戴碧云

(清華大學(xué) 科學(xué)史系，北京 100084)

15至18世紀(jì)的地理大發(fā)現(xiàn)時(shí)期，因航海和地圖測(cè)繪測(cè)算經(jīng)緯度的需求日益高漲。當(dāng)時(shí)曾出現(xiàn)了很多種經(jīng)度測(cè)量法，但其準(zhǔn)確性、便捷性難以兼顧。自1763年英國(guó)人約翰·哈里森(John Harrison，1693—1776)發(fā)明H4型航海鐘到19世紀(jì)初航海鐘普及[1]，這個(gè)巨大的難題才逐步解決(1)經(jīng)度的確定是近代早期最棘手的科學(xué)難題之一。參見(jiàn)文獻(xiàn)[2]。。這些測(cè)量經(jīng)度的方法可歸納為三大類(lèi)：時(shí)差法(包括航海鐘和觀測(cè)天象)、航跡法(三角法)和地磁偏角法。

在近代早期，不僅僅從物理的角度理解磁，磁也被視為宇宙和精神的力量。無(wú)論醫(yī)學(xué)或者技術(shù)等領(lǐng)域，磁學(xué)都是重要的研究對(duì)象。推動(dòng)以地磁偏角測(cè)經(jīng)度這項(xiàng)技術(shù)的代表性人物有著名學(xué)者、耶穌會(huì)士基歇爾(Athanasius Kircher，1602—1680)(2)基歇爾曾教于羅馬學(xué)院(Collegio Romano)，對(duì)地學(xué)、博物學(xué)、天文學(xué)、光學(xué)、數(shù)學(xué)、磁學(xué)、埃及學(xué)等皆有研究。與埃及奧秘學(xué)說(shuō)關(guān)聯(lián)緊密的磁學(xué)尤其吸引基歇爾，基歇爾認(rèn)為磁學(xué)是宇宙靈魂的力量。其中文名有多種，“基歇爾”為其通用譯名；基歇爾也使用過(guò)“開(kāi)意吉”為自己的中文名字，參見(jiàn)文獻(xiàn)[3]。關(guān)于基歇爾的生平研究，參見(jiàn)文獻(xiàn)[4]。，來(lái)華耶穌會(huì)士衛(wèi)匡國(guó)(Martino Martini，1614—1661)(3)衛(wèi)匡國(guó)作品收入德瑪奇、白佐良主編的《衛(wèi)匡國(guó)全集》全集(5卷本)，參見(jiàn)文獻(xiàn)[5]。，以及英國(guó)天文學(xué)家哈雷(Edmond Halley，1656—1742)等。在西方磁學(xué)史、地學(xué)史文獻(xiàn)中，對(duì)他們的相關(guān)工作屢有提及(4)相關(guān)研究參見(jiàn)文獻(xiàn)[6]。。然而近代早期怎樣利用地磁偏角測(cè)量經(jīng)度、這種方法如何形成和發(fā)展等問(wèn)題的答案都不夠清晰；甚至由于對(duì)技術(shù)理解有偏差，有學(xué)者誤認(rèn)為衛(wèi)匡國(guó)繪制《中國(guó)新圖志》(NovusAtlasSinensis)時(shí)也使用了這種方法。

通過(guò)文獻(xiàn)梳理與分析，可發(fā)現(xiàn)利用地磁偏角測(cè)經(jīng)度這一案例有著多重的歷史意義和學(xué)術(shù)價(jià)值。從技術(shù)史的視角來(lái)看，這一技術(shù)超越了羅盤(pán)指示方向的功用，揭開(kāi)了地磁匹配導(dǎo)航的序幕，在航海和指南針技術(shù)史上具有里程碑式的意義。從知識(shí)生產(chǎn)的角度來(lái)看，這項(xiàng)技術(shù)的推動(dòng)者們先后動(dòng)用了耶穌會(huì)、英國(guó)皇家學(xué)會(huì)和皇家海軍的力量，在洲際區(qū)域內(nèi)開(kāi)展觀察和測(cè)量活動(dòng)，是近代早期有大規(guī)模、組織化知識(shí)生產(chǎn)的范例。從科學(xué)史的角度來(lái)看，磁學(xué)是近代早期歐洲自然哲學(xué)、實(shí)踐科學(xué)的重要領(lǐng)域，這已為現(xiàn)代研究者們所關(guān)注[7-9]；而利用地磁偏角測(cè)經(jīng)度技術(shù)的形成、發(fā)展與地球磁場(chǎng)演變的發(fā)現(xiàn)過(guò)程相伴隨，對(duì)地磁場(chǎng)知識(shí)的形成產(chǎn)生了積極影響。

