矗立在港口的明燈——燈塔
漁民或水手在傍晚返航時,由於天空黑暗,他們很難找到港口和停泊的位置,對返航造成了極大的困難。
在古代,每到傍晚,岸上的人們便在海岬和港口海島燃起篝火,幫助漁民或水手安全返航。為了讓更遠的船隻能夠看見火光,他們又築起高台,在高台上燃起篝火。
公元前5世紀,古希臘人就開始修建燈塔,使其在夜間指示港口,保護往來的漁民和商人。
公元前300-280年,在埃及尼羅河流向地中海的出海口,建成了一座燈塔,它就是赫赫有名的亞曆山大燈塔,該塔高117米,塔頂有一個金屬籃,人們如果在籃中點燃火炬,就能使人在50公裏外的海麵望見它。
在著名的“世界七大奇觀”之中,亞曆山大燈塔榜上有名。
古羅馬時期,由於航海極其發達,所以每個港口都出現了規模較小的燈塔。立在羅得島上的巨人遠遠望去,好像是一座青銅雕塑,實際上它是一座燈塔的遺址。該燈塔的燈火經過玻璃反射後,能使在56.3公裏外海麵上的人看見它。可惜的是,在公元前224年,一次地震使這座燈塔失去了導航功能。
中世紀時期的1130年和1304年,人們分別在意大利的熱那亞以及裏沃納修建了燈塔。
1698年,英國人在普利茅斯修起了一座木結構的燈塔,它就是埃迪斯能燈塔。該燈塔毀於一場風暴,在30年後,人們重建了它,為了使它更加堅固,人們將該燈塔改成橡木和鐵結構,但它又毀於一場大火。
最後,斯米頓將燈塔改成混凝土結構。燈塔裏點蠟燭,後麵用金屬鏡反射蠟燭光。這座燈塔最終成為海中燈塔的典範。
到了18世紀,人們通過仔細研究,對燈塔進行了重大改進。進入近代以後,水運的發展非常迅猛,這使得人們又產生了大量興建燈塔的構想。
1759年,一位名叫約翰·史密頓的英國人,發明了將凝固混凝土用於水下的方法。這項偉大的發明,使得燈塔建築在18世紀下半葉興旺起來。這時的燈塔還利用拋物線反光鏡,使亮度大大增強。
1782年,一種新的燈光裝置問世,發明者是瑞士科學家亞岡。這種新裝置利用了環形燈芯,使空氣吸入量大大增加,導致油燈比以前要明亮10倍。
1827年,在法國查錫龍的一座燈塔中,弗雷斯內爾利用能夠聚光的曲線形金屬反射器,設計了第一個聚光燈裝置。1862年,英國人在南部海岸鄧吉尼斯修建了一座燈塔,燈塔中第一次安裝了電燈。從此以後,現代燈塔開始出現。
航行的眼睛——指南針
指南針是中國曆史上的偉大發明之一,也是中國對世界文明發展做出的一項重大貢獻。指南針的發明是我國古代勞動人民同大自然長期鬥爭的結果,也是我們祖先認識大自然、改造大自然的結果。
相傳秦始皇統一中國後,在他的京城(今陝西省鹹陽市的東南)建造了一座富麗堂皇的阿房宮。為了防備刺客進入皇宮,他專門叫人把宮殿的大門用磁鐵做成,還特意起了一個名字叫“慈石門”。他認為這樣就可以防備刺客破門而入,因為刺客佩帶的刀槍劍或所穿的鐵甲,一旦碰上慈石門就會被吸住。這個傳說雖然不一定真實,但它說明中國古人已經發現磁石具有吸鐵的能力,並且已經開始大量開采使用了。
為什麼當時人們把磁石叫做“慈石”呢?因為磁石能牢牢地吸住鐵砂、鐵釘之類的鐵器,就像慈愛的母親深深地吸引著自己的孩子那樣。但慈石畢竟是沒有感情的石頭,所以後來人們就把“慈”字底下的“心”字去掉,換上個“石”字旁,寫作“磁”。這樣,慈石就變成磁石了。
