早在柏拉图和亚里士多德时代,人类便认识到脚下的大地是一个圆球。直到1522年葡萄牙航海家麦哲伦的船队完成了环球航行,才最终验证了地球的形状。但我们居住的这颗行星真是滴溜溜的正圆球吗?
1671年,法国天文学家里歇尔到圭亚那首府卡宴观测火星大冲,发现所带的钟每天慢了2分28秒。他将钟摆调短了2.8毫米,才重新校准了时间。但1673年回到巴黎后,他必须把摆长再度复原。牛顿在1687年出版的开山巨著《自然哲学的数学原理》中以此为据,判定地球自转的离心力引起赤道膨胀两极扁平,因此成为一个“椭球”。
赤道附近的圭亚那比北半球的法国距离地心更远,所以钟摆受到重力减小的影响而频率变慢。不过,巴黎天文台台长卡西尼的认识恰恰相反,他根据笛卡尔学派的信条和自己的测量,宣称地球形状是赤道收缩两极伸长。伏尔泰大为感慨:“巴黎说像西瓜,伦敦说像橘子。”
地球的形状究竟如何,成为事关重力理论和航海实践的大问题。法国国王路易十五决定派出两个科考队,远赴北极圈内的拉普兰和赤道附近的秘鲁进行测量,通过大地曲率的对照,彻底了断这桩举世瞩目的科学公案。
科考队的成员均为一时之选。前往拉普兰的领军人物是法国最早的“牛顿主义”数学家莫佩尔蒂,他后来创建了著名的“最小作用原理”;另一位台柱是瑞典乌普萨拉大学的数学家和天文学家摄尔西斯,他日后发明了摄氏温标。天文学家克莱罗、莫尼尔等也先后加盟。他们于1736年4月离开巴黎,分别沿陆路和水路北上,经过两个月舟车劳顿到达圣诞老人的故乡,开始了丈量北纬65度50分和66度50分之间的经线长度。
近代三角测量法是荷兰天文学家和数学家斯涅耳1615年首创的。知道一条边和两个角,便能推算出三角形的另外两条边。而通过相依相生的连环三角,就可以丈量出广袤大地,绘制出精确地图乃至推算出地球的圆周。
莫佩尔蒂以托尼奥河口半岛上的教堂钟楼为起点向北推进。虽然河流方向正好和经线一致,但没有理想的标记物可供参照,科考队只能钻进人迹罕至的吉蒂斯瓦拉山脉。他们伐倒古松剥掉树皮,在遥遥相望的峰顶搭起醒目的圆锥状窝棚作为观测点。露营生活幕天席地,蚊虫、吸血蝇轮番叮咬,狼群和熊频繁出没,甚至山火烧掉了建起的观测目标。
当严冬来临时,他们在托尼奥河封冻的冰面上开出一条14千米的基线,夜间凭借微弱的极光继续工作。零下45℃的严寒,只有白兰地保持液态,但喝上一口就会把嘴唇和舌头冻在金属杯子上而扯破皮肉。莫佩尔蒂和同伴靠滑雪板和驯鹿雪橇在银色世界穿行,窝棚经常被大雪封埋。漫长的极夜中,他们仍用天顶仪和望远镜观测星座锁定纬度,并发现时钟每天比巴黎快59秒。
1737年6月,科考队完成经线长度测量,取道丹麦返回巴黎,归途乘坐的商船在波罗的海风暴中遇险漏水,科学家们奋不顾身抢救观测资料和仪器设备。一年多的北极之旅让莫尼尔身患重病,莫佩尔蒂也留下了终身的健康损害。在法国科学院1737年8月28日召开的专题会议上,莫佩尔蒂报告了测量结果:在拉普兰地区测得1度经线长为111950米。
比皮卡德1668年和卡西尼1701年、1718年在法国测量的1度经线要长出约700米。由此足以证明牛顿的断言,地球的形状是北极回缩。消息传出,举世轰动,伏尔泰喝彩道“莫佩尔蒂压扁了地球和卡西尼”。但科学界并没有立刻接受莫佩尔蒂的结论。卡西尼不仅攻击北极测量的薄弱环节,还抓住莫佩尔蒂带回两个土著姑娘大做文章,将拉普兰考察嘲讽为一桩桃色事件。
伯努利也对测量结果表示怀疑,声称“先入之见和预设结果很容易找到支持的数据”。苏格兰数学家斯特灵代表了多数人的态度:“秘鲁科考队马上回来,一切都将真相大白。”
公众对远征秘鲁的科考队显然过于乐观了,他们比拉普兰科考队早一年出发,原计划3年完成任务,却不料一去就是悠悠10年。事情还要从1734年4月6日路易十五写信给他的叔叔——西班牙国王费利佩五世说起。根据这两位波旁家族要员的协议,法国和西班牙共同派人和出资组成科考队,前往赤道附近的西班牙殖民地秘鲁测量子午线。
