英国的悬赏

    1714 年，在对解决经度问题的强烈需求下，英国成立了一个“经度委员会” （Longitude Board）。委员会找来牛顿咨询（就是那个脑袋被苹果砸了的牛顿）。牛顿认为，钟表法理论上是可行的，只不过目前的钟表精度太低。牛顿也认为，“月角距法” 也是可行的，但天文学家还有很多事情要做。委员会认真考虑了牛顿的意见。1714年7月8日，英国政府正式颁布了一项“经度法案”，法案规定，凡是有办法在地球赤道上将经度确定到半度范围内的人，奖励2万英镑；将经度确定到三分之二度范围内的人，奖励1.5万英镑；将经度确定到一度范围内的人，奖励1万英镑。这笔钱在当年是巨款。

钟表匠与天文学家的竞争

工匠精神——约翰·哈里森

      约翰·哈里森出于1693年3月24日出生在英国约克郡。他对机械有着天生的敏锐，19岁的时候自己折腾出一台摆钟。到1727年哈里森开始关注到经度奖金这个事情，他想出来了解决船上摇晃对钟摆的影响。他得到当时格林尼治天文台的新台长哈雷（计算出哈雷彗星的那个哈雷）的支持。在其随后一生中他一直专注于航海钟的研发并得到了经度委员会的预付款资助。一生中研制了代号为H1，H2，H3，H4 和 H5 的5代航海钟。哈里森花了五年的时间于1735年完成第一个航海钟 H1。他向代表经度委员会的皇家协会展示H1。这是第一个委员会认为值得一试的航海钟。1736年，哈里森跟随着HMS Centurion 号航行到里斯本，随后搭乘HMS Orford返航。出航时航海钟没能准确计时，但返航时却表现极佳，船上的船长与导航员对它的设计赞赏有佳。依据导航员的计算，船只的位置与 哈里森H1所预测的只偏东差60英哩。在之后的委员会会议中，哈里森表现出工匠的偏执。他主动指出H1 的几个设计不足处，说我可以把它做得更好！于是，经度委员会当即同意了哈里森的要求，预支给他500英镑，供他再制造一台新的改进型航海钟。

      H2 于1741年研制完成。但是当时英国在跟西班牙打仗，因此委员会没有急着让其进行航海测试，先在陆地上进行严格的试验，结果良好。但是，哈里森却又一次提出了反对意见。原来，他在H2完成之后才意识到，原先的设计不能抵抗船只转弯时造成的离心力，因此每次改变航向都会对航海钟带来一个微小的误差。哈里森又向经度委员会申请了500英镑，并保证将会做出一台“世界上最完美的钟表”。然而H3的研发不甚顺利，哈里森曾数次向经度委员会提出延期，并申请经费支持。经度委员会满足了他的要求，一共给他拨过5次款，每次500英镑。直到1757年H3才完工，花了17年。在H3研制期间他领会到小型的表或许较容易设计掌控，决定放弃用大型弹簧轮摆作的航海钟。1755年，哈里森再一次向经度委员会申请延期，他打算把过去的设计推倒重来，制造一块航海用的怀表。2年之后，也就是1759年，H4 问世了。跟它的三位兄长相比，H4是个名副其实的小不点。它的直径为13厘米，重1.45公斤，做为怀表略微大了点，但仍然可以很容易地装进一个银表盒里，随身携带。

      在随后的航海测试中（由于当时哈里森已是60多岁，由其儿子威廉代替他出航横渡大西洋测试），在经过81天航行后H4 经过核对证实只慢了5分钟，估计经度误差1.25经分，远超奖金要求的精度。

      船只返航后，哈里森要求委员会付他20,000英镑的奖金，但委员会却认为此成果只归因于他的好运气而要求进行第二次测试。 委员会不相信只花了6年研发制作的表能符合决定准确经度的要求。哈里森十分生气并坚持要拿到奖金，这争议闹上了国会，国会决议颁发5,000英镑给哈里森，但他拒绝奖金而决定进行第二次测试，航海表随船航行到巴巴多斯桥镇 —— 然而，在巴巴多斯桥镇等待检验H4 的，是哈里森的一个竞争对手，英国天文学家内维尔·马斯基林（Nevil Maskelyne）。不过还好，马斯基林并没有对数据做手脚。关于马斯基林的情况后面介绍。

      1765年，两种结果都被呈献给委员会，但委员会还是认定表的准确性是纯粹运气。后来经由国会再次议定预支给哈里森10,000英镑，请他证明可以复制另一只准确的表。同时，第一只表必须交给皇家天文学会测试他长时间的准确性。然而由巴巴多斯返航后的马斯基林被提名进入皇家天文学会，进而成为经度委员会的成员。他替航海表写了一份评论极差的报告，因此哈里森的表尽管两次测试皆表现优异仍不被委员会接受。

