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前言现如今 , 我们普通人都可以通过手机等设备使用“GPS”“北斗”等全球定位系统进行定位 , 显示自己的经纬度 , 也可以通过谷歌等卫星地图从上帝视角观看全球各地区的海陆地理图 。
那么 , 在500甚至于300年前 , 没有先进导航定位系统 , 没有上帝视角 , 那些航海家们是如何在茫茫的大海上确定自己和位置和绘制海图的呢?
大帆船
现在我们都知道船舶在进行远洋航行时 , 必须时刻掌握船只所在的经纬度从而确认自己的坐标有没偏离目标航线 。
其实 , 这一套经纬度定位法也是从古代航海术发展演变而来的 。 自新石器晚期开始 , 随着人类活动范围的扩大 , 便开始有了航海 。 一直到中古时代 , 航海对人类来说 , 都是极其冒险的活动 , 那时的航海主要依靠山形、水势、地物作为导航标记 , 这些属于地文导航 , 由于各种条件的限制 , 地文导航的航海基本不会远离海岸线去未知海域探险 。 而后随着指南针的出现和航海术的发展 , 以日月星辰作为导航标记的天文航海时代开始了 , 人们开始敢于离开海岸线 , 深入未知海域探索 。
北极星和北斗七星
古希腊时期据说 , 人类所有的古代文献中 , 大家都一致认为地球是平的 , 直到哥伦布出海航行时 , 罗马教会所把持的解释权也认定地球是平的 , 地圆说简直就是异端邪说 , 但那些勇敢且睿智的航海家们相信地球是圆的 。
如果地圆说理论往前追溯 , 在古希腊时期的埃及亚历山大城 , 有一位天才一般的天文和地理学家 , 他就是埃拉托色尼 。
有这么一种现象引起了他的注意 。 他的友人寄给他的信中描述了一个奇观 , 埃及南部城市塞恩(今阿斯旺附近)的三角洲中有一口水井 。 在每年的夏至日的正午 , 太阳光会直射到井底 , 其他直立物体都没有影子 。
而在尼罗河口的亚历山大城 , 夏至日的正午 , 垂直物体仍会有阴影 。
于是 , 勤于思考的埃拉托色尼根据这种现象做了一个实验 。 在夏至日正午影子最短的时候 , 他测量了一根垂直木棍投下的影子的长度 , 算出了太阳与亚历山大港垂直地面方向上的角度约为7度 , 大约是地球圆周角的五十分之一 , 据此 , 他计算出地球周长约为4万公里 , 与今天测量的地球周长(40076公里相差无几) 。 那么为什么在塞恩一根一模一样且垂直与地面的棍子与太阳光的角度是0呢?
有时灵光一闪而过 , 牛顿也吃苹果 。 这位早于牛顿1800年的埃拉托色尼或许也被苹果砸中脑袋 , 灵感迸发 , 假设太阳发出的光线是平行的 , 那么自己脚下的地球就肯定是弯曲的 , 否则所有地方太阳光与垂直物体的夹角都是一样的 。
纬度的计算
有了地球是圆的概念 , 提出“地理学”的埃拉托色尼发明了经纬度的概念 , 用来定位坐标和测绘地图 。 然而遗憾的是 , 他的著作和理论遗失在历史长河中 , 不为人们所熟知 。
大海上的经纬度如何测量?经过漫长的实践积累 , 那些坚信这个世界是球形的航海家们发现自己的位置 , 即经纬度可以通过测量海平面和特定的天体(如太阳、月亮、恒星)之间的夹角来计算得出 , 于是航海术便与数学几何、天文学等学科发生了紧密联系 。
那么 , 在15至19世纪的大航海时代 , 航海家们到底使用什么样的仪器来测定经纬度呢?总的来说 , 就是天文定纬度 , 时间定经度 。
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