北极科学考察的基本原则.doc

北极科学考察的基本原则（奥地利海军上尉查尔斯魏普雷希特在第四十八届德国自然科学工作者和物理学工作者大会上发表的演说，1875年9月18日，奥地利格拉茨）先生们：我斗胆占用大家一点时间，目的是向你们德国的自然科学代表们介绍在一次漫长航行中获得的不同经验以及基于此的意见，有关北极科学考察，寻求的实际目标以及实现目标的最适当的手段。如果综合而全面的审视以往北极探险的科学成果，就可以看出，它们与花在其上面的巨大投入不成比例。在过去50年中，光是英国和美国就共派出了25支以上考察队，考察队的规模有大有小，花费远远超出一百万英磅。人们以惊人的、坚韧不拔的顽强精神，通过付出不可置信的努力和辛劳，通过乘坐雪撬从各个方向最终穿越了隐藏在美洲以北冰雪中的群岛，长期以求寻找的目标巴芬湾与西部冰海的联系得到了证明。这一发现的价值与其说在于作为证明人类会为寻求一个理想的目标而做出的巨大努力和牺牲，不如就关于从连接两个海洋的狭窄冰封通道可获得的任何科学发现。 这一历时长、成本高的考察最重要科学成果是磁极的发现，若干点的物理常数的确定，对北部高纬度区自然历史的更广泛了解，以及详细测定一批不重要的岛屿地形。然而，通过进一步分析发现，这些成果的科学价值大大缩水。考虑到航次数量，从局部来看自然历史方面的成果也相当有限，同时也没有进行系统的研究。由于其所采用的观测方式的原因，物理观测结果只给我提供互不关联的平均值，而这些平均值所具备的价值通过既不可避免也不可克服的局部影响和年度变化而变得比一般所赋予它们的要小。另一方面，最大磁倾角点的确定则具较高的科学价值。如果我们说对于自然科学的研究而言极地区域是我们地球最重要的部分，这样说并不过分。极地附近自然界各种力量发生作用下所形成的极端条件产生各种现象，为我们提供了研究各种力量本身的性质的最好手段。自然科学几乎没有一个分支不对极地研究保持浓厚的兴趣。首当其冲的是地磁，这是物理学最难解、最有意思的问题之一。对这种力量不太重视的时代早已过去；不过，尽管我们很勤奋努力，也很睿智才干，我们在了解基本原则下只不过迈出了几步。萨拜因（Sabine）将军的考察已经证明，地磁受宇宙影响，沃尔夫（Wolf）和施瓦伯（Schwabe）教授证明了其扰动与太阳黑子的联系；拉蒙特（Lamont ）和艾雷（Airey）教授证实了大地动电电流的存在，最后，直接的观测结果显示了磁扰与北极光和地震的联系。因此，我们面前的地磁中有一种力量，这种力量受宇宙、大气及大地等的影响，而且，在整个自然界，由于行动和反应总是相互的，这种力量可能也施加同样的影响。由于其与电和流电有不能分离的联系，磁力在物理学中的重要性较大这几种力在自然界经济中的意义，我们只能从下列事实中作出判断：几乎不存在这样一个机械或化学过程，在这一过程中一种或另一种力量不能被证明是相关的。地磁所受到的扰动成为我们拓展对其认识的最适宜、几乎是唯一的手段。一旦我们能够判明其原因，我们将获得最佳的机会来揣摩力量本身的性质。一种力量，因其简单而变得绝妙，认为磁的所有现象均起源于环绕地球的动电电流。极点周围的大量小扰动可以为我们提供关于这一点的积极信息。在我们（居住）的地区，那里的磁针只不过能显示其日变化和年变化，而且扰动很少出现且相对较弱，因此研究条件不够便利。试图由此来推断出地磁内在的规律，正犹如系统通过夏季的微风来寻找热带飓风规律一样。地磁理论的关键在那里即磁针几乎从来不停止的地区，地磁持续地经受着暴风雨般变化的地区，也就是说，在于对那些地区变化原因的透彻研究。这种情况同样适用于那种壮观的现象，物理学中的难解之谜，即造物主用热情四溢的文字书写在北极天空上的谜北极光。他，那个曾见到过这一光彩夺目的现象的人其时，在浩瀚寂静的整个天穹中，似乎被那五彩缤纷的火焰所吞噬，猛烈而疯狂的火流狂热地四处追逐，向上奔直冲天顶；他，那个观测到过这种表现为地磁原理的令人激动的时刻的人对于他来说，帮助揭开这种神秘的、深藏了造物主力量的东西的厚厚面纱变成了一项终身的任务。尽管与地磁扰动有极其密切的联系而且完全不能与其分离，要判别将它们联系在一起的环节仍是我们力不能及的。