(彩蛋)从沙漏和星盘到六分仪和航海钟

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(彩蛋)从沙漏和星盘到六分仪和航海钟

2024-04-18 18:27| 来源: 网络整理| 查看: 265

嗯,上一篇文章的反馈我都一一看过了,有人说我我的文章文笔还要稳重一些,有些人表示没有看懂我在说些什么。在这里我表示道歉,3000字的篇幅要想讲明自己的思想不是一件容易的事情,而上一篇文章的结论是以第一篇文章为基础的,日本海军建设了强大的舰队,却没有明白我们要建设一支什么样的海军。而TG的海军是在弱小的时候,就在百年的争论里确定了海军建设的方向,结果自然不言而明。不过今天我们换个话题讨论,讨论讨论一些人民群众喜闻乐见的问题。比如说关于航海定位的问题,在GPS甚至是电子管出现之前,人们关于海上定位可以说是经历了好几次发展,今天就来说一说吧。

在大航海时代开始之前,人们对于方位的定位全靠太阳或者是月亮和地面的夹角,但是如果下雨这招就基本上没用,于是阴雨天气下,方位定位就全靠指南针。不过长期直视太阳的代价是什么你们也是知道的。随着大航海时代的到来,为了更加精确的定位,一方面改良了计时工具:由原来看太阳的角度到了计时为半个小时的沙漏(但是旋转沙漏的时间仍然有着比较大的误差),一方面开始借助数学的力量,一方面先是星盘,后来是六分仪和经纬线就这样诞生了。

(图一是海军用全铜六分仪,上面可以清晰的看见滤光膜保护眼睛。如果说陆军的金属是黑色金属的话,海军的金属那就是红色金属和有色合金了,黄铜和紫铜因为耐腐蚀成为了海军经常大量使用的金属:小到铅笔圆规,大到舰船管道。

图二则是六分仪的简易操作方法,看不懂英文请自行百度。)(图源自网络)

利用时间,航速与太阳(或者月亮和星星)和海平线的夹角进行方位测定根据三角函数确定方位。并且海图技术的发展,地图和尺规也开始在海上方位测定中占有一席之地。于是在那个时候,一个罗盘,一张海图,一块钟表,一个六分仪,一副尺规以及一个训练有素的水手成为了海上航行测定方位的五大工具(五个工具有六个不是常识吗?)这就带来了好几个问题,其中一个那就是航行精度取决于时间的精确程度,按照三角函数计算我们可以看出地球自转一周是360°,时间为23小时56分钟4秒,所以每1小时太阳会向西移动15°,1分钟移动15′(4分钟相当于1°,1分钟相当于0.25°)。当两地经度相差15°时,它们的时间必定相差1个小时。当然,这个时间的误差越小越好,因为1秒钟的误差相当于赤道上460米的距离,并且1707年,英国舰队战胜法国舰队之后胜利返航的途中遭遇大雾迷失了方向,由于没有科学技术确定舰队的准确位置,导致4艘战舰撞上了海岛全部沉没。英国痛定思痛,一方面由格林威治天文台制定了更加准确的星图和航海天文历(航海天文历是为适应航海需要而编算出版的天文年历,天文年历每年更新,是天文航海的主要工具之一利用航海天文历计算伦敦时间随后算出当地时间)一方面由约翰·哈里森制作了航海表并且由库克船长试验成功。之后的大英帝国的老水手和老船长们一手握着航海表,一手查看星图和航海天文历,在导航之下,大英帝国逐渐在维多利亚时期成为了一代枭雄。所以科技才是第一生产力啊。

(哈里森制作的H4航海表内部)

(左图是哈里森H1航海表,右图是哈里森H4怀表外壳)

(真想有这么一块怀表啊)

(航海天文钟上面的筒型游丝和冲击擒纵以及双金属温差补偿摆轮,利用这些加上芝麻链动力系统这些几乎可以不用上油的机械结构,使得航海天文钟将误差率保持在每日1至2秒内,而且上图是将该技术浓缩之后的怀表,笔者也是在闲鱼上看到过这样结构的两块银怀表,交流之后发现误差甚至可以和现在的机械表有一拼(就是没钱买啊好痛苦))

(这两张图是典型的英国航海天文钟的机械结构,为了减少航海天文钟在船上的颠簸所带来的误差,也同样采用了机械罗盘的结构减少颠簸)

(图一:祖国版1993年航海天文历,图二:航海天文历内部(1970)图三:祖国版2014年航海天文历)

(以上图均源自网络)

而在海图上,人们为了一张海图也是煞费苦心,一开始海图是画在羊皮纸上的简单路线,既没有比例尺,甚至对海岸线的勘误也是亟待解决。于是在西班牙和葡萄牙对海上研究之后,一个名字叫墨卡托的商人利用等长度沿经纬度展开的方式做出来了墨卡托投影,虽然现在来看墨卡托投影有着诸多缺陷(比如将高纬度地区进行变形拉伸,这也使得俄罗斯被夸张放大了将近2 倍)之后发展了等面积投影法,但是这样的方法只能保证局部地区不会变形,但是已经足够一个片区海图使用了,并且由于方位精确测定的原因使得片区海图的精度越来越高(比如新西兰直到1995年使用的依旧是库克船长勘测的海岸线和地图)。

(海图和海图作业工具:铅笔(老式海军作图甚至会使用黄铜铅笔)分规,海图用测距三角板,航海平行尺,海图是很明显的等面积投影法制定的海图)

(海图作业的一项工作:三角板画平行航线测距离)

(人民解放军海军在进行海图作业)

(图均源自网络)

而利用海图来确定航线的方法也随之固定了下来:首先利用六分仪确定纬度和太阳高度,然后利用太阳高度,航海天文历和航海天文钟上的时间与这个时候伦敦的当地时间之差计算出经度,随后用尺规画出舰船之后的航线,航线规划基本上是大圆航线(以地球最大的切面圆为航线),等角航线(按照与地轴之间等夹角的螺旋线为航线)或者是混合航线(二者混合,适合在有浮冰的地方航行)。最后和现在舰队的航速预计将在什么时候抵达。之后人们制作出硫酸纸和透明纸之后,航线的规划就在这两种之上进行规划,既不会弄脏海图,海图也可以重复使用。虽然到了现在,海军有了卫星和GPS系列的导航,但是六分仪与航海钟,加上纸质海图,虽然看似简单,但是及其可靠的定位方式依旧被保留了下来。

现代的人啊,知道GPS都不知道几十年前人航海靠啥了,面对这种人我不想跟他说话,并且你一脸六分仪(怀表太贵不想扔)



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