【地球科學】航海人的故事

■ 航海的故事與下列事項有關，浪漫的異國風情、野心勃勃的殖民主義、天空閃耀的星星、行星風系，以及欠錢不還。

撰文 ∣ 陳柏宇

在十三世紀的時候，一位義大利商人馬可波羅從威尼斯出發，最後抵達了中國。當他抵達中國的時候，當地的富庶讓他覺得十分不可思議，光是中國在杭州進出的船隻，每年就達二十萬艘，這個數字可能比當時歐洲所有河川的船隻還要來的多。中國當時的經濟規模，是當時歐洲人所無法想像的。當他回到義大利候，將自己的所見所聞寫成了一本「東方見聞錄」，雖然中國跟西方在很久以前就透過絲路有所來往，但是馬科波羅的書還是讓歐洲人對於遙遠的東方激起無限的好奇。

馬可波羅的這本書籍，在歐洲逐漸發酵。十五世紀時，蒙古帝國衰弱，使得通往東方的通道不再受限於一個國家。但往東方的道路仍被鄂圖曼帝國所盤據，許多商人無法抵達東方進行貿易，但是西方對於東方貨品的需求卻還是一樣的高。因此有人開發新的道路，找出一條從海上通往東方的航線。後來葡萄牙人亨利王子沿著海岸線走，從歐洲出發，經過非洲好望角，最後轉向亞洲，這條東方的新航線發線了以後，歐洲人終於可以不用經過伊斯蘭教徒所掌握的領地。

可是當時的航行，遠洋航行仍被視為不可能的任務，所以葡萄牙人抵達東方的方式，是沿著海岸邊航行的，整條航行的路途看起來十分的曲折，因為他們完全無法在汪洋大海中定位。

探險家的世界

受到新航線的影響，歐洲人開始學會如何從海路前往遙遠的東方進行貿易，而西方人所使用的方法，也極為殘暴。他們根本不進行公平交易，而是利用綁架、搶奪的方式從非洲不斷的將貨物運往歐洲，一位亨利的手下就說，這個時期從非洲綁架到歐洲的人口大約有一百萬人，比較起來，同樣在非洲做生意的中國人似乎顯得溫和許多，但是中國自明朝永樂皇帝架崩後，就停止了海上交易，並且直接禁止建造航海的大型船隻。

一位有勇無謀的探險家也在這個時候誕生。當時有受過教育的人，都已經有地球是圓的這個概念了，可是他們沒有辦法用很精確的方式計算地球到底有多大，但是許多數學家經過計算後，知道這個數字絕對不小，但是哥倫布為了要證明地球很小，他可以從西邊找到通往東方的路徑，他甚至誇口說，只需航行三百五十浬的距離，就可以帶著船員輕易的抵達東方進行貿易，當時很多人認為這個任務鐵定失敗，因為這個距離遠遠低估了地球的大小，一艘船在汪洋大海中，如果沒有任何的補給，根本沒辦法撐過去，木造的船殼，以及恐怖的壞血病，種種的因素都影響著探險隊的航行。

如果我們今天拿出哥倫布當時的航海路線來看，我們可以發現當時的人對於行星風系已經有一定程度的瞭解，他們可能不知道為什麼會有這個現象，但是他們已經知道哪些地方會吹什麼風，當哥倫布從歐洲出發，往西邊航行的時候他走的路徑是比較偏南方的航線，因為這條航線上有赤道東風帶的吹拂，所以對於一個航海家而言，這是一條通往西方的絕佳航線，他沿著這條路不斷向西方前進，最後抵達現在薩爾瓦多這個地方，薩爾瓦多的意思就是救世主的意思，當他們抵達他們所認為的「印度」之後，他們沿著西風帶回到了歐洲，所以當時的航海家已經知道要如何利用風來航行。

古代的商人也會利用這股「貿易風」來進行海上航行，貿易風又稱做信風，每年都會在固定的時刻與固定的季節出現，所以這股風對於航海人而言，親如父母。哥倫布所利用的動力，也就是這股貿易風。從現代的角度來看，我們已經知道這是因為地球自轉所造成的科氏力與氣壓梯度力所達到的平衡。

定位問題

海上定位的問題到現在都還沒有解決，在大海中航行如果每個人都跟哥倫布一樣瞎子摸象，絕對稱不上安全。其實在哥倫布以前，就有人想要試著往西邊走，但是後來卻都沒有回來，而哥倫布本身也是因為上帝眷顧，如果沒有新大陸的存在，哥倫布可能也是眾多海上犧牲者之一了。

當時的航海圖其實已經相當精確，可以供航海人員做為海上航行之用，可是問題在於無法準確的在海上定出自己所在的位置，如果能夠再有經度跟緯度的資料，就可以暢行無阻地在海上航行。

航海技術的發展因為各國為了自己本身的利益，不斷的向外擴張，從非洲不斷的輸入許多的物質資源，促使各國決定不斷的精進自己的航海術。但是無法精確定位的這個問題，卻一直苦惱著許多航海家。當時，航海太過危險，以致於很難在船上看到白髮蒼蒼的老者。為了要能夠安全航行，各國無不投入心血在於定位上。

到底問題是出在經度還是緯度上呢？很顯然的緯度的問題在很久以前就已經解決了，最主要的問題是出在經度上面，要如何測量緯度呢？測量的方法就是測量北極星的仰角，而在南半球的船隻，也可以藉由南十字星大致找出南極的方位，在白天的時候，也可以透過太陽在正午時分的仰角來測量，這個時候只需使用六分儀就可以精準的訂出所在的緯度，所以訂出緯度似乎不是那麼困難的事。

為了要訂出經度，各國的科學家無不絞盡腦汁，當時科學家已經發現，如果能夠精準的訂出時間，再透過當時通過自己上空的星星，就可以更精準的訂出經度的所在。而且伽利略也發現，透過木衛星通過木星表面所形成的蝕相來校準時間。問題的是這兩個方法都沒有辦法在船上所利用，因為船隻的晃動，造成擺鐘無法準確的計算時間，望遠鏡更不可能不動的面對木星，所以是必須要想出其他的方法來校正時間。

後來，在英國等海權國家的重賞下，許多人紛紛投入這方面的研究，最後由英國經度委員會提供兩萬英鎊，給能夠在海上經確定出經度者，只要誤差在半度以內，就可以獲獎。最後，一位未受過教育的木匠，他花了十九年的時間做出一個十分精確的時鐘，完成了「航海經線儀」，經過嚴密的測試，八天之中只誤差了五點一秒的誤差，性能之優越連今天很多經線儀都望塵莫及，不過他經過了多年的催討，還是無法拿到那兩萬英鎊的獎金。

參考資料

Timothy Ferris（2004）。《銀河系大定位》。遠流出版社。
Carl Sagan（2004）。《宇宙宇宙》。遠流出版社。
楊政和（1994）。《馬可孛羅》。東方出版社。
C.Donald Ahrens (1999). Meteorology Today. Brooks.
Michael A. Seeds (2002). Foundations of Astronomy. Brooks.

陳柏宇為台灣師範大學地球科學所碩士生，原文由臺灣師範大學地球科學系吳朝榮教授責任編輯

本文原載於高瞻計畫資源平台‧CASE PRESS版本略有不同