尺子的角度被測量出來,並且結果得到確認。正當巴朗德爾准備把結果記錄下來時,斯特呂克斯建議把水平儀翻轉過來,再讀出兩個弧度的差數,這個差數就是要求測定的傾斜角,這樣工作就得到了檢驗。俄國科學家的建議在諸如此類的實驗中都被采納了。
至此,兩個重點都已被觀測過了:尺子相對於基礎底邊的方向及其與水平面形成的角度。這兩個數字結果被記錄在兩份不同的筆記上,並分別在空白處簽署了委員會成員的名字。
還要做兩項同樣重要的觀測才能結束與第一把尺子有關的工作:它隨溫度的變化和它所測量的准確性。
至於它隨溫度的變化,可以很容易地通過它與銅尺長度差別的比較被標示出來。顯微鏡被斯特呂克斯和埃弗雷特上校相繼觀察一次,能夠標出白金尺變化的絕對數值,這個數值被記錄在兩份筆記上,以待在16℃情況下進行推算。當巴朗德爾拿到被測定數值後,所有的人立即再核對一遍。
現在需要標出實際測得的長度。為了得到這個結果,必須在第一把尺子之後;在小木塊上放置第二把尺子,兩把尺子之間有個小間隔。第二把尺子以同樣的方式放置好了——在他們認真地檢查過兩把尺子的四個鐵尖頭是否在水准標尺的中點上排成一條直線之後。
只剩下測量兩把尺子之間間隔的距離了。在第一把尺子末端沒有被銅尺覆蓋的部位,有一小片白金滑片在滑槽中異常輕微池滑動。埃弗雷特上校撥動滑片使之與第二把尺子接觸。由於滑片的刻度精確到0.010圖瓦茲,而且位於滑槽一邊,配有顯微鏡的遊標可以准確到0.100,因此可以精確地算出故意留在兩把尺子之間的間隔。數值很快被記錄在兩份筆記上,而且馬上被重新核對一下。
在佐恩的建議下,他們采取了有利於測得更加精確數值的另一個謹慎步驟。在陽光照射下,白金尺被銅尺覆蓋的部分受熱相對較慢。為了防止這種溫度變化的差別,他們在高出尺子幾法寸的地方蓋了一個小頂棚,並不會妨礙觀測。只是在早晨和下午,當陽光斜著照進頂棚下落到尺子上時,他們便從側面張開頂棚擋主陽光。
這種躁作被耐心、細致地進行了一個多月。當四把白金尺相繼被放好,它們的方向、角度、膨脹和真實長度都被核對過,科學家們拿掉第一把尺子及其底座和支架,在第四把尺子後面以同樣的規則重新開始工作。雖然科學家們技巧都很嫻熟,但這些躁作仍需要很長時問。他們每天只能測量220-230圖瓦茲,尤其是當天氣不好、強風會破壞儀器的穩定性時,他們只好中斷實驗。
每天下午,當由於光線不足而無法閱讀遊標卡尺之前三刻鐘,科學家們就謹慎地中止工作,留待第二天早晨重新開始。標有「1號」的尺子具有臨時作用,用以在地上標出它會到達的一點,科學家們在這一點上挖個洞,插進一個頂部裝有鉛板的木樁。1號尺的角度、溫度變化和方向都被測過之後,就把它放回固定的地方,並記下用4號尺測定的延長距離,然後借助一根與1號尺頂端垂直相切的線,在木樁頂部的板上作一個記號。在這一點上,兩條相交成直角的直線(其中一條與垂直底邊方向相同)被小心劃出來。鉛板被蓋上木頭圓帽,洞被重新堵上,木樁被埋在地上直到第二天。這樣,在夜間任何事情都不會將儀器搞亂,從而不必從頭開始實驗。
第二天,拿去蓋板,借助一條端點落在兩條垂直線交點上的垂直線把第一把尺子放在與昨天相同的地方。
這就是他們在持續38天裏在這塊平整的平原上進行的一系列實驗。所有數字都做成兩份記錄,並得到所有成員的檢查、核對和確認。
埃弗雷特上校及其俄國同仁之間幾乎未發生過爭論。遊標尺上顯示出的0.400圖瓦茲的數字有時會使兩人交流幾句客氣而生硬的話語。但是成員們都有發表意見的權利,大家必須服從多數人的意見。
只有一個問題在兩位對手之間產生了明顯的分歧,約翰-馬瑞閣下不得不進行調解。這就是關於第一個三角形底邊長度的問題。很明顯,底邊越長,三角形的頂點角越開闊,也就更容易測量。然而,長度不可能無限延長下去,埃弗雷特上校建議底邊長六千圖瓦茲,幾乎是莫蘭路上底邊的長度。斯特呂克斯想將之延長到1萬圖瓦茲,因為地面是允許的。
在這個問題上,埃弗雷特上校顯得毫不妥協,斯特呂克斯看上去同樣不願讓步。彼此列舉過尚合情理的論據之後,成員們開始表態了。民族問題一觸即發。兩位科學家也不再是科學家,而是一位英國代表和一位俄國代表。幸虧一個持續好幾天的壞天氣打斷了爭論,科學家們的頭腦冷靜下來,最後多數決定,底邊長度為大約8千圖瓦茲,這樣恰好不偏不倚。
總之,實驗進行得很好、很精確。至於其高度的准確性,在北半球同一經線上進行的另一次實驗將會使之得到檢驗。
最後,直接測出的底邊的長度是8037.65圖瓦茲,在此之上,將會建立一系列橫跨南部非洲數緯度範圍的三角形。
第八章 經度24°
底邊的測量共進行了38天,始於3月6日,結束於4月13日。一刻也不能浪費,探險隊的兩位領導決定馬上開始建立三角形系列。
