為時(shí)空立憲章

黃相輔

格林尼治天文臺(tái)的故事是人類追尋科學(xué)知識(shí)的縮影。從為了促進(jìn)航海事業(yè)而建立的簡單觀測設(shè)施。發(fā)展成頂尖的天文學(xué)研究機(jī)構(gòu)，并因確定經(jīng)線而揚(yáng)名全球。

今日，當(dāng)人們把玩地球儀時(shí)，很容易將球上那縱橫交錯(cuò)的網(wǎng)格線——經(jīng)緯度——視為理所當(dāng)然的事物。但不知你有沒有想過，這些時(shí)間、空間的“標(biāo)準(zhǔn)”究竟源自哪里？

意想不到的是，這一切度量大地的偉業(yè)，竟跟海洋與天文息息相關(guān)。就讓我們話說從頭，帶讀者走訪一趟時(shí)光隧道，看看故事舞臺(tái)的滄?！窳帜嶂位始姨煳呐_(tái)的興衰及重生。

立足穹蒼望大海

天文學(xué)看似一門虛無縹緲的學(xué)問，實(shí)際上與日常生活息息相關(guān)。人們借由日月星辰升落的規(guī)律來制定歷法，得以度量時(shí)間、明確季節(jié)更替，并因此有了發(fā)展農(nóng)業(yè)及其他生產(chǎn)活動(dòng)的依據(jù)。綜觀古往今來的文明史，除了宗教及占卜等心靈層面的效益之外，天文學(xué)的興盛?；跉v法及農(nóng)業(yè)等實(shí)用目的。

格林尼治天文臺(tái)的建立也是源于同樣實(shí)用的理由——為了支持英國航海事業(yè)的發(fā)展。在茫茫大海中要弄清楚船只的位置及方向可不是一件容易的事。在沒有CPS定位的年代，水手們能依靠的除了羅盤外，便是頭頂上熟悉的日月星辰了。借由測量日月星辰位置的變化，航海者可以計(jì)算并推估船只航行的信息，不至于迷失在汪洋中。若缺乏對天文知識(shí)的掌握，船只在大海中根本就寸步難行，更別奢談遠(yuǎn)渡重洋從事貿(mào)易及殖民。因此，自15世紀(jì)以來欲發(fā)展海權(quán)的西歐各國，無不重視與天文觀測相關(guān)的基礎(chǔ)建設(shè)。

當(dāng)時(shí)航海者關(guān)切的課題還有經(jīng)度的測定。我們今日熟悉的經(jīng)緯度是一種人為的地理坐標(biāo)系統(tǒng)。借由經(jīng)緯度，人們可定義地球表面的空間，以方便辨識(shí)球面上的位置。然而相較于緯度，經(jīng)度的定義困難許多：它不像緯度有自然的起點(diǎn)（即赤道），也不易借由天體在天空中的角度差異看出明顯的變化?！叭绾螠?zhǔn)確地測定經(jīng)度？”這個(gè)難題無論對制圖或?qū)Ш蕉际种匾瑓s困惑了好幾代的人們；各國亦競相投入資源在天文觀測上，希望能捷足先登搶到解答。讀者若想知道人類追尋經(jīng)度的詳細(xì)故事，可參考科普作家戴瓦·梭貝爾的《尋找地球刻度的人》一書。

格林尼治天文臺(tái)便是在這樣的時(shí)代背景下誕生的。公元1675年，英國國王查理二世以“精進(jìn)航海技術(shù)”的名義，下旨在格林尼治建立觀測設(shè)施，同時(shí)設(shè)立皇家天文學(xué)家一職，專責(zé)長駐于此進(jìn)行天文觀測、記錄及繪制星圖，并思索經(jīng)度問題的解決之道。當(dāng)時(shí)的格林尼治還是離倫敦市區(qū)有段距離的寧靜鄉(xiāng)村，所以適合夜間觀測；而另一個(gè)選址于此的理由，則是因?yàn)橛跏以诖藫碛写笃禺a(chǎn)，在國王私有的土地上大興土木比較省事。天文臺(tái)第一棟興建起來的建筑就是給皇家天文學(xué)家的住宅，由當(dāng)時(shí)知名的建筑師雷恩設(shè)計(jì)。翌年住宅落成，首任皇家天文學(xué)家佛蘭斯蒂德立即搬入，此后兩三百年在格林尼治的天文觀測大業(yè)于是開張。

天文臺(tái)初建之時(shí)篳路藍(lán)縷，除了這棟宅邸外別無其他建物，連觀測工作都得在院子里進(jìn)行。雖然皇家天文學(xué)家有王室每年固定支付的薪餉，但薪資微薄，佛蘭斯蒂德與友人的信函甚至提及他得趁觀測之余忙著寫稿、講學(xué)以貼補(bǔ)家用。天文臺(tái)在后繼的幾位皇家天文學(xué)家手中逐漸擴(kuò)建，也總算有較正式的場所容納儀器進(jìn)行觀測。但天文臺(tái)最初精進(jìn)航海技術(shù)的任務(wù)，直到1767年首本附詳細(xì)星表的航海歷出版方大功告成。此時(shí)在位的已是第五任皇家天文學(xué)家馬斯克林，距查理二世創(chuàng)建天文臺(tái)也已將近百年。