已经提出了一个又一个的理论，但没有一个适用的；围绕着这一不可描述现象的朦胧感，今天与十年前一样强烈。对于气象学来说，严峻的北极地区附近的条件是有决定性意义，因为，众所周知，我们大气中空气的一般运动源于极地与赤道之间冷暖空气以及干湿空气之间的交换。显然，数量巨大的极地冰对地球热量的分布必定产生巨大影响，热量的这种分布是气象学的基石之一。受风和洋流驱动下，冰的运动可能影响一个国家气候，格陵兰岛和冰岛就是这方面的例证。但是我们对这些的了解非常不足。目前，极地冰有可能是我们气候状况的调节者。许多那些在冬季横扫北欧造成破坏的猛烈飓风的源头要到遥远的北方去寻找。通过观测地球的扁率和那些区域的异常反射，天文学和大地测量学也有兴趣开展极地调查。几乎没有必要提到极地动植物的重要性。在如此极端条件、以及顺应动物迁涉到其最终栖息地的环境下的动植物生命完全无需考虑描述性自然历史的重要性一定具有较高的科学价值。近代的考察每次撒下拖网都从海底捞起了科学的珍宝，而且已经证明那里存在着海底生物，实际上在某些地点比我们自己的水域中还丰富。我再次冒味地提请诸位注意，极地区域对于地质科学以及关于我们地球所经过的各个阶段的研究的重要性。有着一个早先世界的动物的西伯利亚，有着这些动物化石的诺瓦雅地岛（Nowgja-Zemlja）、斯匹次卑尔根群岛及格陵兰岛是古生物学的丰富宝库，而且众所周知已经产生了这一领域中的全新观点。简要地讲，这些切实需要和有必要从极地区域学习的东西的要点，涉及到几乎自然科学的所有分支，而且其中的一些实际上具有决定性的意义。然而在所有这些领域，已取得的成果与本应该取得的相比则是微不足道的。例如，今天我们仍然需要从北极区域获取关于磁场三要素扰动的系列观测资料。考察中获得的数据只限于绝对的测量值（由于会受到偶然扰动的影响，其精确度不够）和对磁倾角变化的观测。而水平磁强度和倾角的干扰被完全忽略不计。关于地磁的水平和垂直部分在扰动期间的相互关系，我们一无所知，因此不能确定合力是否不会简单地在方向上或者在强度上发生变化。至于磁强度和倾角，不存在一个我们拥有足够准确资料作为几年后确定长期变化基础的时间点。的确，地磁研究方面已经取得了长足的进步；但是对于这一点，我们与其说应该感谢（毕竟这种感谢本应该是正当的）北极考察队，还不如说归功于在极圈附近建立的观测站。类似的话也适用于关于北极光的观测。在有关源于极地区域的宏大物理现象的论文中，我们发现，尽管有无数的极地考察队，每种新的理论都在针对我们地域上曾偶然亲眼见到的这些现象的那些特殊的和微弱的模拟中找到其依据和证据。这一事实表明了北极考察的性质。气象学和自然科学的资料从一开始就是有缺陷，因为它们局限于如此比较狭窄的范围内。尽管在美洲大陆以北荒凉的群岛中，众多的冬季站互相之间距离很近，但是其余北极地区，尽管范围如此广泛，除少数区域外，仍没有受到注意。现在，要根据在相对如此小的空间中进行的观测结果试图得出有关未知领域的内部情况的结论是完全达不到的。遗憾的是，几乎我们可以说，我们对南北极高纬度地区大自然的所作所为的了解只不过刚刚足以向我们说明，对这些地区进行深入的科学考察对于自然领域的所有分支是何等的重要。如果我们问，尽管上述阐述的问题的重要性如此明显，尽管总是愿意提供人力和财力为什么所获得的科学成果却如此不足，我们发现问题并不是出在所进行的观测上，而是出在基本错误的原则上迄今为止所有的北极考察队都是根据这些原则派出的在大多数情况下已经实际上成为正确科学研究路上的障碍的原则。主要的毛病是，几乎所有考察的首要目标是地理发现。其他的所有一切都从属于此，从而纯粹的科学研究全部被推到幕后。最初是以猎取毛皮动物和油脂的经济利益诱发奔赴北极冰区的航行。后来取而代之的是令公众十分眼花缭乱的地理发现的声望。对于这种声望的狂热达到了如此的程度，以至于当前北极考察已经成为一种以北极点为目标的国际障碍赛马，而在所有学科中忽略了真正的科学发现，而这种发现只有少数人才能取得。仅仅是对恶劣的大自然的征服已侵占了该地的实际科学努力；一旦讨论北极问题时，达到极点的最佳路线便会成了争论的焦点；但是很少有人论及有关科学宝藏的问题，而这些宝藏恰恰就在去极地的路上。