      当第一只表被委员会测试时，哈里森开始制作他的第二个航海表(H5)，但他同时感受到委员会对他的监视。三年后他再也无法忍受他遭受到这些绅士们的刁难而向国王乔治三世求援。倾听过哈里森的遭遇后国王十分震怒。他亲自于皇宫中测试二号航海表。在1772年五月至七月间的十个星期内，他发现表的误差一天只有0.3秒。国王于是命令国会颁与哈里森全额奖金。最终于1773年，在哈里森80岁时，他领到国会因他的贡献成就而颁给他的8,750英镑。

“既当球员又当裁判”的天文学家 ——内维尔·马斯基林

      在哈里森研制 H1-H4的时间里，天文学家也在着手解决经度测量问题。当然，作为天文学家，肯定是想通过天文测量来解决问题。很多人相信日月星辰的运转是最有规律的，不相信海员的生命能依托于人类制造的钟表上。

      前面提到的1725年出版的《不列颠星表》为”月角距法“提供了基础。在此后，能测量星星之间夹角的象限仪被发明出来。另外，瑞士数学家欧拉（就是你们数学课本里的那个欧拉）解决了月亮轨道的计算，德国人 托比厄斯·迈耶（Tobias Mayer）制作出准确的《月球表》，都为”月角距法“奠定了扎实的根基。

      第三任皇家天文台台长-詹姆斯·布拉德利（James Bradley）拿到《月球表》，认为精度已能达到奖金要求范围，因而大力支持用”月角距法“测量经度。他派出多名天文学家到各地进行观测验证。其中一人名叫内维尔·马斯基林。

      1761年在外派观测金星凌日（1761年6月6日）的过程中，马斯基林多次用利象限仪和月球表测量了海上的经度，结果很满意。1762年回国后，他立刻出版了《英国海员指南》（The British Mariner’s Guide）。这本书相当于《月球表》的英译版配上“月角距法”的使用说明书。从此，海员们终于有了一个测量经度的实用的方法，而天文学家手里又多了一张可以和哈里森对抗的王牌。

      布拉德利当上皇家天文台台长后自然也成为了经度委员会常委。在哈里森的H4出海后，他派马斯基林同样去巴巴多斯。一来再次验证“月角距法”，二来代表经度委员会检验H4 的精度。这当然让代哈里森出海的儿子威廉非常不爽。

      诚然大家会觉得在此事情中天文学家充当了既是球员又是裁判的角色不公平。但关键是这本质上还是个天文问题，天文学家一方面有需求研究测量方法，另一方面，有能力检验其他人的方法的，还只能是天文学家。

      客观来说，虽然马斯基林是经度委员会成员，但经度委员会对哈里森的航海表的评价应该还是中肯的。并且要求他重复测试，复制出一个航海钟并达到同样精度，并且公开图纸，也是出于严谨而且对社会大众负责的要求。不过由于竞争关系，很难说在里面没有他的私心。

      当时他力推的“月角距法”并非完全占优，除了说每个月有几天看不到月亮之外，最致命缺点是计算量太大了。数学功底好的观测员每次大概要计算4、5个小时。

      马斯基林的对策是暴力穷举。雇佣了一批学生计算出一整年的月距数据。1766年，马斯卡林出版了第一卷《航海年鉴和天文星历》（Nautical Almanac and Astronomical Ephemeris），把1767年整年的月距和经度的关系列举了出来。海员只要有这本年鉴，就可以把计算经度的时间从原先的4个小时缩短到现在的30分钟。往后这本年鉴就一直出版。

胜利属于工匠

      哈里森的航海钟的检验最终由英国著名的探险家詹姆斯·库克（James Cook）进行。经度委员会让库克船长带上由另一位钟表匠仿制H4 的航海钟，称K1，于1772年第一次出海。航行中库克船长不断对比钟表法和“月距法”，他的航行日记里对航海表十分赞赏，而使用 K1 所会制出的南太平洋航海图也十分精确。钟表法终于扬眉吐气。

      在英国国王乔治三世介入下国会经过审视之后颁发余下奖金之时（1773年），即是哈里森得到官方的承认为解决经度难题的人，尽管当时的经度委员会仍然不肯接受。这场惊心动魄的经度之战最终以哈里森胜出而告一段落，而此时的哈里森已经79岁了。

      回过头来看，这场竞争最后的胜利来的并不光彩。胜利的一方动用了政治的力量，干预了一场本来应该属于纯学术范畴的争论。只不过，因为失败的一方也不干净，而且犯规在先，使得后来的人们忘记了这一点。

供稿：广州市天文爱好者协会 罗震宇 文字整理：麦博