會移動的子午線：起初人們是如何運用天文學現象測量經度的？

文 ｜周冉

位於倫敦郊區的格林尼治天文台外牆鑲嵌著一個巨大鐘表，安裝於1851年，顯示的正是世界通行的格林尼治時間。每到中午12點58分，林尼治天文台屋頂上方紅球都會從桿上升起，下午1點準時滑落。航行於泰晤士河的船隻遠遠望見，通常習慣性地與標準時間對時。事實上，全球都會遵從這個標準時間，以通過這裡的零度經線為標準，計算自己所在時區的時間。格林尼治天文台能夠備受尊崇絕非易事，是幾代科學家用畢生努力換來的。

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以天文學現象測量經度，是人們最先想到的靠譜方法。伽利略認為，木星的4顆衛星每天都在上演星蝕，大約一年要發生1000次，只要掌握了其中規律，制出星蝕表，依據表格對照當時的星蝕狀況就可以判斷經度。伽利略製作的星蝕表，預報了幾個月內每一顆木星衛星的出現和消失情況。他寫信給西班牙腓力三世，並把自己的計劃交給西班牙宮廷，很快被駁回了，理由是，在飄搖不定的海上，海員要找到這4顆衛星已經十分困難了，更別說頻繁找到它們，使用這種方法要求必須是晴朗的晚上，到了白天依然兩眼一抹黑。伽利略自己也承認，即使是在陸地上，「一個人的心臟跳動，也會導致整個木星跳出望遠鏡的視野」。

伽利略終其一生都在研究這些遙遠的衛星，直到又老又瞎再也看不見它們，他發明的測量經度的方法，已經被廣泛使用於陸地。歐洲各國用這個方法重新測量了大陸邊界。路易十四曾站在依據精確測量而修訂的版圖面前說，他輸給天文學家的領土，比輸給敵人的還要多。雖然嘴上抱怨，路易十四的內心還是欽佩至極，1667年巴黎天文台的建立就得益於他的支持。

1675年，英國皇家格林尼治天文台在喬納·摩里爵士的促成下建成，查理二世任命27歲的約翰·弗拉姆斯蒂德為第一任皇家天文學家，天文台的主要任務，是制定月亮和恆星位置的準確圖表，以確定海上船隻的位置。國王指示弗拉姆斯蒂德「以最謹慎的方式並以最大的努力，校正天體運行圖表及恆星星位，以便找到人們如此熱望的海上經度，從而完善導航技術」。

英格蘭天文學家愛德華·沃爾特·蒙德正在使用格林尼治天文台的28英寸折射望遠鏡

天文台選址在格林尼治公園最高的地方，1675年7月動工，耗時近一年。頂層一個八角形房間既是弗拉姆斯蒂德的工作室，也是他的家。不過格林尼治城堡並不能很好地與子午線吻合，通過測繪，弗拉姆斯蒂德又在花園深處的一個棚子里建造了觀測台，沿著子午線架設了一部望遠鏡，根據星星運轉的規律性，以子午線為標杆，測算地球周轉間隔，比較上千次觀測數據。他每天傍晚開始，黎明結束，用了43年的時間積累數據，繪製出一張完整的星空圖。

弗拉姆斯蒂德繪製的星表《不列顛天圖》包含約3000顆恆星，雖然比以往任何一部星表都精確，但他認為這些數據仍不夠格發表，始終不肯出版。焦急等待的天文學家愛德蒙·哈雷和牛頓從天文台搞來了這些資料，在當事人不知道的情況下盜版刊行。弗拉姆斯蒂德氣壞了，認為很多星位還未被證實，草率出版會損害自己的羽毛。他收集來出版的400本中的300本，堆在一起付之一炬。

名義上是國王的天文觀測官，俸祿卻少得可憐，弗拉姆斯蒂德每年只能從國王那領取到100英鎊。天文台擁有的儀器除少數贈品外，大部分都要弗拉姆斯蒂德自掏腰包購買，他不得不業餘兼職當天文學教授，掙些學費。他曾在給好友的信中抱怨，自己每天不得不應付這些幼稚的學生帶來的麻煩。現在，約翰·弗拉姆斯蒂德在格林尼治天文台居住過的4個小房間，修繕一新後對遊人開放。

1720年，第二任皇家天文學家愛德蒙·哈雷走馬上任，就是那個偷偷幫同僚出書的傢伙，此時的他64歲，在圈內聲名顯赫。愛德蒙·哈雷最著名的成就，是成功預測了彗星回歸的軌跡，這顆彗星以他的名字命名，就是大名鼎鼎的哈雷彗星。哈雷發現弗拉姆斯蒂德制定的子午線已經出現了偏差，建議在原子午線的東北造一個新的子午線牆，同時增加兩台天文儀器。

所謂「標準」並不是一成不變，對子午線的認定必須基於嚴密的天文觀測而不是坐享前人成果，這種對待科學的嚴謹態度，在格林尼治天文台此後工作中延續下來。隨著歷史的推移，在弗拉姆斯蒂德子午線以東，出現了三條後人劃定的子午線，分別是愛德蒙·哈雷子午線、詹姆斯·布拉德雷子午線和喬治·比德爾·艾里子午線，最後這條，成為1884年最終被認定的本初子午線。以弗拉姆斯蒂德小屋為原點，每當認定了新的精確子午線，就向東再增加一個房間，逐漸形成了現在看到的子午線建築群。

28英寸格林尼治折射望遠鏡，是當時英國最大的望遠鏡，1893年完工。為了安放它，天文台特意修建

今天的人們發現，當你身處天文台掏出手機用GPS定位，顯示結果卻不是零度。這是由於受到地球自轉和地心引力影響，誕生於1851年、通過望遠鏡觀察天體運動訂立的這條本初子午線，已經出現偏差。研究人員發現，真正的本初子午線，位於天文台以東101米的地方，恰好穿過格林尼治公園裡的一個垃圾桶。

詹姆斯·布拉德雷是格林尼治天文台的第三任皇家天文學家，他是一位比弗拉姆斯蒂德還「偏執」的天文學家，終身致力於用月距法解決經度測量問題，甫一上任就一頭扎進對月球位置的觀測中。而他只是分散在全球從事這項工作的眾多天文學家之一，有些科學家，如瑞士數學家萊昂哈德·歐拉，把一生都貢獻給繪製準確的月球表這項繁複而瑣碎的工作。二人時常共享比對研究成果。

1766年，英國皇家天文台第五任皇家天文學家，內維爾·馬斯基林出版了一本實用的《航海曆》以供海上的船長們確認經度。不過使用這個《航海曆》需要大量數學運算，確定一次經度需要計算4個小時，更像是紙上談兵，後來又有改進。

回顧天文台的歷史，可以說成績斐然，但歷代皇家天文學家耗盡畢生精力，始終沒能找到可供實操的破解經度方法。

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