Дерек Хауз - Гринвичское время и открытие долготы

• Название: Гринвичское время и открытие долготы
• Автор: Дерек Хауз
• Издательство: Мир
• Жанр: Прочая научная литература
• Год: 1982

Английский ученый Дерек Хауз в популярной форме рассказывает о многовековой истории постижения человеком понятий астрономического времени и долготы, о поисках способов наиболее точного измерения этих величин и ведущей роли, которую сыграла в этих исследованиях всемирно известная Гринвичская обсерватория, давшая свое имя нулевому меридиану. Написанная живо и увлекательно, богато иллюстрированная, книга Д. Хауза предназначена для широких кругов читателей, интересующихся историей науки и техники.

---

Правильное решение названной проблемы было уже не за горами. В 1514 г. Иоганн Вернер (1468-1522) из Нюрнберга опубликовал новый перевод 1-й книги птолемеевской «Географии» [11]. В своих комментариях к четвертой главе (несколько строк из которой мы уже цитировали) Вернер предложил впредь для определения долготы воспользоваться новым методом, названным им методом лунных расстояний, а для наблюдений применять поперечный жезл - инструмент, созданный на основе жезла Якоба, изобретенного за двести лет до этого прованским астрономом Леви бен Герзоном [12].

Тем не менее прошло еще почти 250 лет, прежде чем появилась практическая возможность измерять долготу в открытом море методом лунных расстояний. (Более подробно об этом говорится в приложении I.) В этом методе используется то, что Луна сравнительно быстро перемещается на фоне звезд зодиакальных созвездий, передвигаясь за час на расстояние, примерно равное ее диаметру. «Таким образом, географ прибывает в один из выбранных пунктов и в любой известный момент времени ведет оттуда при помощи этого инструмента [поперечного жезла] наблюдения расстояния между Луной и одной из опорных звезд, расположенных вблизи (или на самой) эклиптики» [13]. Так писал Вернер, предлагая, между прочим, использовать этот метод на суше. Затем с помощью астрономических таблиц положений звезд и альманаха с предвычисленными положениями Луны можно определить разность долгот между наблюдательным пунктом и тем местом, для которого был составлен альманах. Однако все это было хорошо только в теории. На практике же ни инструментов, ни точных таблиц, позволяющих получить удовлетворительные результаты, в то время не существовало. Более того, Вернер не принял во внимание лунный параллакс - явление, вследствие которого для наблюдателей, находящихся в разных пунктах на поверхности Земли, положение Луны на небесной сфере оказывается различным. Для получения точных результатов учет параллакса был совершенно необходим.

2. Наблюдения с помощью поперечного жезла, используемые для определения лунных расстояний и измерения высот зданий. Эта гравюра была приведена на титуле труда Петра Апиана 'Введение в географию' (Introductio Geographica Petri Apiani in Doctissimus Verneri Annotationes...), Ингольштадт, 1533. (Британская библиотека.)

Морякам и ученым метод лунных расстояний был известен не в том виде, как он описывался Вернером, - они знали его наглядное, как хорошая картина, описание, приведенное в «Космографии» (Ингольштадт, 1524) Петра Апиана (1495-1552) [14]. Этот труд в 1533 г. был переиздан Геммой Фризием (1508-1555), фризийским астрономом и математиком [15], и успешно публиковался до конца шестнадцатого столетия. В Англии первое описание метода лунных расстояний было сделано Уильямом Канингэмом из Нориджа в 1599 г. в книге «Космографическое зеркало», написанной прекрасным языком и отпечатанной великолепным итальянским шрифтом:

3. Древний рисунок, иллюстрирующий определение долготы методом лунных расстояний, из первого издания труда Петра Апиана 'Космография' (Инголыптадт и Ландшат, 1524). (Бодлеанская библиотека, Оксфорд.)

Я открою вам, какие три вещи необходимы для этого дела. Первое-это астрономический жезл, называемый также жезлом Якоба (подобный которому вы можете найти среди других инструментов), второе - истинное положение Луны в поясе Зодиака в градусах и минутах в тот момент, когда вы производите наблюдение (его можно взять из эфемерид), и третье - долгота опорной звезды, которую можно получить из таблицы опорных звезд, помещенной в моей первой книге. Имея все это, вы должны взять ваш стержень с прикрепленной к нему поперечной рейкой и навести один конец рейки на центр Луны, а другой - на подходящую звезду, затем передвигать рейку вверх и вниз до тех пор, пока концы стержня не соединят центры Луны и звезды. После этого рейка укажет вам расстояние Луны от звезды в градусах и минутах. Зная расстояние в градусах и минутах между Луной и опорной звездой, которое вы имели до наблюдения, и вычьтя эти расстояния одно из другого, вы получите разность. Если вы поделите эту разность на величину, на которую перемещается Луна за один час, то это даст вам момент, когда Луна находилась за звездой (если звезда расположена к западу от нее) или когда она будет перед звездой, если звезда была восточнее Луны [16].

