地球经度和纬度

当我起了玩心，就用由经线和纬线织成的大网在大西洋中捕捞鲸鱼。

——马克·吐温，《密西西比河上》

在我还是小姑娘的时候，有个星期三，父亲带我外出游玩。他给我买了一个缀着珠子的铁丝球，我很喜欢它。轻轻一压，便可将这个小玩意收成一个扁扁的线圈，夹入双掌。再轻轻一扯，又可让它弹开，变成一个空心球。它在鼓起来的时候，很像一个小小的地球。那些铰接在一起的铁丝，就像我上课时在地球仪上看到的用细黑线画出的经纬线一样，都是些纵横交织的圆圈。几颗彩色的珠子，不时从铁丝上滑过，就像是航行在公海上的轮船。

那次，父亲肩着我，迈开大步，正沿着纽约第五大道走向洛克菲勒中心。我们停下脚步，注视着将天和地扛在肩上的阿特拉斯2的铸像。

阿特拉斯高举在肩的青铜球，跟我手里玩的铁丝球一样，也是用假想的线围成的透明世界。赤道、黄道、北回归线、南回归线、北极圈、本初子午线……即便在那时，我也可从罩在球面上的方格中，辨认出一套功能强大的符号系统，它能表示出地球上实际存在的所有陆地和水域。

如今，经线和纬线所处的统治地位比我40多年前所能想象的还要牢固，因为这么久以来它们纹丝未动，而它们所辖世界的格局却发生了变化——大陆在日益广阔的海面上漂移了，国界也因战争或和平一再地得到重新划定。

我年幼时就掌握了分辨经线和纬线的诀窍。纬线，或称平行纬线圈，确确实实是相互平行的。从赤道到两极，它们环绕着地球，形成一系列逐渐缩小的同轴圆圈。经线则是另一番景象：由北极绕到南极，再绕回来，形成一个个大小相同的大圆，因此，它们都汇聚于地球两极。

在古代，至少是在公元前300年时，人们的头脑中就已经有了纵横交织的经线和纬线这种概念。公元150年，地图制作家兼天文学家托勒密3在他绘制的人类历史上第一本世界地图册中，为27张地图画上了经纬线。在这本划时代的地图册中，托勒密还将所有的地名按字母次序排出了索引，并根据旅行家们的记录尽可能精确地给出了每个地点的经度和纬度。只是，托勒密本人对外部世界的认识也不过是基于空想。在他生活的那个年代，人们普遍抱着这么一种错误观念：生活在赤道上的人会被酷热烤化，变成畸形。

托勒密将赤道标记为零度纬圈。他这种选择并非出于主观臆断，而是从他的前辈们那里找到了具有权威性的依据。他们在观察天体运动时，从大自然中得到了启发。在赤道处，太阳、月亮和行星差不多都是从正上方经过。同样地，南北回归线这两条著名纬线的位置也是根据太阳运动确定的——它们表示了太阳的视运动在一年中的南北界线。

不过，托勒密可以根据个人意愿自由地选定本初子午线（即零度经线）的位置。他选的本初子午线穿过了邻近非洲西北海岸的幸运群岛4。后来的地图制作家们先后将本初子午线挪到亚速尔群岛、佛得角群岛以及罗马、哥本哈根、耶路撒冷、圣彼得堡、比萨、巴黎和费城等许多地方，最后才确定在伦敦。因为地球在旋转，经过地球两极画出的任何一条经线都可以作为基准的起始线，根本没有什么差别。至于本初子午线究竟设在何处，这纯粹就是一个政治问题。

经线和纬线的方向不同，这是连小孩都看得出来的表面差别。除此之外，二者之间还存在着实质性的差别：零度纬线由自然法则确定，是确定不变的，而零度经线则时时在移动，就像沙漏中的沙子一样。这一差别决定了纬度可以轻而易举地得出，而要测定经度（尤其是在海上测定经度）则困难重重。在人类历史上相当长的一段时期里，如何测定经度的问题甚至难倒了世上最聪明的人。

任何一位称职的水手都可以根据白昼的长短、太阳或一些常见恒星距离地平线的高度，相当精确地测算出他所处的纬度。克里斯托弗·哥伦布5在1492年就是“沿纬线航行”的——他顺着一条直线航道横渡了大西洋。他以这种方式航行，要不是被美洲大陆挡住，本来肯定是可以抵达印度的。

经度的测量则不同，因为它牵涉到了时间。一个人要确定自己在海上的经度，就必须知道船上的时间，以及始发港或另一个经度已知的地方在同一个时刻的时间。领航员可以将这两个时间之差转换成地理上的间距。因为地球要24小时才能转完一个360°的整圈，所以每小时转1/24圈即15°。于是，轮船和出发地之间的时差每相差一小时，就表示它的经度向东或向西变化了15°。在海上航行时，每天太阳升到最高点的那一刻，领航员可将自己船上的时钟拨到当地正午时分；然后查看始发港时钟，于是两个时间每相差一小时就可换算成一个15°的经度差。

同样15°的经度也对应着一段航行距离。在赤道处，地球的周长最大，15°的经度跨越的距离足有1 000英里。而在赤道以南或以北的地方，每度对应的里程数就会变小。1°的经度在全世界范围内都等价于4分钟的时间；但是若折合成距离，1°的经度会由赤道上的68英里逐渐缩短，直到变为两极处的0英里。

