书城童书我的第一本地球科学探索发现
6775800000014

第14章 重大发明与发现(6)

对南方大陆的最终发现是由英国人库克完成的。1770年4月29日,经过一年半时间的海上跋涉,库克率领英国探险队来到当时被称为“新荷兰”的岛屿附近,发现了山脉和树木,库克判断这也许是一片新大陆。库克利用上岸修船的机会,考察了当地的地理、气候和动植物。他认为这个地方适合于人类的生存,所以他就将整个澳洲大陆的东海岸宣布为英国的领土,并命名为“新南威尔士”。至此,南方大陆的西、北、南、东均已发现。这是人类认识世界过程中一次重大的突破。自古以来的“未知南方大陆”之谜终于完全解开了。几年后,作为英国在海外最大的犯人流放地的美国爆发了独立战争,最终导致英国失去了北美殖民地。在这种局势下,英国国王决定将澳洲作为英国新的海外犯人流放地。1788年1月26日,第一批英国流放犯人在悉尼港登陆,澳大利亚从此诞生。1月26日因此被定为澳大利亚的国庆日。库克船长也被誉为澳大利亚的建国之父。

人们以锲而不舍、勇敢无畏的精神谱写了熠熠生辉的澳大利亚探险史。从19世纪50年代开始,这块曾经神秘的南方大陆上许多重要的金矿被一一发现,让澳大利亚迅速致富和发展。现在的澳大利亚是世界上唯一独占一个大陆的国家,面积居世界第六,占大洋洲陆地总面积的85%。

“画”了两千年的经纬线

一座城市不论有多么大,有多少居民住户,邮递员总会找到各家各户的准确地址。人们先把城市分成若干区、若干街道,再把每户编上门牌号码,随便你找什么单位或住所,只要知道街巷名称和门牌号码,都能很快地找到。科学家们也是利用类似的方式,给地球表面假设了一个坐标系,这就是经纬度线。

经纬网是由一组基本上互相垂直的经线、纬线构成的。其实,并没有谁真正在地面上去划出这些线条,而是科学家们通过计算,在地球仪上或者在地图上画出的假想线。但为了“画”这两条假想线,人类差不多花费了两千年的时间。

公元前334年,梦想征服世界的亚历山大大帝率军东征,随军地理学家尼尔库斯沿途搜索资料,准备绘制一幅“世界地图”。他发现沿着亚历山大东征的路线,由西向东,无论季节变换与日照长短都很相仿。于是他第一次在地球上划出了一条纬线。这条线从直布罗陀海峡起,沿着托鲁斯和喜马拉雅山脉一直到太平洋。

大约在公元前240年,被称为“地理学之父”的古希腊学者埃拉托斯尼通过两地之间不同的正午时分的太阳高度及三角学计算出了地球的周长。后来他画了一张有7条经线和6条纬线的世界地图。

公元120年,古希腊天文学家托勒密综合前人的研究成果,认为绘制地图应以已知经纬度的定点做根据,提出地图上绘制经纬度线网的概念。为此,托勒密测量了地中海一带重要城市和观测点的经纬度,编写了8卷地理学著作,其中包括8000个地方的经纬度。

在托勒密之后的一千多年内,关于确定经度的问题,一直没有获得重大进展。从13世纪起,欧洲的航海事业获得蓬勃发展。在这些大规模的航海活动中,由于要到达一些距离出发港口十分遥远的陌生地方,用罗盘、铅垂线及对船速的估计,来确定这些陌生地方的地理位置,就很不可靠了。1567年,西班牙国王为解决海上经度测定问题,提供了一笔赏金。应征“西班牙经度奖”最有名的人物,当数意大利天文学家伽利略。他用自己制作的望远镜,发现了木星的卫星和卫星食现象。卫星食出现的时刻,对地球上任何地方的人来说几乎是严格相同的,因而就可以利用这一现象来测定两地的经度差,其原理同月食法是一样的。而且木星卫星食的现象,平均每个晚上可以发生一、两次,比一年只有一、两次的月食要常见得多,因此,只要能对木星的卫星食现象作出准确预报,测定经度的问题也就基本解决了。1616年,伽利略以这个方法向西班牙申请经度奖,但西班牙人对此不感兴趣。经过一番旷日持久的书信往来,到1632年,伽利略放弃了应征西班牙经度奖的念头。1642年,伽里略与世长辞,他发现的测经度的方法再也无法付诸实现了。但是,人类在解决经度测定问题上,仍然朝着既定的目标在一步一步迈进。

