英国、爱尔兰游记(16)英国-伦敦-皇家格林威治天文台-“经度之战”与航海钟

文摘   旅游   2024-06-03 05:31   浙江  
我们离开伦敦塔,坐车去皇家格林威治天文台。

离伦敦城8公里的泰晤士河畔,有一座闻名世界的小山峰-格林威治。从海上经过泰晤士河河口进入伦敦的船只,必须从这里经过。15世纪初,英国王室就将其作为防守伦敦的要塞,在这里设置炮台和瞭望塔,用来监视泰晤士河上的舰船。英国王室在这里还修建了许多宫殿,周围的山林草地,则是王室养鹿、放鹰和打猎的御苑,当时的国王曾把格林威治称为逍遥宫

1675年,英王查理二世决定在格林威治山顶的瞭望塔处建立英国皇家天文台。那时英国正在跨越大洋扩张势力,但海上航行只能凭借日月星辰来判断船只所处的纬度,而无法确定其经度。英王相信研究星象能为远洋航海提供保障,因此规定皇家天文台的任务是寻求确定经度的办法,改善航海与天文学。到公元1767年,经过几十年的研究,格林威治的皇家天文学家们摸清了主要天体的准确位置和运行规律,制成世界上第一张海图。英国的海员可以根据星星的位置确定船的方位。公元1884626,国际经度会议通过决议,以通过格林威治天文台的经线为本初子午线,即零度经线,以此计算地球上的经度;以格林威治为世界时区的起点;以格林威治的天文台的计时仪器来校准时间。从此格林威治因其天文台而闻名于世。公元1924年,格林威治天文台第一次通过英国广播公司向太空播发时间信号,使世界无线电听众可以根据这种时间信号校正自己的钟表。

1997年格林威治被列入《世界遗产目录》。世界遗产委员会评价:位于伦敦的格林威治和附近的花园分别是17世纪和18世纪以科技和艺术两种风格建造的典型建筑物。都铎王朝和斯图尔特王朝统治时期宫廷生活的中心,英国1718世纪天文与航海史的见证。

著名的皇家格林威治天文台就坐落在格林威治公园中。
格林威治公园是伦敦至今仍然开放的皇家公园中最古老的一座。公园的林荫大道气势非凡。
这是公园里的大草坪。
我们沿着林荫大道一直往前走。大道的左侧有一座建筑,这就是皇家格林威治天文台(Royal Observatory Greenwich)。
再往前走是彼得·哈里森天文馆。
2007年,皇家格林威治天文台完成了耗资1500万英镑的改建工程,建成当时世界最高水平的新天文馆——彼得·哈里森天文馆彼得·哈里森天文馆是一个拥有120座位的数字激光天象放映馆,于2007525日开幕。天象放映馆使用3D软件,以蓝色、红色和绿色激光器和光栅光阀(GLV)技术展示各种令人赞叹的天文现象。此外,一个天文和时间画廊以及劳埃德教育中心也同时建成,并对公众开放。它有关于星系和整个宇宙的画面你将会发现星系是怎样形成、发展、甚至消亡的,你会被现代技术发展的成果所吸引。
我到劳埃德教育中心里面去看了一下。孩子们在劳埃德教育中心使用天文望远镜。我的闪光灯打扰了他们。
我在约翰·哈里森天文馆多逗留了一段时间,旅友们都走远了。我加快脚步,快走到林荫大道的尽头时碰到导游,他给我一张门票。原来这里是格林威治天文博物馆,需要购票入内。
大门入口的墙上,镶着一台公元1851年安装的24小时走字的大型标准钟,报告各国通用的世界标准时,也就是格林威治时间。
博物馆坐落在世界本初子午线,经线上。
房顶上的红球是天文学家约翰·庞德在1833年安装的报时球,在整年中的每一天都准时的在下午一点落下。
这是屋前小花园里的海豚日晷,一种利用太阳投射的影子来测定时刻的装置。
博物馆里有一座子午宫,一条宽10多厘米、长10多米的铜质子午线镶嵌在大理石中,笔直地从宫中伸出来,这就是闻名世界的本初子午线
本初子午线上的锥体朝北倾斜51.5°(格林威治纬度),指向北极星。锥体的上端成水平,垂直于51.5°的那个面。它定义了赤道,将地球划分为南、北两个半球。北面垂直指向天顶,即天空的最高部分。
1884年,来自全世界的天文学家在美国华盛顿召开了国际子午线大会,正式宣布格林威治子午线为全球的本初子午线。因为经度和时间是一对不可分割的冤家,因此,格林威治时间也就顺理成章地被定为国际标准时间的零点。

