圆电流轴线上北极点的磁感应强度，磁学的历程7经度测定的难题

圆电流轴线上北极点的磁感应强度，磁学的历程7经度测定的难题可惜的是，在三百年后，那本影响后世长达千年的《至大论》出版的时候，托勒密同志夹带私货，换上了自己的数据，无情抛弃了埃拉托色尼这个正确的数据。埃拉托色尼测定地球周长其实早在公元前200年，古希腊科学家，亚历山大城图书馆馆长埃拉托色尼（Eratosthenes）就已经完成了地球周长的准确测量，而同年，刚刚建立大汉帝国的刘邦还在山西白登山惨遭匈奴吊打。埃拉托色尼埃拉托色尼在夏至那天，通过和助手同时测得同一子午线上的亚历山大里亚和塞尼（Syene，今埃及阿斯旺）两地日晷影子的长度，获得两地阳光的入射角，再代入亚历山大里亚和位于北回归线上的塞尼两地之间的距离，就计算出了地球的周长。他精确的计算出了地球的周长为21.6万斯塔德，即4万公里。

526年前的今天，也就是1492年的8月3号，哥伦布靠着错误地球周长信息带来的盲目自信，第一次上路了。为了纪念他货真价实的壮举，我们今天这一篇就写得长一点吧。

哥伦布

当年和他一起上路的还有排水量100吨的“圣玛丽亚号”(共有39名职员和水手)，50吨左右的“平塔号” (26名船员)和“尼尼亚号” (22名船员)。虽然托勒密那不正确的地球周长数据让他们在大西洋吃尽了苦头，但也正是托勒密那不正确的地球周长数据给了他去航海的勇气。要是哥伦布早早的知道了地球的周长有40076千米，在不能确定经纬度，无法实现定位和导航的情况下，他绝对不会产生向西航行到达中国和日本的天真想法。

圣玛利亚号

其实早在公元前200年，古希腊科学家，亚历山大城图书馆馆长埃拉托色尼（Eratosthenes）就已经完成了地球周长的准确测量，而同年，刚刚建立大汉帝国的刘邦还在山西白登山惨遭匈奴吊打。

埃拉托色尼

埃拉托色尼在夏至那天，通过和助手同时测得同一子午线上的亚历山大里亚和塞尼（Syene，今埃及阿斯旺）两地日晷影子的长度，获得两地阳光的入射角，再代入亚历山大里亚和位于北回归线上的塞尼两地之间的距离，就计算出了地球的周长。他精确的计算出了地球的周长为21.6万斯塔德，即4万公里。

埃拉托色尼测定地球周长

可惜的是，在三百年后，那本影响后世长达千年的《至大论》出版的时候，托勒密同志夹带私货，换上了自己的数据，无情抛弃了埃拉托色尼这个正确的数据。

对于埃拉托色尼必须再多提一句，他能够在亚历山大大帝之后的希腊化时期就较为精确的测出正确的地球周长和日地距离，这简直让人觉得叹为观止，匪夷所思。如果当时人们能够相信他计算的日地距离，未来一直困扰日心说，作为地心说最后一根支柱的恒星视差问题也能提前两千年获得解决。而这一切，都发生在大约公元前200年！那个基督教尚未出现，中国人还相信天圆地方的时代。不得不感慨航海文明由于生存与生产需要，在定位和导航中诞生的科学种子真的是不同于农耕文明在礼乐和秩序中诞生的制度种子。

埃拉托色尼绘制的世界地图

埃拉托色尼的工作，奠定了文明史上经纬度的概念。球体的半径已知，如果能再知道两点的经纬度，那就能计算出两点之间的距离，继而规划航行时间和路线，或者绘制粗略的航海图。由此，航海定位的问题转化成了如何在茫茫大海中确定自己所在的经纬度的问题。

而这两者之中，最大的问题在于经度，相比之下，纬度的确定相对容易。 它只是一组概念性的平行线，围绕着行星的身体向东和向西延伸，从不相交。唯一将全球切成两半的纬度线是赤道，因此它可以用作自然参考点。你可以使用星盘，象限仪或六分仪等仪器轻松的利用太阳和北极星在海上非常准确地找到你的纬度。 而在南半球，你也可以利用南十字星座的中心点实现相同的目标。

此刻在不考虑岛屿阻碍的情况下，如果你小心翼翼，你可以沿着一个纬度直接穿越大洋，幸运值爆表的哥伦布就是这么来做的。但是，实际航行中岛屿的阻碍是必然存在的，要真正的实现跨洋航行，我们不得不继续考虑经度确定的问题。当然，郑和的策略其实更简单，就是沿着海岸线航行，当然这么做的缺点也是显而易见。

那么我们继续考虑经线的问题。所有的经线都是围绕着地球的南北朝向的圆圈，在每个极点相交，每个圆圈都将地球划分为相等的两半。 哪个是作为基准的本初子午线就是第一个问题。

除了极点之外，每条纬度线之间都是相同的物理距离，当然，地球的略微扁平的形状使它们相距更近一点。因此，经度圆圈上的每一分都是一海里。每一度，即为60海里或68英里或110公里。但经度线相互之间的距离是不同的，这取决于你在这个星球上的位置。在赤道上 1分的经度与1分的纬度相同：1海里。 在经度线汇合的极点处，它就为0。

由于地球每天以相同的速率在轴上旋转，因此航行时经度的变化可以表示距离和时间的变化。 地球是一个每天旋转360度的球体。 这意味着它每小时转15度。 假设你知道你出发的港口的经度以及当地时间，以及你的船舶目的地所处的时间，你就可以知道你每天跨越的经度。如果你也知道自己的纬度，你也可以知道你走了多少公里或海里。 在那些日子里，水手们都是穷人版的诸葛亮，他们必须拥有出色的数学和几何技能，还必须能够夜观星象。

约翰.哈里森

但是对于时间的确定，并没有那么简单。那个时代的钟表是通过钟摆来保持时间间隔，因此它们无法在移动的船上准确地完成计时。 四个世纪以来，这都是一个棘手的问题，困扰着那些欧洲最优秀的人才。直到18世纪，约翰.哈里森的H4航海钟的出现，才基本为人们解决了这个问题。但它依然不是一劳永逸的，因为造价昂贵的航海钟依然会让很多讨生活的冒险者望而却步，转而相信自己的直觉或者神秘学的加持。

H4航海钟

我们可以看到，当一个问题出现的时候，航海家和科学家们便会尝试不同的策略来解决问题。有的人试图研制不需要钟摆的计时工具，也有的人试图使用更加可靠的天空。而利用天空则意味着要读取指向地理极点的恒星与指南针指向的磁极之间的差异。对他们来说，获得每个位置的磁偏角就意味着获得这个位置的经度。 换句话说，如果你知道主要的纵向子午线并且可以正确地读取磁偏角，那么你也应该能够找出对应的经度，至少在理论上如此。

磁偏角地图

当然，如今事实证明，该原则的基本假设是错误的，即地球磁场线并不是线性规律分布的。而是像弹性带一样从北极到南极，被伸展和扭曲。但这在当时，这个假设已经足够激励贪婪的冒险者和科学家前赴后继的进入到磁偏角的研究里来。于是，通过对磁偏角研究来确定的经度的比赛也在那个时代拉开了帷幕。

此时此刻，伴随着莎士比亚戏剧的初入舞台，医学博士吉尔伯特也摩拳擦掌，豪情万丈的加入到了这场比赛中来。