1657年,一个新的转折点出现了。著名的荷兰天文学家惠更斯发明了摆钟,从而为测定经度提供了高精度的计时仪器。1667年,法国建立了巴黎天文台。英国也在1676年9月15日建成了格林尼治天文台。各国天文台的相继建立,为编制高精度的天体位置表铺平了道路。1757年,船用六分仪问世。这是一种手持的轻便仪器,它可以测量天体的高度角和水平角,将所得结果与天文台编制的星表对照,就可以测定船舶所在地的当地时间,从而最终解决了海上船舶的经度测定问题。

人类虽然经过艰苦的努力最终找到了测定经度的方法,但这个领域的发展并没有就此止步。特别是进入20世纪后,随着卫星、激光、无线电等技术手段的出现,经纬度的测定正在朝着更高精度的方向发展。

现在地球上重要的经纬线包括本初子午线,日界线,赤道,南、北回归线,南、北极圈线,东经160度和西经20度线等。其中,本初子午线是地球经度的起点,本初子午线由此通过,世界时间由此开始计算。它位于英国伦敦城东南8公里处的格林尼治天文台,故国际标准时间通称为“格林尼治时间”;日界线也就是国际日期变更线。国际上规定,把180度经线作为国际日期变更线,它是地球上新的一天的起点和终点。地球上的年、月、日更替,都从这条线开始;赤道线是地球南、北两部分的分界线,太阳在每年的春分(3月21日前后)和秋分(9月23日前后)两次直射赤道线。南、北回归线是太阳直射点能够到达地球最南或最北的界线(南、北纬23度26分),之后又将调头回归赤道。北回归线在我国穿越台湾、广东、广西和云南4省(区)。其中,台湾和广东两省都先后在其北回归线上建立有北回归线标志塔;南、北极圈线是指南、北纬66度34分的纬线圈。在极圈内,会出现太阳日夜不落的“极昼”现象和终日不见太阳的“极夜”现象;东经160度和西经20度线是地球东西半球的分界线。这两条线穿过的地区基本上是海洋。

地球上两个不同的地点,可以有相同的纬度或经度,但不可能两者都完全相同。因此地球上不同的地点、不同位置都可以用经纬度来表示。例如问北京的经纬度是多少?我们很容易从地图上查出来是东经116度24分,北纬39度54分。根据经纬线可以确定方向,知道一个地点的经纬度,就可以在地图上找到它所在的位置。

“本初子午线”的重要意义

要画出一张世界地图来,必须确定经度起算点也就是0度经线的位置。有了它,世界各地的地理位置才能相应确定下来。0度经线也叫本初子午线。在经历了一场长期的国际纷争之后,现在国际上把通过英国首都伦敦格林尼治天文台原址的那一条经线定为本初子午线。

公元前2世纪,古希腊天文学家喜帕恰斯用他进行天文观测的地点——爱琴海上的罗德岛作为经度起算点。而其后的托勒密则用幸运岛为起算点,幸运岛也就是现今位于大西洋中非洲西北海岸附近的加纳利群岛,当时人们认为这里就是世界的西部边缘。到中世纪时,各国更是我行我素,通常都各自选择其首都或主要的天文台作为本初子午线通过的地方。英国将本初子午线定点在了圣保罗大教堂;法国刚开始选中了那利群岛,1667年巴黎天文台建立后,零度经线又改设在了这里;17世纪的荷兰地图上,零度经线是阿姆斯特丹威斯特教堂的南北轴;西班牙以西、葡分界的教皇子午线为零度经线;意大利地图上使用的零度经线则位于罗马;在中国,清政府确定以京城中轴线为零度经线。

由本初子午线不统一所造成的混乱,很早就引起了人们的重视,也屡次有人试图解决这个棘手的问题。1675年,英国在伦敦附近建立了格林尼治天文台,并第一个研究出了简易测定航海中船舶方位的方法。1767年,根据格林尼治天文台提供的数据绘制的英国航海历出版,这份航海历上的零度经线就是通过格林尼治天文台的经线。这个时候的英国,已是头号海上强国。英国出版的航海历自然也广为流传,并为其他国家所仿效。这意味着格林尼治已开始成为许多海图和地图的本初子午线。

1850年,美国政府决定在航海图中采用格林尼治子午线取代通过华盛顿的零度经线作为本初子午线。1853年,俄国海军宣布不再使用现今彼得格勒附近的普尔可夫天文台的零度经线编制航海历,而采用格林尼治子午线为本初子午线。到了1883年,除了法国之外,其余国家的地图几乎都是采用格林尼治经线作为零度经线了。

