跨大西洋電報電纜

跨大西洋電報電纜（英語：Trans-Atlantic telegraph cable）是橫跨大西洋的海底電纜，用於電報通信。現在，電報已經是一種過時的通信方式，電纜早已退役，但電話和數據仍由其他跨大西洋電信電纜傳輸。第一條鋪設在大西洋海底的電纜是從愛爾蘭西部的瓦倫西亞島鋁箔灣的 Telegraph Field 到紐芬蘭東部的 Heart's Content。第一次通信發生在1858年8月16日，將北美和歐洲之間的通信時間從十天（即通過船傳遞消息所需的時間）減少到幾分鐘。跨大西洋電報電纜已被跨大西洋電信電纜取代。

## 早期歷史

在1840年代和1850年代，包括愛德華·桑頓和阿隆佐·傑克曼在內的幾個人提出或主張修建橫跨大西洋的電報電纜。賽勒斯·西菲爾德和大西洋電報公司支持建造第一條跨大西洋電報電纜。該項目始於1854年，並於1858年完成。電纜僅運行了三個星期，但這是第一個產生實際結果的項目。在兩大洲之間傳遞的第一封官方電報是英國維多利亞女王在8月16日致美國總統詹姆斯·布坎南的祝賀信。信號質量迅速下降，使傳輸速度降低到幾乎無法使用的速度。次月，懷爾德曼·懷特豪斯向其施加過高電壓，同時試圖實現更快的運行速度時，電纜被毀。有人認為，即便沒有過高電壓的影響，1858年電纜在製造、存儲和處理過程中的缺陷本身也足以導致其過早損壞。電纜的快速故障破壞了公眾和投資者的信心，並延遲了恢復連接的努力。1865年進行了第二次嘗試，使用了大大改進的材料，並在遇到一些挫折之後，完成了連接並於1866年7月28日投入使用。事實證明，這種電纜更耐用。

在第一條跨大西洋電纜之前，歐洲和美洲之間的通信僅通過船進行。然而，有時嚴重的冬季暴風雨會使船隻延誤數周。跨大西洋電纜大大減少了通信時間，允許在同一天內發送消息和回復。在九年的時間裡進行了五次鋪設電纜的嘗試——一次在1857年，兩次在1858年，一次在1865年，一次在1866年。1866年的電纜和1865年的電纜終於實現了持久的連接，這些電纜由伊桑巴德·金德姆·布魯內爾的船大東方號維護，詹姆斯·安德森爵士擔任船長。19世紀70年代，人們建立了雙工和四工的傳輸和接收系統，可以在電纜上中繼多條資訊。

1873年，1874年，1880年和1894年，在Foilhommerum和Heart『s Content之間鋪設了額外的電纜。到19世紀末，英國、法國、德國和美國擁有的電纜將歐洲和北美連接成一個複雜的電報通信網路。

## 想法來由

威廉·庫克 和查爾斯·惠斯通 於1839年介紹了他們的工作電報。早在1840年塞繆爾FB莫爾斯就宣稱自己對建立橫跨大西洋的海底線路的信念。到1850年，在英國和法國之間架起了電纜。同年主教約翰·T·馬洛克，該負責人羅馬天主教會在紐芬蘭，建議通過從林中的電報線聖約翰到開普敦雷電纜穿過，和聖勞倫斯灣的海角雷新斯科舍省跨越卡博特海峽。

大約在同一時間，新斯科舍省的電報工程師弗雷德里克·牛頓·吉斯伯恩 採取了類似的計劃。1851年春，吉斯伯恩從紐芬蘭立法機關獲得了一筆贈款，並成立了一家公司，開始了固定電話的建設。1853年，他的公司倒閉，他因欠債而被捕，他失去了一切。次年，他被介紹給賽勒斯·西菲爾德。菲爾德邀請吉斯本到他家討論該項目。在他的訪客看來，菲爾德認為可以將通往紐芬蘭的電纜延伸到整個大西洋。

