没有导航系统的时候，我们怎么知道自己的位置？
来源：中科院物理所
在星空寻找你的纬度。图片来源：NASA在星空寻找你的纬度。图片来源：NASA
如果你在地球上某地迷路了怎么办?靠全球定位系统么?好吧，但如果没有信号没有设备呢?一张地图?好主意，但是如果你在公海旅行，看不到地标怎么办?在数千年来，很多人已经发现了这个问题。勇敢的海员于是改用太阳和星星导航。为此，他们需要一定的几何知识，尤其是三角学。
假设你在公海中，并且想要计算出纬度位置。太阳和大多数恒星会随着时间改变其在天空中的位置，但是有些恒星似乎总是在同一个地方。例如北极星(Polaris，也称为Northstar)，它似乎总是直接位于北极上方。事实证明，你的纬度对应的就是北极星位于地平线上方的角度。
要了解原因，让我们看一看二维的图像。
考虑包含了北极、你所在的点X和地球中心O在内的一个平面。严格来说，北极星并不是垂直位于上方X，如图所示，但是它离地球是如此之远，以至于从X到北极星的视线几乎是垂直的，因此我们可以假定它确实如此。
“北极星位于地平线上方”的角度θ是图中指示的角度。这是我们与北极星的视线(记作l)与点X在地球上相切的线t(这是我们朝向地平线的视线)形成的角度。
延长t和l，我们在相交点X的另一侧再次看到角度θ：
点X处的纬度定义为从O到X的线r与包含赤道的平面所成的角度Φ。在我们的二维图像中，赤道面仅仅是一条穿过O的水平线e。它和垂直线l交于点L，与切线t交于点T。
因为r是圆的半径，t是圆的切线，我们知道，r与t在点X形成直角，而且由于t和l构成了角度θ，我们可以知道，l和r之间的角度为90°-θ。
现在考虑以O、X和L为顶点的三角形。正如我们所看到的，在点X处的角度是90°-θ。由于l与e互相垂直，点L处的角度是90°。我们又知道三角形内角和是180°，所以角度Φ，即我们所在位置的纬度，是：
由此可见，你的纬度由北极星位于地平线上方的角度θ决定。2000年前，希腊天文学家喜帕恰斯(Hipparchus)用这种方式定义了纬度。当时他甚至不知道地球是圆形的，但是我们在这里的这些图示可以解释为什么喜帕恰斯的定义与现代的定义一致。
南半球没有同样意义上的北极星，但是如果你在南半球，可以使用一个名为“南十字星”的星座(在澳大利亚国旗上就有标识)和两个称为“南指针”的恒星找到自己的纬度。
几千年来，导航员已使用不同的设备来测量恒星出现在地平线上方的角度。其中包括美丽的星盘和六分仪，你经常可以在古董店和博物馆中看到它们。
这样可以解决纬度问题，但是要计算经度就是另一回事了。
我们已经看到运用一些几何形状的知识是如何帮助冒险的海员们确定纬度的。几千年来，人们一直在使用星星来做到这一点。但是经度是另外一个故事。直到18世纪，人们才找到了一种可靠的测量经度的方法——而在此之前，已经有无数人在海上丧生，解决问题的方法最终是由时钟提供的。
我们之所以可以使用北极星在地平线上方的位置来测量纬度，是因为该位置会随着你向北或向南移动而发生变化(即纬度也在变化)。对于经度而言却并非如此：北极星的位置不会随着你向东或向西移动而改变经度。你可以在下面的二维图象中看到这一点。点P和Q位于不同的子午线上，但是由北极星位置引起的角度是相同的。
当你向东或向西移动时，发生的变化是一天中的时间。每向东移动15°，当地时间就会向前移动一小时，而向西移动15°，你就会向后移动一小时。因此，如果你知道当地时间和格林威治时间，则可以使用时差来计算经度。即使没有时钟，也很容易找到当地时间：你只需观察太阳的位置即可。但是知道格林威治时间的唯一方法是随身携带一个(校准了的)时钟。
约翰·哈里森(1693-1776)约翰·哈里森(1693-1776)
在今天这一点似乎很容易，但是直到不久之前，这还是一个巨大的问题。已有的时钟太敏感了，无法带到船上：摇摆和滚动会使它们不准确。水手无法确定经度会造成灾难性的后果。一个例子是1707年的锡利海难，其中有四艘英国船只在锡利群岛附近沉没，非常接近其朴茨茅斯的母港。由于水手无法确定自己的确切位置，并且在恶劣天气的影响下，这些船撞上了岩石，导致多达2，000人丧生，是英国历史上最严重的海上灾难之一。
包括荷兰和西班牙在内的几个国家向能够解决经度问题的任何人提供巨额奖励，1714年英国也效仿了这一做法，提供了高达20，000英镑的巨额奖励，也因此各种解决方案都被提了出来。有人牵着一只受伤的狗放在船上，据他讲由于神秘的炼金术治疗，每次格林尼治中午时分这条狗都会狂吠不止，其他人则更科学一点。例如，将月球与其他恒星的位置进行比较，然后查阅详细的恒星目录，便可以相当准确地确定当地时间。但是，该方法很耗时，并且容易出错。
最后是来自林肯郡的工人阶级——一位细木工人赢得了大奖。从1730年开始，约翰·哈里森就从事海上时钟的研究，他研究的最新的两个时钟精确到足以赢得大奖。然而，由于经度委员会拒绝全奖发放，因此声讨奖金变成了一个漫长的过程。他先向乔治三世国王提出上诉，然后向议会提出要求以纠正此事。“上帝作证，哈里森，我会看到你得到正确对待的!”据说乔治国王如是说道。哈里森终于在1773年收到了剩下的钱以及他应得的荣誉。三年后，他去世了，享年83岁。
