电影里是怎样用航海知识判断自己所处纬度的

阿根廷 · 发表于 2013-11-16 22:29:32

最近有部电影《金蝉脱壳》很火，两个魂斗罗原型史泰龙和施瓦辛格终于在片中并肩战斗，并且利用科学知识逃出监狱。

让我比较感兴趣的是片子中“六分仪”的使用，在这里想小小的吐槽一下

剧中两位主角第一次尝试越狱后，发现监狱所处之地是茫茫大海上的一艘巨轮，他们需要用到航海知识来确定自己所处的经度和纬度。
这时候史泰隆拿一根笔管、一副近镜眼镜、一张纸制做了一个简易六分仪。教狱友以半夜祈祷的名义利用星空来定位自己的纬度。

作为一个天文爱好者，我对航海测量仪器中的两脚规、像限仪、八分仪、六分仪、四分仪、经纬仪、赤道仪等略有了解。其实拿近视眼镜做六分仪有点儿扯……依据电影中的处境，他们使用的技术实质上是一种极轴镜的应用，也就是大家看到的电影画面上的笔管。

六分仪最早的用处是以反射镜和动臂来测量海平面（地平线）与正午太阳夹角来确定纬度的，可以精确到10角秒，理论上可以定位到1公里左右的距离，而测算经度，需要知道确切时间，需要套用带有一大堆带三角涵数的公式。

电影中，他们利用的科学知识是以星星的位置来确定纬度，也就是用极轴镜来确定北极星和水平面的夹角。这里涉及两个重要的因素——北极点的角度，水平面的角度。例如在赤道上，天体北极点与水平面夹角为0，那么纬度就是0，在北京，北极与水平夹角40度，就是北纬40度，在北极点，北极星在头顶，与水平线夹角90度，纬度就是90.
片中的极轴镜：一支笔管，当人眼通过笔管能准确看到北极星的时候，那支笔管的角度，就是从北极星上射来的光线的角度。至于近视眼镜的作用，我没想明白，因为星光不能聚焦，不像太阳光一样可以反射投影。
水平面的角度：跟据电影情节，狱友被安排在一个只能看到天空而不能看到海平面（地平线）的牢笼里，而且没有任何液体装置。那么判断水平面的方法，应该就是利用重力装置，一根细线，一个重锤，然后利用折纸折出90度角卡出水平角。但影片中似乎缺少这样的重力装置。

电影里还提到一个利用水流漩涡来判断南北半球的知识，其实我想说……你都看到星星了，都知道哪颗是北极星了，还用得着判断南北半球么……

史泰龙通过观星算出的夹角是33.5度，此时我脑子中首先想到的港口是：长崎和堺。这个纬度大概是中国的江苏盐城（比南京高一点）和韩国济州岛一带，也就是欧洲的贝鲁特下方，的黎波里上方，北美开拓港的卡罗来纳。然后老史用气候知识排除了地中海、加勒比海、和太平洋。就剩下西非摩洛哥的卡萨布兰卡了~~我想问：气候知识真那么靠谱么？说不定你被关在某个油田的海上钻井平台呢离陆地很近呢，未必是无风带嘛

好吧电影毕竟是电影，认真你就输了。

这电影让我想起好多年前用辅助软件跑豆子，把小号搞丢了（没学测量），只知道可能死在大西洋或印度洋，楞是没点遇难，我很得意的跟别人说自已看星星和风向判断丢失地点把号漂回西非……然后公会里众人一片嘲笑：某玩家说，西非？你一定没开音乐吧，西非那激情的音乐一听就知道要该东漂，另一个玩家说：你不会打开公会名单或好友名单看海域么。Orz，看来一山还有一山高……

阿根廷 · 发表于 2013-11-16 22:48:41

补充一下六分仪的知识，六分仪可以用60度的扇形刻度测量120度以内的夹角，因为他的扇面60度是整圆的六份之一，所以被称为六分仪。它利用的是两次反射的原理，也就是装两面镜子。

而电影里搞两块玻璃（折射，而非反射），如何搞出六分仪，我觉得难以理解。以我的认知，我认为他们所使用的方法，就是类似赤道仪对极轴的办法。

其实大航海时代OL里面还有些如星盘、直角仪等等，也是早期航海天文测绘的仪器，非常有意思

阿根廷 · 发表于 2013-11-16 23:41:41

中世纪航海中是如何测算纬度和经度的：
一般来说，是正午时分使用仪器来测量太阳高度角计算出纬度。通常的做法，是接近正午的时候，船员每分钟测一次太阳角度，记录读数和时间，从记录中找出最大读数，这就是太阳走到最高点的角度，而此时的时间就是“正午”，如果要计算经度，需要已知时间，比如出发的时候，把怀表调整到格林尼治时间，然后通过“正午”与怀表12点的时间差，来计算经度差，这样就能得到经度。

阿根廷 · 发表于 2013-11-17 01:37:46

回看了一下TS版的视频，我想来想去，电影里的近视眼镜应该是作为校准北天极的标盘使用了。因为北极星到北天极还有0.7度的偏差，要校正这个偏差，跟据笔管到镜片的距离，大致可以计算出星点到极点的距离刻度，但是方向就……北天极的在相对于北极星的方位需要观测者具备一定的天文知识，通过周围的北斗、仙后、仙王、天龙等其它星座来定位。

所以，电影里史泰龙所组装出来的东西，不应该叫做六分仪，而应该是导星镜+极轴镜