经度之战(三)

十

没人知道哈里森是在什么时候知道经度奖金的。不过经度问题是当时欧洲家喻户晓的一个难题，哈里森没有理由不知道。但是，据他后来回忆，直到1727年时他才开始专注于这个问题，毕竟他在此之前制造的钟表都是固定在地上的。要想适应海洋，还需克服不少新的困难。

哈里森经过4年的努力，终于想出了解决船只晃动的办法。他设计了一种平衡摆，两只钟摆的两头分别用一根弹簧连接在一起。这样一来，一根钟摆受到的震动就会被另一根钟摆所抵消，无论船怎么摇晃，都不会影响这种平衡摆的频率。

想出了这个妙法之后，哈里森决定正式向经度难题发起挑战。他带着设计图纸，去伦敦找经度委员会。可一问才知，这个大名鼎鼎的委员会连个办公室都没有。

找不到委员会，哈里森只好去找他唯一听说过的人——格林尼治天文台的新台长哈雷。哈雷待人非常热情，他耐心听了哈里森的述说，然后诚恳地告诉他：经度委员会只有三类人：天文学家、数学家和航海家，没人能看懂你的图纸。

哈雷推荐哈里森去找乔治·格雷厄姆（George Graham）。此人比哈里森大20 岁，是当时伦敦最有名的钟表匠，也是英国皇家学会的会员。第二天上午10时，哈里森准时敲开了格雷厄姆家的大门。一开始格雷厄姆的态度并不十分友好，可当他看了一眼图纸后，立刻意识到眼前这个从乡下来的木匠不是在开玩笑。结果，两人从上午10时一直讨论到晚上8时，格雷厄姆还请哈里森吃了顿丰盛的晚饭。临走前，格雷厄姆从自己的私人金库里拿出200英镑，作为无息贷款借给了哈里森。

“你不用着急还这笔钱，”格雷厄姆说，“我只想尽快地看到你用这笔钱做出一台样钟来。”

格雷厄姆被后人誉为“正直的乔治”，看来是有道理的。

哈里森拿到这笔钱后，立刻回家和弟弟一起开始了艰苦的工作。5年之后，也就是1735年，第一台样钟做出来了。这台被称为H1的航海钟重达42公斤，被装在一个长宽高均为1．3米左右的铜壳内。兄弟俩用家里的壁炉检验了它抵抗高温的能力，又把它放进一艘小船，在村子旁边的亨波河上检验了它对付摇晃的水准。满意了之后，两人把它抬到了伦敦，去找格雷厄姆。格雷厄姆立即找了5位皇家学会的会员前来参观，其中自然包括哈雷。5人检查了H1的机械结构，一致叫好，并联名给经度委员会写了一封热情洋溢的推荐信。

有了专家的推荐，经度委员会出钱让哈里森带着H1出海检验。首次远航的目的地选择了葡萄牙的里斯本，1936年，英国海军大臣亲自写了一封介绍信，把哈里森送上了“百夫长”号军舰。船长普罗克特安排H1“住”进了自己的休息室，还用铁钩把H1吊在房顶上，尽量减少震动。哈里森就没这么好运气了，这是他第一次出海，晕得上吐下泻。所幸去时遇到顺风，一个星期后就到达了里斯本。可船一靠岸，好心的普罗克特船长就猝死了，没有来得及在航海日志上留下关于H1的任何记录。

回程的时候，“百夫长”号遇到了风暴天气，在海上漂了一个多月才返回英国。就在船快要靠岸的时候，新船长认为对面是达特茅斯附近的斯塔特，而哈里森根据H1给出的经度数据，认为这是彭赞斯半岛上的利泽德。

最后证明H1是对的，两地相差100公里。在暗礁密布的英国海滩，这100公里的差别足以造成一次海难。

十一

1737年6月30日，经度委员会的8名常委聚在一起开会，听取哈里森的报告。8人中除了哈雷以外，还有两名来自海军的高官，3名皇家科学院的教授，以及两名政界人士。说来奇怪，这是经度委员会成立23年以来第一次召开全体会议。此前，一个秘书就足以打发那些自以为是又完全不靠谱的应征者。

出乎委员们的意料，哈里森并没有急于申请进行一次驶往加勒比海的试验（因为这是获得经度奖金所必须的），而是逐条指出了H1的不足之处。按理说，H1的经度足以保证哈里森获得二等奖，但哈里森是个完美主义者，他通过这次里斯本试验，发现了几个设计上的小错误。他知道自己有能力改正这些错误，造出一台“完美”的时间机器。为此，他向经度委员会申请，先不做加勒比海试验，而是预支一笔经费，让他再制造一台新的航海钟。