当然，有关我们地球知识必定引起每个学者的浓厚兴趣；但是在那些无人居住和不能居住的地区，由于其自然条件所限，而唯一重要的是科学，描述性地理学的价值只不过在于地球的气象、物理和水文现象受陆地特点的影响；因此，进行广泛的、总体性的描述就足够了。在大多数情况下，十分详细的北极地理只不过是一件次要的事；但是，当考察的真正目的科学研究被搁在一边，而且如经常发生的那样几乎被其所扼杀时，那么它绝对是不适合的。在北极地区，地形学必须从属于自然科学。只有通过与其相关的科学发现，地理发现才会变得有价值。以往考察中设立的地理学目标必定是，片面地将观测站密密麻麻地布设在一个单一区域。在寻找一条西北通道以及试图寻找到达北极点的过程中，连续采用同样的航线，没有做出多少变化，而把其他的一切工作均忽略了。的确，那些考察中的有一些令人悲哀地把寻找富兰克林考察的事故遗址作为目标。在这些考察中，雪撬运用获得了惊人的发展，因为雪撬引起如此普遍的猎奇和模仿。但在雪撬发生显著作用的情况下，科学研究只能扮演次要的角色。长途旅行占据了春夏最佳时段，而开展详尽观测所需的那种中途休整从未发生过。一旦乘上雪撬开始行程时，科学观测当然是毫无可能的。关于贪图发现在多大程度上忽略了科学研究的最好证据就是，首支考察队为了科学目的在斯匹次卑尔根群岛越冬只有两年时间（即使地处北纬80该群岛在地理上也是众所周知而且容易接近的，每年几乎没有障碍物），尽管这些岛屿是在北极地区最重要、最理想的观测点之一。我们将对现今的和前洪积世（antediluvial）动植物，北极环境对动植物影响进行最为透彻研究，这应归功于对斯匹次卑尔根群岛和西伯利亚的考察，并以较小代价达到我们的目标。只要人类要取得进步，对极地广阔的未知区域的考察就将继续下去，而且必须继续下去，不管人力财力的代价有多大。但是其远大目标必定比测绘并以这国或那国的语言命名冰封的岛屿、海湾和海角或到达任何前人未到过的更高纬度区域更为崇高。描述性地理永远不能或也不应被排除，但不得作为首要目标。JC罗斯爵士组织的南极考察航次具有典范性，其成果是一个时代的标志。造成考察成果不多的第二个原因是所有的考察活动都是单一和无不相关，没有提供可进行比较的同步观测。无论何时何地只要大自然的力量和它们所产生的物理现象是研究的目标，那么许多点的同时观测就是成功的根本条件。在人口广为分布的国家，可通过在最大可能范围的地面上使用大批观测人员，从而在一定程度上实现这一点。在极地区域，观测员必须靠自己；最基本和最重要的资料缺乏；例如，某种现象所覆盖的地域范围。对于那些不能靠感官而只能借助仪器帮助才可感觉到的现象情况更是如此。只能通过大体上广为分布的众多观测站同时进行最仔细的观测才能得出有决定意义的结果。在高斯和韦伯推广了同步磁观察日之后，地磁科学很快突破了严格的限制，在那之前，这一科学一直受到这种限制的约束。在这一成功的鼓舞下，英国建立在殖民地建立观测站，通过这些观测站证明所有地磁现象均受自然规律所制约。但是这些观测站没有一个在北极地区，最北的位于北纬61。不管其观测结果是何等的有意义和重要，它们仍不足以给我们提供关于高纬度区（广阔的干扰源区）地磁组合力量相互作用的见解，而这种见解对于一个正确理论是必不可少的。通过这些观测，我们无法知道干扰中心的位置，具体运动的范围，它们在不同距离的同步性，以及沿不同的经度的与同一纬度线分离的震荡表现形式。因此，一切关于当地环境对干扰的强度和性质的影响的结论都是错误的。英国的观测结果证明，在不同年份不同地点的扰动不能用来进行比较，这是因为例如在多伦多，一年中的扰动，磁偏角是另一地方的三倍，水平强度是另一地方的六倍。因此，如果将多伦多、锡特卡或阿萨巴斯卡不同年份的磁强度进行比较，那就会得出完全错误的结论。关于所说的磁扰也同样适用于北极光。有许多理由可以相信，在北方高纬度区，这一现象只具备一种非常强的局地性，只能由同步观测才能确定的特点。因为在这里，互相比较不同地点不同年份的观测结果同样是不可靠的，只能比较同一年的不同地点，或同样地点的不同年份。