菲爾德對海底電纜和深海一無所知，他諮詢了莫爾斯以及海洋學權威馬修·方丹·莫里中尉。菲爾茲採用吉斯伯恩的計劃作為邁向更大事業的第一步，並促進了紐約，紐芬蘭和倫敦電報公司在美洲和歐洲之間建立電報線路。

## 從聖約翰到新斯科舍

第一步是完成聖約翰和新斯科舍省之間的線路，並於1855年嘗試在聖勞倫斯灣的卡博特海峽鋪設電纜。它是從巴洛克式的蒸籠拖板上布置的。敷設一半電纜時，大風上升，並且剪斷了線，以防止槓鈴下沉。1856年，為此目的安裝了汽船，並成功鋪設了從紐芬蘭的雷角到新斯科舍省的阿斯皮灣的線路。

## 跨大西洋

在查爾斯·蒂爾斯頓·布萊特擔任總工程師之後，菲爾德指導了越洋電纜的研發工作。對提議的路線進行了調查，結果表明該電纜是可行的。通過出售大西洋電報公司的股票從美國和英國籌集資金。菲爾德本人提供了所需資本的四分之一。

該電纜由七根銅線組成，每根重 26 千克/公里（每海里 107 磅），覆蓋三層牙膠 （如喬納森·納什·赫德 所建議），並用焦油麻布纏繞，將18股鋼絞線的護套（每根7根鐵絲）纏繞成緊密的螺旋狀。重約 550 千克/公里（1.1 噸/海里），相對靈活，能夠承受幾千牛頓 （幾噸）的拉力。它是由兩家英國公司（格林威治的 Glass，Elliot＆Co . 和 伯肯黑德的 RS Newall and Company）聯合製造的。在製造後期，發現各個部分是用相反方向絞合的線製成的。事實證明，把這兩個部分連接起來是件簡單的事，但在當時似乎被過分誇大了。

英國政府每年給菲爾德1400英鎊（今天13萬英鎊）的補貼，並借出所需的船隻。菲爾德還向美國政府尋求援助。授權補貼的法案提交國會，受到了貿易保護主義參議員的反對，不過，這項補貼法案在參議院以一票之差獲得通過。在眾議院，該法案遭到了類似的抵抗，但最終獲得通過，並由富蘭克林·皮爾斯總統簽署。

1857年的第一次嘗試以失敗告終。敷設電纜的船是改裝的戰艦HMS阿伽門農號和尼亞加拉號。1857年8月5日，這條電纜在愛爾蘭西南海岸克里郡Ballycarbery城堡附近的白海岸開始鋪設。電纜在第一天就斷了，但及時進行了修理；但它再次越過了近3200米(2英里)深的「電報高原」時再次發生破損，施工作業被迫擱置了一年。

第二年夏天，經過比斯開灣的實驗，阿伽門農和尼亞加拉再次嘗試。船隻將在大西洋中部相遇，將電纜的兩半拼接在一起，阿伽門農向東鋪設到瓦倫蒂亞島，尼亞加拉則向西鋪設到紐芬蘭。6月26日，中間接頭做好了，電纜掉了下來。電纜再次斷裂，第一次是在不到5.5公里(3海里)之後，第二次是在大約100公里(54海里)之後，第三次是在大約370公里(200海里)的電纜耗盡之後。

探險隊返回了愛爾蘭科克郡的皇后鎮，並於7月17日再次出發，機組人員對此並不熱情。中間接頭於1858年7月29日完成。這次電纜很容易走線。尼尼亞加拉於8月4日抵達紐芬蘭的三一灣，第二天早上岸端登陸。阿伽門農同樣取得了成功。8月5日，抵達瓦倫蒂亞島，岸端在奈特斯敦登陸，然後鋪設到附近的電纜屋。

