贯穿整个电影的背景，是经度的测量。在大航海时代这是个持续了几百年的天文技术难题。自15世纪到17世纪，欧洲的船队出现在世界各处的海洋上，寻找着新的贸易路线和贸易伙伴。哥伦布发现美洲大陆更使各国纷纷投入对远洋的探索。然而远洋航行最大的问题在于导航，导航就必须知道船只位置，经度和纬度。
纬度相对容易测量，用个六分仪测量出北极星跟水平面的夹角，就是纬度。经度就不同了，地球一直在转，没有任何天然的办法确定零经度的位置，只能人为规定。同样，也没有任何天体能够用来直观地显示经度的差异。在解决经度测量之前，标准的航海定位方式是定时测量船只的航速（节），然后按指南针给出的航行方向，在海图上标明船只现在的位置。
这种定位方式精度自然不高。于是，古代的航海只能沿着海岸线走，那些往来于欧亚非之间的商船都必须沿着固定的航道行驶，依靠汪洋中的海岛确定自己的位置。否则等待船员的就是死亡。当初郑和下西洋就是如此，所以他最远只能到达非洲，不可能发现隔海相望的美洲大陆。
2013年上影的一部由 史泰龙 / 阿诺·施瓦辛格 主演的电影，《金蝉脱壳 Escape Plan》里面也有个情节，用土制六分仪测量了纬度，但是没法测量经度。大致位置只能靠主角们用其它线索推测。
难道经度就无法测量吗？窍门其实是有的，那就是时间。地球每24小时自转一周，也就是360度。于是，每个小时就相当于经度的15度。只要知道两地的时间差异，就可以知道两者之间的经度差了。举例来说，如果知道某地的正午12点正好是伦敦的上午10点，那么就说明此地在伦敦东边30度的地方。
于是，经度的问题就转换成一个等价的问题：如何测量两地的时间差。有以下几种方法：
一、钟表法
1530年，荷兰数学家 伽玛·弗里西斯（Gemma Frisius）提出用钟表来测量时间差。按照他的设想，可以做作一台钟表，始终保持某地（比如伦敦）的时间，然后带着它来到新的地点，利用太阳高度测量当地时间，再和伦敦钟表做对比，就能知道此地和伦敦的经度差。这个设想看似简单，但在弗里西斯的时代，钟表的制作工艺非常原始，每天快慢几分钟是家常便饭，这样的精度根本无法胜任测量经度的工作。
二、月角距法
既然人工制造的机械装置无法准确计时，人们很自然地把目光转向天空。事实上，人类早期对天文的兴趣绝大部分来自计时的需要，因为人们发现，只有天体的移动是完全守时的，太阳月亮和星星们组成了一个巨大的“天钟”，替人类预报时间。
1514年，德国天文学家 约翰尼斯·沃纳（Johann Werner）提出利用月亮的移动来测量经度。他通过观测发现，月亮在天空中的相对位置每时每刻都在改变，大约每小时移动一个月亮直径的距离。他假定地球上观察到的月亮行为都是一样的，只要在两地分别观测月亮，准确记下它移动到某个位置的时间，就能算出两地的经度差。
但是，这个“月角距法”也有自己的问题，那就是缺乏准确而又完整的星表。再加上月亮的移动规律仍然无法预测，因此也还有很多工作要做。这两个同一时期被提出来的方法，在之后的两百多年里进行了一场经度测量的竞争。
三、木卫法
当时制作地图的人已经知道，为了测量某地的经度，只需要等到一个共同的天文事件，然后让各地的天文学家在这个事件发生时准确记下当地时间就可以了。这个天文事件可以是月亮和某个星星相遇的时刻，也可以是月食。事实上，很早就有人利用发生月食的机会，测量出了不少大城市的准确经度。
但是，这个方法一来不能经常使用，二来不适用于远距离测量，因为月食覆盖的范围并不大。天文学家需要找到一个天文事件，发生的频率足够大，距离地球也足够远，对于地球上所有的观察者来说都是同时发生的。
1610年，著名的意大利天文学家伽利略（Galileo）通过自制的望远镜，找到了这样一个天文事件。伽利略用自制的望远镜发现了木星的4个卫星。它们以极快的速度绕着木星公转，转速和轨道都极有规律。伽利略潜心观察了6年，确定无误后把结果写成一个奏折，上交给了西班牙国王菲利普三世。因为当时菲利普三世颁布了诏书，宣布设立经度奖金，任何人只要找出海上测量经度方法，就可以获得2000杜卡托（Ducat，西班牙货币）的奖励。然而由于评审官们疲于应付其它一大堆不切实际的设想，没人留意到伽利略的方法。好在不仅是西班牙对解决经度问题感兴趣，包括葡萄牙和意大利在内的许多欧洲国家都出台了各自的奖励措施。伽利略没有放弃自己的想法，他继续观察木星，不断修改自己的数据，并于1638年把这个方法提交给了荷兰政府。因为一些意外的原因，荷兰政府直到1641年才决定派国内顶尖科学家克里斯蒂安·惠更斯（Christiaan Huygens）前往意大利和伽利略讨论此法的可行性。可是，还没等两人会面，伽利略就去世了，这个方法暂时被搁置了起来。
各种测量方法的发展
一、钟表法
伽利略第一个提出了用摆锤测量时间的原理。据说他在教堂留意到天花板上吊下来的灯的摆动，用脉搏测量了摆动周期发现很稳定，只跟摆绳长度有关。1656年荷兰科学家惠更斯用此原理制造了世界上第一台摆钟，目的就了解决航海中测量经度的问题。后来为了解决航海中的晃动他发明了螺旋平衡弹簧用来取代钟摆。但是当年的钟精度仍然太低不能用来航海测量经度。
二、月角距法：重新得到重用
在法国人放弃“月角距法”之时，英王查理二世也听说了这个方法。1675年他找来天文学家弗拉姆斯蒂德，在伦敦郊外的格林尼治村建成了一座天文台，来干这个事情。具体来说，弗拉姆斯蒂德 的主要工作就是在天空中划定一条假想的零经度线，然后准确地记录每颗星星通过这条线的时间和所处的高度。只有积累了足够多的数据，才能准确地画出一张具有实用价值的星表。
1725年，在弗拉姆斯蒂德 去世后的11年，他的遗孀和助手才终于整理完所有的数据，出版了《不列颠星表》（Historia Coelestis Britannica）。这本书记录了3000个星星的位置，准确到10秒弧度，是当时世界上最准确的星表。
三、木卫法：得到重视
1667年，在法国国王路易十四的支持下，法国总理 科尔波特（也是个业余科学家）建造了巴黎天文台，试图在那里彻底解决经度问题，然后名正言顺地把巴黎天文台所在地定为本初子午线。一开始 科尔波特 试图用“月角距法”。然而对月亮观察3年之后，觉得月亮运行轨迹太复杂，放弃之然后推广伽利略的“木卫法”。“木卫法”对于之后的绘制精确的世界地图起了重要作用。但是“木卫法“依然没法解决航海的经度测量问题。因为精确观测木卫需要高倍望远镜，当时的技术没法在摇晃的船上观测。
供稿：广州市天文爱好者协会 罗震宇 文字整理：麦博
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