本初子午线像磁石一样吸引着来自世界各地的游客。游客在旁边排起了长长的队伍,等待进去拍照。一对夫妻分别站在本初子午线的两侧,接吻留念。也就是说即使一个人在东半球,另一个人在西半球,也相爱到永远。

一位女士双脚跨在这条铜线的两侧,拍照留念。
我走进博物馆。这是约翰·佛兰斯蒂德的卧室。
约翰·佛兰斯蒂德(John Flamsteed1646819日-17191231日)是一位英国天文学家,也是首任皇家天文学家。恒星的佛兰斯蒂德命名法即是由他所发明的。
天文观测是一项枯燥的工作,佛兰斯蒂德是一个耐得住寂寞的人。他的长处就是他的毅力,这是天文学家必不可少的一项品质。自从担任了天文台台长之后,他把家安在了这里。平时他基本不下山,坚持每天观察,从不间断。具体来说,佛兰斯蒂德的主要工作就是在天空中划定一条假想的零经度线,然后准确地记录每颗星星通过这条线的时间和所处的高度。只有积累了足够多的数据,才能准确地画出一张具有实用价值的星表。为此,他直到46岁才娶了一位23岁的女士为妻,两人很恩爱,但没有生小孩。佛兰斯蒂德去世后11年,他的遗孀和助手终于整理完佛兰斯蒂德通过观测而得到的数据,出版了《不列颠星表》(Historia Coelestis Britannica)一书。这本书记录了3000个星星的位置,准确到10秒弧度,是当时世界上最准确的星表。
花一点时间,介绍一个发生在300年前的动人故事经度之战
300年前,纬度可以通过中午太阳在天空中的角度确定,而经度位置的确定相对复杂。英王颁布法例称,不管在哪里,为了确定所在位置的经度来精准服务于航海和天文学,我们决心在格林威治公园内建造一座小的天文台1707年,一支英国舰队在英国沿海的锡利群岛遭遇海难,导致数艘船只沉没,近两千名船员丧命。这一事件震动英国朝野。1714年,英国议会成立了一个由专家组成的经度委员会,设立高达2万英镑(相当于今天的200万英镑)的巨额奖金,鼓励人们找出更好的计量方法。当时人们正在探索的方法有两种:月距法时间法
时间法如何测量经度呢?地球每24小时自转一周,也就是360度。于是,每个小时就相当于经度的15度。只要知道两地的时间差异,就可以知道两者之间的经度差了。举例来说,如果知道某地的正午12点正好是伦敦的上午10点,那么就说明此地在伦敦东边30度的地方。于是,经度的问题就转换成一个等价的问题:如何测量两地的时间差。
1530年,荷兰数学家伽玛·弗里西斯(Gemma Frisius)提出一个设想。制作一台钟表,始终保持某地(比如伦敦)的时间,然后带着它来到新的地点,利用太阳高度测量当地时间,再和这台钟表对比,就能知道此地和伦敦的经度差。这个设想看似简单,但在弗里西斯的时代,钟表的精度很低,根本无法胜任测量经度的工作。
佛兰斯蒂德在担任天文台台长之后,找到当时英国最好的制表匠,号称英国钟表业之父的托马斯·汤姆皮恩ThomasTompion),从他那里定做了两台摆钟,钟摆长达4,每天的误差小于两秒,这是当时世界上最准的钟表。
这是博物馆里存放的托马斯·汤姆皮恩(Thomas Tompion)的天文校准时钟,格林威治,伦敦,公元1676年。
如果采用钟表法测量经度的话,可以计算出钟表每天的误差不能大于3秒钟。托马斯·汤姆皮恩的摆钟每天误差不超过两秒,但是它是一台钟摆长达4的庞然大物,而且还是在陆地上工作。所以,当时没人能够想象得出如何才能造出这样一台钟表,能够抵抗远洋航行的干扰。
