一座灯塔看似普通，一些人状若默默无名。但他们却拯救了无数人的生命。

《守岛人》剧照，刘烨、宮哲饰演王继才、王仕花夫妇。|来自网络

前一阵，一部名叫《守岛人》的影片悄然上映。它讲述了一个真实的故事，主角是两位其貌不扬的守岛人——王继才与王仕花夫妇。

这座几乎不为人知的小岛，叫开山岛。它没水没电，甚至连植物都养不活。但这对夫妻在岛上驻守了长达32年之久，最后王继才甚至连命都搭在了那里。天天守岛、夜夜悬心。有人可能会问，他们究竟在守什么？这荒芜小岛到底有什么好守？ 其实在这座小岛上，他们最重要的任务之一就是充当灯塔。影片中，男主人公冒着大雨修信号灯，在雨雾天敲铁盆，只为让来往船只不要触礁。而这座小岛上的灯塔，直到95年才修建完善。那么一座灯塔为何如此重要？传说中的灯塔灯又从何而来？建造师们曾为灯塔做了哪些努力？本文将为你一一揭晓。

以下文字摘编自《突破 工业革命之道》，作者西蒙·富迪。

灯塔灯的“出生”之谜 传说在公元前约270年，埃及人就在法罗斯岛东端建造了世界上的第一座灯塔。但在18世纪末之前，灯塔一般都使用燃烧的柴堆或多根蜡烛来照亮，随之而来的是明火照明带来的各种问题。1782年瑞士物理学家、化学家艾米·阿尔冈和他的英国合作人马修·博尔顿对灯塔灯进行了革命性的改造，这种新型灯塔灯成为之后一百多年里的业界标准。 这项创新包含了一个中空的圆柱形灯芯，可以使更多的氧气与火焰接触。这样发出的光更亮也更稳定。

他又在灯芯的上面安装了一个烟囱，改善了氧气的上升气流，从而进一步稳定火焰。这个系统让燃料使用更有效也更经济，同时火焰发出的光更亮，还伴随更少的烟。灯芯由安装在燃烧器上方的油盒通过自重供给燃料。一般油灯使用鲸鱼油、菜籽油、橄榄油或其他植物油为燃料。然而这种灯也存在头重脚轻会反倒的问题。 1784年，阿尔冈前往英国寻找合伙人来生产他的灯，特别是为灯塔生产可靠灯具。他找到了当时正在和詹姆斯·瓦特合作的马修·博尔顿。博尔顿是一位伯明翰的制造商和金属制品的先驱。阿尔冈早期生产的灯使用磨砂玻璃，偶尔会在灯芯周围着色。后来的灯在火焰上方增加了一个二氧化钍的悬浮物，从而产生更亮更稳定的光。

阿尔冈灯使用中空的灯芯（左），以及新研制的可以让光平行发出的透镜（右），让光可以传得更远。这是灯塔史上一个质的飞跃。｜《突破 工业革命之道》

阿尔冈灯还采用了专门研制的透镜，让光投射到海面更远的地方。该透镜最初由法国物理学家奥古斯丁·让·菲涅尔研制。他没有依靠单一的巨大透镜提供不同焦距，而是设计了一个由同心环形截面做成的透镜，这也减少了玻璃的用料。整套透镜系统是曲面和平面的结合。

菲涅尔透镜。相当于将一个正常透镜的曲面部分，切割下来拼装到一个平面上。不仅让透镜更轻更薄，还能部分消除球差。该透镜上的每一环，都相当于一个独立透镜，可以将焦点处发出的光折射成平行光。|来自网络

第一次使用菲涅尔透镜的记录是在1823年。科杜安灯塔位于法国重要港口波尔多吉伦特河口，使用菲涅尔透镜后，灯塔光线的可视半径超过了32千米。

菲涅尔为灯塔灯制造了六个尺寸不同，焦距不同的透镜，特别是与阿尔冈-博尔顿灯相结合，拯救了海上数以千计的生命。

矗立在“大西洋坟墓”边的灯塔 要细究灯塔的重要性，还要让实战效果说话。这就不得不提到著名的哈特勒斯角灯塔。据说美国的开国元勋和第一任财政部长亚历山大·汉密尔顿在幼年就知道这个地区，有一次他在漆黑的暴风雨之夜行驶过这个岬角，因为经历太恐怖了，他发誓一旦有机会就要在这里建造一座灯塔以拯救海上的船只和生命。