## 首次交流

1858年8月10日，紐芬蘭開始發送測試消息。瓦倫西亞於8月12日第一次成功讀取消息，紐芬蘭於8月13日第一次成功讀取消息。隨後是進一步的測試和配置消息，直到8月16日，第一條官方資訊通過電報發出時：「英國大西洋電報公司的董事們致美國的董事們：歐洲和美國通過電報聯合起來。但願在天上榮耀歸於上帝，在地上平安歸於主所喜悅的人。」接下來發送的是維多利亞女王對詹姆斯·布坎南總統表示祝賀的電報，賀電發往賓夕法尼亞州的貝德福德·斯普林斯酒店，再賀電中，她表示：希望這將證明「兩國之間的友誼是建立在他們共同利益和相互尊重基礎上的。」總統回覆說：「這是一場更加光榮的勝利，因為它比征服者在戰場上所取得的任何勝利都更有益於人類。願大西洋電報在上帝的祝福下，成為這兩個國家之間永久和平與友誼的紐帶，成為神聖眷顧註定要在全世界傳播宗教、文明、自由和法律的工具。」維多利亞女王的98字資訊用了16個小時才發送出去。

這些消息激起了人們的熱情。第二天早晨，在紐約市響起了100支槍的盛大禮炮，街道上裝飾著旗幟，教堂的鐘聲敲響，到了晚上，這座城市就被照亮了。9月1日，遊行隊伍進行了遊行，隨後是晚上的火炬遊行和煙花匯演，在市政廳引發了大火。布賴特被授予爵士頭銜，這是電報行業的首項此類榮譽。

## 故障

公司的兩位高級電氣工程師開爾文勳爵和懷爾德曼博士對電纜的工作方式存在分歧，這使得新電纜的運行模式不確定。

位於西端的開爾文（Kelvin）認為，僅需使用低電壓並檢測流出電纜的電流的上升沿即可。一旦這樣做，進一步的監視將無濟於事（Morse代碼使用正電流表示「點」，使用負電流表示「破折號」）。開爾文（Kelvin）正是為了快速觀察電流變化的任務而發明了反射鏡振鏡。

位於電纜東端的懷特豪斯，是公司的首席電工，同是也是醫學博士。他擁有的電氣知識都是自學成才的。懷特豪斯（Whitehouse）認為，為了使接收端的電流儘快變化，應該從高壓電源（感應線圈提供幾千伏）驅動電纜。位置變得更糟，因為每次在東端的反射鏡檢流計上看到清晰可辨的摩爾斯電碼時，懷特豪斯就堅持要斷開檢流計，並用自己的專利電報記錄儀代替，該記錄儀的敏感度要低得多。

電纜處理和設計不當的影響，再加上懷特豪斯（Whitehouse）反覆嘗試以高壓驅動電纜，導致電纜絕緣受到損害。一直以來，發送消息花費的時間越來越長。最終，發送半頁消息文本需要一天的時間。

1858年9月，在絕緣層連續幾天惡化之後，電纜發生了故障。對這一消息的反應是巨大的。一些作家甚至暗示這條線僅僅是個騙局，而另一些人則宣稱這是證券交易所的猜測。在隨後的詢問中，懷特豪斯博士被認為是造成故障的原因，並且該公司並沒有因為雇用沒有公認資格的電氣工程師而受到批評。

儘管該電纜從未在公共場合投入使用，並且運作不佳，但仍有時間傳遞一些超出測試範圍的消息。據報導，8月17日，庫納德專線船隻歐羅巴和阿拉伯之間發生了碰撞。英國政府利用這一電報，否決了加拿大兩個團乘船前往英國的命令，節省了5萬英鎊。電纜在失敗之前總共傳遞了732條消息。

菲爾德對失敗毫不畏懼。他急於重做這項工作，但公眾對這項計劃失去了信心，他為振興公司所作的努力也是徒勞的。直到1864年，在托馬斯·布拉西和約翰·彭德的幫助下，他才成功地籌集到了必要的資金。Glass，Elliot和Gutta-Percha公司合併組成電報建設和維護公司（Telcon， BICC的後一部分），該公司負責製造和鋪設新電纜。C.F. Varley取代Whitehouse擔任首席電工。