事實上,早在2000多年前的春秋戰國時期,中國古人就不僅已經知道磁石能吸鐵,而且還發現磁石能辨別方向。磁石為什麼能辨別方向呢?因為每塊磁石兩頭都有不同的磁極,一頭叫南極,另一頭叫北極。而我們居住的地球本身,也是一塊天然的大磁體,在南北兩頭也有不同的磁極;一個極是在北美洲的哈德孫灣附近,叫作北地磁極;另一個極在南極洲的維多利亞附近,叫做南地磁極。根據磁性“同極相斥,異極相吸”的原理,磁石的南極和地球的北地磁極、磁石的北極和地球的南地磁極分別吸引著,所以可用磁石辨別方向。人們利用磁石的這種特性,製成了原始的指南針。
最初的指南針是用一塊天然的磁鐵,琢磨成勺子的形狀,把磁鐵的南極琢磨成勺柄,並使磁勺的重心落在圓而光滑的底部當中。磁勺做好後,還得做一個光滑的底盤。使用的時候,把磁勺放在平置底盤的中間,用手撥動勺柄,使它轉動,當它停下來時,勺柄就指向南方。古人把這磁勺稱為“司南”。
司南發明後,並沒有得到廣泛的應用。因為它使用不方便,而且使用久了,磁性會慢慢減弱,指示方向就不那麼靈敏準確了。
大約到了北宋初年,中國勞動人民又發明了比司南更靈敏的指南工具——指南魚。其製作方法是:用薄鐵皮裁剪成魚形,長兩寸,寬五分;將魚形鐵片放到炭火中煆燒,待紅透時,用鐵鉗鉗住魚頭出火,以魚尾對準北方,蘸入冷水盆中,冷卻後以密封的盒子保藏。這樣,鐵葉魚就被磁化成指南魚。使用時,取一碗水放在無風的地方,指南魚的魚首微翹,魚肚略向下凹,放進水中就像小船一樣,浮在水麵上,待它靜止時,魚首所指的方向就是南方。
指南魚發明後不久,人們又掌握了一種更好、更方便的人工磁化法,就是用天然磁石磨擦鋼針,使鋼針磁化。這種經過人工傳磁的鋼針,就是正式的指南針。
指南針的發明,對世界航海事業的發展產生了深遠的影響,所以它被列為中國古代的四大發明之一。
議會不願獎賞的發明——航海鍾
18世紀初,在英國發生了一件震驚世界的海難:一艘英國戰艦由於其航行位置的計算錯誤,結果觸礁沉沒。這一事件後,英國政府創建了格林尼治天文台,從而給航海者在航行時提出新的測定位置的方法,即不論航行在地球的哪個位置,隻要掌握格林尼治時間和當地時間之差,就能計算出經度。同時,計算時間還需要發明一種計時準確的航海鍾。
為了征集航海鍾的設計方案,1713年英國政府決定向發明者懸賞兩萬英鎊的巨額獎金。消息一公布,許多從事機械製造行業的機械師們,紛紛改行來製造鍾表,22歲的技工哈裏森也開始投入到這場競爭中來。
哈裏森的父親是木匠,收入微薄,因此哈裏森沒有條件接受正規的教育,但經過自學,哈裏森掌握了豐富的機械知識。通過長期的摸索、實驗和不斷改進,哈裏森從1728年開始連續製造了5隻航海鍾。1757年製成的第四隻鍾表,裝在船上航行了161個晝夜,誤差不到一分鍾,創造了當時各國製造的航海鍾表中的一個奇跡。
哈裏森因致力於航海鍾的製造和設計,不僅花去了大量的時間和精力,而且耗盡了積蓄。當第五隻航海鍾製好時,他已經是白發蒼蒼的老人了,然而哈裏森此時仍然沒有獲得英國政府的獎金。前四隻鍾表交給議會後,議員們卻雞蛋裏挑骨頭,認為不符合懸賞條件,拒絕把獎金頒給他。他們的借口是航海鍾表太笨重,結構太複雜,製造成本太昂貴……事實上,這些理由純屬他們編造的,但哈裏森並未跟他們爭辯,繼續埋頭製造第五隻鍾表,並根據議會故意刁難時提出的要求都一一做了重新設計和改進,達到了更高的水平。可是蠻不講理的議員們認為不能發給哈裏森兩萬英鎊,最多隻能發給他一部分。理由是哈裏森隻是一個木匠的兒子,一個普通的技工,既不是正正規規的學者,又不是上層社會的紳士,給他頒發一項如此重要的獎賞,有損皇家名譽。