这个问题是由钟表匠约翰·哈里森解决的。哈里森做出了两大发明。第一,他设计了一种新式擒纵器,并根据它的样子起名叫做蚂蚱。擒纵器是钟表的核心部件,它在钟表的动力源(比如弹簧)和计数器(比如钟摆)之间建立了联系,负责把能量传递给计数器,同时把计数器的脉动传递给钟表指针。通常,擒纵器是摩擦的主要来源,但哈里森设计了一种像蚂蚱腿似的擒纵器,几乎完全没有摩擦,这就极大地提高了钟表的精度和抵抗环境变化的能力。第二,哈里森设计了一个烤架式钟摆。如前所述,钟摆的长度对摆动频率影响极大,而金属的热胀冷缩是早期钟表不准的最大的原因。哈里森通过实验知道,铜和铁有着不同的热胀冷缩比,于是他把9根长短不同的铜棍和铁棍并列在一起,组成一个像烤肉架一样的东西,两种金属不同的胀缩程度相互抵消,于是钟摆的长度就不受温度的影响了。他制作的塔钟每个月误差不超过1秒钟,其精度达到了前所未有的高度。如此高的精度完全得益于这两项新技术,哈里森单枪匹马引发了制表业的一次革命。但是要想适应海洋,他的塔钟还需克服不少新的困难。哈里森经过4年的努力,终于想出了解决船只晃动的办法。他设计了一种平衡摆,两只钟摆的两头分别用一根弹簧连接在一起。这样一来,一根钟摆受到的震动就会被另一根钟摆所抵消,无论船怎么摇晃,都不会影响这种平衡摆的频率。
哈里森一生制作了四台航海钟,称为H1-H4,现在都被格林威治博物馆收藏。1776324,老哈里森去世,享年83岁。
经度之战获奖者让人们足足等待了半个多世纪。不是天文学家,不是科学家也不是数学家,而是来自约克郡的一个钟表匠——约翰·哈里森。1773年,哈里森的钟表被认可,它是大航海时代发生的革命性的巨变,使安全的长距离海上航行成为可能。哈里森的钟,也被称为H4海洋计时器,如今陈列在格林威治供游人参观。
这是博物馆里保存的哈里森的H2航海钟,现在依然在走。
由于时间紧促,我没有一一拍摄H1H3H4。另外几件曾在历史上为天文和航海提供精确的守时的人造计时器也是展示品。
钟的玻璃上有些反光,时间太紧,没有办法。
我又在博物馆里逛了几个房间,这是其中的一个。
一块指示牌上印着一段富有哲理的话:时间和格林威治,保持时间--从太阳到原子
格林威治皇家天文台的先人们为人类做出的伟大贡献给我留下了极深刻的印象。哈里森的4台钟表、肯德尔的K1、马斯卡林的《月距表》、《航海年鉴》一起,静静地为游客讲述一个发生在300年前的动人故事经度之战。参与经度之战的著名科学家还有伽利略、牛顿、哈雷等。有兴趣的朋友可以看一下有关的文章。
1995年,卫星定位法正式进入商业化时代,远在太空中的24颗定位卫星终于彻底地把航海钟和《航海年鉴》送进了博物馆。
走出博物馆。博物馆大门外立着一尊詹姆斯·沃尔夫将军雕像General James Wolfe Statue。奇怪得很,詹姆斯·沃尔夫将军和格林威治天文台一点关系都没有。
詹姆斯·沃尔夫(1727-1759年),18世纪中叶英国陆军名将。1759年,英国对加拿大的远征开始了。英军主力,目标直指法军军事指挥中心所在地--魁北克。陆军9200人,由詹姆斯·沃尔夫少将指挥。从7月开始,英法双方展开了3个月之久的拉锯战,称为亚伯拉罕平原会战(又称为魁北克之战)。就在英军获得全面胜利之时,沃尔夫却不幸被3颗子弹击中,摔落马下,随后气绝身亡。年仅32岁。名画《沃尔夫将军之死》,再现了他战死时的场面。这尊雕像1930年就矗立在此,詹姆斯从此始终面向旧皇家海军学院和格林威治码头,神情专注。
2014919我曾到加拿大魁北克游览,亚伯拉罕平原会战的战场现在是加拿大国家战争公园(炮台公园)。

从雕像往前走就是格林威治山顶,站在那里向北眺望,景色很美。
天文台山脚下宽敞的草地上一字排开三幢17世纪的古老建筑,方正庄严,那是玛丽女王二世的寝宫和过去的英国皇家海员医院学校——1933年后成为国家海事博物馆。再往北去,是原格林威治皇家海军学院的旧址;继续往北不远,泰晤士河在明媚的阳光下静静地向东流淌。泰晤士河边有一个格林威治码头游客可以坐船到格林威治游览。
中午我们在格林威治公园外的川妹子餐馆吃午餐。

850分开始,我们马不停蹄地看了白金汉宫、威斯敏斯特大教堂、威斯敏斯特宫、唐宁街、伦敦塔、皇家格林威治天文台等,还乘坐了泰晤士河游轮。现在是下午112分,用时4小时22分,效率惊人。

餐后我们去大英博物馆。

老魏游记
读万卷书,行万里路。
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