本文將依據(jù)基歇爾《磁或磁的技藝》(Magnet，sivedeartemagnetica)[10]、衛(wèi)匡國(guó)《中國(guó)新圖志》[11]等文獻(xiàn)，在前人研究的基礎(chǔ)上，從科學(xué)史的角度闡述這一歷史過(guò)程，力圖澄清相關(guān)史實(shí)，深入發(fā)掘其價(jià)值和意義。

1 基歇爾的探索

1.1 利用地磁偏角測(cè)量經(jīng)度之緣起及方法

歐洲從公元12世紀(jì)開(kāi)始出現(xiàn)羅盤(pán)，15世紀(jì)發(fā)現(xiàn)了地磁偏角，測(cè)量和校正磁差是航海中一件重要的事情。前人研究文獻(xiàn)提到，16世紀(jì)初期的幾位來(lái)自伊比利亞半島的實(shí)踐者，如約翰·德·里斯本(Jo?o de Lisboa，c.1470—1525)、法萊羅兄弟(Francisco Faleiro，Rui Faleiro，生卒年不詳)認(rèn)為可以利用地磁偏角異?，F(xiàn)象來(lái)標(biāo)記經(jīng)緯度。[12]

有人試圖從理論上將這種方法推廣到更大范圍。1602年，法國(guó)人諾通尼爾(Guillaume de Nautonier，1560—1620)聲稱(chēng)發(fā)現(xiàn)地球南北磁極位于北、南極圈上，可用一個(gè)磁子午線(xiàn)網(wǎng)將其連接，再加上緯度的平行線(xiàn)。如此，磁子午線(xiàn)和經(jīng)線(xiàn)在地球上以不同的角度相交。諾通尼爾延續(xù)了前人的觀點(diǎn)，認(rèn)為地磁變化是均勻、有規(guī)律的，在貫穿地理南北極和磁極對(duì)的大圓上的變化為零，因此可以用磁子午線(xiàn)來(lái)“經(jīng)度測(cè)量”[12]。

有人在實(shí)踐中探索出一些方案。1615年至1622年，耶穌會(huì)傳教士博里(Cristoforo Borri，1583—1632)前往澳門(mén)和印度支那。他曾向葡萄牙國(guó)王提出利用地磁偏角來(lái)測(cè)經(jīng)度，但被拒絕了[13]。基歇爾從一位葡萄牙通信保持者那里了解到這件事，認(rèn)為在博里的地磁偏角表的基礎(chǔ)上，可以繪制一幅全球性的地圖：從地磁偏角0度開(kāi)始，每隔+2度，將相等的地方用同一條線(xiàn)連起來(lái)，從而形成地磁偏角等值線(xiàn)[13]。

衛(wèi)匡國(guó)曾在羅馬學(xué)院師從基歇爾，是基歇爾利用地磁偏角測(cè)量經(jīng)度這一構(gòu)想的有力支持者。1639年，他啟航前往中國(guó)，途經(jīng)印度果阿(Goa)時(shí)，受瘟疫影響，船只返航里斯本。返途中，因大風(fēng)暴船只迷航，衛(wèi)匡國(guó)借助隨身攜帶的磁針偏角的圖表、星盤(pán)、羅盤(pán)等儀器測(cè)定了船只所在地的經(jīng)度。他還了解到博里的方法：使用方位羅盤(pán)(5)即配備有瞄準(zhǔn)裝置(sighting device)或陰影投射裝置(shadow-casting device，注：原理同日晷)的磁羅盤(pán)。測(cè)定地理南北正方向，在一天中的任何時(shí)間都隨時(shí)測(cè)定地磁偏角，并且繪制地磁偏角等值線(xiàn)圖。衛(wèi)匡國(guó)后來(lái)在給基歇爾的信中寫(xiě)到：“如果當(dāng)時(shí)我們?cè)趤喫贍柸簫u的西邊，磁針應(yīng)該向西偏(譯注：磁針北極向西偏)；但當(dāng)時(shí)磁針是向東偏，所以我們不可能在群島的西面?！盵14]他利用亞速爾群島附近地磁偏角局部異?，F(xiàn)象測(cè)算出的經(jīng)度結(jié)果甚至比船上的海員們更準(zhǔn)確。