其实，当初的“经度法案”有过这方面的规定。为了鼓励应征者，经度委员会有权向提出可行性方案的穷人预支奖金作为试验经费。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。

事实上，经度委员会一直存在了100多年,累计预支出去的研究经费高达10万英镑。可以说，经度委员会是人类历史上第一个官方的研究开发资助机构。

哈里森只花了3年的时间就做好了H2。1741年1月，哈里森带着H2回到伦敦，把它展示给经度委员会。H2比H1略小，却反而更重了，因为哈里森把原先一部分木质材料改成了铜。除此之外，哈里森改进了驱动系统，并设计了一个更加灵敏的温度补偿器。

当时英国正在和西班牙开战，因此经度委员会没有急着让它出海，而是在陆地上对H2进行了一系列比海上条件更加严酷的试验，H2经受了考验。

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。哈里森绝不允许一台不完美的航海钟出海试验，他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”。

此时的哈里森已经48岁了。他举家搬到了伦敦，把自己关在房子里，开始制造H3。他的助手已经从弟弟换成了儿子威廉·哈里森（William Harriosn）。威廉是老哈里森和第二个妻子生下的孩子，也是哈里森所生的三个孩子当中唯一长大成人的。当时威廉只有13岁，他的童年和青春期都是在H3的陪伴下度过的。

十二

1741年还发生了两件大事。第一，一支英国舰队奉命驶向南美洲，其中就有哈里森曾经乘坐过的军舰“百夫长”号，新船长名叫乔治·安森（George Anson）。这次航行没有带H1，而是依然靠水手的估计来判断经度。没想到，就在舰队驶过南美洲最顶端的合恩角时，遇到了风暴。连续58天的狂风暴雨把他们彻底吹离了航道，舰队的其他5艘战舰也和“百夫长”号失散了。等到雨停了之后，安森完全判断不出自己到底在哪里。此时船上的给养快用光了，不少船员得了严重的坏血病，完全失去了劳动能力，必须立刻上岸补充淡水和食品，否则只有死路一条。

安森知道南美洲太平洋一侧的外海有一个名叫费尔南德斯的小岛，位于南纬35度的地方。可安森不知道自己的经度，只能先向北驶到南纬35度，然后沿着纬度线航行。但是，到底向东还是向西走呢？安森决定向西。可走了4天都没有见到大陆，他心里有点发慌了。船上每天都要死掉6~10个人，再找不到陆地，恐怕就连操纵帆船的人都没有了。

于是，安森决定立即掉头往东。此时正刮西风，两天之后他们就看到了陆地。谁知走近一看，却发现这是西班牙占领的智利，海岸边都是悬崖峭壁，根本无法登陆。没办法，他只好再次掉转船头。事实上，安森后来承认，当时“百夫长”号距离费尔南德斯只有几个小时的航程了，只要再坚持一下，就能发现海岛。

因为测不出经度，“百夫长”号在海上耽误了两个星期，多赔进去80条生命。

当哈里森得知“百夫长”号的悲剧时，正在伦敦的家中紧张地忙碌着。不过他顾不上为这艘船的命运担忧，因为又传来一条坏消息：经度委员会中最支持他的哈雷因病去世，顶替他的是第三任皇家天文台台长詹姆斯·布拉德利（James Bradley）。布拉德利是牛津大学的天文学教授，曾经试图测出地球到星星之间的距离，虽然没有成功，却因此而测出了准确的光速。

布拉德利是经度委员会的8名常委之一，曾经签名支持过哈里森。但是，作为一个天文学教授，他更希望“月距法”获得经度奖金。上任之后，布拉德利加快了“月距法”的研究进程。经度之战从此进入了白热化的阶段。

前面说过，第一任英国皇家天文台台长弗拉姆斯蒂德的遗孀于1725年出版了《不列颠星表》，“月距法”的一大支柱问题解决了。1731年，也就是哈里森完成H1的设计草图的那年，两个分别住在大西洋两岸的发明家发明了反射象限仪（又叫八分仪）。这是一种用来直接测量星体夹角的仪器，有了它，船员们就可以在晃动的甲板上直接量出月亮和星星之间的距离。

欧洲的海员们把这架仪器叫做哈德利象限仪，因为这是英国人约翰·哈德利（John Hadley）发明的。但是，几乎同时，远在美国的托马斯·戈弗雷（Thomas Godfrey）也做出了一台几乎一模一样的象限仪，只是由于当时的美国不够强大，戈弗雷的名字只是在科技历史书上才会出现。这一现象不是偶然的，说明当时的科技界盛行单兵作战，合作的必要性还没有得到科学家们的足够重视。

