王貞虎
21世紀(jì)的今天,我們有很多方式可以用來計算和測量時間,但在3千多年前,人類是如何測量時間的呢?
計時的漏壺、漏刻
很早之前,用來記錄時間的工具是漏壺。一只裝滿水的陶壺,底部流失的水就像流逝的時間,漏的水越多,代表流逝的時間越長。公元前1千多年,古埃及人就會用漏水的容器計量時間。中國古代則用漏刻來測量時間,漏刻是由漏壺和箭刻組成,漏壺里頭盛水,箭刻上的刻度用來表示時間。但漏壺漏水的速度并不穩(wěn)定,滿水時,漏水較快,水快流盡時,漏水較慢。為了穩(wěn)定水流速度,得多加漏壺,讓原先漏壺的水位固定。于是東漢出現(xiàn)了二級漏壺,晉代出現(xiàn)了三級漏壺,唐代出現(xiàn)了四級漏壺。
立竿見影的日晷
日晷則是白天記錄時間的工具,用的是立竿見影的原理。太陽隨著時間在天空中運行,不同時間會有不同的日影,利用日影位置的變化,就可以來測量當(dāng)下的時刻。
日晷由一平臺晷面和一根晷針構(gòu)成。若晷面和地球的赤道面一致,和地平面成一固定角度(此一角度和日晷擺放緯度的總和是90度,例如北緯30度的晷面和水平面呈60度),這種日晷稱為赤道日晷。另外還有地平日晷和垂直日晷。地平日晷是將晷面平放在地面,而垂直日晷則是掛在垂直墻面上。不同的日晷,在晷面上的時間刻度不盡相同,赤道日晷的時間刻度比較像手表,有均勻的時間刻度,其他日晷時間刻度則不均勻,不均勻程度和日晷放置的緯度有關(guān)。
確定時令的圭表
圭表是另一種利用日影的計時工具,它被用來記錄一年的日變化。圭表是由兩根互相垂直、呈L形的石柱所構(gòu)成,以正南正北方向平放在地面的稱做圭,垂直地面的稱做表。當(dāng)正午時分,太陽經(jīng)過子午線的時候,會落影在圭上,日影的長短隨著一年四季有所變化,北半球夏至的時候,日影最短,冬至最長,南半球正好相反。圭表不僅可以用來制定節(jié)令,而且還可以用來在歷書中排出未來的節(jié)令,作為指導(dǎo)農(nóng)事活動的重要依據(jù)。
圭與子午線
《達·芬奇密碼》一書中有一段描述,西拉跑到巴黎圣許畢斯教堂挖取拱心石,根據(jù)盟主和三大長老的口供,拱心石是藏在通過圣許畢斯教堂的玫瑰線下。玫瑰線就是通過巴黎天文臺的子午線。1884年以前的本初子午線是這條子午線,之后才改成通過格林威治天文臺的子午線。但圣許畢斯教堂地上刻畫的線并不是玫瑰線,而是圭,玫瑰線并沒有通過教堂。
源于吊燈的鐘表
鐘表的雛形應(yīng)屬單擺鐘。意大利天文學(xué)家伽利略從教堂擺蕩的吊燈上發(fā)現(xiàn)了單擺原理,即吊燈擺蕩的幅度和擺動的周期無關(guān),也就是說擺蕩幅度大與小所花的時間是一樣的,這種穩(wěn)定的周期特性正好可以用來計時。幾十年前掛在墻上的時鐘,很多都是利用擺垂來計時。
鐘表除了計時的功用外,還可以用來確定地球的經(jīng)緯。14世紀(jì),歐洲進入航海探索的時代。要在茫茫大海當(dāng)中找到船只的位置,光靠太陽或夜晚星座是不夠的。從開始航海活動的400多年后,船長要在船上量出經(jīng)緯度,還是件非常困難的任務(wù),甚至因為迷航,造成18世紀(jì)初英國四艘船艦觸礁,大約2000名水手淪為波臣。
地球的緯度是和所在位置對應(yīng)的北極星高度有關(guān),而地球經(jīng)度是和當(dāng)?shù)貢r間有關(guān)。若有精確的鐘表,就可以換算出當(dāng)時的經(jīng)度。1770年,英國鐘表匠哈理遜制造出哈氏5號航海鐘,精確度可達每日誤差僅1/3秒。在哈理遜長達30多年的研發(fā)下,航海鐘成為助力英國成為海上強國的神器之一。