這給基歇爾等人帶來(lái)很大鼓舞。衛(wèi)匡國(guó)在1640年從果阿寄給基歇爾的信中寫(xiě)道：

對(duì)我來(lái)說(shuō)，用磁針確定經(jīng)度不再是不可能的。至少在理論上，我認(rèn)為這些方法已經(jīng)完全確立。但在實(shí)踐中，由于時(shí)間不足，我受到了阻礙。但我心里是這樣看的：在以領(lǐng)航員常用的方法繪制的海道圖中，畫(huà)一條直線(xiàn)橫越整張地圖，穿過(guò)盡可能接近兩條磁子午線(xiàn)的兩個(gè)地方，例如，通過(guò)厄加勒斯角和耶路撒冷，在那里磁針不偏轉(zhuǎn)。通過(guò)磁針停止的所有地方畫(huà)出與這條直線(xiàn)平行的線(xiàn)：例如，穿過(guò)科孚島，穿過(guò)白礁島，穿過(guò)廣東港；也可以通過(guò)地磁偏差最大的地方。雖然這些線(xiàn)并不在兩極相交，但它們?nèi)匀淮泶抛游缇€(xiàn)?！F(xiàn)在讓我們來(lái)研究一下磁度的劃分，在劃分了一個(gè)磁子午線(xiàn)之后，我們?cè)儆猛瑯拥囊?guī)則來(lái)劃分其他的磁子午線(xiàn)，只是根據(jù)磁針在地球其他部分的不同變化比例來(lái)改變它們的比例……[15]

已有的研究文獻(xiàn)對(duì)基歇爾等人如何用地磁偏角來(lái)測(cè)算經(jīng)度未有深入的分析，導(dǎo)致了一系列誤解，因此很有必要對(duì)其方法進(jìn)行澄清和闡釋。其方法可以從衛(wèi)匡國(guó)的上述表述中推導(dǎo)出來(lái)。地磁場(chǎng)雖然用肉眼無(wú)法觀察，但可以通過(guò)磁性裝置如羅盤(pán)來(lái)感知其存在及變化。航海者事先測(cè)定過(guò)某一區(qū)域或異常點(diǎn)的地磁偏角，同時(shí)用其他方法測(cè)量該地經(jīng)緯度，將兩種數(shù)據(jù)組合成圖表；再次航行到該區(qū)域時(shí)，只要測(cè)定緯度和地磁偏角，就可以查找出所在地的經(jīng)度；從而將重復(fù)測(cè)量經(jīng)度的工作大大簡(jiǎn)化。航海者大都沿著既定航線(xiàn)連續(xù)航行，還可利用地磁偏角的梯度變化，將操作進(jìn)一步簡(jiǎn)化。

1.2 利用耶穌會(huì)全球組織開(kāi)展測(cè)量

基歇爾清楚地認(rèn)識(shí)到他需要在盡可能大的范圍內(nèi)開(kāi)展地磁測(cè)量，才能使經(jīng)度測(cè)定更準(zhǔn)確更可靠。17世紀(jì)30年代末40年代初，基歇爾正在主持“地理計(jì)劃”(Consilium Geographicum)，旨在利用耶穌會(huì)傳教士的全球網(wǎng)絡(luò)來(lái)改進(jìn)地理知識(shí)。耶穌會(huì)士們大都接受過(guò)良好的數(shù)學(xué)訓(xùn)練。借助耶穌會(huì)的力量來(lái)測(cè)量各地的地磁偏角也成為該計(jì)劃的重要部分。基歇爾與耶穌會(huì)士們通過(guò)頻繁的通信以收集數(shù)據(jù)。[14]

基歇爾還將他的“地理計(jì)劃”比作1582年教皇格里高利十三世(Gregorius XIII，1502—1585)主導(dǎo)下進(jìn)行的歷法改革：教皇、國(guó)王們和大學(xué)三種權(quán)力主體合作改革了統(tǒng)治宗教和世俗事務(wù)的時(shí)間順序，而地理知識(shí)顯然也可以通過(guò)類(lèi)似的舉措得以厘清和提升[14]?；獱栐谒闹鳌洞呕虼诺募妓嚒分姓故玖怂推渌麄鹘淌總?cè)?3個(gè)地點(diǎn)的觀察結(jié)果，包括果阿、巴黎、澳門(mén)、亞歷山大、君士坦丁堡等地([10]，453頁(yè))。其中，從果阿到澳門(mén)的航行中，衛(wèi)匡國(guó)為基歇爾提供了大量測(cè)定數(shù)據(jù)。除了衛(wèi)匡國(guó)之外，還有一些耶穌會(huì)數(shù)學(xué)家如利酌理(Giovanni Battista Riccioli，1598—1671)等人也為基歇爾提供了相關(guān)觀察數(shù)據(jù)[16]。