經(jīng)天緯地震寰宇

進(jìn)入19世紀(jì)后，位置天文學(xué)依然是格林尼治天文臺(tái)的工作重心。天文學(xué)家持續(xù)測量天體的精確位置以編修星表及航海歷。在此要介紹一種特別的天文儀器——子午儀，它與格林尼治天文臺(tái)的聲名鵲起息息相關(guān)。

想象地球是一顆被渾圓蛋殼包裹的蛋黃——這概念一點(diǎn)都不陌生，就是天文學(xué)上所謂的天球。天空中的所有物體，例如日月星辰，都可視為在天球上的投影。在天球上畫一個(gè)通過地平面正北方、天球北極、天頂?shù)拇髨A，這個(gè)假想的大圓即是子午圈，其意義就等同于地理上的經(jīng)線（子午線）。天體每日規(guī)律地東升西落，途中都會(huì)通過子午圈，即稱為中天；此時(shí)是天體在天球中距地平面的最高點(diǎn)，即與地平面夾角最大之時(shí)。

子午儀就是用來測量天體通過子午圈的時(shí)間及當(dāng)時(shí)仰角角度的儀器，其原型在17世紀(jì)末即開始被使用。借由天體的中天時(shí)間、中天仰角兩個(gè)數(shù)據(jù)，天文學(xué)家可計(jì)算出天體在天球上的詳細(xì)坐標(biāo)；另一個(gè)方面，若已知天體的坐標(biāo)，從它通過子午圈的時(shí)刻，也能夠逆推回觀測者所在位置的當(dāng)?shù)貢r(shí)間及經(jīng)度。在原子鐘被廣為應(yīng)用之前，子午儀對恒星中天的觀測是最準(zhǔn)確的對時(shí)方法，天文臺(tái)校正時(shí)間總少不了子午儀。

格林尼治天文臺(tái)最有名的子午儀是1851年落成啟用的艾瑞子午儀，其名稱源自當(dāng)時(shí)的皇家天文學(xué)家艾瑞。這座子午儀由艾瑞一手設(shè)計(jì)、監(jiān)造，并一直持續(xù)使用至1938年才退役。子午儀的基本結(jié)構(gòu)包括兩組固定的基座，望遠(yuǎn)鏡架設(shè)在基座之間，好像烤乳豬架一樣可以翻轉(zhuǎn)。由于望遠(yuǎn)鏡的方向是沿所在地的南北軸線配置，正好可對準(zhǔn)子午圈觀測。當(dāng)天文學(xué)家使用子午儀時(shí)，需先將觀測室的屋頂打開，擇定欲觀測的目標(biāo)星后，便靜待地球自轉(zhuǎn)使目標(biāo)移動(dòng)至中天，便可記錄數(shù)據(jù)。這樣的觀測場景就日復(fù)一日地在天文臺(tái)上演，不斷貢獻(xiàn)出詳盡的星表、航海歷，并以此為準(zhǔn)標(biāo)定經(jīng)緯線的地圖。

當(dāng)時(shí)還沒有全世界統(tǒng)一的經(jīng)緯度系統(tǒng)，各國處于各自為政的狀態(tài)。1884年，25國的代表在美國首都華盛頓開會(huì)討論制定本初子午線，最終以22票贊成、1票反對、2票棄權(quán)的結(jié)果，由格林尼治壓倒性獲勝。依會(huì)議結(jié)論，規(guī)定本初子午線正通過“艾瑞子午儀的望遠(yuǎn)鏡目鏡十字中心”，于是這座儀器成為標(biāo)定全球經(jīng)緯線以及時(shí)區(qū)的依據(jù)，格林尼治天文臺(tái)也因此揚(yáng)名四海。

廉頗老矣圖轉(zhuǎn)型

以物理及化學(xué)方法研究天體本質(zhì)的天文物理在19世紀(jì)后期興起，很快便蓬勃發(fā)展，成為天文研究的熱門顯學(xué)。歐陸國家，尤其是德國，在這方面突飛猛進(jìn)；而在大西洋另一端的新大陸——美國——也迅速建立起天文物理事業(yè)的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。一時(shí)之間，有著光榮科學(xué)傳統(tǒng)的英國，在這場競爭上面臨了挑戰(zhàn)，不論是儀器科技或數(shù)學(xué)理論計(jì)算都落后，似乎顯得老態(tài)龍鐘。

