为时空立宪章

黄相辅

格林尼治天文台的故事是人类追寻科学知识的缩影。从为了促进航海事业而建立的简单观测设施。发展成顶尖的天文学研究机构，并因确定经线而扬名全球。

今日，当人们把玩地球仪时，很容易将球上那纵横交错的网格线——经纬度——视为理所当然的事物。但不知你有没有想过，这些时间、空间的“标准”究竟源自哪里？

意想不到的是，这一切度量大地的伟业，竟跟海洋与天文息息相关。就让我们话说从头，带读者走访一趟时光隧道，看看故事舞台的沧桑——格林尼治皇家天文台的兴衰及重生。

立足穹苍望大海

天文学看似一门虚无缥缈的学问，实际上与日常生活息息相关。人们借由日月星辰升落的规律来制定历法，得以度量时间、明确季节更替，并因此有了发展农业及其他生产活动的依据。综观古往今来的文明史，除了宗教及占卜等心灵层面的效益之外，天文学的兴盛常基于历法及农业等实用目的。

格林尼治天文台的建立也是源于同样实用的理由——为了支持英国航海事业的发展。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。在没有CPS定位的年代，水手们能依靠的除了罗盘外，便是头顶上熟悉的日月星辰了。借由测量日月星辰位置的变化，航海者可以计算并推估船只航行的信息，不至于迷失在汪洋中。若缺乏对天文知识的掌握，船只在大海中根本就寸步难行，更别奢谈远渡重洋从事贸易及殖民。因此，自15世纪以来欲发展海权的西欧各国，无不重视与天文观测相关的基础建设。

当时航海者关切的课题还有经度的测定。我们今日熟悉的经纬度是一种人为的地理坐标系统。借由经纬度，人们可定义地球表面的空间，以方便辨识球面上的位置。然而相较于纬度，经度的定义困难许多：它不像纬度有自然的起点（即赤道），也不易借由天体在天空中的角度差异看出明显的变化。“如何准确地测定经度？”这个难题无论对制图或导航都十分重要，却困惑了好几代的人们；各国亦竞相投入资源在天文观测上，希望能捷足先登抢到解答。读者若想知道人类追寻经度的详细故事，可参考科普作家戴瓦·梭贝尔的《寻找地球刻度的人》一书。

格林尼治天文台便是在这样的时代背景下诞生的。公元1675年，英国国王查理二世以“精进航海技术”的名义，下旨在格林尼治建立观测设施，同时设立皇家天文学家一职，专责长驻于此进行天文观测、记录及绘制星图，并思索经度问题的解决之道。当时的格林尼治还是离伦敦市区有段距离的宁静乡村，所以适合夜间观测；而另一个选址于此的理由，则是因为英国王室在此拥有大片地产，在国王私有的土地上大兴土木比较省事。天文台第一栋兴建起来的建筑就是给皇家天文学家的住宅，由当时知名的建筑师雷恩设计。翌年住宅落成，首任皇家天文学家佛兰斯蒂德立即搬入，此后两三百年在格林尼治的天文观测大业于是开张。

天文台初建之时筚路蓝缕，除了这栋宅邸外别无其他建物，连观测工作都得在院子里进行。虽然皇家天文学家有王室每年固定支付的薪饷，但薪资微薄，佛兰斯蒂德与友人的信函甚至提及他得趁观测之余忙着写稿、讲学以贴补家用。天文台在后继的几位皇家天文学家手中逐渐扩建，也总算有较正式的场所容纳仪器进行观测。但天文台最初精进航海技术的任务，直到1767年首本附详细星表的航海历出版方大功告成。此时在位的已是第五任皇家天文学家马斯克林，距查理二世创建天文台也已将近百年。

经天纬地震寰宇

进入19世纪后，位置天文学依然是格林尼治天文台的工作重心。天文学家持续测量天体的精确位置以编修星表及航海历。在此要介绍一种特别的天文仪器——子午仪，它与格林尼治天文台的声名鹊起息息相关。

想象地球是一颗被浑圆蛋壳包裹的蛋黄——这概念一点都不陌生，就是天文学上所谓的天球。天空中的所有物体，例如日月星辰，都可视为在天球上的投影。在天球上画一个通过地平面正北方、天球北极、天顶的大圆，这个假想的大圆即是子午圈，其意义就等同于地理上的经线（子午线）。天体每日规律地东升西落，途中都会通过子午圈，即称为中天；此时是天体在天球中距地平面的最高点，即与地平面夹角最大之时。

子午仪就是用来测量天体通过子午圈的时间及当时仰角角度的仪器，其原型在17世纪末即开始被使用。借由天体的中天时间、中天仰角两个数据，天文学家可计算出天体在天球上的详细坐标；另一个方面，若已知天体的坐标，从它通过子午圈的时刻，也能够逆推回观测者所在位置的当地时间及经度。在原子钟被广为应用之前，子午仪对恒星中天的观测是最准确的对时方法，天文台校正时间总少不了子午仪。