1.3 基歇爾未能完成“地理計(jì)劃”的原因

早在1634年，英國(guó)數(shù)學(xué)家亨利·蓋利布蘭德(Henry Gellibrand，1597—1637)發(fā)現(xiàn)倫敦的地磁變化。1580年，威廉·巴洛(William Barlow，1544—1625)記錄的是11°15′東。而他自己的團(tuán)隊(duì)1634年測(cè)量的數(shù)據(jù)是4°10′東[17]。

梅森(Marin Mersenne，1588—1648)知曉這一情況后即通信告知基歇爾，并安排他翻譯蓋利布蘭德的文章。笛卡爾和基歇爾因此都意識(shí)到了磁偏角的變化[10]。顯然，基歇爾和衛(wèi)匡國(guó)起初沒(méi)有將地磁偏角的長(zhǎng)期變化考慮在內(nèi)。因?yàn)楫?dāng)時(shí)發(fā)現(xiàn)的是單一地點(diǎn)地磁偏角演變，尚屬個(gè)案，不排除存在偶然性?；獱柡托l(wèi)匡國(guó)很可能更傾向認(rèn)同諾通尼爾的理論。

但后來(lái)，在羅馬和博洛尼亞的耶穌會(huì)數(shù)學(xué)家也觀察到了類(lèi)似的變化。戈?duì)柭赋觯?/p>

基歇爾意識(shí)到這些觀察給他的計(jì)劃帶來(lái)困難，他的計(jì)劃是使用以等偏線(xiàn)標(biāo)記的圖表來(lái)計(jì)算經(jīng)度(如果單個(gè)位置的磁偏角是不穩(wěn)定的，那么此類(lèi)圖表的價(jià)值充其量只是暫時(shí)的)。[14]

倫敦、羅馬兩地公元16、17世紀(jì)地磁偏角演變?cè)诂F(xiàn)代研究中也可以得到印證。如1974年艾特肯(Martin Jim Aitken)根據(jù)文獻(xiàn)記載整理了多地的地磁偏角和傾角長(zhǎng)期變化數(shù)據(jù)[18]。從1600年至1620年，倫敦地區(qū)的地磁偏角減小了約4度(圖1)。在基歇爾所用的方法中，地磁偏角是以“度”來(lái)計(jì)算的。如此大的變化是難以接受的，這意味著在類(lèi)似倫敦的地區(qū)，五年左右就得重新測(cè)定一次地磁偏角?；獱杽?dòng)用了那么大的資源來(lái)收集數(shù)據(jù)，意圖一勞永逸地解決經(jīng)度測(cè)定難題，卻發(fā)現(xiàn)其時(shí)效性得不到保證。在那個(gè)時(shí)代，這幾乎是一個(gè)難以逾越的障礙。

圖1 Aitken根據(jù)歷史文獻(xiàn)記載繪制的倫敦、巴黎、羅馬和波士頓地磁傾角(I)與地磁偏角(D)長(zhǎng)期變化圖

更不幸的是，基歇爾“地理計(jì)劃”資料在博物館被竊。[14]這也影響了“地理計(jì)劃”的完成。戈?duì)柭J(rèn)為由于磁偏角的不穩(wěn)定，找到一種一勞永逸地通過(guò)磁偏角來(lái)確定經(jīng)度的方法也越來(lái)越困難，資料被竊正好讓基歇爾得以卸下這一重任。[14]最終，基歇爾建立全球地磁偏角等值線(xiàn)圖的宏大項(xiàng)目不了了之。

但發(fā)現(xiàn)地磁偏角演變所帶來(lái)的影響也并非完全負(fù)面。在吉爾伯特(William Gilbert，1544—1603)的理論中，地磁是由磁石的固體內(nèi)核產(chǎn)生的，地磁偏角不會(huì)隨著時(shí)間而改變。[10]基歇爾在《磁或磁的技藝》中對(duì)地磁場(chǎng)和地磁偏角的演變做了新的解釋。他認(rèn)為地磁是由充滿(mǎn)磁性的一股股巖石構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的；它們大致沿南北方向圍繞地軸排列。[10]當(dāng)時(shí)英國(guó)皇家學(xué)會(huì)的邦德(Henry Bond，1741—1828)等人也對(duì)當(dāng)?shù)氐拇牌亲兓岢隽思僭O(shè)[20]，但基歇爾的解釋一度被廣為接受。

2 “哈雷之線(xiàn)”的完成

盡管基歇爾未能如愿以?xún)?，但出于航海領(lǐng)域?qū)?jiǎn)單高效的經(jīng)度測(cè)量法的迫切需求，在航海鐘普及之前人們并未放棄對(duì)這種方法的探索，對(duì)地球磁場(chǎng)在航海中的可能用途依然是當(dāng)時(shí)磁性研究的重點(diǎn)。

