初景

沒用的船長

靜謐的夜晚，群星閃爍，海風帶著大海的潮濕氣息迎面撲來，遠眺周圍，觸目所及皆是粼粼微光，一望無際。

“出發(fā)！讓我們去尋找傳說中的寶藏！”站在船頭的何小凡心潮澎湃。此刻，他穿著大航海時代的船長衣服，趾高氣揚，肩膀上還站著一只鸚鵡，大嘁“船長英明、船長英明”。

“請問船長，我們該往哪個方向行駛呢？”船員打扮的馬飛飛忍著笑發(fā)問。

“讓我看看……”何小凡趕緊拿出藏寶圖，圖上標示著寶藏的位置是在一個小島上，但是大海茫茫，何船長并不知道此刻自己身處何方，也不知道離寶藏還有多遠，更不知道應該朝哪個方向行駛。半晌，他尷尬地小聲說道：“我不知道……”

馬飛飛“撲哧”笑了，一旁拿著望遠鏡觀察遠方的宋大力也哈哈大笑起來，“船長連前進的方向都不知道，怎么帶領我們？”

“就順著風的方向前進吧，順風也能走得快些……”何小凡猶豫地說。

“那我們順著風會往哪個方向走呢？”馬飛飛問。

何小凡答不上來，只能搖搖頭。

“你爭著當船長，可怎么什么都不知道呀？”馬飛飛嘆了口氣，何小凡臊得滿臉通紅。

原來，受默默藍博士的邀約，同學們前來博士研發(fā)的全新虛擬系統(tǒng)里幫忙，系統(tǒng)以大航海時代為主要背景，參與者需要在時代條件限制下，利用當時的工具完成海上航行，找到博士事先藏好的寶藏。既然是航海，當然要有船長，何小凡自告奮勇當上船長，但光顧著擺架子，忽略了船長最重要的職責之一：指引航向。

何小凡求助地看向身旁正仰望星空的郝布，“郝老師，快幫幫我！”

郝布收回目光，轉向同學們，說：“其實要辨別方向也不難，看天上，我們有現(xiàn)成的向導?！?/p>

但見夜空幽靜，大大小小的星星點綴其上，美不勝收。

郝布說：“先找到北斗七星，它的形狀像一把勺子，然后將勺頭的甲、乙兩星連一直線往勺口的方向延長，在約為甲、乙兩星間隔的五倍距離處，有一顆略暗的星，那就是北極星?！?/p>

同學們按照郝布說的，在夜空中仔細搜尋，不一會兒，紛紛驚喜叫出聲，“我找到了！”“我也找到了！”

“北極星位于正北天空，找到它，我們就能知道哪個方向是北了?！焙虏颊f，“此外，金星也是人們常用來判斷方向的依據(jù)。它是夜空中僅次于月球的第二亮的天體。凌晨，金星出現(xiàn)在東方天空，被稱為啟明星；黃昏，金星出現(xiàn)在西方天空，被稱為長庚星。”

“太好了，這樣我們就能判斷方向了?！彼未罅苁桥d奮。

神奇的牽星術

何小凡望望四周，又低頭看看手里的藏寶圖，忽然有了新疑惑，“我們只知道了前進的方向，并不知道現(xiàn)在身處何方?。俊?/p>

“這正是我們接下來要解決的問題?！焙虏甲哌M船艙，搬出一個大箱子，箱子里堆著一些看起來怪模怪樣的工具。他拿出疊合在一起的十來塊大小不一的木板，木板中心由一根細繩串起，“這是牽星板。15世紀時，鄭和下西洋就是用它來定位的?！?/p>

“這幾塊木板就能定位？這么神奇？”何小凡把牽星板拿在手里翻來翻去，想不明白應該怎么使用。

郝布左手拿起一塊牽星板，伸直手臂，右手扯住板子中心的繩子拉緊成直線，讓細繩末端靠近眼睛，強調道：“使用牽星板的時候，先找到要測量的目標，比如北極星。讓牽星板與海平面保持垂直，并且眼睛要看到板的上沿緊貼目標星辰所在的位置，下沿與水平線重合。如果星辰的位置沒有緊貼板的上沿，就要更換其他尺寸的牽星板?！?/p>

“這個動作確實像是在牽引星辰，難怪叫這個名字?！笨粗虏嫉膭幼鳎未罅θ粲兴?。

郝布接著說：“通過牽星板上的刻度，便可測出星辰的出水高度是多少‘指，再對照航海圖標注的目標星辰高度，便能確定船目前所在的位置。比如我拿的這塊板是‘六指的，正好上沿與北極星平齊，從而得知北極星現(xiàn)在的高度是‘六指?！?/p>

“明白了！”馬飛飛很是欣喜。

郝布補充道：“古人一般會測量多組星辰綜合輔助定位。比如鄭和船隊常會測量織女星、牛郎星、南斗星和布司星等。通過不同星辰的高度，綜合對照航海圖，就能得出更精確的位置了?！?/p>

