请资金制造H4，但后者已经不喜欢航海钟这个主意了。
1731年，约翰·哈德利（John Hadley）发明了反射式象限仪， 使航
海者可以更精确方便地测定天体之间的夹角。与此同时，新出版的
月亮运动图表给老的“月距法”——用月亮相对于恒星的视运动来
确定经度——注入了新的活力。
改变世界的H4
尽管如此，哈里森仍于1763年拿出了与他的前三个航海钟完全
不同的H4：一块直径13厘米、重1.45千克的大怀表。他的儿子威廉
带着H4两度出海测试其性能，在第二次航行中，H4在47天的时间里
误差为39.2秒，比经度委员会最高奖金所要求的还要精确。 然而经
度委员会说，这可能只是一个侥幸。他们要求哈里森把H4的制造方
法交给格林尼治天文台台长，才能获得2万镑奖金的一半， 另一半
则要其他钟表商按照哈里森的设计造出相同的表来通过可重复试验
（这倒是非常正确的）才支付。哈里森起初不同意，但委员会的态
度非常强硬，他只好屈服了。于是，其他的钟表匠来制造H4的副本，
而哈里森和儿子则着手制造H5。其间又有种种波折，最终在国王查
理三世的帮助下，哈里森终于拿到了剩下的奖金，但不是以奖金的
名义。所以严格说来，哈里森并没有获得经度委员会的全部奖金，
但他被承认为解决经度问题的人，这也就够了。
1766年，当时的天文台台长马斯克林内（Nevil Maskelyne，第五
任台长）出版了英国第一本航海历（The Nautical Almanac），其中以
3小时为间隔，给出全年月亮相对于太阳和主要恒星的位置。航海者
查阅航海历，对照头顶的星空图象，可以确定自己所在地的当地时
间。哈里森的H4则解决了航船上如何得知格林尼治时间的问题。时
间差即为经度差，人类终于能够准确定位精度了！尽管早期一位钟
表匠造一块怀表要花几年时间，但此后几十年里，航海钟还是逐渐
得到普遍应用，装备于贸易船、渔船和英国皇家海军。英国的对外
扩张与侵略史里，航海钟的推动作用不可忽视。现在我们有了原子
钟和全球卫星定位系统，可以迅速准确地计量时间、定位经纬度，
比航海钟和航海历要方便得多了。但在那个时代，H4的问世的确是
一项重大变革。
格林尼治平均时间
19世纪中叶，英国各城镇还是各用各的时间标准，以太阳在本
地子午线上方的时间为正午，因此尽管英国本土的东西跨度不大，
各城镇时间仍不免会相差几分钟，在美国这样的大国就更严重了。
有一段时间，美国的80个铁路系统各自按当地时间运作，火车时间
表对乘客来说简直是一场恶梦，他们到一个地方就得重新校准一下
自己的表，以免误车。现代的铁路、邮政、电报系统都需要一个全
国乃至全球统一的标准时间。
从1833年开始，每天下午1点， 格林尼治天文台顶端风向标上
的一个红色皮球就会升起又落下，泰晤士河上的航船根据这个“时
间球”调整时钟。选在下午1点的原因， 是正午时分太阳过子午线
上方时天文学家们太忙了，顾不上时间球的事。这是世界最早的公
共标准时间服务项目之一，也是当年吸引游客的一大景观。后来时
间球被雷打坏了，换成了金属球。此后，天文台又开始通过人工校
准或电脉冲的方式向全国发送格林尼治时间。1880年8月2日起，格
林尼治平均时间被定为英国标准时间。
天文台门口的钟：“本钟为全世界指示时间”
格林尼治平均时间的“平均”是什么意思？由于地球自转轴的
倾斜和公转速度不完全均匀，每一天的长短并不完全一样，因此日
晷等天文仪器指示的时间与钟表指示的时间会有一些差异，最多可
达到16分钟之多。“平均太阳日”是以一年时间总长度除以天数所
得的平均数值，以此衡量的时间称为平均时间。1884年10月的国际
子午线大会，不仅确定了格林尼治子午线为国际本初子午线，并且
同意以格林尼治平均时间为国际标准时间。
格林尼治的退隐
在建成之后大约150年的时间里， 天文台的工作人员始终只有
台长本人和两名助手。到19世纪末，全职工作人员增加到25名左右，
其中约一半人承担庞杂的计算工作。一些助手本身也是出色的天文
学家，但大多数助手的生活相当单调辛苦——而且清贫，因为台长
往往比较看重对天文学的献身精神，觉得给助手发太多薪水是不好
的。据说有一任台长拒绝了国王（或女王）提出给他本人加薪的建
议，说是薪水再高的话以后来当台长的人就不是冲着天文学来的了。
进入20世纪，科学家们逐渐感觉到，格林尼治不再是一个适宜
做天文学研究的地方。附近的电站和火车干扰磁力仪器，空气污染、
光污染日趋严重，影响天文观测效果，再加上战争的压力，天文台
的观测和研究工作陆续分离出去。1946年，天文台宣布搬迁到苏塞
克斯郡；1948年，台长离开，从此“皇家天文学家”不再是格林尼
治天文台台长的同义词。1954年5月进行了最后一次定点观测， 格
林尼治小山作为英国第一天文台所在地的历史结束。现在，大多数
观测数据和研究资料藏于剑桥，观测和研究工作分散于爱丁堡天文
台、加纳利群岛的北半球天文台等地。
天文台远景：最右边是最早建成的Flamsteed House，往左是较矮的
子午线观测室，最左边的半球内部是19世纪末安置的反射式望远镜
目前，格林尼治小山上的天文台旧址作为旅游和教育基地向公
众开放，属山脚下的国家海事博物馆管理。在常年绿草如茵的格林
尼治公园里沿林荫道而上，看着山坡上三三两两的游人和在树上窜
来窜去的松鼠，望着天文台既不高大也不豪华的建筑，十分轻松闲
适。但本初子午线的说明“经度0度0分0秒”， 还有门口砖墙上大
钟的“本钟为全世界指示时间”，仍传递着船坚炮利的大英帝国当
年那种霸气的残余痕迹。
格林尼治天文台
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