时间与经度的计算（经度的故事与时间法则）

“地球是圆的”，这听起来像一句废话。谁不知道呢！

然而在古代，绝大多数地球人并不知道这一点。譬如中国古人就长期认为“天圆地方”。

但也有例外。早在两千多年前，古希腊人就知道地球是圆的。有一位名叫埃拉托色尼的学者，还测算出了地球的周长，精确度超过99%。

古希腊人为什么很早就知道“地球是圆的”呢？

因为古希腊人居住在地中海周边，长年进行航海贸易。岸边的人发现：归来的船总是先看到桅杆顶部，再逐渐看到船帆、船身。而且，航海要辨别方位，需要长期观测日月星辰的位置变化。这促进了古希腊天文学的早熟。

“地圆学说”影响深远。15世纪的哥伦布正是因为相信“地球是圆的”，才相信一直向西航行，也可以到达东方的印度；从而开启了地理大发现。

对古代航海来说，定位攸关生死。因为在浩瀚无边的海面上，没有地标，也很难找到参照物。唯一可行的方法就是白天看太阳，夜晚看星座，通过观测天体的位移来推算船的定位。

如果能同时确认南北方向的纬度和东西方向的经度，该地点就有了准确的定位。于是，历代航海家尝试用各种方法来确认经纬度。

古希腊人很早就提出了纬线的概念，并掌握了计算纬度的方法。

他们观测到：太阳光线与地平线形成一个夹角，也就是太阳高度角；向南或向北移动，这个夹角会变大或变小，物体在阳光下的影子会相应变化。

在南北方向选取两个观测点，通过物体影长测算出两地太阳高度角的差值，再结合两地的直线距离，就可以推算出地球的周长。埃拉托色尼就是采用类似方法，算出了地球周长。原理并不复杂。

埃拉托色尼测量方法示意

后来，人们总结出太阳高度角与纬度之间的计算公式（即： α = 90° -[β - γ ]，其中α为正午太阳高度角，β为观察者所处的纬度，γ为太阳直射点的纬度）。

纬度划分比较简单：从赤道到南北两极，纬度各占90度；从南极到北极构成一个180度的半圆，刚好是地球圆周的一半。

我们根据已知的地球周长（大约4万公里），便可以算出：每移动一个纬度，南北相差111公里。反过来，根据南北距离或者太阳高度角的变化，也可以算出两地纬度的差值。

纬度的问题很早就解决了，但经度测量却是个难题。为什么？

因为在东西航线上，看到太阳升起的时间不一样。越往东，看到太阳越早。越往西，看到太阳越晚。

如果海船顺着太阳的运动方向往西走，那么在船上看来，太阳运行就要慢一些。如果是自西向东，太阳相对船的运行就要快一些。

这种情况下，太阳作为“自然时钟”就失灵了。你根本算不清船在海上走了多长时间，跨过了几个经度。

如何来解决这个难题呢？

首先要确定一条起始经线。英国人就想把穿越伦敦的经线作为0度经线。地球一周是360度，每天自转一周，而一天是24小时，那么，每小时就对应15度的经度差。

假设有一艘海船，早上6点从伦敦出发，向西航行8小时到达了大西洋的某个小岛。这时候，小岛上正是太阳当空的中午12点。船长心里一算：6点出发，又航行了8小时，此刻伦敦时间已经是中午14点了，小岛的时间比伦敦晚了两小时。那么该小岛的经度就应该是西经30度。

用这种方法，可以算出航路上任何地点与伦敦的经度差。这样，各地的经度不就确定了吗？

但是，如果船长随身携带的钟表走时不准，那么船长就会糊涂了，他不可能算出小岛的经度。

问题恰恰出在钟表上。

在18世纪以前，世界上只发明了摆钟。摆钟在海浪颠簸与气温变化中，根本走不准确，无法用来测算经度。于是乎，发明新式航海钟，成为了当时英国的头等攻关课题。

为此，英国专门成立了经度局，并悬赏两万英镑鼓励发明。终于在1759年，一位英国钟表匠约翰.哈里森发明了可靠的航海钟，这才解决了经度的测算问题。

约翰.哈里森发明的航海钟

此后，国际经度就采用了英国的标准。原因有两个：第一是因为英国人首创发明了新式航海钟；第二是因为英国从18世纪到20世纪初，在全球扩张殖民地，成为“日不落帝国”，实力最强。

事实上，很多通用标准的制定者，要么是技术首创者，要么是实力最强者。这大概也是一个规律。

现在的地球经度是这样规定的：

将穿越伦敦格林尼治天文台旧址的那根经线定为0度经线，也叫“本初子午线”。从0度经线开始，向东依次标明了东经15度、30度、45度……直到东经180度，向西也是一样，从西经15度直到西经180度。东西经180度重合为一条经线。

格林尼治天文台的本初子午线

经线有无数条，为什么要突出15度的倍数呢？

我们前面讲过，地球每天（24小时）自转一周（360度），相当于每旋转15度要经过1小时。反过来说，经线每隔15度就相当于1小时的时间差。

时区是这样规定的：

0度经线两侧各7.5度的范围为0时区，东经15度线左右各7.5度内为东一时区，东经30度线左右各7.5度为东二时区。同样，西经15度线左右各7.5度为西一区。

以此类推，0时区东西两侧各有十二个时区，每跨一个时区就相差1小时。每个时区中央经线上的时间，就是这个时区内统一采用的时间。

只有一个时区比较特殊，就是东西经180度所在的时区。

因为东经180度与西经180度重合，因此规定：180度以西7.5度为东12区，180度以东7.5度为西12区。

东西十二区中间是“国际日期变更线”，基本与东西经180度重合。为了让180度经线穿过的少数陆地保持日期一致，“国际日期变更线”有几处折线。

北京的经度是东经116度，所以是“东八区”。我们中国以北京时间为标准时，也就是统一采用东八区的地方时。但美国、俄罗斯不是这样，他们使用多个时区的时间。

这又是什么原因呢？我们下期再聊。

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