木杆测影持续了三天。
每天日出到日落,林枫几乎寸步不离地守在广场中央。他在砂岩板上刻下的刻痕越来越多,纵横交错,像一张逐渐织就的网。每道刻痕旁,他还用炭笔标注了简短的注释:“晨鸟始鸣”“露水干透”“正午热浪”“午后风起”……这些自然现象与影子位置对应起来,形成了初步的经验对应表。
第三天黄昏,当最后一缕阳光从海平面消失,林枫蹲在石板前,眉头紧锁。
“有问题?”陈健递过来一个陶杯,里面是煮过的凉茶。
林枫接过杯子,没喝,只是用手指沿着石板上密密麻麻的刻痕滑动。“你看这三天的记录。同一时刻的影子位置,每天都有微小差异。”
陈健扶了扶眼镜,凑近细看。确实,标记“晨鸟始鸣”时的刻痕,三天分别位于略微不同的位置,虽然差距不到半指宽,但对于追求精确的他来说,这已经是显着的误差。
“原因呢?”陈健问。
“两个。”林枫伸出两根手指,“第一,木杆不可能完全垂直。我们靠肉眼和简易水平仪调整,但细微的倾斜在长影下会被放大。第二——”他指向天空,“太阳的轨迹随季节变化,每天同一时刻的高度角其实不同。木杆投影是平面投影,没有考虑太阳高度角的变化,所以不同季节同一时刻的影子长度和方向都会变。”
“也就是说,这个简易的‘日影钟’只能粗略计时,而且需要频繁校准?”陈健总结道。
林枫点头,终于喝了口凉茶。茶是林清音用岛上的野生薄荷和某种清香叶子煮的,清爽中带着一丝苦味,正好提神。
“我们需要真正的日晷。”他说,“有倾角的晷面,指向北极的晷针,按纬度计算的刻度线。那样的话,只要制作精确,一年四季都可以使用,误差会小得多。”
陈健的眼睛又亮了——每当他遇到技术挑战时,都是这种表情。“需要什么?”
“三样东西。”林枫放下陶杯,开始在地上用树枝画示意图,“第一,一块足够平整的大石板,做晷面。第二,一根金属针——最好用铁,但我们只有那么一点,得省着用。第三,也是最难的:我们需要知道这里的准确纬度。”
“纬度可以通过测量正午太阳高度角反推。”陈健迅速接话,“但测量需要精确的角度工具,我们只有你那个简易测高仪,误差不小。”
“所以需要多次测量取平均,还需要在春分或秋分日测量最准确。”林枫说,“但现在等不到那个时候了。我们可以先做一个‘近似日晷’,基于这几天的观测数据推算一个大概纬度,在实践中逐步修正。”
王海听懂了他们的部分对话,走过来问:“需要我做什么?”
“石板。”林枫指向营地北侧,“上次我们在溪流上游发现的页岩层,记得吗?那种石头容易剥离出平整的大片。我需要一块至少这么大——”他比划了一个桌面大小的矩形,“厚度两寸左右,一面要尽可能平。”
王海估算了一下:“要两天。采石、运输、粗加工。”
“可以。”林枫转向陈健,“我们俩负责计算和刻度。李瑶呢?我需要她帮忙记录数据。”
“她在药圃帮林清音分株。”陈健说,“我去叫她。”
准备工作在第二天清晨开始。
王海带着自制的石凿和木楔,还有一捆结实的藤绳,朝溪流上游出发。林枫则和陈健留在营地,开始了繁琐的数据整理。
他们将三天来的所有刻痕记录转移到树皮纸上——李瑶用炭笔绘制了精确的坐标网格,横轴表示时间(按林枫的心跳估算分段),纵轴表示影子长度(用统一的细木棍作为量尺测量)。每一时刻的影子方向则用另一个角度图表示。
“看这里。”陈健指着正午时分的影子长度记录,“三天分别是7.2棍、7.15棍、7.25棍。取平均值7.2棍。木杆高度我们精确测量过,是12棍。那么正午太阳高度角的正切值就是12除以7.2……”
他在旁边的沙地上列算式。李瑶好奇地看着那些陌生的数学符号:“这是什么?”
“三角函数。”陈健头也不抬,“文明世界的遗产。幸好我还没忘干净。”
林枫则用更直观的方法:他削了一个与木杆等比例的小木棍,插在沙盘里,然后按照记录调整影子模型。“正午影子最短,指向正北——这是我们唯一能确定的方位。从影长倒推,太阳高度角大约在……五十三度左右。”
“五十三度。”陈健已经算出了结果,“正切值1.33,对应角度约53.1度,和你的估算吻合。那么纬度等于90度减去太阳高度角,再加上今天的太阳赤纬……今天大概是几月几日?”
这个问题让所有人都愣住了。
他们早已失去了确切的日期。林枫只能根据登岛时的季节(初秋)和岛上的植物周期、气温变化来推测:“现在应该是登岛后的第七或第八个月,也就是……春季中后期?太阳赤纬应该在零度到正十几度之间。”
“取个中间值,假设赤纬+10度。”陈健重新计算,“那么纬度约为90 - 53.1 + 10 = 46.9度。北纬47度左右。”
“误差可能有多大?”林枫问。
“赤纬估算误差可能±5度,太阳高度角测量误差可能±1度,加起来……最终纬度误差可能在±6度范围内。”陈健坦白说,“也就是说,我们可能在北纬41度到53度之间的任何地方。”
这是一个巨大的范围,从中国华北到俄罗斯远东。
但林枫点点头:“够了。对于第一版日晷来说,我们可以先按北纬45度制作——取中间值。使用时观察误差,再慢慢调整晷面倾角。”
下午,王海回来了,肩扛手拖,带回了一块巨大的页岩石板。石板长约三尺,宽二尺,厚度均匀,一面自然剥离得相当平整。四个人合力将它抬到广场中央,放置在预先用碎石和黏土夯实的水平基座上。
接下来是精细加工。王海用砂岩块蘸水,一点点打磨石板表面。这是个需要耐心的活计,粗糙的砂岩磨石在页岩上发出有节奏的沙沙声,石粉随着水流淌下,露出越来越光滑的浅灰色石面。
林枫和陈健则开始设计晷面刻度。按北纬45度计算,晷针应该与水平面成45度角指向北极。他们用木条制作了一个45度的角度规,反复校准。
“晷针用铁太奢侈了。”林枫从工具箱里取出一个小皮袋,倒出里面的东西——那是他几个月来炼铁实验的全部成果:三颗黄豆大小的铁珠,和一片小指指甲盖大小的薄铁片。
“用这个。”他拿起那片薄铁片,在磨石上小心打磨。铁片逐渐变薄,边缘变得锋利。最后,他将其弯折成一个细长的三棱柱状,一端尖锐如针。
“铁的比重和热胀冷缩系数与石头不同,长期使用可能会因温度变化产生微小形变。”陈健提醒。
“所以我们每个月要校准一次。”林枫说,“而且我打算做可调节的基座——晷针的插入孔稍微做大一点,周围填满蜂蜡混合物。温度变化时蜂蜡会缓冲,如果需要调整角度,加热蜂蜡就能重新固定。”