經(jīng)度的確定是當(dāng)時(shí)英國(guó)海軍發(fā)展的關(guān)鍵任務(wù)，海軍部投入了大量人力物力。哈雷有將大量數(shù)據(jù)簡(jiǎn)化成可視圖像的能力。1686年，他繪制了顯示海洋上盛行風(fēng)分布的世界地圖，這是第一張出版的氣象圖。1698至1700年，英國(guó)天文學(xué)家哈雷(時(shí)任英國(guó)皇家海軍上尉)在英國(guó)皇家學(xué)會(huì)的資助下，在大西洋上開(kāi)展了兩次磁偏角的監(jiān)測(cè)活動(dòng)，繪制完成了大西洋地區(qū)地磁偏角等值線(xiàn)圖(又稱(chēng)等偏線(xiàn)圖)(圖2)[13]，史稱(chēng)“哈雷之線(xiàn)”(Halleyan Lines)。哈雷隨后出版了更大的海圖，將等偏線(xiàn)延伸至印度洋[21]。然而，由于磁偏角的不停變化，這種尋找經(jīng)度的方法從未被廣泛采用。

圖2 哈雷繪制的大西洋地磁偏角等偏線(xiàn)圖(1701)[23]

哈雷知道基歇爾用從兩極引出的線(xiàn)(磁子午線(xiàn))來(lái)描繪磁場(chǎng)，但他沒(méi)有采用這種方式。[22]在哈雷的圖中，大西洋的南部和北部，地磁偏角等值線(xiàn)的走向大體呈西北-東南方向，且比較密集，即地磁偏角隨經(jīng)度的梯度變化更加明顯，精確性較高。這為航海者們提供了有力的幫助。但在大西洋中部，地磁偏角等值線(xiàn)走向與緯線(xiàn)接近，適用性有所下降。

哈雷的這幅大西洋地區(qū)地磁偏角等值線(xiàn)圖屬于區(qū)域性分布圖，局部地區(qū)的磁異常的細(xì)節(jié)信息沒(méi)有顯示出來(lái)。而航海者們?cè)诤骄€(xiàn)上測(cè)得的局部地磁場(chǎng)數(shù)據(jù)則反映了各個(gè)地點(diǎn)的情況，從而具有了更高的實(shí)用價(jià)值。例如上面衛(wèi)匡國(guó)的信中提到的亞速爾群島西側(cè)地磁偏西，即可以作為顯著性標(biāo)志。

在哈雷的時(shí)代，地磁偏角演變已是人所共知?！肮字€(xiàn)”的有效期可能只有幾年。但基于當(dāng)時(shí)英國(guó)皇家海軍對(duì)測(cè)量經(jīng)度的迫切需求，這項(xiàng)成果還是極具實(shí)用價(jià)值?？梢韵胍?jiàn)，在后續(xù)航海中，其他人可以在“哈雷之線(xiàn)”的基礎(chǔ)上不斷更新數(shù)據(jù)維持其有效性，而非基歇爾當(dāng)初所設(shè)想的一勞永逸模式。

哈雷繪制的大西洋地磁偏角等偏線(xiàn)圖上的經(jīng)度多依賴(lài)于航跡推算，有些經(jīng)度由于未知海流的影響而出現(xiàn)錯(cuò)誤。哈雷在大西洋測(cè)繪地磁偏角時(shí)也使用了方位羅盤(pán)，他盡量在日出和日落時(shí)觀察，這是比較方便的水平方向。[13]從1720年到1742年，哈雷接替弗拉姆斯蒂德(John Flamsteed，1646—1719)，成為格林尼治天文臺(tái)的皇家天文學(xué)家。出于自己的興趣和國(guó)家的需要，他繼續(xù)尋找基于月球運(yùn)動(dòng)確定經(jīng)度的辦法。[24]

3 衛(wèi)匡國(guó)《中國(guó)新圖志》中的經(jīng)度測(cè)量方法

衛(wèi)匡國(guó)于1643至1650年間第一次來(lái)華，1655年在阿姆斯特丹出版了《中國(guó)新圖志》。在之后的一個(gè)世紀(jì)中，該書(shū)被認(rèn)為是歐洲了解中國(guó)最權(quán)威的資料，包括了總圖，每個(gè)省的詳細(xì)地圖和具體信息的描述。《中國(guó)新圖志》附錄中還收錄了1700多個(gè)地點(diǎn)的經(jīng)緯度信息。[9]這使得該書(shū)在當(dāng)時(shí)極具原創(chuàng)性，現(xiàn)在來(lái)看則極具歷史價(jià)值。鑒于衛(wèi)匡國(guó)是基歇爾的重要合作者和支持者，研究者們經(jīng)常提將《中國(guó)新圖志》與地磁偏角測(cè)經(jīng)度法聯(lián)系在一起。如地理學(xué)家高泳源曾說(shuō)：