“月距法”是个例外，因为这个问题实在是太复杂了，不可能凭借一人之力获得成功。就拿星表来说，英国人弗拉姆斯蒂德只是完成了北半球的星表，南半球的星表是一个名叫尼古拉斯·路易斯·拉卡雷（Nicolas Louisde Lacaille）的法国天文学家完成的，为此他专程前往南非的好望角，在那里住了很多年，最终完成了对南方天空的观察记录。

“月距法”的另一大支柱——月球的运动轨迹，则是由一名德国人完成的。托比厄斯·迈耶（Tobias Mayer）是一个在地图局工作的德国制图专家，他于1755年制作了一份《月球表》，准确地描述了月球在任意时刻的位置。迈耶也不是一个人在战斗，他参考了瑞士数学家伦哈德·欧拉（Leonhard Euler）对月球轨道所做的计算。欧拉是一个天才的数学家，他用一组优美的方程式描述了地球、太阳和月亮之间的相对运动，解决了那个令牛顿感到头疼的数学问题。

1757年，布拉德利拿到了迈耶的《月球表》。他用自己在格林尼治天文台观测多年得到的数据和这份表格做了对比，发现其误差已经足够小，满足了经度奖金所规定的精度范围。为了保险起见，他派出多名天文学家，到世界各地进行观测，以期进一步验证这个表格的准确性，其中一人名叫内维尔·马斯卡林（Nevil Maskelyne），是布拉德利的好友，也是哈里森最大的敌人。

无论从哪个方面看，马斯卡林都很像是那个固执的弗拉姆斯蒂德。他出生于1732年10月5日，比哈里森年轻40岁。他从小就是一个学习刻苦的好学生，一心想成为一名重量级的科学家。迷上天文学后，他更是一心扑在上面，甚至把婚期推迟到了他52岁那年，比弗拉姆斯蒂德都要晚6年。

认识马斯卡林的人都说他是个冷酷的家伙，他对除了天文之外的一切事情丝毫不感兴趣。他喜欢用第三人称称呼自己，甚至在自传中也是这样。他过了一辈子机器人似的生活，甚至把自己所花的每一笔钱都做了记录，但这份记录却采取了一种超然物外的口吻，丝毫不带有任何感情因素。

但是，马斯卡林有一点和弗拉姆斯蒂德完全相反。在对待“月距法”的态度上，他一点也不在乎到底是谁做出的贡献，而是只要有用，就毫不迟疑地拿来用。不过，绝不能以此来指责马斯卡林剽窃，事实上，马斯卡林的态度才是科学家应该有的，因为只有这样才能集思广益，尽快地解决问题。

当然，马斯卡林也许并不是为那些在海上懵懂转向的海员们着想。他的目的很简单：赢得经度奖金。他知道，自己只有一个敌人，那就是哈里森。

十三

就在天文学家们组成跨国联盟，共同向终点发起冲刺的时候，哈里森却陷入了泥潭。H3进展得很不顺利，迟迟没能完工。有人曾经怀疑他利用自己的名气为别人制造钟表赚取外快，但事实证明，那段时间他只是零星地接过几次小活，他的收入来源几乎完全来自经度委员会。根据记载，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。

这2500英镑支持了哈里森19年！

1757年，哈里森终于完成了H3。这台机器只有60厘米高，30厘米宽，重量也只有35公斤。H3包含了几项新的发明，哈里森用圆形的平衡器代替原来的哑铃平衡器，解决了离心力的问题。他制造了一块“双金属片”（Bimetallic Strip），代替了原先用来抵抗温度变化的“烤架”。这种金属片至今仍然被广泛用于恒温器内。他还发明了一种“带夹圈的滚珠轴承”（Caged Roller Bearing），直到现在还能在带运动部件的机器上找到这种轴承。

H3一共包含了753个零件，是到那时为止最复杂的一台钟表。哈里森父子俩深感力不从心，便把许多部件承包给了伦敦的钟表匠。但是哈里森非常小心地不让他们接触到整体设计，他不想让H3的秘密被外人知道。这样做虽然对保护专利非常有利，却阻碍了他人的参与推动，减缓了H3的进度，客观上给了“月距法”一个赶超的机会。

值得深思的是，恰恰是一次来自他人的贡献，使得哈里森茅塞顿开，最终解决了经度难题。1753年，哈里森委托一位名叫约翰·杰弗里斯（John Jefferys）的钟表匠为他制作一块私人用的怀表。这块表用到了很多H3里面的技术，只不过被大大缩小了。出乎哈里森的意料，这块怀表居然非常准时。要知道，以前的钟表匠们都认为摆钟是越大越准，可是，在哈里森解决了一些常见的技术问题之后，这项规则悄悄发生了变化，高频的振子反而比体型巨大的摆钟更加稳定和准确。哈里森直到亲自使用了杰弗里斯制造的怀表后才恍然大悟，明白了这个道理。