格林尼治天文台最有名的子午仪是1851年落成启用的艾瑞子午仪，其名称源自当时的皇家天文学家艾瑞。这座子午仪由艾瑞一手设计、监造，并一直持续使用至1938年才退役。子午仪的基本结构包括两组固定的基座，望远镜架设在基座之间，好像烤乳猪架一样可以翻转。由于望远镜的方向是沿所在地的南北轴线配置，正好可对准子午圈观测。当天文学家使用子午仪时，需先将观测室的屋顶打开，择定欲观测的目标星后，便静待地球自转使目标移动至中天，便可记录数据。这样的观测场景就日复一日地在天文台上演，不断贡献出详尽的星表、航海历，并以此为准标定经纬线的地图。

当时还没有全世界统一的经纬度系统，各国处于各自为政的状态。1884年，25国的代表在美国首都华盛顿开会讨论制定本初子午线，最终以22票赞成、1票反对、2票弃权的结果，由格林尼治压倒性获胜。依会议结论，规定本初子午线正通过“艾瑞子午仪的望远镜目镜十字中心”，于是这座仪器成为标定全球经纬线以及时区的依据，格林尼治天文台也因此扬名四海。

廉颇老矣图转型

以物理及化学方法研究天体本质的天文物理在19世纪后期兴起，很快便蓬勃发展，成为天文研究的热门显学。欧陆国家，尤其是德国，在这方面突飞猛进；而在大西洋另一端的新大陆——美国——也迅速建立起天文物理事业的坚实基础。一时之间，有着光荣科学传统的英国，在这场竞争上面临了挑战，不论是仪器科技或数学理论计算都落后，似乎显得老态龙钟。

在艾瑞及其后继克里斯提手中，格林尼治天文台也增加了一些新设施，试图在这场“军备竞赛”中力挽狂澜，包括口径32.5厘米及71厘米的折射式赤道仪望远镜。克里斯提还在原本的主建筑之外兴建物理天文台，作为天文计算人员的大本营。此外，自艾瑞任内起亦开始进行定期的地磁及气象测量，以了解这些外在因素对仪器本身及观测活动的影响。

然而格林尼治的观测条件却在20世纪初急遽恶化。由于伦敦市区的扩张，原本在郊区乡间的格林尼治如今被都会的光害及烟雾包围了，天文台的地位也就江河日下。1946年，皇家天文台决定迁出格林尼治，科学家也陆续离开，格林尼治天文台自此退出了天文学研究的前沿。虽然格林尼治天文台已失去担负尖端天文研究的条件，但300多年来的历史沉淀却令其拥有无可比拟的文化价值。自1953年起，天文台陆续将整修完成的部分开放给大众参观。

寓教于乐古今合

现在的格林尼治天文台以本初子午线为中心，整个园区的活动路线被划分为两大部分：“子午线路径”及“天文路径”。前者是通往过去的时光隧道，后者是通往浩瀚宇宙的桥梁。

子午线路径通往天文台在20世纪以前兴建的几座老建筑，例如最古老的佛兰斯蒂德屋是过去皇家天文学家的官邸，历任许多皇家天文学家及他们的家眷在此居住过，包括大名鼎鼎的哈雷彗星发现者埃德蒙·哈雷。屋内的装潢复原至17世纪的样式，也就是这座天文台的草创时期。你可以看到佛兰斯蒂德的卧房、餐厅、书房及起居室，以及置放在房间各处的手稿和衣物，仿佛闯入了天文学家的生活。

在佛兰斯蒂德屋旁边的是子午线楼，艾瑞子午仪便原封不动地坐镇于此，地上的标线提醒游客这里是东、西半球的分界及起点。穿越屋子及墙壁，本初子午线一路延伸到墙外的广场，成为观光客的热门拍照地。若是你在大排长龙等着摄影留念的队伍中感到不耐烦，别心急，在背后还有好东西。回头看看佛兰斯蒂德屋，在屋顶耸立的长柱上，是不是有个显目的红色大球？那是报时球。在无线电通讯被发明前，它担负着向港口的船只报时的任务。每日下午1时，报时球就会从顶端降下，在码头瞭望的水手就能依此信号来替船上的航海钟对时。报时球在今日已是过时的古董，在世界上许多地方已被拆除了，但格林尼治天文台仍保存并照常运作。报时球还有个“不务正业”却蛮受欢迎的古怪后代——纽约时代广场新年倒数计时的坠球仪式，即源自报时球的概念。

天文路径则通往克里斯提当初兴建的物理天文台，今日它被称为南馆。虽然外表仍保留20世纪初刚落成的古典风貌，内部已被改建成崭新的展示空间，就像世界上其他地方的天文教育馆，以各种交互式设计带观众认识宇宙的奥秘。在南馆前方，游客可以看到一栋奇异的建筑——好像是一个拔地而起、歪斜矮胖的圆锥。这是园区内最年轻的小老弟，于2007年落成的彼得·哈理森星象馆，目前是伦敦唯一的星象馆设施。

下回若是你漫步在格林尼治天文台，请放松心情，悠闲地呼吸弥漫在空气中的历史尘埃。一想到人类为了了解宇宙和自身居住的世界，在一代代的追寻过程中不停累积知识及经验，也许更会萌发你的思古幽情。有幸的话，说不定你可以找到藏身在天文台园区内某个角落的天文女神，她深邃的眼眸不知透露了多少岁月的故事！