衛(wèi)匡國(guó)深通測(cè)量技術(shù)，曾設(shè)計(jì)過(guò)一種用磁針偏差來(lái)測(cè)定經(jīng)度的方法，這個(gè)成果由他的老師寇爾徹(Kircher)于1643年在科隆發(fā)表。衛(wèi)匡國(guó)來(lái)華之后，每到一地，就測(cè)量該地的經(jīng)緯度，而且據(jù)他自稱(chēng)，他對(duì)測(cè)量力求精確，這是可信的。[25]

漢學(xué)家馬西尼表示：“衛(wèi)匡國(guó)測(cè)量經(jīng)度的方法則不同……，衛(wèi)匡國(guó)本人也曾多次寫(xiě)信，向他在羅馬教團(tuán)的老師基歇爾請(qǐng)教和探討一些問(wèn)題，比如磁針在經(jīng)度測(cè)量中的使用?！盵26]馬西尼等人還以此為依據(jù)來(lái)反駁克拉普洛(Klaproth)所提出的《中國(guó)新圖志》系抄襲明嘉靖二十年(1541)羅洪先的《廣輿圖》之說(shuō)[26]。沈定平則對(duì)高泳源的觀點(diǎn)進(jìn)行補(bǔ)充，稱(chēng)衛(wèi)匡國(guó)具有“出類(lèi)拔萃的科學(xué)素養(yǎng)，為他在中國(guó)進(jìn)行實(shí)地觀測(cè)和繪制地圖提供了技術(shù)保障?！盵27]

上述文字比較籠統(tǒng)，雖未明確指出衛(wèi)匡國(guó)用地磁偏角來(lái)測(cè)定經(jīng)度，但還是產(chǎn)生了誘導(dǎo)性的結(jié)果。如黃盛璋即認(rèn)為衛(wèi)匡國(guó)在繪制《中國(guó)新圖志》時(shí)“當(dāng)即利用他設(shè)計(jì)的磁針測(cè)經(jīng)度計(jì)”。[28]

波蘭漢學(xué)家什切斯尼克(Boleslaw Szczesniak，1908—1996)肯定了衛(wèi)匡國(guó)的貢獻(xiàn)：

毋庸置疑，衛(wèi)匡國(guó)在地理領(lǐng)域應(yīng)得到認(rèn)可。……他的名字因?yàn)椤吨袊?guó)新圖志》被記住。……即使在值得紀(jì)念的遠(yuǎn)東(特別是中國(guó))航行一百年后的十八世紀(jì)，衛(wèi)匡國(guó)的測(cè)量和觀察也具有特殊價(jià)值?！商m人惠更斯和意大利人卡西尼于1673年得出了測(cè)量地球不同地方經(jīng)度的正確方法。在他們之前，耶穌會(huì)士一直在努力計(jì)算子午線(xiàn)。[15]

他進(jìn)一步評(píng)價(jià)道：

在我看來(lái)，衛(wèi)匡國(guó)使用的手段和運(yùn)用的方法與后來(lái)英國(guó)學(xué)者埃德蒙·哈雷尋求確定子午線(xiàn)時(shí)的手段和方法相同。德利勒(6)德利勒(J.N.Delisle)，17、18世紀(jì)法國(guó)天文學(xué)家、地理學(xué)家，曾根據(jù)衛(wèi)匡國(guó)寄給基歇爾的信件繪制了非洲沿岸部分手稿地圖。繪制的非洲沿岸部分手稿地圖對(duì)制圖歷史學(xué)家而言具有史料價(jià)值。這主要是探求使用磁針確立經(jīng)度的結(jié)果。[15]

什切斯尼克的上述表述存在一些問(wèn)題。第一，哈雷在尋找經(jīng)度時(shí)使用的是航跡推算法和月食法，而利用地磁偏角測(cè)經(jīng)度只是哈雷想要建立的方法。衛(wèi)匡國(guó)在非洲沿岸確認(rèn)并在一定程度上使用了地磁偏角測(cè)經(jīng)度的方法。準(zhǔn)確地說(shuō)，衛(wèi)匡國(guó)和哈雷涉及到了相同的方法。第二，什切斯尼克將衛(wèi)匡國(guó)《中國(guó)新圖志》如何測(cè)量經(jīng)度與其在非洲沿岸航海過(guò)程中如何測(cè)量經(jīng)度混為一談。事實(shí)上并非如此。