同时获取两个不同地方的精确时间，是计算经度的先决条件。今天，随便找两块廉价手表就能轻而易举地完成这项任务。但是，直到摆钟时代，还是没法做到这一点。在一艘颠簸的船上，摆钟可能会摆得太快，可能会摆得太慢，甚至还可能完全停摆。如果从一个寒冷的国度启程开往一个位于热带的贸易区，沿途温度的正常变化会让时钟的润滑油变得稀薄或黏稠，会让其中的金属部件发生热胀冷缩，同样会造成上述灾难性的后果。此外，气压的升降以及地球重力随纬度不同而发生的细微变化，也可能会影响到时钟的快慢。

在探险时代，尽管配备了当时最好的海图和罗盘，但由于缺乏测定经度的实用方法，伟大的船长们都曾在海上迷失过方向。从瓦斯科·达·伽马6到瓦斯科·努恩涅斯·德·巴尔波7，从费迪南德·麦哲伦8到弗朗西斯·德雷克爵士9，他们都是靠了幸运女神的援手或上帝的眷顾，才不由自主地抵达了“目的地”。

由于越来越多的航船启程，去征服或开辟新的领土，去发动战争，或者在异域之间运送金银与货物，因此各国的财富就在海面上漂来送去。然而，没有哪艘航船掌握了确定本身位置的可靠手段。于是，无数的船员在猝不及防中遇难身亡了。单单是发生在1707年10月22日的一起海难中，就有4艘回航的英国战舰在锡利群岛（Scilly Isles）附近触礁，致使将近2 000名将士死于非命。

在长达4个世纪的时间里，整个欧洲大陆都在积极寻求解决经度问题的方案。多数欧洲国家的君主最终都参与了这场运动，其中就有大名鼎鼎的英国国王乔治三世和法国国王路易十四。“巴恩提”号（Bounty）的威廉·布莱10船长和伟大的环球旅行家詹姆斯·库克11船长都曾带着一些比较有希望成功的经度测量方法，到海上去检验它们的精度和可行性。库克船长在暴死于夏威夷之前，曾在三次远洋探险中进行过这类试验。

一些著名的天文学家试图借助“钟表机构般的宇宙”来迎接经度问题的挑战：伽利略、卡西尼12、惠更斯13、牛顿和哈雷14都曾求助于月球和星星。人们在巴黎、伦敦和柏林建起了规模宏大的天文台，想以天文观测的方式来测定经度。与此同时，有些愚钝痴迷的人则提出了另外一些较笨的办法，比如先将信号船以某种方式停泊到外海一些精心安排的位置上，然后再通过船上的伤狗吠叫或火炮轰鸣的声音来传递信息。

在寻找经度问题解决方案的奋斗历程中，科学家们还受启发作出了一些别的科学发现，并由此改变了他们对宇宙的认识。这其中包括首次精确地测定了地球重量、星际距离以及光速。

时间在流逝，却没有找到一种真正管用的方法。于是，寻求经度问题的解决方案，就像寻觅“不老泉”15的位置、永动机的秘密和炼铅成金的秘方一样，也蒙上了一层传奇色彩。一些海洋大国（包括西班牙、荷兰和某些意大利的城市国家）的政府，则纷纷以提供累积奖金悬赏可行方案的方式，不时掀起人们解决这个问题的热情。英国国会还在1714年通过了著名的“经度法案”，设立了一笔丰厚程度相当于“国王赎金”的巨额奖金（折算成今天的货币约合数百万美元），以征求一种“切实可用的”经度测定方法。

英国钟表匠约翰·哈里森是一个机械设计与制作方面的天才，他开创了便携式精密计时科学，并为解决经度问题的事业奉献了毕生精力。他完成了连牛顿都怀疑是否可能完成的伟业——他发明的时钟就像那不灭的火种一样，可以将始发港的真实时间带到世界上任何一个偏远的角落。

哈里森出身平凡却聪明绝顶。他曾与同时代一些举足轻重的人物几度交锋。他结下了一个特别的仇敌：第五任皇家天文官（Astronomer Royal）内维尔·马斯基林牧师（Reverend Nevil Maskelyne）。这个人和哈里森争夺那份令人垂涎的丰厚奖金，并在某些紧要关头耍出了只能称作“不公平竞争”的卑劣伎俩。

哈里森没有受过正规的教育，也没有给哪个钟表匠当过学徒，但是他却造出了一系列几乎不存在摩擦的时钟。这些钟不用上油，无需清洗，而且还是用防锈材料制成的。此外，不管周遭怎么颠簸摇晃，它们的运动部件之间总是能保持完美的平衡。他舍弃了钟摆，并在时钟内部以适当方式将不同的金属组合在一起，使得一种金属成分因温度变化而出现的热胀冷缩能被另一种金属成分的变化抵消，从而保持了时钟速率的恒定。

然而，科学界的精英们却不相信哈里森的“魔箱”，并漠视他的每一项成功。负责颁发经度奖金的委员们——内维尔·马斯基林也是其中一位——每次都看怎么有利于天文学家而不是哈里森之类的“工匠”获奖，就怎么修改竞赛规则。但是哈里森的方法终究还是凭借其实用性和精度胜出了。哈里森的后继者们又对他那复杂而精巧的发明在设计上进行了成功的改造，使之得以批量生产和广泛应用。

经过40年的抗争，年迈体衰的哈里森终于在乔治三世的庇护之下，于1773年获得了那份本应属于他的奖金。在这40年中，哈里森经历了政治阴谋、国际战争、学术诽谤、科技革命和经济动荡等种种考验。

所有这一切以及许多其他的线索，都和经线交织在一起。如今卫星网络能于须臾之间将一艘船定位在几英尺的范围内；在这样一个年代，将这些缠结的头绪一一解开理顺，回顾它们的故事，也可以让我们以一种全新的目光来看待地球吧。