《神秘岛》中,有一段关于判断岛纬度的描写,这对于我们非常有帮助,所以,我现在把它抄下了。通过这段描写,我们可以看到,在没有仪器测量角度的情况下,这些新的鲁滨孙是如何解决这个问题的。
已经到了晚上8点钟了,月亮还没有出来,不过,在地平线上,已经洒上了一片银白色的光辉。在天穹上,闪烁着南半球的一些星座,其中有一个南十字星座,斯密特工程师盯着这个星座,观察了一段时间。
只见他思索了一会儿后,说:“赫伯特,今天是不是4月15日?”
“是的,先生。”赫伯特回答道。
“一年之中,有4天的实际时间跟平均时间是相等的,如果我没有弄错的话,明天应该是其中的一天,也就是说,在明天太阳经过子午线的时候,我们的钟表应该正好指在正午的位置。如果明天是晴朗的天气,我就可以粗略计算出我们所处的这个岛的经度了。”
“没有仪器也可以吗?”
“当然。今天晚上天气很晴朗,所以我现在先测出南十字星座的高度,然后测量出南极距离地平线的高度,并通过这些判断出这个岛的纬度。明天中午,如果天气仍然晴朗的话,我就可以判断出这个岛的经度了。”
如果这位工程师手里有一个六分仪(利用光线的反射原理,这个仪器可以精确地求出物体的角距),他可以非常容易地完成这个测量任务。在第一天晚上测量出南极的高度,在第二天白天,当太阳经过子午线的时候,他就能知道这个岛所处的地理位置,也就是纬度和经度了。但是,他没有六分仪,所以他只能另想办法了。
只见工程师走进山洞,借着火堆的熊熊火光,利用小锯锯下了两根方形的木棒,并把两根木棒的一端钉到了一起,做成了一个圆规,而且圆规的两只脚还可以开合。工程师在木柴的中间找到了一些金合欢的刺,把它们装到圆规上,当作圆规的铰链。
做好圆规之后,工程师回到了岸边。他要测量南极在地平线上的高度,也就是在海面上的高度。为了更便于观察,他跑到了那个眺望岗上。当然,在计算的时候,需要考虑这个眺望岗距离海面的高度。
在初升月亮的光芒照耀下,地平线显得非常清楚,测量的时候非常容易。在天空中,南十字座是反着“悬挂”的,跟星座上的其他星星比起来,它底部的α星距离南极更近一些。
实际上,这个星座跟南极的距离并不像北极星那样距离北极非常近。α星距离南极27°,工程师是知道这一点的。所以他打算把这个值也放到计算中,这样的话,只要等待这颗α星经过子午线,他可以减轻很多测量的工作。
工程师斯密特把他刚制作好的圆规的一只脚朝向水平的方向,另一只脚朝向南十字星座的α星。这样,他测得的角度就是α星在地平线上的高度。为了固定住这个角度不变,他把一条木捧横贯在了圆规的两只脚上,并用几个金合欢的刺把圆规的两只脚固定住了。这样,就可以保持圆规的形状不变了。
现在,就是求所得角的度数了,并且通过这个度数换算出高出海平面的度数。由于地平线比他的位置低,他还需要测量出眺望岗的高度。这个角的数值是南十字座α星的高度,换句话说,也是南极在地平线上的高度,所以,这就是这个岛的纬度。这是因为,地球上的任何一个位置,它的纬度都等于天球的北极或者南极在这个地方的地平线上的高度。这个数值,工程师决定明天测量。
那么,高岗的高度怎么测量呢?在的Chapter1中,我们已经学习过,这里就不再重复了。所以,我们把小说中的这一段略掉,来看看工程师后面是怎么做的。
工程师又拿出了前一天晚上做成的圆规,他已经利用这个圆规测量出了南十字座的α星和地平线之间的角度。他开始测量这个角的度数。只见他把一个圆分成了360份,这样就可以用它来测量角度了。通过这个方法,测得的角度是10°。然后,得出南极在地平线上的高度,就是把测量出的10°加上α星跟南极的角距27°,再加上刚才测量的时候站立的眺望岗的高度,海平面上的高度就是37°。如果考虑到由于测量不准确可能导致的误差,我们可以说,这个岛的位置在南纬35°~40°。
现在,纬度已经测量出来了,就剩下经度了。工程师打算在太阳经过岛上的子午线时,把小岛的经度也测量出来。
需要说明的是,工程师不是在海平面上,而是从高岗上进行测量的。所以,从观察者的眼睛到地平线的直线,跟垂直于地球半径的直线并不是完全吻合的,而是成一个非常小的可以忽略不计的角度。所以,小说中的工程师斯密特,确切地说,应该是作者儒勒·凡尔纳,是不需要考虑这个问题的,否则会把简单的问题复杂化。