阅读时间在HSNY:它是复杂的-时间和18世纪的导航

在纽约钟表学会(HSNY) Jost brgi研究图书馆，我们有至少15本来自18世纪的书籍-一个钟表爆炸式增长和光速技术创新的时代。我们一些最著名的钟表手册可以追溯到这个时期。

图1 -来自mamatrten Strömer, Aequatione Temporis (1749)

图2 -摘自理查德·巴勒斯的《三角学与航海》(1818年)

我们收藏的珠宝之一是费迪南德·贝苏德(Ferdinand Berthoud) 1763年的第一版作品《Essai sur L’horlogerie》(你可以在这里看到盖蒂博物馆收藏的副本)。贝瑟德是巴黎一位重要的钟表学家，他发明了自己的航海天文钟，这一改变游戏规则的装置最终使人们能够在海上确定经度。虽然贝瑟德的发明并不是第一个，但它是一个引人入胜的故事的一部分。

在18世纪中期之前，海上航行是一个严重的问题。水手们可以在白天通过观察太阳的角度来确定纬度，或者在晚上通过观察北极星来确定纬度，但是他们不能用同样的方法来测量经度。几个世纪以来，这都是一个无法解开的谜题，但航海家们利用航位推算法尽了最大努力，航位推算法基本上是一种基于速度估计的猜测形式。他们还使用复杂的航海表和天象图来计算经度。

这种数学方法需要进行大量的计算。在1750年出版的《校正水手罗盘》(The Mariner’s Compass Rectified)一书中，安德鲁·韦克利(Andrew Wakely)在他为这本书编纂数据的序言中写道:“我的劳动是如此之大，以至于我几乎晕倒了。”我们在HSNY收藏的这本书是由两位数学家写的，由伦敦的一家印刷厂出版的，“在那里你可能有各种各样的航海书籍”，这表明数学和钟表与航海有着内在的联系。下面是来自《水手指南针》的两张略显粗糙的插图，尽管如此，它还是有效地展示了如何使用两种基本的导航仪器，前舵(图3)和象限仪(图4)。

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在20世纪的进程中，关于如何改善航海的争论不断。一些水手坚持认为，他们需要能够在海上看时间，这样他们就可以计算出他们从起点走了多远——对英国水手来说，起点就是格林威治标准时间。但许多人认为，应该通过天文计算的进步来改进导航，而不是发明新的计时设备。

长摆钟是陆地上最精确的计时方式，但在不断运动的船上是行不通的。尽管弹簧驱动的时钟早在17世纪晚期就被发明出来了，但它们也会受到船只运动以及温度(会导致金属膨胀和收缩)、压力和腐蚀等因素的影响。所以钟表师必须想出一些新的东西。英国政府甚至成立了经度委员会，为一个可行的想法颁发价值高达2万英镑(相当于今天的数百万英镑)的奖金。

许多人试图用新奇的方法解决这个问题。1737年《绅士杂志》发表了一个理论上的解决方案，我们的图书馆里也有这一期(图5)。这篇关于“经度的重要秘密”的文章署名只有“农民”。

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《农夫》描述了一种名为“永动机”的新时钟，这是他在“最聪明”的朋友——钟表学家约瑟夫·威廉姆森(Joseph Williamson)之前的工作基础上发明的。作者声称它非常精确，一个月只会增加或减少4秒。

虽然它本质上仍然是一个钟摆，但经过一些改进，作者声称，如果把钟挂在船上，使它始终保持垂直，“海洋的运动不会影响它。”在箱子底部加一个重物可以“控制所有的震动”。这似乎值得怀疑，但作者引用了艾萨克·牛顿爵士的权威，指出由于地球的旋转，“我们岸上的时钟每12个小时就颠倒一次”，而且它们仍然保持时间!他似乎意识到他的观点并不完全令人信服，并建议船只携带“好的发条钟”和“好的手表”作为备用，每天根据“永动机”进行重置。

在文章的最后，编辑承认了这个提议的缺陷，并发出了邀请:“现在我问，是否可以制定一个更好的方案，并挑战全世界来制定它。”世界各地的钟表学家，特别是费迪南德·贝苏德、英国木匠约翰·哈里森和法国钟表匠皮埃尔·勒罗伊，都在研究它。

到18世纪后期，天体导航科学取得了一些进展，水手们开始使用月球距离法来计算经度。这一系列的天体计算早在200多年前就被理论化了，但直到1763年才被发表和推广。我们的一本书，《整个导航艺术概论》(1782年)，承诺教授月球方法，以及成为“完整的导航员”所需的一切，包括许多对数表。主要作者是詹姆斯·阿特金森(James Atkinson)，他在职业生涯早期也与人合著了《水手指南针》(Mariner’s Compass)。

图六显示了本书中几张折叠地图和图表中的一张，左边是经纬度图。

图6显示了

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一个名叫塞缪尔·卡灵顿的人拥有这个副本，并在1784年，也就是它印出来几年后，在上面签了个非常整洁的名字(图7)。这是一个很常见的名字，但我确实找到了一个伦敦店主塞缪尔·卡灵顿的记录，他是1828年一起谋杀未遂的证人。它可能是我们这本书的第一个主人!

《整个航海艺术概论》中描述的月球距离法很快流行起来。同一时期在乌得勒支出版了另一本书，用法语，讨论了同样的方法。即使在天文钟发明之后，水手们仍在继续使用它，因为它既便宜又准确，适合短途航行。

图像8

最后，约翰·哈里森(John Harrison)开发了几个航海天文钟的工作原型，1761年的H4达到了高潮，这是LeRoy和Berthoud等人改进的基础。在建造早期的H1到H3模型时，哈里森开发了一系列复杂的发明，以补偿海上的运动和温度变化。在H4年，他最终放弃了这些，开发了一个带有摆轮的小型弹簧驱动机芯，它的摆动频率比普通手表的摆轮要高，这使得它在船上更有用。下面的图片展示了我们从英国格林威治的皇家天文台和国家海事博物馆收集的明信片。他们描绘了约翰·哈里森(图8)和他的四个原型海洋天文钟，H1, H2, H3和H4(图9)。

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随着进一步的改进，航海天文钟变得更加精确、可靠和经济实惠，人们对它的采用激增。到1820年，已经有足够多的人试用了这种新的计时器，乔治·费雪因此出版了《经度误差》，这本书收录在我们的收藏中，书中列出了不同探险队偏离预定航线的距离。费希尔称，在“目前改进的航海状态”中，计时器是“几乎不可或缺的物品”，但他试图通过详细的观察来改善它们的功能。事实上，直到20世纪60年代，航海计时器一直发挥着不可或缺的作用，直到它们开始被电子系统和最终的GPS所取代。在HSNY，我们的永久收藏中有一个由埃尔金制作的20世纪40年代的美国航海天文钟。想要了解更多关于航海的知识，图书馆的游客可以阅读有关这一主题的现代书籍，包括达瓦·索贝尔的《经度:一个孤独的天才解决他那个时代最伟大科学问题的真实故事》，甚至还有儿童读物，如琼·玛丽·加拉特的《发现经度》和琼·达什的《经度奖》。

航海天文钟的重要性再怎么强调也不为过。它彻底改变了航海史和整个历史的进程。因为它允许水手在长距离上准确航行，它为英国皇家海军的统治地位和殖民的所有后果做出了贡献。这种复杂的遗产在现代钟表的历史上发挥着作用，推动着永恒的运动向前发展，越过地平线，滴答滴答。