為什麼我們印象中的海盜頭子都是獨眼龍？

　　2016年12月02日 09:38     科學大院

　　

　　獨眼的海盜船長

　　無論是看西方的小說還是電影，我們往往會發現中世紀或近代的海盜船長都是「獨眼龍」，這似乎成了海盜的專用標誌。這究竟是海盜船長們格鬥留下的「光榮印記」？還是為了耍帥扮酷的派頭？抑或者說另有隱情呢？

　　今天我們就從技術的角度告訴大家，其實不僅是海盜，古代幾乎所有的船長都是「獨眼龍」！

　　用天文學方法測量緯度

　　自古至今，在漂浮不定浩瀚茫茫的大海里航行，船長們首先要解決的就是導航的問題，否則一旦偏離正常航線，將船行駛到陌生危險的水域就容易喪身在茫茫大海之中。

　　現在的船長可以通過先進的GPS系統精確地實現導航，其偏差甚至不超過10米。可是在古代的船長缺少這樣的便利，他們只能通過古老的科學——天文學這個天然的「GPS」為自己導航。

　　導航，其實就是確定自己在地球上的位置。早在兩千多年前的古希臘時代，人們就已經提出地球是球體的觀點了，古希臘的埃拉托色尼甚至已經測得地球圓周長約為39360公里，與地球實際周長（40076公里）已經相當接近了，並且他提出用平行於赤道的緯度圈和垂直於赤道的經度線組成的地理坐標系統來標定地球上的位置，人們只要精確測量出所在地的經度和緯度，就可以清晰地知道自己在地球上的位置了。

　　運用天文學的方法測量緯度相對簡單很多，北極星的地平高度就是當地的地理緯度，船員們只需在夜晚通過測量北極星的高度或者其他一些亮星的位置就可以判斷自己所處的緯度了。

　　但是經度的測量卻相當麻煩，這是因為地球在不停地轉動，沒有一個固定的星星對應經度。

　　經度測量的起步

　　早年科學家們認為既然緯度問題可以用天文觀測的方法解決，那麼經度問題也可以解決，於是天文學家們都致力於編製最精確的星表來解決經度的問題，用這種方法嘗試測量經度的科學家有伽利略、牛頓、哈雷等當時最頂級的科學家，可是他們都未能突破經度準確測量的難題。

　　

　　古代航海時用來測量天體的六分儀

　　到了十八世紀的時候，經度的測量誤差還是超過了好幾度，實際地理誤差超過200英里，水手因為無法確定自己的位置而失事的事情不斷發生。

　　1707年，一支戰勝了法國的英國艦隊返航時遇到大霧，因為無法確認位置而撞到了英格蘭南部的礁石堆中，四艘戰艦帶著2000多人葬身海底，這使得英國人痛定思痛，決心解決經度難題。

　　1714年英國成立了一個經度委員會，設置了2萬英鎊（相當於當時船長200年的工資）的巨額獎金懸賞可將經度確定到半度以內的人。

　　令人沒想到的是，這個千年難題最終被一個木匠出身的鐘錶匠哈里森發明的航海鍾給解決了。

　　當時通用的經度測量方法有兩種，即月距法和鐘錶法。前者通過精確的星表和月球位置獲得經度，後者通過航行中的鐘錶與標準鐘錶的時間差異確定經度位置。

　　那麼哈里森是如何用鐘錶測量經度的呢？

　　哈里森的鐘錶測量法

　　我們知道地球每24小時自西向東均勻地轉動一周，每小時轉動15度，每四分鐘便轉1度，而遙遠的星星可以認為是不動的，所以假設當某一時刻S星在A地的上中天的位置（即距離天頂最近），一個小時之後S到了B地的上中天位置，我們便可以知道A與B 的經度相差15度，並且A在B的東方。

　　於是測量經度的問題就變為精確測量同一天體上中天的時間差的問題，時間差換算成經度差的公式也非常簡單：1h（小時）=15度，1min（分鐘）=15角分，1s（秒）=15角秒。

　　1760年哈里森發明的航海鍾H4終於問世。在1762年從倫敦跨過大西洋到牙買加的81天的航行中，H4總共慢了5秒，相當於實際距離誤差僅3公里，誤差率遠小於指定的標準。

　　不過由於採用月距法的天文學家的阻撓，直到1773年哈里森才在英國國王的干涉下，如願以償地獲得了最高獎的所有獎金，那一年他已經80高齡了。

　　

　　哈里森發明的航海鍾

　　雖然這個鐘錶匠發明的鐘錶法最終戰勝了天文學家的月距法，但是這種方法的原理仍然是天文學的內容，應該說是鐘錶匠和天文學家聯合發明的「GPS」共同解決了經度測量的難題。

　　不過這個「GPS」可苦了古代的船長們，為了確定船隻的經度緯度，船長們必須用望遠鏡仔細觀測天體上中天的時刻，有時甚至需要看刺眼的太陽。船長們經常通過望遠鏡用一隻眼睛直視太陽，久而久之眼睛會被燒傷，視力退化，於是船長們一個個變成了「獨眼龍」！