法国的阵容是科学院院士戈丁、拉康达明和布格,外加4位科学家和3个助手。他们于1735年5月16日乘坐“泼特菲克斯”号商船从罗切尔港出发,经过半年搏风击浪,于11月15日到达加勒比海的卡萨根那。西班牙海军军官胡安和乌略亚已在那里恭候多时。双方人员会师后,再穿过巴拿马地峡沿太平洋南下,1736年5月29日抵达秘鲁的基多省,即后来以赤道为名的厄瓜多尔。这是科考史上首次正式的国际合作。
秘鲁科考队兵分两路互相策应,向“美洲的脊梁”安第斯山发起挑战。背负着沉重的仪器和测杆,攀援在插云戴雪的群峰之间,他们创造了人类“最高”的科考纪录。严重的缺氧让这些欧洲科学家不断昏倒、呕吐、牙龈出血。登上海拔4791米的皮钦查山克拉松峰时,每人的衣帽和须眉都挂满了冰凌,而50年后才有人登上相同高度的“欧洲之巅”勃朗峰。
活火山的喷发如雷霆万钧,崩岩巨石从山上滚落,狂风、骤雨、冰雹则常常突发陡起。有时大雾笼罩,目标迷失,连驮运仪器的骡子都会丢掉。遍布丛林的蚊虫、蝎子、毒蛇更防不胜防。加上经费拮据,供应阻滞,使科考队不断陷入困境。1736年9月19日,年仅18岁的库普莱患疟疾一病不起,长眠在秘鲁的卡亚穆比教堂。当巴黎传来了拉普兰科考队已经抢先完成了测量,并证实了牛顿理论,秘鲁科考队受到巨大的心理挫折。
有人提议打道回府,有人主张各奔前程,多亏拉康达明以科学的荣誉稳住军心。当地土著曾热烈欢迎持有西班牙国王护照的科考队,但逐渐开始疑窦丛生:这些欧洲人舍命跑到安第斯山,难道就为了弄清地球的形状?“他们是来探矿寻宝,拿走秘鲁财富的。”“他们绘制地图是为献给英国人。”诸如此类的流言使科学家遭受敌意。当科考队的外科医生桑尼尔古斯介入当地冲突后,在一次公众集会中被暴民刺伤,4天后不治身亡。
布格在混乱中被石头击中,躲进教堂里才得以逃生。胸怀远大目标跨越半个地球的科学精英,也会“偶因细故”而贻误大局和死于非命。科考队每个成员返回法国的旅途可谓八仙过海和九死一生。与10年前相比,大西洋不仅风高浪急,而且成为英法的战场。
1744年5月28日,布格首先搭乘贩运奴隶的“特雷顿”号双桅帆船从法属圣多明戈归航法国;拉康达明坐着独木舟沿亚马孙河漂流而下,从圭亚那登上中立国荷兰的咖啡货船,于1744年11月30日抵达阿姆斯特丹;乌略亚为避开英国海军绕道好望角,不想在失陷的法属殖民地路易斯堡当了俘虏,经历牢狱之灾后于1746年7月25日重返马德里;戈丁直到1751年7月才从羁旅秘鲁的利马大学回到欧洲;而画师莫雷维拉和仪表师雨果特分别于1764年和1781年客死在南美大陆。
秘鲁科考队付出10年心血和沉重代价,以南纬1度31分为中点,总共丈量了3度07分经线,测出每度长为110655米,证明赤道千真万确是“鼓起”的。通过将秘鲁和拉普兰的测量结果进行综合比较,当时的科学界一致认定地球扁率为1∶310,校正了牛顿计算的1∶229,地球形状的百年争论最终尘埃落定。
在厄瓜多尔首都基多附近立有赤道纪念碑,甬道两旁有13位科学家的半身像,拉康达明就是其中之一。拉康达明作为第一个探索亚马孙盆地的欧洲人,带回了橡胶和金鸡纳树标本,布格则测出了钦博拉索山体的引力,能造成铅垂线8角秒的偏移。尽管早期领队戈丁的贪腐行为遭人诟病,尽管各成员间摩擦不断,但秘鲁科学考察已经作为人类认识自然的空前壮举载入史册。
彭加勒在名著《科学与方法》中,就以法国的大地测量为例证,赞美科学的崇高目标和牺牲精神。此后德国科学家洪堡的南美洲探险和达尔文乘坐“贝格尔”号军舰的南太平洋远征,米制在全世界的确立和风行,无不受到秘鲁科考队的直接启示和深刻影响。