从北斗导航说开去

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这是我准备的公开课的提纲，我酝酿了很久，也忐忑了很久。之所以是酝酿，是我不想我的课给大家带来不适和尴尬，也不想我的课没有人喜欢和接受。我当然期望我的课能够一炮打响，但是我不是拥有百万粉丝的IP，也不是线下卖课的讲师，我只有尽力让我的内容真实自然，平易近人，引人入胜，这样才能期望有所收获吧。

首先，我们要提问大家一个问题：大家知道什么叫北斗导航吗？大家都用过北斗导航吗？或者说大家知道北斗导航之前的GPS导航吗？我之所以提出这个问题，就是要拉近和现实世界的距离，因为我们所要讲的公开课是关于中国古天文学和历法科学的，而我们现在最常用的交通工具就是汽车，最常用的恐怕就是导航软件，从GPS定位到北斗导航，我们可以讲的内容很多，但是核心的原理我们都必须知道：https://vt.quark.cn/blm/quark-doc-compassjs-559/preview?id=7A57A924C23298B218A5B29D3189ADB1可以参考这些内容讲述。https://www.yoojia.com/ask/17-11934536239459879618.html这是北斗导航定位系统的原理，我们可以对比这两个系统的特点。

这两个系统的特征就是要有一个自己的授时系统，也就是铷铯双原子钟，它们是利用铷铯原子在能量跃迁时发出的电子振荡固有频率作为原子钟的擒纵器的共振频率的，官方的数据是铯133的共振频率为每秒周，也就是它产生的频率可以准确到小数点后十位。之所以要这么高的精度是因为我们要弥补数学计算的误差，虽然拥有这个精度，但是我们知道我们现有的导航技术精度也无法突破厘米级，只能在30–80厘米级别。另外一个技术就是卫星报文技术，卫星随机发射的时间和位置数据是我们掌握卫星运动轨迹的数据基础，也是我们定位和导航的最基础的数据；我们知道北斗导航系统的卫星都是低轨道卫星，一般是使用三颗到七颗的低轨道卫星，使用地面接收机和定位基站接收数据用公式解算定位和误差，产生定位数据并形成轨迹导航。

提到导航，我们就不得不谈到古代中国航海的技术，那么绕不开的就是牵星术，但是我们现在所能查到的资料很有限，也不能完整的复原过洋牵星术，只能以六分仪的原理还原基本的操作，连我设计的牵星术都比不上，非常小儿科；按照郑和宝船的尺寸，在船头和船尾合适的位置设置等高的八尺圭表用以测量航行的航向和位置，利用坤舆万国全图导航，不失为一个合理的设想。这才是牵星术的完整的表述，而还原六分仪的简易操作，并不能达到如此的精度。

这是我们要讲的第一课，观象授时为什么重要，是因为它是导航的前提条件，没有它你设定的模型就没有数学物理关系，它其实就是数学上最初的勾股定理的原理的反向操作；而牵星术的原理，也就是我们上古中国古天文学所依据的三大建模：盖天说，宣夜说，浑天说。这三种建模，也是中国机械学说的前夜，是中国数学和物理学的合理内核。