这个岛位于大西洋最西边的北卡罗来纳州外滩屏蔽岛群，温暖的向北流动的湾流与寒冷的向南流动的弗吉尼亚气流在这里交汇。这里也是拉布拉多洋流的一个分支，向南航行的船只会在它的作用下被迫驶向钻石浅滩，这是一个长19千米非常危险变化多端的沙洲区域。在这里“大西洋的坟墓”的称号可不是空穴来风，几个世纪以来强烈的暴风雨和巨浪使得成千上万艘船只在这里遇难。这个地方是如此的臭名昭著，为此美国国会在1794年专门拨款4.4万美元用于在这里修建灯塔。
美国东岸中部的哈特勒斯角，海流复杂、风暴频起，历史上曾在此沉没3000多艘船舰。｜来源网络

哈特勒斯角灯塔最初由黑色砂岩建成，海拔34米，本身高27.5米，但是实践证明灯塔太矮也太暗，只有在晴天才清晰可见。灯塔有18个鲸鱼油灯和口径36厘米的反射镜。在晴天灯塔的光线可以照射到29千米。

到了19世纪50年代，船长们经常抱怨哈特勒斯角灯塔是大西洋沿岸最差的灯塔之一。他们说灯塔太矮，光线太昏暗，对于船只来说，它的危害和帮助不相上下，因为人们很容易会将它的灯光误认为是来自另一艘船。所以在1853年，塔身增高了18.5米达到了46米，而且为了醒目增加的部分被涂成了红色。最后灯塔还安装了菲涅尔透镜将光线进一步投射到海上更远的地方。 至此，这个曾经东海岸最危险的一段，由于哈特勒斯角灯塔的建成而变得相对安全了一些。据说在1934年，它装上电灯之后，天气晴朗时，距离20海里（约37千米）以外的船都能看见。
哈特勒斯角灯塔是世界上最高且最古老的灯塔之一。｜来源网络

逐渐豪华的“礁石滩灯塔” 随着工业革命的不断发展，1897年，另一座灯塔也拔地而起。这就是著名的贝尔礁灯塔。它位于敦提以东18千米的北海上，福斯湾和泰湾之间。在这里有一段长而险恶的礁石群，已经夺去了很多船只和数以千计的生命。在涨潮时礁石群会被海水覆盖，平均水深可达3.7米，只有在水位低时才会暴露出来。在这里施工非常困难，很大程度要取决于天气和潮水状况。 在灯塔灯的设计上，它的第一个光学系统使用24组抛物线反光镜，内表面镀银，每个反射镜的直径是63.5厘米。它们被摆放成一个长方形，两个宽边各放7面镜子，摆放成2:3:2三排。剩下的10面按2:1:2安置在两个短边，并且在镜子的边缘装上红色玻璃圆盘。在每个反射镜的焦点处放置一盏装满鲸鱼油的阿尔冈灯，其中圆形灯芯直径大约2.5厘米。整个反射镜阵按顺时针方向旋转，这种旋转由一个从塔顶坠落的重物自激活。它可以发射红白信号，使得贝尔礁灯塔在56千米远的地方就可以被识别。这是苏格兰的第一个旋转灯塔，红光和白光每十分钟交换一次，旋转一圈需要8分钟。在19世纪20年代，反射镜被换成了最新的菲涅尔一级透镜和石蜡蒸汽燃烧器。
贝尔礁灯塔建造之前，曾有僧侣在这安置了一个警钟，凭风吹时发出的钟声来对来往船只报警。但使用不久，这个警钟被冲入了海中。图为艺术家透纳画作。｜议会图书馆

另外，在保障灯塔灯安全的情况下，建筑师们对灯塔环境也做了相对应的改善。这座塔的材料使用的是来自敦提和克雷格利斯附近的梅尔菲尔德砂岩，以及阿伯丁郡的鲁比斯瓦夫和彼得黑德附近的凯恩加尔的爱丁堡花岗岩。它的高度是35.3米，底部直径12.8米，顶部直径4.6米。总共使用了2835块石头。最下面的10米采用实心配合嵌体的方式，其中有一半在高水位以下。1~26层的中间是砂岩，外面包裹花岗岩。27~90层只使用砂岩，外面填塞罗马水泥。上面共有6个房间，从底层开始分别是：粮食库、照明室、3位灯塔管理员的卧室、厨房和餐厅、陌生人的房间和图书馆。照明室的顶端由铸铁和铜与黄铜的配件制成。 这些设施的建造，不仅让灯塔管理员的生活得到了极大的改善，也为过路船只的安全加大了保障。
这项工程最大的挑战是施工周期短且风险大，因为贝尔海礁全年只有2个月的时间是露出海面的。而在这两个月里，每天又只有4小时的退潮期可以施工。｜来源网络

