【科讯】为什么我们印象中的海盗头子都是独眼龙？

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出典:科学大院 作者:王科超(中国科学院紫金山天文台)

不管是看西方小说还是看电影，都很清楚中世纪和近代的海盗船长是“独眼龙”。 这似乎成为海盗的专用象征。 是海盗船长们格斗留下的“光荣印记”吗？ 还是为了打扮得帅？ 还是有别的隐瞒？

今天从技术角度告诉我们，其实除了海盗，古代大部分船长都是“独眼龙”！

独眼海盗船长

用天文学方法测量纬度

自古以来，漂浮在茫茫的大海中。 船长们必须先处理导航的问题。 否则，如果偏离通常的航线，如果在陌生的危险水域行驶，就容易在茫茫的大海中失去身体。

现在船长可以用先进的gps系统准确地实现导航，其偏差在10米以下。 但是，古代的船长缺乏这样的便利，他们只能通过古老的科学天文学这一天然的“gps”为自己导航。

导航是明确自己在地球上的位置。 在2000多年前的古希腊时代，人们提出了地球是球体的观点。 古希腊埃拉特色尼的地球周长约为39360公里，相当接近地球的实际周长( 40076公里)。 他还建议使用由与赤道平行的纬度圈和与赤道垂直的经度线组成的地理坐标系来标定地球上的位置。 人们只要正确地测量所在地的经度和纬度，就能在地球上清楚地知道。

用天文学的方法测量纬度比较简单，北极星的地平线高度是当地的地理纬度，船员们晚上只需要测量北极星的高度和其他点亮星的位置就可以评价自己的纬度。

但是经度的测量相当麻烦。 这是因为地球在不断地旋转，没有一颗固定的星星与经度相对应。

经度测量的开始

以前的科学家认为纬度的问题可以用天文观测的方法处理，所以经度的问题也可以处理，所以天文学家们致力于制作最正确的星表来处理经度的问题。 试图用这种方法测量经度的科学家有伽利略、牛顿、哈雷等当时最优秀的科学家，但无法突破经度的正确测量问题。

古代航海时用于测量天体的六分仪

到了18世纪，经度的测定误差超过了几次，实际的地理误差超过了200英里，由于水手无法明确自己的位置，事故相继发生。

1707年，战胜法国的英国舰队回国时，遭遇大雾，在无法确定位置的情况下撞击了英格兰南部的礁石山，4艘战舰带着2000多人埋葬在海底，英国人决定处理经度问题。

1714年在英国成立了经度委员会，有人设置了2万英镑(相当于当时船长200年的工资)的巨额奖金，可以在一半以内明确经度。

出乎意料的是，这一千年的难题终于被木匠出身的钟表店哈里森发明的航海钟处理了。

当时普遍使用的经度测定法有月距离法和钟表法两种。 前者在正确的星表和月球位置得到经度，后者通过航行中的时钟和标准时钟的时间差明确经度位置。

哈里森是怎么用表测量经度的？

哈里森表测量法

地球24小时365日从西向东均等地旋转1圈，每小时旋转15度，4分钟旋转1圈，认为远星不动，所以在某个时刻s星位于a地的中天位置(也就是离天顶最近)，1小时后s到达b地的中天位置时，a和b的

因此测量经度的问题成为精确测量同一天体中天的时间差的问题，将时间差换算成经度差的式子也非常简单: 1h (时间) =15度，1min (分钟) =15角分，1s (秒) =15角秒。

1760年哈里森发明的航海钟h4终于登场了。 1762年从伦敦飞越大西洋到牙买加的81天航行中，h4总共慢了5秒，实际距离误差相当于只有3公里，误差率远远低于指定的标准。

但是，由于使用月球距离法的天文学家的干扰，哈里森在1773年之前因英国国王的干涉获得了所有最高奖项的奖金，那一年他就80岁了。

哈里森发明的航海钟

这个钟表匠发明的钟表法终于战胜了天文学家的月距离法，但这个做法的原理依然是天文学的复印件，可以说钟表匠和天文学家共同发明的“gps”共同处理了经度测量的课题吧。

但是，这个“gps”让古代的船长们很辛苦，为了明确船的纬度和经度，船长们必须用望远镜仔细观测天体的中天时刻，有时需要看到耀眼的太阳。 船长们经常用望远镜的一只眼睛直视太阳，长时间眼睛烧伤，视力退化，船长们每人都变成了“独眼龙”！