灯塔说说
灯塔起源于古埃及的信号烽火。世界上最早的灯塔建于公元前7世纪,位于达尼尔海峡的巴巴角上,像一座巨大的钟楼矗立着。那时人们在灯塔里燃烧木柴,利用它的火光指引航向。公元前280年,古埃及人奉国王托来美二世菲莱戴尔夫之命在埃及亚历山大城对面的法罗斯岛上修筑灯塔,高达85米,日夜燃烧木材,以火焰和烟柱作为助航的标志。 法罗斯灯塔被誉为古代世界七大奇观之一,1302年毁于地震。9世纪初,法国在吉伦特河口外科杜昂礁上建立灯塔,至今已两次重建,现存的建于1611年。 在古老的灯塔中,意大利的莱戈恩灯塔至今仍在使用。这座灯塔是建于1304年,用石头砌成,高50米。 美国第一座灯塔是建于1716年的波士顿灯塔。此后,1823年建成透镜灯塔,1858年建成电力灯塔,1885年首次用沉箱法在软地基上建造灯塔,1906年落成第一座气体闪光灯塔。1850年,全世界仅有灯塔1570座,1900年增到9400座。到1984年初,包括其他发光航标在内,灯塔总数已超过55000座。
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喔,这个问题说起来也简单也复杂。
对航海者来说,灯塔一度是非常重要的导航设施,虽然早在公元前人类就已经开始构建灯塔,但当时的灯塔技术上还非常落后。由于施工手段的限制,彼时人们还无法离岸的远洋水域建筑灯塔,所谓的灯塔一般都构筑在海岸边或者离岸边不远的岛屿上,著名的世界七大奇观亚历山大灯塔即坐落在埃及亚历山大港附近的法罗斯岛上,它的形制也非常简单,就是一座115-150米高的方塔,在白天,它使用一面金属镜反射阳光,夜晚就在金属镜前点燃火盆(燃料应该是植物油脂),方便船只在规避海岸并找到港口的位置。
这种海岸或者近岸灯塔的建筑过程,说白了和盖房子是一样的,细节就不表了。有些近岸灯塔还结合了炮塔碉堡的功能,从外形上看可能更像一个有塔楼的普通房子。
此后的近两千年里,灯塔的运作方式一直没有发生太大的变化,但人类对航洋的开发和利用却愈发深入与频繁,踞守在岸边的灯塔并不能为深海航行的船只提供保障,油脂和木柴的微弱火光也无法投射的更远,许多船只在远离海岸的暗礁失事,也有许多船只在恶劣的天气下苦苦寻觅港口,这都对灯塔的技术升级提出了迫切的需求。
传统的灯塔构筑在岸边,仅能在船只靠岸时发挥有限的作用在英吉利海峡西侧的普利茅茨港外海22KM处有一个小礁盘,激流在此冲刷后往往形成大小不一的涡旋,故而得名涡石礁,几百年的时间里,这个小礁盘吞噬了数不尽的船只,为了指引过往船只躲避,英国人决心在此建立人类史上第一个真正意义上的离岸灯塔。1698年,第一座纯木质结构的涡石灯塔开始兴建,结果仅仅在5年后就被巨大的海浪冲垮,1708年又开始以木质和钢材修建第二座涡石灯塔,1755年又毁于火灾,1759约翰.史密斯主持开始修建第三座涡石灯塔,为了抵御巨浪,首次使用石头+混凝土为材质,又采用了类似广州小蛮腰塔的外部造型来减缓海浪冲击,这就是建筑史上非常著名的斯米顿灯塔。
这类灯塔的建筑,其原理也并没有大家想象的那么复杂,但是由于是海洋施工,受到环境影响很大。早期的离岸灯塔,一般都是选择有漏出海面的礁盘处,因为礁石坚固的质地,深挖地基显然是不可能的,所以一般会才用钻孔打桩的方式,然后灯塔直接从基座上往上垒。有的礁石在涨潮时会被海面吞没,那么地基的构筑就需要在落潮时抓紧进行。而如果礁石是常年无法漏出海面的暗礁,就很少会构筑灯塔,而且采用灯光浮标,这个更简单,直接拖过去就行了,缺点是效果没有灯塔那么好。
