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大航海时代【英国海上霸主的专属武器-航海钟】

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发表于 2019-11-19 15:35 | 显示全部楼层 |阅读模式

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本帖最后由 海尚帆友俱乐部 于 2019-11-19 15:02 编辑

      对十八世纪的英国来说,在航海过程中水手测量船只所在的纬度很容易(上篇文章中已经详细阐述了“六分仪”测量纬度的方式),但如何精确测量经度在当时仍是一个难题。
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      上篇也提到:经度的测量,可以通过比较太阳上中天时地方时与出发地的时间之差得出。因此要精确测量经度,水手需要一个准确的计时器。用计时器得知家乡的时间,再通过观察太阳位置得知所在地的时间,水手就可以计算出船只所在的经度。

      十八世纪初期设计的计时器木制运转结构

      但是,当时的计时器是摆钟,行船过程中的颠簸和温湿度的变化都能使摆钟产生巨大的误差。由于航海家难以测量经度,经常发生航船因错估位置而触礁的海难。

     那么面对这个难题,英国当时如何解决的呢?而后又给英国成为海上霸主带来了什么捷径之路呢?

     1714年,英国政府设立“经度奖”,悬赏两万英镑(相当于今天的几百万英镑),奖给能找到测量经度方法的人。
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约翰.哈里森

      英国钟表匠约翰.哈里森这位自学成才的钟表匠开始用自己的办法(时间方法)解决这个悬赏的挑战。他经过多年思考,设计出一套方法,并画了张草图,亲自去伦敦给当时的第二任皇家天文台台长埃德蒙德 哈雷(Edmond  Halley,哈雷彗星就是以他的名字命名的)。哈雷把哈里森推荐给了伦敦最好的钟表匠乔治.格拉姆(George Graham),后者从自己的口袋里拿出250英镑作为制作经费,给哈里森使用。哈里斯花了5年时间终于造出了第一台航海钟(后人把它命名为H1,意思是哈里斯1号)。
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H1

       这台1米见方、重达34公斤的庞然大物采用了哈里森发明的“蚂蚱腿”装置,即用两根弹簧把两个金属钟摆的两头连在一起。这样一来,钟摆的摆动频率摆脱了重力影响,不怕海上的颠簸了。哈里森带着H1进行了一次短途航海旅行,结果证明用它来测量经度比当时所有的方法都要准确。
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       到此,哈里森并不满足,他想出了不少改进办法,又制作了一台H2。没等H2完工,哈里森又发现了一个致命缺点,便又开始制作H3。H3花了他19年时间,这期间他几乎没有任何经济来源,全凭“经度委员会”预支给他的2500英镑养家糊口。H1、H2和H3都是庞然大物,因为当时的钟表界都认为只有大的钟表才会准确。
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H2
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H3
       一个偶然事件让哈里森意识到,小型高频振子才是避免受环境影响的最佳办法。那时哈里森已经60岁了,他开始制作H4。6年后也就是1759年,哈里森终于造出了一块只比怀表大一点的航海表H4。这H4携带方便,准确性也大大提高了。“经度委员会”让哈里森的儿子带着H4远征牙买加,经过8l天的海上航行,H4只慢了5秒钟,大致相当于3公里,其误差率远小于“经度委员会”制定的最大限度。
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H4

       故事并没有结束,那些坚持月距法测经度的天文学家们并没有甘拜下风,而是一同向奖金冲刺,哈里森和科学家们的竞争进入了一个白热化的阶段。

哈里森与H4的考验
       哈里森已经年迈,他决定让儿子威廉带着H4接受经度委员会的考验。威廉带着凝聚着父亲毕生心血的H4上了船。为了防止姕廉作弊,绊度委员会为了防止威廉作弊,为装表盒制作了4把钥匙,分别由威廉和3个军官保管。船在海上经历了大风大浪,紧紧地用毯子裹住钟表。经过半年的海上漂泊,H4的误差不到2分钟,这个误差范围可以让哈里森获得奖金了。但是,经度委员会的专家们又节外生枝,认为一次实验不足以证明问题,必须进行一次类似的试验才能拿到奖金。在H4再次经受测试后,经度委员会的专家们发现,H4的经度范围在10英里范围内,经度委员会只好不情愿地给哈里森一半奖金,要求哈里森把4台钟上缴,若要获得剩下的一半奖金,则必须再造两台同样的钟,以此证明设计是可复制的。

无奈的屈服
      在以马斯基林为首的经度委员会的咄咄逼人下,哈里森屈服了,不得不交出H4的图纸。马斯基林带着一批人来到哈里森家中,抄没了4台钟,竟然还笨手笨脚地将H1重重地砸在了地上。还让这4台钟“坐在”一架没有弹簧减震装置的马车,哐当哐当地穿越伦敦市区。不久,在马斯基林的主持下,H4的图纸变成了一本名叫《哈里森先生的计时器的原理插图》,H4的秘密也就公之于众。哈里森气坏了,但是在英国这样的文明社会,除了遵守君子协定之外,要想拿到剩下的奖金除了在复制一个H4之外别无他法。

哈里森的胜利
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耄耋之年的哈里森再一次拿起了工具,花了3年时间制作了H5。

       哈里森担心他与马斯基林的战斗还将继续,但是要是天不假年,恐怕见到那笔白花花的银子时,自己早已驾鹤西去。此时,他想到了一个人——英国国王乔治三世。乔治三世自己是个天文爱好者,自己有御用天文台。在H4首航归来时还曾接见过哈里森父子。当威廉向国王写信,控诉父亲大人遭到的不公待遇时,乔治三世站在了哈里森一边。然后威廉又写信给英国议会。在国会的审议下,哈里森从国库中获得了8750英镑。这场科学与技术的较量最终以哈里森的完胜告终。

海上霸主的确定

      英国人用H4航海钟解决经线问题,以此形成的世界贸易中心地位,才让位于伦敦的格林尼治天文台成为本初子午线。英国不仅垄断了国际贸易,而且垄断了时间,成为了海上真正的霸主。


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