與此同時，長長的電纜被淹沒在地中海和紅海中。憑著這一經驗，他們設計了一種改進的電纜。由七股每海里重300磅（73公斤/公里）的超純銅絞合線組成，塗上查特頓化合物，然後覆蓋四層杜仲膠，再與四層薄薄的化合物交替粘合，使絕緣體的重量達到400磅/海里（98公斤/公里）。芯部覆蓋著浸在防腐劑溶液中的大麻，在大麻上纏繞著伯明罕Hay Mills的Webster&Horsfall有限公司生產的18根單股高強度鋼絲，每一股都覆蓋著浸泡在防腐劑中的馬尼拉細絲。新電纜的重量為每海里（980 kg / km）35.75長百英磅（4000 lb），幾乎是舊電纜的兩倍。Haymills工廠在11個月內成功生產了30,000英里（48,000公里）的電線（1600噸），由250名工人生產。

## 電纜修復

破損電纜地修復需要精心設計。首先，通過測量斷開電纜的電阻來確定斷開的近似距離，然後將修理船航行到對應地點。使用鉤子鉤住電纜，拖到船上測試其電氣連續性。部署浮標以標記好電纜的兩端，並在兩端之間進行拼接。

## 大東方號

新電纜由詹姆斯安德森爵士率領的大東方號船鋪設。這艘巨大的船體安裝了三個鐵罐，可容納2300海里(4300公里)的電纜，甲板上配備了放纜裝置。1865年7月15日中午，大東方號離開諾爾河前往瓦倫蒂亞島的弗伊爾霍默勒姆灣，那裡的岸端是卡羅琳鋪設的。7月31日，這一嘗試失敗了，在鋪設了1062英里(1968公里)後，電纜在靠近船尾的地方折斷，一端丟失了。

大東方又回到了英國，在那裡菲爾德又發布了一份招股說明書，並組建了英美電報公司，以鋪設新電纜並完成折斷的電纜。1866年7月13日，大東方再次外出作業。7月27日星期五晚上，儘管遭遇了惡劣天氣，但探險隊在濃霧中到達了Heart's Content。第二天早上9點 來自英國的一則消息援引《泰晤士報》領導人話說：「這是一項偉大的工作，是我們時代和國家的榮耀，實現這一目標的人應該在他們的種族捐贈者中獲得榮譽。」祝賀紛至沓來，維多利亞女王和美國之間再次互發了友好的電報。

1866年8月，包括大東方在內的幾艘船再次入海，以應對1865年丟失的電纜。他們的目標是找到丟失的電纜的末端，將其拼接到新電纜上，並完成到紐芬蘭的運行。他們決心找到它，而他們的搜索完全基於「主要由RN的Moriarty上尉」記錄的位置，該位置將丟失的電纜的末端置於經度38°50'W。

有一些人認為嘗試是沒有希望的，他們宣稱，在2.5英里(4.0公里)以下找到一根電纜就像在大海撈針。然而，羅伯特·哈爾平駕駛「英國皇家海軍」號(HMS)艱難地將奧爾巴尼號(Albany)船駛向了正確的位置。奧爾巴尼在一根粗壯的繩子的末端用一個五爪鉤子「釣魚」丟失的纜繩。突然，8月10日，奧爾巴尼號「抓住」了電纜，並將其帶到了水面。這似乎是一個不切實際的簡單成功，結果就是這樣。晚上，電纜從固定的浮標上滑了下來，整個過程不得不重新開始。這種情況又發生了好幾次，電纜在與波濤洶湧的海上進行了令人沮喪的戰鬥後滑落。有一次，一個水手甚至被拋到甲板上，這時絞索啪的一聲，向後退去。「大東方」號和另一艘格鬥船「梅德韋」號12日抵達，加入搜尋行動。直到兩個多星期後，也就是1866年9月初，電纜才最終被找回，以便進行施工；花了26個小時才將其安全送上大東方號。電纜被送到電工的房間，在那裡確定電纜連接妥當。當火箭升空照亮大海時，船上所有人都歡呼或哭泣。然後把找回的電纜接在船艙里的一條新電纜上，並支付給紐芬蘭，她於9月7日(星期六)抵達那裡。現在那裡有兩條正常工作的電報線路。