在艾瑞及其后繼克里斯提手中，格林尼治天文臺(tái)也增加了一些新設(shè)施，試圖在這場“軍備競賽”中力挽狂瀾，包括口徑32.5厘米及71厘米的折射式赤道儀望遠(yuǎn)鏡?？死锼固徇€在原本的主建筑之外興建物理天文臺(tái)，作為天文計(jì)算人員的大本營。此外，自艾瑞任內(nèi)起亦開始進(jìn)行定期的地磁及氣象測量，以了解這些外在因素對儀器本身及觀測活動(dòng)的影響。

然而格林尼治的觀測條件卻在20世紀(jì)初急遽惡化。由于倫敦市區(qū)的擴(kuò)張，原本在郊區(qū)鄉(xiāng)間的格林尼治如今被都會(huì)的光害及煙霧包圍了，天文臺(tái)的地位也就江河日下。1946年，皇家天文臺(tái)決定遷出格林尼治，科學(xué)家也陸續(xù)離開，格林尼治天文臺(tái)自此退出了天文學(xué)研究的前沿。雖然格林尼治天文臺(tái)已失去擔(dān)負(fù)尖端天文研究的條件，但300多年來的歷史沉淀卻令其擁有無可比擬的文化價(jià)值。自1953年起，天文臺(tái)陸續(xù)將整修完成的部分開放給大眾參觀。

寓教于樂古今合

現(xiàn)在的格林尼治天文臺(tái)以本初子午線為中心，整個(gè)園區(qū)的活動(dòng)路線被劃分為兩大部分：“子午線路徑”及“天文路徑”。前者是通往過去的時(shí)光隧道，后者是通往浩瀚宇宙的橋梁。

子午線路徑通往天文臺(tái)在20世紀(jì)以前興建的幾座老建筑，例如最古老的佛蘭斯蒂德屋是過去皇家天文學(xué)家的官邸，歷任許多皇家天文學(xué)家及他們的家眷在此居住過，包括大名鼎鼎的哈雷彗星發(fā)現(xiàn)者埃德蒙·哈雷。屋內(nèi)的裝潢復(fù)原至17世紀(jì)的樣式，也就是這座天文臺(tái)的草創(chuàng)時(shí)期。你可以看到佛蘭斯蒂德的臥房、餐廳、書房及起居室，以及置放在房間各處的手稿和衣物，仿佛闖入了天文學(xué)家的生活。

在佛蘭斯蒂德屋旁邊的是子午線樓，艾瑞子午儀便原封不動(dòng)地坐鎮(zhèn)于此，地上的標(biāo)線提醒游客這里是東、西半球的分界及起點(diǎn)。穿越屋子及墻壁，本初子午線一路延伸到墻外的廣場，成為觀光客的熱門拍照地。若是你在大排長龍等著攝影留念的隊(duì)伍中感到不耐煩，別心急，在背后還有好東西?；仡^看看佛蘭斯蒂德屋，在屋頂聳立的長柱上，是不是有個(gè)顯目的紅色大球？那是報(bào)時(shí)球。在無線電通訊被發(fā)明前，它擔(dān)負(fù)著向港口的船只報(bào)時(shí)的任務(wù)。每日下午1時(shí)，報(bào)時(shí)球就會(huì)從頂端降下，在碼頭瞭望的水手就能依此信號(hào)來替船上的航海鐘對時(shí)。報(bào)時(shí)球在今日已是過時(shí)的古董，在世界上許多地方已被拆除了，但格林尼治天文臺(tái)仍保存并照常運(yùn)作。報(bào)時(shí)球還有個(gè)“不務(wù)正業(yè)”卻蠻受歡迎的古怪后代——紐約時(shí)代廣場新年倒數(shù)計(jì)時(shí)的墜球儀式，即源自報(bào)時(shí)球的概念。

天文路徑則通往克里斯提當(dāng)初興建的物理天文臺(tái)，今日它被稱為南館。雖然外表仍保留20世紀(jì)初剛落成的古典風(fēng)貌，內(nèi)部已被改建成嶄新的展示空間，就像世界上其他地方的天文教育館，以各種交互式設(shè)計(jì)帶觀眾認(rèn)識(shí)宇宙的奧秘。在南館前方，游客可以看到一棟奇異的建筑——好像是一個(gè)拔地而起、歪斜矮胖的圓錐。這是園區(qū)內(nèi)最年輕的小老弟，于2007年落成的彼得·哈理森星象館，目前是倫敦唯一的星象館設(shè)施。

下回若是你漫步在格林尼治天文臺(tái)，請放松心情，悠閑地呼吸彌漫在空氣中的歷史塵埃。一想到人類為了了解宇宙和自身居住的世界，在一代代的追尋過程中不停累積知識(shí)及經(jīng)驗(yàn)，也許更會(huì)萌發(fā)你的思古幽情。有幸的話，說不定你可以找到藏身在天文臺(tái)園區(qū)內(nèi)某個(gè)角落的天文女神，她深邃的眼眸不知透露了多少歲月的故事！