前人研究中對(duì)衛(wèi)匡國(guó)《中國(guó)新圖志》測(cè)量經(jīng)度所用方法普遍存在誤解，其主要原因是對(duì)如何利用地磁偏角測(cè)算經(jīng)度及如何應(yīng)用認(rèn)識(shí)不足。德利勒繪制的非洲沿岸部分手稿地圖是證明用磁針來(lái)尋求建立經(jīng)度可行性的重要文獻(xiàn)。但用地磁偏角測(cè)經(jīng)度有一個(gè)前提，那需要提前知道待測(cè)點(diǎn)或附近區(qū)域的經(jīng)度和地磁偏角，建立地磁偏角等值線(xiàn)圖。即此法并非服務(wù)于初次測(cè)定經(jīng)度，而是用以建立經(jīng)度、緯度和地磁偏角三者的對(duì)應(yīng)關(guān)系，制作成圖表，為后測(cè)者提供查找服務(wù)。因此該地圖并不能證明用磁針可以直接測(cè)定經(jīng)度。這與《中國(guó)新圖志》的情況是相同的。

筆者認(rèn)為《中國(guó)新圖志》中收錄這么多地點(diǎn)的坐標(biāo)，并非因?yàn)橹苯永昧说卮牌菧y(cè)經(jīng)度法；衛(wèi)匡國(guó)在勘繪《中國(guó)新圖志》時(shí)，對(duì)于實(shí)地觀察過(guò)的地區(qū)，還是以日食、月食的辦法為主來(lái)測(cè)定經(jīng)度，部分地點(diǎn)的位置系根據(jù)已有地圖推算而得。理由試述如下：

首先，衛(wèi)匡國(guó)本人在《中國(guó)新圖志》中對(duì)此已經(jīng)有所提及(7)原文如下：Longitudo illius apud me nulla, nam hujus ego urbis meridianum, primum pono(nec enim apud Europ?os quicquam reperio certi, & pudendum sane, in re tanta Cosmographos non convenire.)Ex Eclypsibus autem Lansbergiana hypothesi me calculatis & observatis, tum in hac urbe, tum in aliis aliquibus Sinarum, Goesa Zelandi? distare comperi horis omnino 7’,56’.qu? dant gradus ?quatoris 119,0’.unde cum Goesa supponatur Fortunatis Insulis distare gradus 27, fiet hujus urbis Meridianus 146 grad.vel 149: 20’ si ponatur Goesa distare gradibus 30: 20’ juxta variam primi Meridiani assumptionem.此處把北京所在經(jīng)度視為本初子午線(xiàn)，推算出Goes市經(jīng)度為西經(jīng)119度。幸運(yùn)群島(Fortunatis Infulis)為大西洋島嶼加那利群島和馬德拉群島，該群島是托勒密選定的本初子午線(xiàn)的位置。1884年，英國(guó)倫敦格林尼治天文臺(tái)舊址的經(jīng)線(xiàn)確定為全球的本初子午線(xiàn)。([11]，29頁(yè))。我們可以借鑒白佐良的譯文：

我在這個(gè)城市以及中國(guó)的其他城市對(duì)日食、月食進(jìn)行了觀測(cè)和計(jì)算，得出的結(jié)論是：它與位于赤道以北119度的荷蘭Goes市，有7個(gè)小時(shí)56分的時(shí)差。因此，假設(shè)Goes市與幸運(yùn)群島(Fortunatis Infulis)之間相差27度，這個(gè)城市的經(jīng)度就應(yīng)該是146度；如果兩市間的距離是30.2度，那么該市的經(jīng)度則為149.2度。[29]

此外，1636年，伽利略向荷蘭人提供了用木星衛(wèi)星食相測(cè)定經(jīng)度的方法。孟德衛(wèi)懷疑耶穌會(huì)羅馬學(xué)院的耶穌會(huì)士將此法告知衛(wèi)匡國(guó)。[30]

衛(wèi)匡國(guó)繪制《中國(guó)新圖志》時(shí)，前人已經(jīng)測(cè)量了部分地點(diǎn)的經(jīng)度，可直接利用。徐光啟修《崇禎歷書(shū)》(1634年成書(shū))主持測(cè)定北京、南京、南昌、廣州4處經(jīng)緯度數(shù)，再加其前已有和利用地圖推算11個(gè)省會(huì)所在，總的數(shù)據(jù)52處。[28]從衛(wèi)匡國(guó)本人的敘述來(lái)看，他對(duì)此是知曉的([11]，18頁(yè))，既可直接借用，也可重新測(cè)定。