建造中的第三座涡石灯塔——斯米顿灯塔被大西洋肆虐的海浪拍打的第三座涡石灯塔——斯米顿灯塔由于涡石礁被海浪冲刷的不太牢靠,第三座涡石灯塔后来也被拆除(左侧只剩半截那个就是),1879年又修建了第四座涡石灯塔并一直使用至今相对于“塔”这一形式而言,灯塔所用的灯才是最核心的部分。传统的灯塔所用的光源是动植物油脂(西方世界捕猎了大量的鲸熬制鲸油用来照明), 火盆放在水银液面上以保持稳定,常驻灯塔中的工人以发条驱动火源后方的镜子匀速转动,使得火光投送到各个方向。在1782年,艾米.阿尔冈发明了阿尔冈灯,就是以一个玻璃管罩住火焰,让火焰可以稳定的充分的燃烧,这就解决了火光飘忽不定又闪烁的问题,采用了这种灯管,火焰的亮度可以提升6-7倍。光源稳定之后,工程师们又把火源后边的镜子换成了火源前方的凸透镜,这样投送的距离就更远了。
不过接着就有一个问题出现了,巨大的凸透镜制作成本高,重量很沉,驱动它的机械结构就更沉,不仅不方便转动,有些小灯塔也很难承载这个负荷。法国物理学家奥古斯汀.菲涅尔通过一个巧妙地发明解决了这个问题——菲涅尔透镜——它最大程度的保留了凸透镜折射平行光的性能,又极大的降低了结构重量和制作成本,从此成为了灯塔、以及以后的相机闪光灯的标配。
菲涅尔透镜和常规凸透镜对比一个标准的菲涅尔透镜灯罩手机闪光灯就是采用了典型的菲涅尔透镜19世纪后半叶,人们发现了乙炔这种气体可以发出极为白亮的光,不过乙炔却有一个致命的缺陷,那就是容器稍微磕碰一下就极易爆炸,这个时候,对现代灯塔影响最为深远的一个人——瑞典发明家尼尔斯·古斯塔夫·达伦 登上历史舞台了,他先是把乙炔溶解在丙酮里,然后高压灌注到一种内部呈微孔状结构的特殊储气罐里,一举解决了这个问题;他又发明了一种快速开合的阀门,可以让储气罐每隔几秒释放一次乙炔,让火焰人为的发生“频闪”(即能引起注意,又可以大幅度降低气体消耗);最为重要的发明是日光开关,在没有传感器的那个年代,达伦巧妙地利用了热胀冷缩的原理,安装在真空玻璃管、被漆成黑色的金属棒在被阳光照射后膨胀,挤压杠杆关闭气体开关,在夜晚或阴雨天金属棒收缩,杠杆随即打开气体开关并自动点火(真空玻璃管有效的排除了气温对热胀冷缩的影响)。有了达伦的这三个发明,远洋灯塔就完全不需要工人常驻值守,原来巨量的燃料消耗也急剧下跌了97%!灯塔可以建的更小(不需要建工人住所和配套设施),维护成本可以降得更低(不需要频繁补充燃料,不需要支付工人工资):1907年,瑞典的一个远洋灯塔的建造成本从20万克朗下降到了9000克朗,一年的维修费用从2万5千克朗下降到了60克朗。鉴于达伦在工程制造领域研究和应用上的伟大成就,瑞典皇家科学院决定授予他1912年的诺贝尔物理学奖,然而戏剧性的是,在获得诺贝尔奖之前两个月,达伦在一次事故中受伤失明,被海员们誉为“恩人与明灯”的他却只得在黑暗中度过余生。
离岸灯塔的生活之艰辛异乎寻常,达伦的三大发明使得无人值守灯塔成为可能尼尔斯·古斯塔夫·达伦在此后的一百多年里,灯塔的光源又发生了几次变化,比如用了电弧光灯,以及用更敏锐的传感器替代了达伦的日光开关,还有的灯塔利用控制开关控制自己灯光的频闪频率,创造出属于自己灯塔的独特“指纹”,这样在有多个灯塔海域,船只可以通过特定的频率辨认出自己看到的是哪座灯塔。
当然了,虽然灯塔技术以及日趋完善和成熟,但新的导航技术也在发展,比如GPS,AIS和雷达之类的,灯塔发挥的作用越来越有限,有些老灯塔逐步被废弃,现在新建的灯塔也越来越少了。
最后分享几个灯塔:
火地岛灯塔,位于南美洲最南端,可谓天涯海角青岛奥帆中心情人坝灯塔,算是我国境内比较新的灯塔爱沙尼亚KOPU灯塔,自1531年使用至今 海浪不停,整夜吟唱孤独陪着我守望忐忑徘徊,执着等待我要穿越过这海灯塔的光,划破浓雾那屹立不变的爱忽然领悟,铭心刻骨勇敢的放声痛哭