首先要測定被測經線弧出發點的緯度。通過緯度的差別可以知道被測經線弧所跨的緯度數。
4月14日,以確定此地經度的最精密的觀測開始了。在此之前的晚上,當測量基礎底邊的工作中止之後,艾默裏和佐恩已經借助複測經緯僅得到了很多星辰的高度。兩位年輕人觀察得如此准確,以至於每兩次之間的間隔只有兩秒鐘,這些間隔多半是由大氣層形狀變化導致的不同折射造成的。
從這些如此細致地重複多遍的觀測中,他們用足夠精確的近似法推算出了經線弧南端的緯度:南緯27.951789°。
緯度測知了,他們開始計算經度,並把這一點確定在一張比例尺很大的南部非洲地圖上。這張地圖再現了這一地區最新的地理發現,利文斯通、安德森、馬劄爾、鮑德溫、瓦揚、波切爾、列支敦士登等旅行家和博物學家的行程。他們需要在地圖上選擇一段位於兩個觀測站之間,橫跨好幾緯度的經線弧。我們知道,經線弧越長,在確定緯度數時,測量中可能出現錯誤的影響就會更微弱。從敦刻爾克經巴黎到達福爾門特拉的經線弧橫跨了近10緯度,確切地說是9°56′。
然而,在英俄共同進行的三角測量實驗中,經線的選擇要極其謹慎。一定不能碰到一些自然障礙,例如無法越過的大山,阻擋觀測者前進的大面積水域。幸運的是,南部非洲的這塊土地看起來是如此完美地適合這種實驗。地面的起伏率非常小,數量很少的水流都很容易通過。他們會遇到危險,但不是障礙。
南非的這塊土地被卡拉哈裏沙漠占據著。卡拉哈裏沙漠從奧蘭治河一直擴展到恩加米湖,位於南緯20°-29°之間,西部始於大西洋岸,東部直到東經25°附近。1849年,利文斯通博士就是沿著沙漠東部邊緣的這條經線探險,直到恩加米湖和贊比西河各大瀑布。至於沙漠本身,確切地說與名字毫不相符。這裏不是撒哈拉沙漠,就像人們試圖想象的那樣幹燥多沙、缺少植被、無法通過。卡拉哈裏沙漠中生長著大量植物,地面覆蓋著豐富的草場,還有一片濃密的矮樹叢和高大的樹林。飛禽野獸在此大量繁殖。一些常駐部落和巴卡拉哈裏人居住在這裏,布希曼遊牧部落也經常出沒於此。但是一年中的大部分時間沙漠中均缺水,縱橫沙漠的眾多河流的河床都是幹涸的,土地幹燥是在這個地區進行探測的真正障礙。不過現在雨季剛結束,人們可以使用保存在水沼、池塘和水溪中的大量不動水。
這些都是獵人莫庫姆提供的有關資料。他多次出入卡拉哈裏,或者為了打獵,或者為某次地質勘探作隨從向導。埃弗雷特上校和斯特呂克斯都認為這片廣闊的地區具備進行一次准確的三角測量實驗的有利條件。
現在他們需要選擇一條經線進行測量。能否將這條經線取在基礎底邊的一個端點上,這樣就不必再借助一系列的輔助三角形將基礎底邊在卡拉沙漠中的另一點連接起來。
對這種情況進行了細致的研究和討論之後,他們認為基礎底邊的南端可以作為經線出發點。這條經線位於東經24°,它穿過一片至少7緯度的地區,從南緯20°到南緯27°,不會遇到任何自然障礙,至少在地圖上沒有顯示。只是在北部它要經過恩加米湖的東半部,但這絲毫不會構成無法逾越的障礙,因為當阿拉果將西班牙海岸與巴利阿裏群島連接起來時,經歷過更大的困難。
要測量的一段經線弧就選定在東經24°上。在北半球沙俄境內,他們將會很容易地測量這條經線上另一段弧的長度。
實驗馬上開始了,天文學家們忙著選擇第一個三角形的頂點應當到達的地點,這個三角形將以直接測量過的基礎底邊作為底邊。
第一個三角形頂點選擇在經線的右方。這是一棵孤立於大約10英裏之外的大樹。從基礎底邊的東南端和西北端都能清楚地看到它(埃弗雷特上校在基礎底邊兩端各放了一個支柱)。樹頂是尖的,可以很准確地測得樹的高度。
天文學家們首先開始測量這棵樹與基礎底邊東南端形成的角度。這個角度是借助大地測量實驗用的波爾達複測經緯儀測知的。經緯儀的兩個光軸准確地位於其盤面上,一個光軸對准基礎底邊的西北端點,另一個光軸對准位於東北方向的孤樹。兩個光軸通過其間隔指示以上兩點的角距。沒必要再說明這部制作十分精良的儀器能夠使觀測者們最大限度地減少觀測錯誤。實際上,通過重複法,在重複多次的情況下,這些錯誤就互相補償,互相抵消了。至於保證儀器正規擺放的遊標尺、水平儀和垂直線,它們絲毫沒有不盡人意的地方。委員會備有四部複測經緯儀,兩部用於大地測量觀測,例如測量角度,另外兩部的度盤是垂直的,能夠借助人工水平線測得天頂距離,因此甚至能在一夜間利用近似法計算出某一點的緯度。在這次大規模的三角測量實驗中,不僅需要獲得大地三角形角的度數,還要測量星辰的子午高度,亦即每一觀測點的緯度。
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