科普丨沒有現代儀器，如何在海上確定方位?

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近《加勒比海盜5》正在熱映，期待了幾年之後我們又看到傑克·小麻雀船長在驚濤駭浪之間航行，在感嘆之餘我卻生出了一個疑問，這幫海盜是怎麼在茫茫大海之間確認方位的？

來來來，上張劇照，咱們來感受一下大海的寬廣。我就不相信你們在“黑珍珠號”上還能確認自己在那兒？

說到海上定位，我們就不得不談經緯度這個神奇的東西了，不要就是以為我們現代有了GPS什麼高階東西之後才用得上這些網格，早在公元前古希臘人就提出了經緯的概念，而這一理論已經過了日後的完善逐漸運用於航海上。

然而在海上確定經緯度，還是需要一些真東西的。

下面就跟著我來瞅瞅當時人是怎麼幹的！

1。緯度的確定

15世紀左右歐洲人使用十字測天儀測量緯度。

其主要由兩根木棒組成，將短杆垂直縛在長約36英寸、附有角度比例尺的長直杆上，短杆可在長杆上前後移動。短杆上下兩端各穿一孔。要探測船的緯度時，先選定一顆不動的星，海員即把長杆按前伸方向放在眼前，從其一端觀察，一面調整移動短杆的位置，直到可從其下面孔中看到地平線，而同時從上面孔中看到北極星為止。然後，記下短杆在長杆標尺上的位置，進而計算出星體高度和船隻緯度。

十字測天儀

16世紀末期，英國著名的航海家約翰·戴維斯發明象限儀，又稱“四分儀”，該儀器實際上是在十字測天儀的基礎上增加了一個反射裝置，穿過遮陽板縫隙的陽光會照射在刻度尺上，觀察者只需要直接讀出讀數即可，這種航海儀器的發明極大地推進了緯度的測量工作。隨後的幾個世紀裡又出現了八分儀、六分儀。大約在18世紀中期到19世紀之間，有關緯度的測量已經達到了一個非常精確的地步。

2。經度的確定

相較於緯度，經度的確定就難的多了。

在經度確定不成熟的年代，歐洲人沿用了很長時間的航行方法大都是航行到一個已知緯度的港口的同緯度海域，再轉而向東或向西，最終到達目的地。哥倫布西航的起始點是在加那利群島（北緯28°），它想要維持原本的緯度，但是到達西印度群島的時候受到海流的影響，事實上已經偏南了一段距離，這也是無法確定經度時的緯度航行會帶來的很正常的結果。

為了解決這些海上棘手的問題，當時的歐洲人想出了各種各樣的方法，甚至還有用木星衛星定位的高階方法，但其中最為方便的方法就是鐘錶法。

所謂鐘錶法，就是透過攜帶一隻表示著倫敦時間的鐘表，每到一處地方，透過觀測太陽的仰角確定正午，再看鐘表的讀數，就可以知道該地和倫敦的時間差，因為1 小時等於15°的經度差，那麼該地的經度就可以求出來。是不是簡單易懂！

然而這一方法在實際操作中卻很困難，過去的海員沒有精確的計時工具，當時雖然已經出現了擺鐘，但是在搖晃的船艙裡，鐘擺根本無法正常工作，最終導致週期失衡；而使用螺旋平衡發條的鐘表則會遭遇到彈簧自身的熱脹冷縮和環境溼度變化的影響，也有或多或少的計時不準。當時的人將之稱為鐘錶的「暈船病」。針對這種情況，1735年，英國鐘錶匠約翰哈里森改進了原本的鐘表，在其螺旋平衡發條上增加了一個名叫“補償弧”的裝置，由於這種補償弧的制約，極大地減小了各種環境對於螺旋平衡發條的影響，從而極大地提高了其精確程度。此後，哈里森的又幾次改進了他的天文鐘，除了在精度上有所提升之外，其外形也越來越小，並且擁有極高的精確程度。

哈里森發明的天文鐘，是航海史上最為偉大的發明之一，精確地測量經度成為了可能，進而精確的經度和緯度相結合，海船的位置就不再是秘密。