“好復雜……感覺完全記不住啊……”何小凡假裝踉蹌幾步，趴到了欄桿邊上，順勢展開航海圖又看了看，忽然一愣，“你們看，系統(tǒng)提供的是歐洲的航海圖，但是我們剛才用的牽星板是中國古代的導航方法，兩者的數(shù)據(jù)不互通，用起來會不會出錯呀？”

“那我們得趕緊記下來，任務結束后向默默藍博士反映！”負責任的班長宋大力記錄下了測試問題。

“我們可以提議細化背景設定，比如東方還是西方，甚至到具體的人物?！瘪R飛飛提議道。

“飛飛的建議很好。大家都覺得是歐洲人開啟了遠洋航行的新篇章，其實，中國古代很早就將天文定位技術應用在航海中。起先也是用肉眼觀測星象；到了宋、元時期，天文定位技術有了很大發(fā)展，開始使用量天尺；到了明代，人們用觀測恒星高度來確定地理緯度，這種方法稱為牽星術，所用的測量工具就是這個牽星板?！焙虏祭^續(xù)說道，“而歐洲的航海家也是使用和牽星術同樣原理的方法來判斷緯度，利用四分儀、六分儀……”

郝布的話還沒說完，馬飛飛便迅速抓住了重點，“牽星術確定的是地理緯度？那經度呢？”

郝布頓了頓，何小凡和宋大力則都驚訝地望著馬飛飛，何小凡感慨道：“真不愧是大學霸啊……”

航海鐘與本初子午線

“飛飛發(fā)現(xiàn)了關鍵?！焙虏假澰S地點點頭，拋出了一個問題，“大家知道怎么確定自己在地圖上的位置嗎？”

“通過經度和緯度，兩者交叉，就能得出準確的坐標。”宋大力搶著回答。

“沒錯。在陸地上我們可以根據(jù)山川、河流、建筑、樹木等參照物來確定自己的位置，而到了遠海，缺乏參照物，我們只能參照天上的日月星辰來確定自己的位置。但是，通過觀測天體的高度只能確定緯度，無法確定經度。”郝布說，“直到16世紀，荷蘭探險家弗利修斯提出了根據(jù)所在地的時間來推斷經度，并根據(jù)天文觀測用的環(huán)形球儀設計了便攜式環(huán)式日晷，航海家們才得以通過測量航速來估算出自己的相對位置o"

“航速和時間能確定經度位置？”何小凡又抱住了腦袋。

馬飛飛說：“這簡單，地球每24小時自轉一圈，也就是轉了360度。那么，1小時轉動15度。只要知道兩地的時間差異，就可以知道兩地之間的經度差了?！?/p>

“飛飛說得對。因此，為了知道精確的經度，我們就需要特別準確的鐘表，連續(xù)幾個月的誤差不能超過1分鐘的那種。環(huán)式日晷雖然便攜，卻不夠精準，畢竟，當時的鐘就不是特別精準，能在海上使用的精準鐘表就更難制造了?！笨粗瑢W們愁眉不展，郝布話鋒一轉，“當然，也不是沒有辦法?！?/p>

郝布從大箱子里輕輕取出一臺看起來很是精巧的儀器，宋大力上下打量，好奇地問：“這是什么？”

“我知道！是可以幫我們找到寶藏的儀器！”何小凡火速搶答，然后在郝布的目光中啞火了，“呃，至于它具體是什么呢，就有請郝布老師為我們解答——”

郝布老師不再賣關子，說：“這是航海鐘，又叫航海天文鐘，能用來指示時刻、測量時間間隔、航海定位和野外天文觀測。”

“聽起來好厲害。”何小凡贊嘆。

“由于不能準確判斷所在的經度，船只出海經常發(fā)生因錯估位置而觸礁的慘案。到了18世紀，英國國會通過了《經度法案》，規(guī)定任何人只要能找出在海上測量經度的方法，便可以拿到兩萬英鎊的獎金。英國的鐘表匠們制作出精確的航海鐘解決了這個難題?！?/p>

郝布的講述讓眾人悠然神往，他繼續(xù)說道：“由于英國在這方面的杰出貢獻，1884年，國際天文學界召開會議，正式把經過英國格林尼治皇家天文臺的一條經線定為本初子午線，也就是零度經線。”

中國的偉大發(fā)明之一——指南針

知道了如何判斷航向和精確位置，何小凡再度信心滿滿，走上船頭一揮手——“現(xiàn)在，讓我們出發(fā)吧！”

然而，在他打算仔細觀察星星確定前進方向時，大霧飛快彌漫開來，夜空中的星星全都失去了蹤跡。何小凡大驚失色，趕緊再度向郝布求助，“郝老師，怎么辦？”

“小凡，你忘記我們老祖宗的偉大發(fā)明啦？”宋大力笑嘻嘻地拍了拍何小凡的肩膀。

“什么？”何小凡有點兒摸不著頭腦。

“古人最早用來分辨方向的工具，中國的四大發(fā)明之一啊?！瘪R飛飛拖長了音調，“你不會不知道吧？”

