《談天說文》大自然的時間

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21世紀的今天，我們有很多方式計算時間、測量時間，但在三千多年前，人類是如何測量時間？先不談較長的時間測量，以日計，或以月計的時間太長，對日常生活沒有助益，如果你要和美眉約會，告訴她後天見，而不是精確地告訴她是後天下午三點，那約會肯定會讓你失望。因此能以小時計的時鐘是不可缺的。

最早記錄時間的工具

最早記錄時間的工具是漏壺，一只裝滿水的陶壺，底部流失的水就像時間的流逝，漏越多水，代表流逝的時間越長。西元前一千多年，埃及就用會漏水的容器量計時間（如圖一），中國古代用漏刻來測量時間，漏刻是由漏壺和箭刻所組成，漏壺裡頭盛水，箭刻上的刻度用來表示時間。沈箭是用在漏水多寡代表時間的長短，補加水到漏壺，則是用浮箭。但漏水的速度並不穩定，滿水時，漏水較快，水快流盡，漏水較慢，為了穩定水流速度，得多加漏壺，讓原先漏壺的水位固定。於是東漢出現了二級漏壺，晉代出現了三級漏壺，唐代出現了四級漏壺（如圖二）。

立竿見影

日晷則是白天記錄時間的工具，用的就是立竿見影的效果，太陽隨著時間在天空中運行，不同時間，會有不同的日影，利用日影位置的變化，來測量當下的時刻。

日晷是由一平台晷面和一根晷針所構成，若晷面和地球的赤道面一致，和地平面成一固定角度（此一角度和日晷擺放緯度的總和是90度，例如北緯30度的晷面和水平面呈60度），這種日晷稱為赤道日晷（如圖三），另外還有地平日晷和垂直日晷。地平日晷是將晷面平放在地面，而垂直日晷則是放在垂直牆面上。不同的日晷，在晷面上的時間刻度不盡相同，赤道日晷的時間刻度比較像手錶，有均勻的時間刻度，其他則有不均勻的時間刻度（如圖三），不均勻程度和日晷放置的緯度有關。

圭表是另一種利用日影的計時工具，紀錄一年的日變化。圭表是由兩根互相垂直、呈L形的柱子所構成，以南北向、平放在地面稱做圭，垂直地面稱做表（如圖四）。當正午時分，太陽經過子午線的時候，會落影在圭上，日影的長短隨著一年四季有所變化，北半球夏至的時候，日影最短，冬至最長，南半球正好相反。

圭與子午線

達文西密碼一書中，西拉跑到巴黎聖許畢斯教堂挖取拱心石，根據盟主和三大長老的口供，拱心石是藏在通過聖許畢斯教堂的玫瑰線下，玫瑰線是通過巴黎天文台的子午線。1884年以前的本初子午線是這條子午線，之後改成通過格林威治天文台的子午線。但聖許畢斯教堂地上刻畫的線並不是玫瑰線，而是圭，玫瑰線並沒有通過教堂。

鐘表的雛形應屬單擺鐘，義大利天文學家伽利略從教堂擺盪的吊燈，發現了單擺原理，吊燈擺盪的幅度和週期無關，也就是說擺盪厲害所花的時間和輕微擺盪的時間一樣，這種穩定的週期特性正可用來計時。幾十年前掛在牆上的時鐘，很多都是利用擺垂來計時（如圖五）。

計時兼定位

鐘表除了計時的功用外，還可以用來訂定地球的經度。14世紀的歐洲進入航海探索的時代，要在茫茫大海當中找到船隻的位置，光靠太陽或夜晚星座是不夠的，經過四百多年，船長要在船上量出經緯度，還是件非常困難的任務，甚至因為迷航，造成18世紀初英國四艘船艦的觸礁，將近二千多名水手淪為波臣。

地球的緯度是和所在位置看到北極星的高度有關，而地球經度是和當地時間有關，若有精確的鐘表，就可以換算出當時的經度。1770年英國鐘表匠哈理遜製造出哈氏五號航海鐘（如圖六），精確度可達每日三分之一秒，在哈理遜長達30多年的研發，航海鐘有助於英國成為海權強國。我們下回來談談航海鐘是如何訂出地球的經度。