最近看了兩(liang) 大老牌動作影星史泰龍和施瓦辛格聯手打造的越獄大片《金蟬脫殼》，主角們(men) 除了發達肌肉的全武行之外，激蕩的腦力和不時的賣萌成為(wei) 此片巨大亮點，令人大呼過癮。

 （圖片來自於(yu) 網絡，據說當年的《魂鬥羅》倆(lia) 主角就是以這二位為(wei) 原型的，這麽(me) 多年過去他們(men) 終於(yu) 聯手戰鬥了）

不過，作為(wei) 全劇核心要素之確認監禁地點的情節，卻存在著很大不足，作為(wei) 不吐槽會(hui) 死星人，在此吐槽幾句。其實吐槽不是主要目的，也就是借此介紹一些天文方麵的常識，哪位朋友如果那天不幸在野外迷了路，或許可以有所憑借：

【一、如何確定緯度？】

劇中，龍叔搞到個(ge) 刻度圓盤，搶來獄友的眼鏡，做了副“六分儀(yi) ”，讓人去觀測北極星與(yu) 地麵的夾角，以確認緯度……

我們(men) 首先要問：緯度是什麽(me) ？如何測量？

從(cong) 地球縱截麵來看，小船在A點的緯度就是從(cong) 地球的球心到它的連線，與(yu) 到赤道上一點的夾角（即∠a）

 

測量緯度的原理是這樣的：

• 首先，在A點畫一條與(yu) 地球圓麵的切線，它延伸到遠處，就是A點所看到的地平線。
• 然後，從(cong) A點畫一條地軸的平行線，它與(yu) 地平線形成夾角∠b，經過簡單的幾何推算可得，∠a=∠b
• 第三，我們(men) 知道，地球的地軸北極延長線指向北極星。所以，要求某地的緯度，就如電影劇情所示：測量北極星與(yu) 地平線的夾角。（或者說是測量北極星的高度角）

（有個(ge) 日本電影《天地明察》，主角安井算哲在禦城棋的對局中出手怪異被視為(wei) 不祥，罰去日本各地測量北極星高度角，也就是測量日本各地的緯度。）

古代的航海家，就是依照這種測量緯度的方法來校正自己的航線：如果他要沿著圖中藍線所示的既定緯線航行，隻要每天晚上掏出測量儀器看看北極星的高度角是不是還和昨天一樣就可以，如果變高了說明他跑到航線以北，就要往南駛一些。這事兒其實找根圓規都能幹：一根規腿瞄準海平麵，另一根規腿瞄準北極星，然後量量之間的夾角。當然這種簡易工具測量數據很不精準，不過那時候實際所做的也不比這個好到哪兒去，他們所用的道具的名字看起來比較高大上，叫做“星盤”。

如圖所示就是中間那位大叔手裏拎的貨：

 

（圖片來自於(yu) 網絡）

一個帶有角度刻度的圓盤，中間安裝一根可以旋轉的指針，用的時候懸掛起來。觀測者順著指針去瞄準一顆星，就能從圓盤讀數上查出這顆星的高度角。（這跟現在熱衷於星相命理的妹紙們四處請人看自己的什麽上升星座月亮星座的“星盤”可完全不是同一個東西哈）

回到電影劇情，貌似龍叔也就是需要這麽(me) 個(ge) 東(dong) 西就夠達成目標了吧？那麽(me) 他所做的六分儀(yi) 又是什麽(me) ？（我起初疑心那個(ge) “六分儀(yi) ”是被翻譯搞錯了，後來上網down個(ge) 槍版的重看一遍，英文原版也是說的sextant。那就是電影本身的問題了。）

正規點兒(er) 的六分儀(yi) 是這樣的：

 

它的主要結構是：一塊六分之一圓周的扇形底盤（也就是其得名由來，另有使用八分之一圓周的底盤的就叫八分儀(yi) ），底盤前麵有塊鏡片，但是被切成兩(liang) 半，一半是透鏡，一半是反射鏡；中間有一根可以繞著圓心旋轉的搖臂，搖臂靠圓心的部分有塊反射鏡；底盤的後端有個(ge) 小型望遠鏡（不一定必須用）。另有遮光片若幹，可用於(yu) 測量太陽時消除其刺眼光芒。

