工程摄影测量学教学课件PPT地图制图.ppt

1530年，荷兰数学家伽玛·弗里西斯（Gemma Frisius）提出用钟表来测量时间差。按照他的设想，可以做作一台钟表，始终保持某地（比如伦敦）的时间，然后带着它来到新的地点，利用太阳高度测量当地时间，再和伦敦钟表做对比，就能知道此地和伦敦的经度差。这个设想看似简单，但在弗里西斯的时代，钟表的制作工艺非常原始，每天快慢几分钟是家常便饭，这样的精度根本无法胜任测量经度的工作。 1514年，德国天文学家约翰尼斯·沃纳（Johann Werner）提出利用月亮的移动来测量经度。他通过观测发现，月亮在天空中的相对位置每时每刻都在改变，大约每小时移动一个月亮直径的距离。他假定地球上观察到的月亮行为都是一样的，只要在两地分别观测月亮，准确记下它移动到某个位置的时间，就能算出两地的经度差。 但是，这个“月距法”也有自己的问题，那就是缺乏准确而又完整的星表。再加上月亮的移动规律仍然无法预测，因此也还有很多工作要做。 惠更斯曾经专门为航海而制作了两台航海钟（Marine Timekeeper），并曾经出海进行过检验。可是，钟摆只能在平静的海面上使用，一旦出现风浪，摆钟就不准了。为此惠更斯发明了螺旋平衡弹簧，代替钟摆，并申请了法国专利。可是，在惠更斯打算申请英国专利的时候，遇到了英国科学家罗伯特·胡克（Robert Hooke）的挑战。这个胡克可是大名鼎鼎，他是个科学多面手，曾经用显微镜观察生物，发明了细胞（Cell）这个词。另外，他在光学、引力理论、地震学、蒸气机制造和弹簧原理等领域取得过很大的成绩。事实上，正是在发明平衡弹簧的过程中，胡克提出了著名的“弹簧原理”，即“弹簧产生的弹力和拉长的长度成正比”。胡克指责惠更斯偷窃了他的弹簧式钟表设计，两人为此数次大动干戈，最后谁也拿不出足够的证据证明对方剽窃，这个螺旋平衡弹簧的专利最后也就不了了之了。 还有一种方法曾经得到了许多科学家的支持，这就是“磁偏法”。原来，哥伦布在那次发现美洲之旅时发现，指南针和北极星所指的北方有微小的差异，后来有人正确地解释了这一偏差，这是因为磁极和真正的北极（自转轴）并不重合造成的。不少科学家知道这件事后都很激动，他们相信这个差异就是测量经度的钥匙，只要找出磁偏角和经度之间的对应关系就行了。为此欧洲有一大批科学家投入了大量人力物力，可最终发现这个差异实在是太小了，无法用来准确测量经度。于是这个设想最终只能被放弃了。 在1667年到1669年这三年里，巴黎天文台组织人马对月亮进行了细致的观察，结果他们认为月亮的运行轨迹太复杂，无法准确地预测，因此月距法很难被用来测量经度。法国皇家科学院的科学家们得知这一结论后，统一了认识，决定推广伽利略提出的“木星卫星法”。这个方法的成功归功与一个名叫乔万尼·多曼尼克·卡西尼（Giovanni Domenico Cassini）意大利人，此人是个少年天才，25岁时就被任命为意大利博洛尼亚大学的天文学首席教授。他也对木星的卫星运动很感兴趣，并经过16年的观察，于1668年出版了一本手册，详细记录了这4颗卫星的运动轨迹和星蚀时间表，这是当时出版的最精确的木星卫星星表，有了这张表，世界各地的天文学家完全可以通过观测卫星的出没，测出所在地的准确经度。 1669年，巴黎天文台派遣好几支“天文观测小分队”，带着望远镜乘坐远洋帆船驶向世界各地，通过观测木星的卫星，测出准确的经度。这个庞大的计划也得到了欧洲其它各国的响应，并纷纷派出自己的“小分队”。就这样，一张新的世界地图被画了出来，人类终于第一次准确地知道了家的样子。很多被派往世界各地的观测小分队都抱怨说，他们的摆钟怎么也调不准。根据惠更斯提出的钟摆原理，在重力恒定的情况下，钟摆的摆动时间只和钟摆长度有关系。牛顿根据这些数据，得出了一个令人吃惊的结论：地球不是标准的圆球体。 丹麦天文学家奥勒·雷默（Ole Roemer）发现当地球运行到距离木星最近的轨道时，木星卫星现身的时间总要早那么几分钟，他正确地把这一现象解释为光是有速度的。1676年，雷默首次利用木星卫星的“星蚀”，测出了光速（他测出的光速比实际速度稍慢）。人类对经度的探索引发了一场真正的科学革命。 英国拥有当时欧洲最大的商船队，查理二世当然明白经度测量的意思所在。听了情妇的解释后，他迅速召集英国的一批顶尖科学家前来开会，请他们对“月距法”做出评价。这其中有个年仅27岁的天文学家，名叫约翰·弗拉姆斯蒂德（John Flamsteed）。他指出，这个方法从原理上来讲确实可行，但首先必须画出一张准确的星表，搞清所有的星星每时每刻所在的位置，然后再搞清月亮每一天的运行轨迹，只有先完成这两件工作，才有可能运用这个方法进行海上定位。1675年，查理二世采纳了弗拉姆斯蒂德的建议，从国库里拨出500英镑，在伦敦郊外的格林尼治村（Gree