由于在分析极光现象时经常忽视这一规律，不知不觉地会发生许多错误。我们当今时代的整个气象学都以比较为根据；气象学中能列举出的种种成功风暴的规律，风的理论都是同步观测的结果。特定地点气象参数的平均值对于了解地球的自然条件是极其重要的，但是它们不足以回答以下的问题：什么样的规律制约着这些平均值所遭受的变化？它们能够回答“怎么样”，但很少能同样回答“为什么”？在对任何一种自然现象进行追根寻源中，在调查其原因以及现象本身时，大多数情况下只有对最大数量的同步观测资料进行归纳和比较才能提供有决定意义的结果。显然，北极自然和气象条件对我们本国的那些的影响只能通过比较来确定。为此，间断的观测序列完全不能胜任。从不同方向进入北极中心区的航线是科学界在不断讨论的问题。通常的做法是根据通过不同航线和不同时段内进行过的北极航次经历（顺利或不顺利）来做出结论，而这样的结论后来证明是错误的，因为没有考虑到不同年份冰况的变化。在1871和1874年，位于诺瓦雅地岛（Nowaja-Zemlya）附近同一经线的冰最南到达北纬78，但在1872年向南移动了6度。目前有可能在北极海盆的对面美洲海岸这一时期的情况正为相反。但我们不能肯定地确定这一点，因为我们不知道这一侧冰的异常增加是否与另一侧冰的减少有联系；或者是否在不同年份北极海盆也许覆盖完全不同数量的冰。我们需要全面了解冰总量及其运动规律，而要获得这些信息只能通过在不同地点的同时观测。依据单个地点形成的偏面认识将永远不能对北极核心区的可达性作出正确的结论，因为单个地点的状况取决于一年中发生的偶然事件。对于每个描述性科学分支而言，同步性不太重要；这些科学分支需要连续、系统的研究。“航次考察扩大了观测种类”C.沃格特教授写信给我说“但是只有现场的连续观测才能产生较深刻的科学成果”。对此，（单靠）非科学人员是不够的，不管一个资料收集者是如何的勤奋。如果我们的目标是在自然历史方面取得真正的进步，科学人员的援助绝对是必要的，而只有很少数情况下我们得到了他们的帮助。鉴于人们对北极研究的兴趣越来越浓，而且政府和私人愿意继续提供进行新的考察航次的各种装备，最需要的是要确定派出新考察队的原则，以便能根据所投入的巨大人力和财力按比例分配到科学观测与研究，并可能减轻那种的确能吸引广大公众的、但只能有损于科学的冒险性。下列各点满足了上面提出的要求：1.北极研究对于了解大自然规律极其重要。2.在那些地区的地理发现只是在开辟较狭义的科学研究领域方面具有较高价值。3.对北极进行详细的地形观测只具有次要的意义。4. 对科学而言，地理上的极点并不比高纬度区其他任何地方具有更重要的意义。5.观测站不管其纬度如何相对于调查的现象的相对强度来说是比较合适的。6.独立的观测站系列只有次要的价值。这些需求可能无需支出巨大的费用就能满足，迄今为止，几乎所有北极考察的开支巨大，这使不太富裕的国家不能参加北极发现。为了确保最具意义的科学成果，没有必要把我们的观测范围延伸最高纬度区。例如，位于诺瓦雅地岛（76）、斯匹次卑尔根群岛（80）、东或西格陵兰岛（7678）、白令海峡以东北美洲（70）以及位于勒拿河口的西伯利亚（70）等地的观测站能构成一个非常靠近北极地区的观测带。最理想的是靠近磁场强度中心的观测站。通过在北极圈附近已经建立的观测站，那里进行的观测将与我们自己的观测关联起来，而北极圈附近的观测站只需要进一步加强而己。最近任何一次抵达最高纬度区的考察费用将足够维持所有这些站一年的运作。这些考察的目标将是：使用完全相似的仪器，采用完全一样的操作规程，并且至少用一年的观测时间来获取一系列最有可能同步的观测记录。其中，物理学和气象学的各个分支必须引起最高程度的重视，其次是植物学、动物学和地质学，最后才是的地理学领域。如果有可能在南极地区建立一个或多个与这些北极观测站有关的同步观测站，我们也许有望获得价值难以估量的结果。如果是由几个国家来共同分担，而且观测站易于达到，这些有限考察的开支将维持在易于承受的合理范围内， 也许从这样一组小型考察取得可期的结果会使其黯然失色。但完全没有必要放弃较大规模的发现航次，只要它们是在真正科学基础上