使用時拿著它從(cong) 後端往前看，讓前麵那塊透鏡中顯示海平麵（或地平線），然後調整搖臂，使星光從(cong) 圓心處鏡片反射到前麵那塊鏡子，再反射到觀測者的眼睛裏，並且要和旁邊的海平麵平齊。這時就可以從(cong) 底盤的邊緣讀取搖杆的讀數，也就是星星的高度角了。（當然，它也可以用來測量別的兩(liang) 個(ge) 物體(ti) 間的視角，比如我就用它來測過早晨和中午的太陽視角大小看看究竟是否一樣大等）

 

（圖片來自於(yu) 網絡）

這玩意兒(er) 所到用的幾何原理非常精巧（大名鼎鼎的艾薩克·牛頓爵爺設計的），在讀數盤上使用了類似遊標尺的結構，使得其測量精度可以達到1度角的360分之一，攜帶輕便，測量簡單，成為(wei) 廣大航海家、測繪員、天文學家們(men) 喜愛的一件利器。

在電影裏，龍叔搶來的眼鏡片基本沒有反射星光的能力；使用的時候又是在一個(ge) 低於(yu) 甲板的坑裏趴著，看不到海平麵，怎麽(me) 可能測到高度角呢？

他應該做的，其實就是前麵提到的星盤，用那個(ge) 帶刻度的半圓盤，中心係根線掛個(ge) 重錘指向地麵，順半圓的直徑去看北極星，也不需要找地平線，這時重垂線的偏轉讀數就是高度角。這比做六分儀(yi) 簡單多了（不過從(cong) 賣萌和裝酷角度，效果卻會(hui) 差好多）

 

【二、如何確定南北半球？】

電影裏，龍叔看了馬桶衝(chong) 水漩渦的方向就判斷出在北半球了，然而……這雖是一個(ge) 流傳(chuan) 很久的說法，但近年來有不少科普貼進行過指正，所謂的地轉偏向力或曰科裏奧利力讓水平運動的物體(ti) 方向產(chan) 生偏轉，需要長距離或較長時間的積累才有可能。像大氣運動，河流洋流，或是張拾邁教授所提出在高鐵鋼軌上飛跑的火車什麽(me) 的，跨越很大尺度才能體(ti) 現出來。

而在家中看到水槽泄水產(chan) 生漩渦的方向，可能跟下水道管壁花紋方向關(guan) 係更大；還有時候，水流一開始就是以特定的方向猛衝(chong) 出來的（比如有些馬桶的衝(chong) 水），也能對漩渦方向起到決(jue) 定性影響。

國外有人做過實驗，在水槽這麽(me) 小的尺度裏，消除了初始速度水管花紋等因素，用了幾個(ge) 星期，偏向力才累積出了漩渦效果。

那龍叔該如何確定北半球呢？其實很簡單——在測量緯度的時候，他能看到北極星就肯定是在北半球了，萬(wan) 萬(wan) 沒想到這麽(me) 簡單吧哈哈哈（想裝酷又露餡了）

這得再次回到天文學，了解一個(ge) “恒顯圈”的概念。

我們(men) 知道地球是在自轉的，由此導致太陽星星等看起來都呈現東(dong) 升西落的運動（這被稱作“周日視運動”）

在不同的緯度，延伸到遠處的地平線會(hui) 使得一部分星星的旋轉軌跡總是能被看到，這個(ge) 圈子就被稱為(wei) “恒顯圈”。反之，另一個(ge) 方向的地平線會(hui) 遮蔽部分星星，使之總是看不到，這叫“恒隱圈”。

 