“我當然知道，指南針！又叫司南！”何小凡靈光一閃，迅速回答。

“看，”馬飛飛從箱子里翻出了一個木“盒子”，“古人把指南針放在方位盤上，便成了羅盤，可以用在海上指明方向?！?/p>

郝布接過看了看，“這種就是鄭和船隊使用的水羅盤，羅盤上刻有天干地支共24個方位表示方向，中間的指針是磁針，可以自由旋轉，使用的時候注入水，待指針靜止便能指明方向?！?/p>

“有了它，我們就能去尋找寶藏了！”何小凡摩拳擦掌，恨不得馬上飛到寶藏所在地。

大家用手頭的工具確定了目前所在的經緯度坐標，又確定了寶藏所在的方向后，便分工合作，揚帆前進。

實際上，寶藏所在的小島并不算遠。在順風順水的情況下，大家搭乘的船沒多久就接近了目的地，小島的輪廓逐漸清晰起來。此時，迷霧也散開了，金色的朝陽從海天相接處升起，伴隨著日出，同學們飛奔上小島，按圖索驥，在島上發(fā)現(xiàn)了寶箱！

大家歡呼著圍了上去，何小凡迫不及待，伸手打開了寶箱——

一片白光閃過，大家下意識閉上眼睛，再睜開眼時，所有人已經回到了實驗室里，面前是笑容滿面的默默藍博士。

“歡迎回來！恭喜大家順利完成了測試?！蹦{博士送上熱烈的掌聲，“你們辛苦了，看來，新的系統(tǒng)可以投入使用了。”

“唉，回來得也太快了吧！我還沒看到寶藏什么樣呢！”何小凡嘆了口氣，悵然若失，“就像看戲到了高潮部分，戛然而止，這感覺可真難受?！?/p>

默默藍博士點點頭，“好，小凡的意見我記下了?；仡^我們就為所有的尋寶者增加這個細節(jié)：打開寶箱以后，能看到自己最想要的東西，比如美食佳肴……”

“還有地圖和工具不配套的問題！”

“需要細化背景……”

GPS與北斗衛(wèi)星導亢系統(tǒng)

告別默默藍博士，大家走出實驗室，一路意猶未盡地討論著。

郝布又拋出了問題：“如果現(xiàn)在大家在野外迷路了，又不能借助任何工具，應該怎么辨別方向呢？”

宋大力踴躍回答：“晚上的時候．我們可以參考星辰的位置，如果是白天，則可以借助太陽和影子來判斷方位。由于太陽的光照方向與影子朝向相反，因而可用太陽和物體的陰影概略地測定方向。例如，清早太陽從東方升起，陰影指向西方；到中午12時，太陽位于正南，影子便指向北方?！?/p>

何小凡補充道：“我們還可以利用樹木辨別方向：植物枝葉茂密的一面受太陽照射多，是南方，長得稀疏的一面是北方?！?/p>

郝布老師肯定了他們的回答，又問：“如果你們要到一個陌生的地方，怎樣最便捷地確定要去的方向呢？”

“這還不簡單？用X地圖系統(tǒng)啊！只要我們打開App，X地圖就會連接定位系統(tǒng)，很快給出最佳路徑?！焙涡》驳靡獾卣f，“可惜方才在虛擬系統(tǒng)里沒辦法使用X地圖系統(tǒng)，不然我們早就能找到寶藏了！”

“那你知道這個定位系統(tǒng)叫什么嗎？它為什么能給我們精準導航呢？”

“叫GPS吧？好像是因為它能接收衛(wèi)星信號，從空中進行定位？”何小凡不是很肯定。

“你說的GPS又叫全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，它包括太空中的GPS人造衛(wèi)星、地面上的主控站、數(shù)據(jù)注入站和監(jiān)測站及作為用戶端的GPS接收機。只需其中數(shù)顆衛(wèi)星，GPS就能迅速確定用戶端在地球上所處的位置及海拔高度?！焙虏冀庹f了衛(wèi)星定位系統(tǒng)的工作原理，但他否定了何小凡的答案，“不過，X地圖系統(tǒng)并沒有使用GPS，而是BDS?！?/p>

這回，宋大力一臉迷惑，好奇地問：“BDS是什么？”

馬飛飛拿出自己的手機，給大家展示接入了BDS的X地圖，“BDS，全名北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)，是中國自行研制的第一款全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)。北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)以北斗七星命名，是因為歷史上，人們利用北斗七星來找到北極星以確定方向，就像我們之前在虛擬系統(tǒng)里那樣?！?/p>

郝布則進一步補充：“北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)計劃由35顆衛(wèi)星組成，可以在全球范圍內為用戶提供全時段、全天候、高精度、高可靠性的導航測速等服務。此外，常見的導航系統(tǒng)還有俄羅斯的格洛納斯衛(wèi)星導航系統(tǒng)（GIONASS）、歐盟的伽利略衛(wèi)星導航系統(tǒng)（GALILEO）?！?/p>

回憶起今天的經歷，宋大力感慨地說：“古人出行很難，但現(xiàn)在出門可不用擔心迷路了?！?/p>

馬飛飛則說：“放心吧，有導航系統(tǒng)在，你想迷路也難！”

大家都哈哈大笑起來。