其次，因?yàn)榈卮牌请S著時(shí)間而改變等原因，基歇爾放棄了用磁針測(cè)定經(jīng)度的“地理計(jì)劃”。前面所講到的依靠地磁偏角測(cè)經(jīng)度的事例都用于航海測(cè)定船位；因?yàn)楹Ｉ虾叫腥狈τ行⒄瘴铮蝗菀着袛嘧约荷硖幒翁?。衛(wèi)匡國(guó)在中國(guó)大陸繪制地圖測(cè)定各地經(jīng)度的時(shí)候，自然知道自己身處何地；測(cè)定經(jīng)度是為了在地圖上將該地標(biāo)注到正確的位置。知曉某地經(jīng)緯度之后，將其繪制到地圖上即可，也無(wú)須再利用地磁偏角作為位置標(biāo)識(shí)。

假設(shè)衛(wèi)匡國(guó)要將地磁測(cè)經(jīng)度的方法活用一下，依據(jù)已知經(jīng)度和地磁偏角的地點(diǎn)勾勒出大致的等值線(xiàn)圖；再委托別人測(cè)定其他地點(diǎn)的地磁偏角和緯度，確實(shí)可以做些推算，但這樣得到的經(jīng)度太過(guò)粗略。同緯度地磁偏角相差1度的兩個(gè)地方，直線(xiàn)距離可以達(dá)到數(shù)百公里，局部地點(diǎn)很可能由于地磁偏角異常而造成更大的誤差，還不如直接利用前人地圖進(jìn)行推算。而且，在《中國(guó)新圖志》附錄的經(jīng)緯度表中，并未列出相應(yīng)地點(diǎn)的地磁偏角數(shù)值；在正文中，衛(wèi)匡國(guó)本人對(duì)此也毫無(wú)提及。

此后，康熙年間政府組織繪制《皇輿全覽圖》開(kāi)展大規(guī)模測(cè)繪時(shí)，有多位法國(guó)耶穌會(huì)士參與。他們?cè)谝獯罄煳膶W(xué)家卡西尼的影響下，也是采用觀察月食和木星衛(wèi)星的方法測(cè)定經(jīng)度。[31]卡西尼是巴黎科學(xué)院的天文學(xué)家，他曾收集佛得角群島(Cape Verde Islands)、瓜德羅普島(Guadeloupe)、安的列斯群島(Antilles)等地的磁偏角數(shù)據(jù)，但他更相信應(yīng)該用伽利略提出的木星衛(wèi)星這一天文觀測(cè)方法來(lái)測(cè)定經(jīng)度。[20]

4 結(jié) 語(yǔ)

近代早期用地磁偏角測(cè)定經(jīng)度方法的出現(xiàn)，得益于歐洲磁技術(shù)實(shí)踐和磁學(xué)理論的發(fā)展，也與航海業(yè)的巨大前景和技術(shù)需求密不可分。正是在這樣的歷史背景下，基歇爾、衛(wèi)匡國(guó)、哈雷等人基于自身的知識(shí)背景和社會(huì)角色參與了這項(xiàng)工作?；獱栂Ｍ玫卮牌且粍谟酪莸赝瓿伞暗乩碛?jì)劃”方案，但此方案并不可行。而衛(wèi)匡國(guó)在《中國(guó)新圖志》中主要利用了前人數(shù)據(jù)，部分經(jīng)度測(cè)量則使用了天文方法。哈雷基于實(shí)用性完成了等值線(xiàn)，這項(xiàng)工作具有里程碑式的意義，但由于科學(xué)理論、技術(shù)條件和組織能力所限，只能在局部地區(qū)和一定程度上發(fā)揮作用，未能進(jìn)一步發(fā)展。

20世紀(jì)60年代地磁匹配導(dǎo)航技術(shù)真正興起，相關(guān)國(guó)際學(xué)會(huì)組織全球科技力量利用現(xiàn)代設(shè)備協(xié)作測(cè)量，開(kāi)發(fā)出國(guó)際地磁參考模型(IGRF)和世界地磁模型(WMM)；其天然抗干擾性是衛(wèi)星導(dǎo)航所無(wú)法比擬的，具有極大的應(yīng)用前景和戰(zhàn)略?xún)r(jià)值[32]。其實(shí)現(xiàn)途徑與基歇爾、哈雷等人的工作如出一轍。古今對(duì)比，更加彰顯了近代早期人們探索利用地磁偏角測(cè)量經(jīng)度工作的價(jià)值和意義。

致 謝感謝兩位匿名審稿人和編輯老師的修改意見(jiàn)。