流沙泥潭，也能铸造灯塔！ 除前文提到的灯塔之外，一种伫立在泥滩上的神奇灯塔也必须拥有姓名。它就是由爱尔兰盲人工程师亚历山大·米切尔设计的螺旋桩灯塔。这种灯塔利用宽叶螺钉将塔桩牢牢地固定在深海或河床上，这一设计使得它们可以建造在沙子或泥浆等软的流动性的地基上。它们不需要高于涨潮时的水位，因为它们只用于河中的三角洲地区，所以警示灯不需要传递很远距离。

1838年，第一座螺旋桩灯塔在泰晤士河河口污秽岛北岸危险的泥滩上建造。它由领港公会灯塔顾问工程师詹姆斯·沃克设计，采用了米切尔螺旋桩灯塔的概念。 这座灯塔被称为马普林金沙灯塔，它有9个螺旋桩，一个在中间，另外8个在四周，铸铁柱交叉成网格用于支持。在它的上面是一个木制的八边形平台，为一个主要管理员两个助理提供住处，包括一间公用的卧室、一间客厅、一间厨房盥洗室和一间储藏室。在住所的上面是一个明亮的闪红灯的灯塔，高21米。它的固定灯高11米，可见距离16千米。灯塔的一侧还有一个旗杆，在面对大海的一侧有一个136千克的大雾警钟，在大雾期间每10秒会发出一次警告。灯塔在1841年亮灯，但是泰晤士河无情的潮汐和水流最终破坏了灯塔，1932年灯塔被冲走了。

马普林金沙灯塔示意图，左下角是螺旋桩。螺旋桩灯塔在世界各地都很受欢迎，特别是在侵蚀和流沙给传统灯塔带来问题的时候。｜维基百科

尽管马普林金沙灯塔是第一个开始建造的，但是它并不是第一个投入使用的螺旋桩灯塔。1840年，兰开夏郡莫坎贝湾边上弗利特伍德的怀尔之光首先点亮。怀尔之光距离海岸3.7千米，坐落在北码头岸上，这里的一排沙洲标志着进入怀尔河口的弗利特伍德海峡。虽然在马普林金沙灯塔之后开工，但是它的建造速度更快，所以亮灯更早。这个灯塔也是米切尔设计并由他的公司建造的。

这一灯塔由7根锻铁柱组成，其中1个中心柱，周围6个柱子支撑起一个六角形的平台。每根柱子长4.8米，由一个直径为1米的螺旋底座嵌入沙子中。平面上是一个供灯塔看守人居住的二层建筑。六边形的主屋直径6.7米，高2.7米，被分成了带壁炉的起居室和卧室两部分。灯塔的建造从1839年开始，1840年6月6日完成亮灯。它比涨潮时水面高9.4米，可视12.8千米。配备的雾中警铃可以在3.2千米以内听到。
位于马里兰州安纳波利斯附近萨披克湾的托马斯角浅滩灯塔，最初用石头建造，后来由于受到侵蚀改成了螺旋桩灯塔。自1877年使用以来，除1986年的自动化改造外没有任何变化，至今仍在使用。｜来源网络

可以说，有了这些人锲而不舍的努力，无论是过路船员，还是灯塔的守护者，都变得越来越安全。相信有一天，科技的发展会让全自动灯塔覆盖全球所有海域。不过，在此之前，还是想对无数像王继才、王仕花夫妇一样默默守岛、守国的无名英雄们，说一声感谢。 他们为了信念而坚持，为了国家安全无怨无悔奉献青春，是我们这个时代真正的英雄。

文章摘编自《突破 工业革命之道》
突破：工业革命之道[英]西蒙·富迪译者 董晓怡中国科学技术出版社2020年11月78.00元

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未来的科学技术还将带来一轮又一轮的创新与变革，从历史角度回望工业革命，它对一个国家的经济和社会的影响，仍然值得现在的人们思考。

编辑 | 戴靖师

责编 | 高佩雯

来源: 中国科学技术出版社

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