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。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，作为怀表略微大了点，但仍然可以很容易地装进一个银表盒里，随身携带。

这块表内最重要的部件是几块微小的钻石，哈里森把它们装在齿轮之间，用来消除摩擦。大概是因为H4太小了，就连哈里森也没法完全省掉润滑油，所以H4必须每3年拆洗一次。

哈里森对这块表非常满意。“我斗胆说，世界上没有哪个机械或者数学的东西比H4更漂亮或者更精美了。”哈里森说，“我衷心感谢上帝，让我活了足够长的时间完成了这件宝贝。”

接下来所要做的就是让H3和H4去加勒比海走一趟。此时老哈里森已经67岁了，无法亲自跑一趟，好在儿子威廉完全能够胜任这一工作。1761年5月，威廉带着H3来到朴次茅斯港等待经度委员会派船出海，老哈里森留在家里继续对H4做最后的精调。谁知经度委员会迟迟没有发船，哈里森断定是天文台新台长布拉德利在捣鬼。

十四

1761年6月6日，金星将正好在地球和太阳之间通过。全世界的天文学家都被动员起来，纷纷组织考察队，奔赴世界各地观测这一罕见的天文现象。如果把这些来自不同地点的观测数据综合起来，就能测出地球和太阳之间的距离。

马斯卡林被布拉德利派往赤道南部的一个小岛——圣赫拿岛，这是后来流放拿破仑的地方。其实他俩都明白，测量地球与太阳之间的距离并不是此行的主要目的，他们想通过这次旅行，检验一下“月距法”的可行性。一路上，马斯卡林多次用哈德利象限仪和迈耶月球表测量了海上的经度，又用此法第一次测量了圣赫拿岛的经度，这是“月距法”第一次在实际中得到运用，结果让马斯卡林很满意。虽然计算起来有点繁琐，需要4个小时左右的时间，但是测出来的经度能够满足经度奖金的要求。

与此同时，威廉却一直在朴次茅斯港等待经度委员会派来的远洋船。他一直等到1761年11月，才终于等来了英国皇家海军的“德普福德”（Deptford）号战舰。哈里森最终决定只带H4上船，他把宝全部压在了这块表上。

为了防止威廉作弊，经度委员会为装表的盒子做了4把钥匙，分别由威廉和另外3名军官保管。因为风浪的关系，这艘船在海上漂泊了3个月才到达牙买加，一路上威廉不断利用H4为船定位，每次都被证明是正确的。“德普福德”号的船长心服口服，他向威廉保证说，如果哈里森父子生产的航海钟上市的话，他一定在第一时间购买一台。上岸后，随船的一名天文学家用望远镜确定了当地的正午，然后利用已经测出的经度数据和H4进行的验证，结果发现H4只慢了5秒钟。

回程时“德普福德”号遇到了更大的风暴，海浪不断地冲进船舱，威廉不得不用毯子裹住H4，以免被海水淋湿。等他们于1762年3月26日回到英国后，威廉立刻进行了校对，发现H4经过将近半年的海上航行后，总误差还不到两分钟，这个误差远小于经度奖金规定的范围。经度委员会又找来几个数学家，对航海记录进行再三核算，得出结论说，数据还不够充分，不够准确。哈里森必须再进行一次类似的远航才能拿到奖金。

当然，这个结论也并不是没有道理，毕竟一次试验还不足以说明问题。但是，做出这个结论的恰恰是同样窥视经度奖金的天文学家们，这就不能不让人怀疑他们的诚意了。按照科学界通常的做法，天文学家们在这件事上应该回避，可是，经度问题历来被认为只能依靠测量天体来解决，天文学家们自始至终把持着经度奖金的生杀大权。

就在威廉结束远航前后不到半年的时间里，德国数学家迈耶和英国皇家天文台台长布拉德利相继因病去世，顶替布拉德利的是牛津大学的几何学教授纳森尼尔·布利斯（Nathaniel Bliss）。哈里森清楚，这位年老多病的第四任皇家天文官不是他的主要对手，他最大的敌人是那个年轻气盛的马斯卡林。

1762年5月，也就是威廉从巴哈马回到伦敦一个多月后，“月距法”最忠实的支持者马斯卡林也从圣赫拿岛归来。他有充足的理由感到胜券在握，因为他第一次在实践中证明了“月距法”的可行性。回国后，马斯卡林立刻出版了《英国海员指南》（The British Mariner''s Guide），这本书相当于迈耶的月球表英译版配上“月距法”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。