1884年10月1日,在美国的发起下,各国在华盛顿召开了国际子午会议。10月13日,大会以22票赞成,1票反对,2票弃权通过一项决议:向全世界各国政府正式建议,采用经过格林尼治天文台子午仪中心的子午线,作为计算经度起点的本初子午线,作为计算地理的起点和世界标准“时区”的起点。这次大会的决议还详细规定:经度从本初子午线起,向东西两边计算,从0度到180度,向东为正,向西为负。这一建议后来为世界各国所采纳,而且,也正是今天我们用来计算经度的基本原则。不过法国人并不服气这个决议,在自己国家发行的地图上,仍将本初子午线定在首都巴黎,直到1911年后才改为格林尼治线。

1953年,格林尼治天文台迁址,但全球经度仍然以格林尼治天文台的原址为零点来计算。现在在那里有一间专门的房间,里面妥善保存着一台子午仪。它的基座上刻着一条垂直线,那就是本初子午线。线的两边分别标有“东经”和“西经”字样,表明这里就是划分东半球和西半球的界线。

本初子午线的诞生,使全球有了统一的定位与计时标准。以本初子午线为标准,从西经75度到东经75度为零时区;从零时区的边界分别向东向西,每隔经度15度划分一个时区,东西各12个时区。相邻两时区的区时相差一小时。目前,全世界多数国家都采用以时区为单位的标准时,并与格林尼治时间保持相差整小时数。

古老的地图

地图,在现代人们的日常生活中已十分普及了,甚至到了出门必带地图的地步。那么,人类是何时开始使用地图的呢?地图的起源,有人推测比文字的起源还要早。因为原始地图跟图画一样,把山川、道路、树木如实地画进地图里,是外出狩猎和出门劳作或旅行的指南。

巴比伦泥块地图是目前已被发现的最古老地图,这张地图,与其说是一“张”,其实应该说是一“块”,因为它是刻画在泥块上的,距今大概有四五千年。考古学家推测当时的人是先在湿软的泥块上刻画上图像,再将它放在太阳下烤晒,硬化之后就成为泥块图。这一张泥块图上面,刻画的是巴比伦附近的一个城市,上面刻画着山脉、河谷及聚落。考古学者也发现了不同比例尺的泥块图,上面分别记载了街道、土地产权、城镇位置,乃至于涵盖整个巴比伦地区和天堂。另外,科学家也发现这些地图,是以十二进制的方式来记录数字,跟我们目前所使用的十进制系统不同。

马绍尔群岛是位于太平洋中央的一群岛屿。西方学者们发现,在这些小岛上有一种由树枝和贝壳编织成的特殊图案。原来这是一张地图,每一个贝壳是用来表示附近海域的一个岛屿,枝条则是用来代表岛屿附近的风浪形态。这些太平洋上的岛民们,为了航海探险的需要,就地取材,以贝壳和椰子树树叶的梗条编织成地图,将各个岛屿及其间的风浪方向记录下来。这种地图是他们维持生存的重要工具,如果他们错失了方向或距离,可能就丧失了捕捞的机会,也可能错失方向而永远回不了家。这是另一种类型的地图,反映了岛屿居民的生活方式和他们所使用的工具。

爱斯基摩人生活在北极地区。早期的爱斯基摩人,利用河流中的漂木,刻画出许多大小形状各不相同的小木块,并且将木块漆上不同的颜色,而后再放置到海狮皮上。这些木块分别用来表示岛屿、湖泊、沼泽、潮汐和滩地等。在19世纪末期发现的地图中,爱斯基摩人已经用铅笔来画地图,虽然这些地图的绘制没有使用精密的测量仪器,但是地图上的河流曲折形态和数量却非常准确,这可能意味着河川的数量和复杂程度是爱斯基摩人非常关心的自然现象。从数学的角度看,这些地图上的距离不甚精确,因为它们的长短和实际地面的距离并没有一定的比例。科学家后来发现地图上的距离,是依照步行所需的时间来绘制的,这种距离其实是依据通行的困难程度所衍生的时间距离。

印第安壁画地图。美洲的印第安人也有一些具有特殊风格的地图。在印第安人绘制的地图上,地形资料出现的数量和类别比较少,准确度也不高。他们对于河流、山脉等自然环境的叙述并不很重视,和爱斯基摩人的地图有明显的差异。但是,在另一方面,他们的地图含有极强烈的图画性质,记录了他们族群的生活史。这种地图事实上反映了印第安人对于历史性的事件和社会性的事件的关心。

千百年来,在我国民间就广泛流传着《河伯献图》的神话故事。传说大禹治水三过家门而不入的精神感动了河伯。河伯是黄河的水神,禹为治水踏遍山川、沼泽,忽一天看见河伯从黄河中走来,献出一块大青石,禹仔细一看,原来是治水用的地图。禹借助地图,因势利导,治水取得了成功。“传说”虽然不能证实地图起源的具体时代,但从侧面说明,约在四千年以前,我国先民已经开始使用地图了。据史籍记载,我国在夏代已经有了原始的地图。