此外，经度问题的故事在达瓦·索贝尔(DavaSobel)的《经度》一书也有很好的描述，大家有兴趣可以翻阅查看。
相关文章
-
快手联盟新样式玩法是什么？附攻略
为了渲染快手大促节日气氛、吸引更多电商预算入场，准备在样式形态上新增电商节专属样式，增加红包雨、挂件和优惠权益样式现有广告样式外露信息单一，展现的主要为广告基本元素信息，希望优化展现形式，增加外露利益点，吸引用户点击广告，提升转化率操作流程如下：产品一：红包雨1、红包雨是什么?在不同广告场景下，从顶部掉落大量红包/礼盒/双十一红包等logo，渲染节日气氛，以此来激励用户触发点击，形成转化2、覆盖场
2024-03-22 17:33 -
快手新增电商节专属样式玩法攻略是什么？
为了渲染快手大促节日气氛、吸引更多电商预算入场，准备在样式形态上新增电商节专属样式，增加红包雨、挂件和优惠权益样式现有广告样式外露信息单一，展现的主要为广告基本元素信息，希望优化展现形式，增加外露利益点，吸引用户点击广告，提升转化率操作流程如下：产品一：红包雨1、红包雨是什么?在不同广告场景下，从顶部掉落大量红包/礼盒/双十一红包等logo，渲染节日气氛，以此来激励用户触发点击，形成转化2、覆盖场
2024-03-22 17:33 -
淘宝系统是怎么判定你是在s单？
刷单虽然能提升一部分权重，但风险极高，而且还要注意各种问题，为了店铺的排名提升，商家们也费了不少心思去进行刷单，那么下面，小编就给大家分享下淘宝系统是怎么甄别刷单的原理：首先，我们来了解下淘宝的稽查系统。,2)购买过程商家需要注意刷单的买号不能直接搜索后，没有任何停留时间就进行购买，这种直接决策性的购买行为也会被淘宝稽查系统监测起来。,买号需要在商品页面停留一定时间，最好能点击旺旺与商家进行交流，
2024-03-19 15:23 -
淘宝s单如何分辨？从哪些方面分辨？
现在淘宝平台竞争压力非常大，但是去竞争主要竞争的就是曝光率、流量、排名等等，一些商家为了获得这些都会选择去刷单，但是平台是不允许刷单的，淘宝平台怎么分辨刷单的呢?淘宝刷单如何分辨？,2、购买过程，商家需要注意刷单的买号不能直接搜索，没有任何停留时间就进行购买，这种直接决策性的购买行为也会被系统监测起来。,买号需要在商品页面停留一定时间，最好能跟商家进行交流，这是最保险安全的购买行为。
2024-03-19 15:06 -
淘宝网一般是怎么查s单的？都有哪些方面可以查到？
买号需要在商品页面停留够时间，最好能跟商家进行交流，这是最保险安全的购买行为。,2.深度账号信息，每个身份证可绑定5个号，如这5个号均是通过同台电脑进行操作，这风险也是极高的。,四、物流纬度，即是否有物流信息，虽然重要性不及前三个纬度，商家还是要看中，确保物流的单号是真实的且能够通过系统查询到，如果有条件自己发货，可以自行发货，如果没有条件，可以使用空包网进行发货。
2024-03-19 14:58 -
淘宝如何判断s单？系统稽查是从哪几个维度识别的？
二、过程，每个买号的购买行径过程都不一样，如某店铺突然大部分订单的购买行径一样，那么店铺就危险了。,2.购买过程，商家需要注意刷单的买号不能直接搜索，没有任何停留时间就进行购买，这种直接决策性的购买行为也会被系统监测起来。,买号需要在商品页面停留一定时间，最好能跟商家进行交流，这是最保险安全的购买行为。
2024-03-19 14:33 -
如何判定淘宝卖家恶意刷单？卖家如何优化刷单过程？
现在的网店其实就是在争夺曝光，作为淘宝店，如果想要卖出更多产品，无非就是依赖于曝光量和转化的。,所以，商家就需要明确清楚自身店铺的一个合理范围单数了，然后再进行刷单行为。,买号就需要在商品页面停留一定的时间，最好是能跟商家进行交流，这也是最保险安全的购买行为。
2024-03-18 08:48 -
快手联盟新样式玩法攻略
(观看视频：https://docs.qingque.cn/d/home/eZQCkvIlE2lebFNLaZW2ZDgQl?identityId=1oEEzygH4qp)4、适配行业：全行业均适配，但适配范围要视客户节点活动来定：如电商行业双十一、618大促等等如生活服务行业美团、饿了么等x18活动5、申请流程：代理提报给对接渠运，渠运同学统一按内部流程申请提报白名单配置。,(观看示意：docs
2024-03-18 07:59 -
淘金币活动的审核方式
目前，淘金币作为整个网络的营销产品，正在发挥其不可或缺的淘宝市场地位。淘金币活动渠道更为火爆。可以说，上一次淘金币活动的销售额从几十万到几百万不等，这让我们中小卖家想起来，但淘金币相对较高的准入门口让很多卖家望而生畏。首先，我们需要了解淘金币的活动类型和注册流程。以下图片可以给我们一个很好的解释：目前，品牌汇只对顶级企业开放，即注册门槛很高，因此我们的教程只解释主题购买的活动注册。以下是淘金币活
2024-03-14 15:05