## 通訊速率

最初，消息是由操作員發送摩爾斯電碼發送的。1858電纜的接收效果很差，只用了兩分鐘就發送了一個字符（一個字母或一個數字），儘管使用了當時的一項新發明——高靈敏度鏡振計，傳輸速率仍只能達到約為每分鐘 0.1個單詞。

1858電纜上的第一條消息花費了17個小時以上才得以傳輸。對於1866年的電纜，電纜的製造方法以及發送消息的方法已得到了極大的改進。1866電纜每分鐘可以傳輸8個字 ——比1858電纜快80倍。奧利弗·亥維賽和米海洛·卜平在隨後的幾十年中了解到，電纜的帶寬會受到電容性電抗和電感性電抗之間的不平衡的阻礙，從而導致嚴重的色散，進而導致信號失真（參閱電報員方程）。這必須通過鐵帶或負載線圈解決。直到20世紀，跨大西洋電纜的消息傳輸速度才達到每分鐘120字。儘管如此，倫敦已成為世界電信中心。最終，至少有十一條電纜從蘭茲角附近的波斯科諾電纜站輻射出來，並與他們的聯邦聯繫起來，連接了全世界。

### 中繼器

最初的電纜未安裝中繼器，因為中繼器沒有實際的供電方式，中繼器會一直放大信號。隨著技術的進步，中繼器地生產成為可能。1956年，誕生了第一條帶有中繼器的跨大西洋電纜 TAT-1。

## 影響

2018年《美國經濟評論》（American Economic Review）的一項研究發現，跨大西洋電報大大增加了大西洋上的貿易並降低了價格，該研究估計：電報的效率提高相當於出口價值的8%。

## 參考資料和進一步閱讀

- Clarke, Arthur C. Voice Across the Sea (1958) and How the World was One (1992); the two books include some of the same material.
- Gordon, John Steele. A Thread across the Ocean: The Heroic Story of the Transatlantic Cable. New York: Walker & Co, 2002. ISBN 978-0-8027-1364-3.
- Hearn, Chester G. "Circuits in the Sea: The Men, the Ships, and the Atlantic Cable". Westport, Connecticut: Prager, 2004.
- Kieve, Jeffrey L., The Electric Telegraph: A Social and Economic History, David and Charles, 1973 .
- Rozwadowski, Helen. Fathoming the Ocean (2005). Devotes a good deal of space to the description of cable-laying.
- Standage, Tom. The Victorian Internet (1998). ISBN 0-7538-0703-3. The story of the men and women who were the earliest pioneers of the on-line frontier, and the global network they created – a network that was, in effect, the Victorian Internet.
- Cookson, Gillian. The Cable. 2nd Ed (2006), Tempus Publishing. ISBN 0-7524-3903-0.

## 外部連結

- The Atlantic Cable by Bern Dibner (1959) – Complete free electronic version of The Atlantic Cable by Bern Dibner (1959), hosted by the Smithsonian Institution Libraries
- History of the Atlantic Cable & Undersea Communications – Comprehensive history of submarine telegraphy with much original material, including photographs of cable manufacturers samples
- PBS, American Experience: The Great Transatlantic Cable
- The History Channel: Modern Marvels: Transatlantic Cable: 2500 Miles of Copper
- A collection of articles on the history of telegraphy
- Cabot Strait Telegraph Cable 1856 between Newfoundland and Nova Scotia
- American Heritage: The Cable Under the Sea
- Alan Hall – First Transatlantic Cable and First message sent to USA 1856 Memorial
- Travelogue around the world's communications cables by Neal Stephenson
- IEEE History Center: County Kerry Transatlantic Cable Stations, 1866
- IEEE History Center: Landing of the Transatlantic Cable, 1866
- Laying Of The Atlantic Cable
- The Great Eastern – Robert Dudley Lithographs 1865–66
- Special Service in Commemoration of the Laying of the Atlantic Ocean Telegraph, Trinity Church, New-York, September First, 1858. Reconstructed and digitized by Cynthia McFarland and Richard Mammana, 2011