大航海时代:大洋中的定位问题

[电农写给圃同学的科技史段子] 《双胞胎狗狗🐶 的心灵感应原理及其在大西洋航海定位中的应用——作者:联合王国的大拿》 [电农人类科技史:经度]当后来的日不落帝国——大英帝国——才刚刚开始大航海的时候，船长们遇到的最大的技术问题，是如何在浩瀚的大西洋上，确定船舶的当前的位置，这是确定航向的关键——没有定位，何来导航？ 尽管不是欧几里得平直空间，但在一个球体表面确定位置，从普遍原理上，仍是一个二维空间定位的问题。 一般来说，我们可以通过构建两个相互垂直的单维曲线族(包括作为特殊情形的直线族)，来给平面上任意一点标识位置: 任意一点的位置，由两个曲线族中各取一条曲线，者两条曲线的交点，则为确定的位置。

比如，平面上的笛卡尔直角坐标系的x和y是相互垂直⊥的， 一个点可以用P(x,y)表示。 又如，欧几里得平直平面上的极坐标形式，用圆周角为θ的射线，与半径为r的圆的交点， 确定点P(r, θ)。我们知道，半径与其圆周的交点，是相互垂直⊥的。 为什么要限定用垂直⊥相交的体系，而不是45°角或其他呢？ 这是要解决确保两个量是"相互独立"，即"不相关"的要求，避免你中有我，我中有你纠缠不清，不利于处理和计算。 (待续)

(续) 回到地球表面。 我们考察一个球体，在三维空间，自然需要三个独立(互不相关)的量。如用两个角度α、β加一个半径r。确定球体上的一个点。 但在地球表面，r = R, 其值是处处相等的，约为6400千米(尽管存在一点点微不足道的变形)，因此，地球表面的三维定位问题就"退化"为二维定位问题。 现在我们的任务，是怎样在球表面，构建两个互相垂直⊥的曲线族。 (待续)

(续) (略过经纬坐标体系构建)

(略过"经""纬"汉字的词义及衍生词意)

地球经纬系统经过亚里士多德、托勒密等建立发展与完善，带来航海时代，更具有现实意义。 航海定位问题，就转换为: “如何在航行中确定经度” 的问题。 为什么是这样，难道纬度就不需要确定吗？ 当然，纬度需要确定，但确定纬度问题很简单，只需要测定已知星座中特定星星✨ 或太阳[太阳] 月亮在正南时的仰角就可以知道纬度了。 那么，经度不能通过天体(日、月、恒星)与地平线的关系来确定精度吗？ 可以，但你必须知道，当时的时间。 无论是当地时间，还是伦敦时间。 有手表啊，时钟啊？ 说得好，这确实是可以解决问题。 但遗憾的时，那时候，计时工具很不准确。 时钟，弹簧游丝，特别是擒纵轮机构，都无法稳定工作，特别在轮船上。 所以，确定经度的问题，变为: 制作一个经度满足要求的航海钟表 它要能数月不用校准，却能保持足够的准确，以帮助航海船长确定经度。 (此处略去钟表制作与英国科研体系、皇家科研经费管理运作体系，略去孜孜以求的钟表匠的故事，减少输入量) 而另外一部分人，则在用别的办法说， 帮助确定经度。 比如，全球固定锚的船只。 现在，重点来了: (待续)

将双胞胎狗狗的一只doggy ，留在伦敦，另一只，puppy 交给船长，扬帆远航去喽。 每天，留在伦敦的doggy, 会在约定的时间，被一个人——作为这个伟大的计时授时系统的运行者——用最为残忍的方式，捅咕捅咕。 在doggy痛苦地嗷叫声时，万里之遥的亚特兰蒂斯大洋上，船长身边的puppy, 你知道，它是doggy的同卵双胞胎， 感应到了doggy的痛苦，它变得烦躁，不安，乱串，失眠，忧郁，拒绝转基因， 哦，那时候没有转基因。 总之，我们敬职尽责的船长大副二副或者水们， 就会说: 哦，现在是伦敦时间XX钟了。 上帝保佑我王。 于是，知道了伦敦时间，知道了太阳的角度，就可以确定当地(轮船)时间，知道了当地时间，就知道自己的经度了。 那么，一个机械式的时钟，还需要吗？历史上是不是真的使用过孪生狗狗远距离授时系统？ (待续)