在恒顯圈裏的星星，我們(men) 如果能保持24小時的觀測，就會(hui) 看到它們(men) 繞著地軸轉動一圈。

由於(yu) 我國地處北半球，而地軸北極的延長線正好指向一顆星星，也就是北極星（其實略偏一點兒(er) ）。所以會(hui) 看到群星圍著北極星轉。在中國古代這被想象為(wei) 北極星作為(wei) 天宮的最高管理者，被部下一群星官圍著轉的模式，並由此產(chan) 生“群星皆拱北，無水不朝東(dong) ”的台詞（順帶說一聲劉歡大叔當年唱“大河向東(dong) 流，天上的星星參北鬥”的典故就是這兒(er) 來的，不過他那的詞兒(er) 為(wei) 了押韻，群星不去“參北極”而參了紫微大帝的座駕，真是搞錯對象）

現代人有了照相機可以更好地展現這種環繞效果，就是夜晚拍攝星空的常見題材：星軌（順帶吐個(ge) 槽，我其實很懷疑星軌照片的“常見”是被無知媒體(ti) 當作“流星雨”來展示的，哈哈）。拍星軌的原理就是把照相機固定住對準北極附近，曝光十幾分鍾到幾小時不等，群星繞著北極星旋轉過程中的位置被膠片或CCD記錄下來，最後就成為(wei) 一組同心圓。其中能形成整圓的區域就是恒顯圈。

 （圖片來自於(yu) 網絡，好像是Steed老濕拍的？）

（圖片來自於(yu) 網絡）

由恒顯圈的原理圖可知，觀測者所處的緯度越高，地軸的仰角就越高，如果他來到北極點，北極星在頭頂正上方，這時候的恒顯圈最大，為(wei) 整個(ge) 北天球。但同時整個(ge) 南天球的星星卻都在地平線以下，一個(ge) 也看不到，恒隱圈也是最大的。

反之，如果來到南極點則相反，能看到整個(ge) 南天球的星星都不會(hui) 落下地平線，北天球的星星卻一顆也看不到。

如果在赤道上，南北極都貼著地平線，沒有哪顆星星是整晚不落的，恒隱圈和恒顯圈都為(wei) 0，但可以有機會(hui) 看到整個(ge) 天球的星星。

 

回到電影劇情：如果龍叔使用“六分儀(yi) ”能看到北極星的高度角，那他肯定在赤道以北（要是在赤道以南，北極星就處於(yu) 地平線以下的恒隱圈沒法看到了）而完全不必去“活學活用”那條錯誤的水槽漩渦理論。

——古代在南半球航行的船隻怎麽(me) 確定緯度？我還真不清楚，因為(wei) 地軸南極延長線並不指向某顆星，祈盼航海達人指點。至於(yu) 近現代則有無線電定位、GPS（以及約炮神器陌陌什麽(me) 的），定位就不在話下了。

 

順帶糾正一個常見誤識，因為北極星的作用很大，所以它的知名度很高，但其本身並不是特別明亮。我遇到不少朋友看到亮星也不管方向位置，就猜是北極星，屬於既不知道北極星命名的來曆，又誤解了它名氣大的原因所致。============================================再說一個bug，不過和天文關係不大，是他利用鋼材的受熱膨脹把地板上的鋼釘崩出來那段兒。

想起我以前去香港玩，過海關(guan) 的時候，那兒(er) 有個(ge) 展出，介紹香港鐵路的鋪建，其中提到火車的鋼輪，外沿要做得比內(nei) 芯略小，裝配的時候加熱外沿，使之內(nei) 孔增大然後套到內(nei) 芯上。這樣它倆(lia) 就牢牢銬在一起永不分離了。

——如果一個(ge) 外圈受冷收縮不會(hui) 把內(nei) 芯擠出來，那內(nei) 芯受熱膨脹時怎麽(me) 會(hui) 跳出來呢？應該是塞得更緊才對。我感覺正確做法應該是：用紙片把反光鏡中心的部分帖起來，讓反光去照射鋼釘周圍的板材使之受熱後中心孔徑擴大，才有利於(yu) 他拔出鋼釘。

帶孔徑的鋼板受熱後中間的孔徑是增大還是減小，是中學物理的一道經典題目，有個(ge) 非常直觀易懂的美妙證法 ，可惜這裏空白的地方太小，寫(xie) 不下 ：）