几个世纪以来 ， 旅行者用星星引路 。 怎么可能只通过仰望星空就知道自己在哪里呢？ 天空随着我们一直在运动 。 每天我们都像一个巨大的过山车一样 ， 以每小时800英里的速度绕着地球旋转 。 你相对于天空运动 ， 就相当于天空绕着地球旋转 ， 而不是地球旋转 。 这就是你追踪夜空 ， 就会看到的原因 。 地轴指向北极星 。 所以天空围绕着它旋转 。
当你在北极时 ， 北极星就在你的头顶上 。 当你向南移动时 ， 它会越来越接近视界 ， 直到在赤道 ， 它刚好在视界上 。 要找到你的纬度 ， 只要拿一个六分仪 ， 测量地平线和北极星之间的角度 ， 那就是你的纬度！ 由于天空随时间变化而变化 ， 经度更难计算 。 经度和时间紧密相连 ， 故决定了时区 。 假设你住在纽约 ， 你观察午夜的天空 。 再过两个半小时 ， 地球就会自转到现在的盐湖就是纽约所在的位置 。 所以纽约午夜的天空和两个半小时后盐湖城的天空几乎一模一样 。
因此只要知道时间就能确定经度 。 这在今天很简单 ， 但在古代却相当困难 。 天文学家直到17世纪才解决了这个问题 。 望远镜是1608年由一群荷兰眼镜制造商发明的 。 仅仅两年后 ， 伽利略利用这个新设备发现了环绕木星运行的四颗卫星 。 这些卫星像钟表一样有规律地运行 。 事实上 ， 卫星提供了一种极好的测量时间的方法 ， 然后天文学家用它来测量经度 。 有了这些新知识 ， 天文学家重新绘制了世界地图 。 这是墨卡托在这些发明之前绘制的地图 。
如果我们换成现代地图 ， 我们会注意到由东往西方向变化了多少 ， 而不是由于经度计算的问题导致的由北到南的变化 。 与此同时我们也发现欧洲变得越来越小 。 天文学家在了解欧洲的大小之前都倾向于夸大欧洲的面积 。 路易十四抱怨说 ， 在他的天文学家们占领了大约五分之一的国土后 ， 他因此失去的领土比他任何一个敌人失去的都多 。 1676年 ， 丹麦天文学家奥勒?罗默发现 ， 当木星远离地球时 ， 木星的卫星比预定时间晚了几分钟出现 ， 他意识到如果光从木星到达地球大约需要40分钟的话 ， 他就可以解释这个延迟现象 。
这是光具有有限速度的第一个证据 。 虽然有好几种可以在陆地上保持时间的方法 ， 但这些方法在海上的效果并不好 ， 因为摆钟会因波浪的运动而摆动 ， 而且金属零件在低温时会收缩 ， 在高温时会膨胀 。 经度问题困扰了航海家几个世纪 。 英国政府向任何能想出解决办法的人提供一笔小的财富奖赏 。 最终获奖者是一位名叫约翰?哈里森的英国木匠 ， 他花了30多年的时间去完善他的精密计时器 ， 这个精密的装置将彻底改变航海学 。
【天文|天文小科普：如何利用星星来导航？】我们仍然使用时钟导航 。 上世纪80年代 ， 美军发射了一批卫星 。 每个卫星都有一个非常精确的原子钟 ， 用来不断地广播时间 ， 然后通过信号传到地面 。 让我们假设信号需要十分之一秒才能到达地面 ， 用这个时间乘以光速 ， 你会发现卫星在19000英里以外 。 这就告诉我们 ， 我们现在在离卫星19000英里以外的一个球体上 。 如果我们用好几个卫星重复这个过程 ， 我们就可以将这些球体相交并精确定位 。 你的GPS就是这样工作的！
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