经度之战的后续问题

《经度》这本书描述了三百多年前，大航海时代之初，经度测量成为了世界性的难题。英国乡村木匠约翰·哈里斯通过发明精密计时钟表，最终从数学家和天文学家手中夺走了巨额奖金的故事

机械钟表的发明，最伟大的一个零件也许当属擒纵器吧。对钟表上足发条，其中蕴含的弹性势能遵循公式E=KX²/2（X为弹性形变量）。如果没有零件加以控制，势能一开始释放的能量高，而后来释放的能量低，势必造成表针走时不准。实现逐步均匀释放发条的能量，皆靠擒纵器这么个小小的机关来进行，原理简单但设计巧妙，实在令人叹为观止。

中国宋代，杰出科学家苏颂设计过一台“水运仪象台”，靠水流推动模拟天体运行的仪象，并提供报时。据称其中含有类似擒纵器的结构，不过没有实物，估计这项“中国发明”得打点折扣。

不过作为文艺作品，书中也没法对钟表和经度的关系进行过多技术含量的解释。我最近在看关于日晷的书，两相对照，就发现了很多问题，比如最基本的一个：哈里斯的钟表，指示的是真太阳时，还是平太阳时？

时间差

说到人们日常所说的一天，是以太阳两次升到头顶的间隔为依据的，这被称做“真太阳日”，如果以遥远的恒星来计算两次上中天的间隔（“恒星日”），可以清楚地看出，地球走到真太阳日的位置要比走到恒星日的位置多走一小段距离。

我们还知道地球的绕日公转轨道是个椭圆，每段相同时间内扫过的弧长都不同，所以从恒星日到真太阳日之间的这一小段，要耗费地球不同的时间。——以至于一年中的真太阳日基本是每天都不同，于是由真太阳日除以24所得到的“真太阳时”也都长短不一。

为了简化这样的记时体系，人们发展出“平太阳时”的体系：假设地球是均匀地绕着圆形公转轨道进行的，这样每天、每时的时长就都一样了。

很显然，真太阳时和平太阳时之间存在时间差异。而人们日常生活习惯是建立在平太阳时这样的基础上的。

从钟表的制作上来看，很显然也是制作一块走时间隔均匀的手表，比制造一块走时不均匀，而要和地球公转保持一致的手表，要简单得多。

所以我在前面提到的问题，很可能答案是：哈里斯的钟表，指示的是平太阳时。

走时均匀的手表不是比走时不均匀有用得多吗？然而事实并非如此！

越没用，越昂贵

对于人们的日常应用，手表走时越均匀当然越好。但回到哈里斯发明钟表的最初目的上来，是为了解决航海中的经度测量问题。那么，其观察太阳上中天的时间间隔就不能以平太阳时作为基准了。

如果以经度定位轮船在全球的位置，所要求的精度则不能超过2分钟。而一年中平太阳时与真太阳时之间的时差有±14～16分钟之多——以24小时对应地球自转周期360°，则误差15分钟在赤道附近将能造成400公里以上的偏差。对于航海而言，这么大的误差足以让船队陷入致命的迷途。

所以天文台还需要印刷一本时间差表，提供每天真太阳时和平太阳时的差值，每个船队带一本。船长手里要是拿的平太阳时手表，测出来当天日上中天的时间后，还得查到当天的时差进行处理，得到真太阳时，才能作为经度领航之用。

不过总有疯狂的人，硬是设计出用一块肾形偏心轮来模拟地球的公转轨道的时差，这样手表就能按真太阳时进行走时了。

不管在以前需要查时间差手册，还是在目前GPS全球定位风行的年代里，这种极度考验机械设计精度的东西，炫耀价值都远远大于其实用价值。——据称有史以来这样的手表也只有生产过200多块。

即便是那些平太阳时表，靠纯机械来保持匀速运转的，其设计和制造的复杂程度都远超晶体管电子表，从而彰显其身价不凡，成为身份和地位的象征。

所谓“物以稀为贵”，越是稀少的东西，其实也就越没有用（如果有用，人们早就会找出它的替代品啦），但价格也就越贵。

有人拿这个标准来衡量另一种计时仪器——日晷么？

复杂三合一

日晷不就是一块板子上戳个竿儿就能计时的东西吗？能有多高技术含量能卖的贵？

情况未必这么简单，你说的那是老式日晷，现在的科技可是很发达了——

首先日晷需要长期暴露在室外，经受风吹雨打、寒暑温差的折磨，还得确晷影清晰，从选材方面就得保证晷盘、表针不能轻易遭到磨蚀，而且材质的反光特性上需要严格要求。

然而这些都还是小菜，作为日晷而言，最大的要求也就是看它能不能计时了

而人们会拿什么来衡量它的计时精准不精准？——手表？平太阳时手表？哈哈！

日晷根据所处位置的太阳投影来展示时间，那么，毫无疑问这是真太阳时，而如果去校验的手表是平太阳时的话，你就会认为日晷计时不准。

然后，你的手表记录的时间如果是北京时间，那么你在哈尔滨还是海南岛，其时间都一致，但对日晷而言，它所展示的是所在地的地方时，需要调整经度才能和你的北京时间相同。

再有，如果是赤道式的日晷，晷盘平面必须调得和当地纬度相同，才能发挥正常作用。

这其中最难调整的应该是时间差了，调整方法或者是在盘面上刻出复杂的线条符号，在不同的季节读取不同的数值；也可以把表针和晷盘设计成精准的曲线或者曲面，使其投影直接显示平太阳时的时间，然而这一切都需要和机械表不相上下的加工精度。——如果这一切还难不倒你，还可以考虑把岁差的影响做到日晷的调整上，让这块日晷再过几百年都能走时精准。

想象一下吧，如果你家里有个花园，草地上架设了一台精美的日晷，而且其经度、纬度、时差都是专门为你所放置的这个位置精心调整的，走时精准，一百年不动摇！当你邀请一帮客人来吃烤鸡翅的时候，就可以直接从日晷的显示上提示他们别误了赶飞机的时间。啧啧，这可是既彰显古典韵味的尊荣华贵，又体现最新科技成果精密计算的风采啊。比你往袖子里揣一块机械表，还得时不时地翻开袖子亮出来炫耀一番有面子多了！