WITFLOW · 贸易旧事 / 航海钟 · 时间与位置

一只走得准的钟,
怎样帮海船找到港口?

从一只航海计时器,读懂时间怎样成为海上的位置线索。

货已经装上船,船长还得回答另一件事:我们到底走到哪里了?在十八世纪,判断一艘船在海上偏东还是偏西,是个难题。一只看起来像大怀表的计时器,后来成了寻找答案的工具。它为什么能帮海船认路?[1][3]

船能往前走,却未必知道走到哪

远洋航行需要知道船的位置。纬度回答南北,经度回答东西;格林尼治博物馆介绍,到 1700 年,熟练海员已经能确定纬度,准确判断海上经度却仍缺乏可靠的方法与仪器。[1]

对于运货的船,这不只是地图上的一道题。馆方指出,随着国际贸易增长,船难中损失的生命与货物,让各航海国家更迫切地寻找测定经度的方法。[1]

船要把货送到港口,先得知道自己与那个港口处在怎样的位置关系上。

把一个地方的时间,带到另一个地方

经度为什么会和钟表有关?

地球一昼夜转过一圈。如果比较同一时刻两个地方按太阳确定的当地时间,差一小时,就对应十五度的经度差。当地太阳升到最高处时是正午;另一个地点,此时未必也是正午。[2]

于是,有了一个思路:在船上测出当地时间,再与一个已知位置的参考地点的时间比较。

难处在后半句。船已经离开陆地,怎样一直知道那个参考地点此刻几点?[2]

随船带一只可靠的钟,就能把参考地点的时间保留下来。若这只钟在航行中越来越快或越来越慢,时间差里便混进了钟自身的误差,算出的经度也会跟着偏。[2]

这只钟的任务,因此比提醒船员几点吃饭更苛刻。它要在长途航行中,持续保住一个远方地点的时间。

大怀表里,藏着海上的位置线索

英国制钟者约翰·哈里森(John Harrison)长期研究这个问题。他的第四件航海计时器 H4 于 1759 年完成。格林尼治的馆藏记录说明,这件仪器采用了稳定、高频的摆轮设计。[3]

1761 年,哈里森的儿子威廉带着 H4 前往牙买加试航。馆方记述,在驶向马德拉岛的途中,威廉借助它判断,船会比船员预期更早看到陆地。[4]

一件仪器的价值,就落在这样的判断上:船究竟走到了哪里,对前方陆地的预期是否需要修正。

试航之后仍有争议,后来又进行了巴巴多斯试验。H4 的表现需要检验,制造方法是否能让别人做出类似仪器,也成为审查的问题。[4]

一只钟做成了,还得有更多船用得起

H4 给出了重要的技术答案,却没有让所有船立即拥有精密计时器。

馆方指出,早期航海天文钟价格很高,推广缓慢。后来制钟者简化设计,让它们更便宜、更容易生产,到十九世纪初才得到更广泛的采用。[4]

从一件成功的仪器,到更多船能用上的工具,中间还隔着制造与成本。

海上的定位也有其他办法。哈里森工作的同时,以月亮与星体观测确定经度的方案也在发展;钟表成为其中一条重要路径,而航海仍需要观测与判断。[4]

回头看,货船多带上一只走得准的钟,是为了把时间差变成位置线索。货物要跨过海洋,靠的不只是船能走多快;知道自己走到了哪里,才能更有把握地接近要去的港口。

资料来源

  1. Royal Museums Greenwich:Time and Longitude gallery ↗。支持纬度与经度的历史难题,以及国际贸易、船难与经度研究的关系。返回引用:123
  2. Royal Museums Greenwich:What is longitude? ↗。支持经纬度、当地太阳时间与参考地点时间的比较原理;一小时对应十五度。本文只解释基本思路,不提供实际航海计算教程。返回引用:123
  3. Royal Museums Greenwich:H4,馆藏编号 ZAA0037 ↗。支持 1759 年完成、稳定高频摆轮设计及器物身份;未复用馆藏图片。返回引用:12
  4. Royal Museums Greenwich:Longitude found — the story of Harrison’s timekeepers ↗。支持牙买加与巴巴多斯试验、马德拉判断、复制制造要求、其他经度方案,以及早期价格与后续推广。返回引用:1234