Изобретение хронометрического метода

Первым, кто предложил воспользоваться часами для определения долготы в море, был упомянутый выше Гемма Фризий. В своей работе «Принципы астрономической космографии», вышедшей в Лувене в 1530 г., в главе 19, озаглавленной «Содержание нового метода определения долготы» он пишет:

4. Хронометрический метод определения долготы - английское описание, 1559 г. Из труда У. Канингэма 'Космографическое зеркало' (The Cosmographical Glasse, 1559). (Национальный морской музей.)

В нашем веке мы имеем некоторое количество небольших искусно изготовленных часов, находящих себе определенное применение. В связи с их небольшими размерами эти часы необременительны в путешествии. Часто они могут идти непрерывно свыше 24 ч. Ас вашей помощью они смогут идти вечно. Используя такие часы и некоторые методы, можно определить долготу. Прежде чем отправиться в путешествие, мы должны позаботиться о том, чтобы точно найти время в исходном пункте, из которого мы отправляемся. Когда мы отойдем на 15-20 миль, пожалуй, можно узнать разность долгот между тем местом, которого мы достигли, и местом нашего отправления. Мы должны подождать до тех пор, пока часовая стрелка наших часов не подойдет точно к часовой отметке циферблата, и в этот же момент с помощью астролябии или глобуса определить время в том месте, где мы находимся. Если это время с точностью до минуты совпадает с тем временем, которое показывают наши часы, то можно быть уверенным, что мы до сих пор находимся на том же самом меридиане, или на той же долготе, и наше путешествие проходило в южном направлении. Но, если эта разность достигнет одного часа или некоторого количества минут, тогда эти величины мы должны перевести в градусы или градусные минуты методом, который я описывал в предыдущей главе, и таким образом получить долготу. При помощи этого способа я могу определить долготу любого места, даже если я неожиданно прошел тысячу миль и даже если расстояние, которое я прошел, мне неизвестно. Но прежде всего, как всегда, нужно определить широту. Я уже рассказывал, как это сделать, а также объяснил, каким образом ее можно получить при помощи методов, связанных с определением времени. Итак, действительно нужно иметь очень надежные часы, не меняющие свой ход при изменении окружающих условий [17].

В издании 1533 г. есть изречение, в котором, кажется, впервые упоминается об определении долготы в море:

Таким образом, в длительных путешествиях, особенно морских, полезно пользоваться большими клепсидрами (водяными часами) или песочными часами, которые смогут точно измерять время круглые сутки и благодаря которым можно исправлять ошибки других часов [18].

В 1555 г. Ричард Эден перевел это описание на английский язык и добавил к нему собственный постскриптум:

И таким путем долгота будет найдена. При помощи этого искусства я смогу найти долготу местоположения, даже если я буду находиться за тысячу миль от избранного мной курса и на неизвестном расстоянии, но для этого сначала должна быть хорошо известна широта. Конец [19].

Но все это пока оставалось лишь мечтой, которая осуществилась только через два столетия.

На эту же тему Канингэм написал трактат в форме диалога между «собеседниками» Филоникусом и Сподиусом, страница которого воспроизведена на рис. 4 [20].

Долготные призы

Хотя теоретически, казалось, все было ясно, настоятельно требовалось практическое решение вопроса об определении долготы, причем не только в море, но и на суше; к этому побуждало развитие океанских путешествий, а также все возрастающая зависимость ряда стран от торговли с Вест-Индией.

В 1567 г. испанский король Филипп II назначил вознаграждение за решение проблемы определения долготы в открытом море. В конце столетия Мигель Сервантес и другие испанские писатели острили по поводу попыток некоторых «сумасшедших» определить местоположение в море - el punto fijo [21]. «Определение долготы», как и «квадратуру круга», стали отождествлять с чем-то в сущности неразрешимым; так, математик из «Новеллы о беседе собак» Сервантеса говорит:

Вот уже двадцать два года, как я стараюсь отыскать неподвижную точку [punto fijo]: то она у меня пропадает, то снова находится; стоит мне только поверить, что я ее нашел и что она от меня больше не уйдет, смотришь - опять я от нее так далеко, что просто диву даешься! Не лучше обстоит у меня дело и с квадратурой круга: одно время я был так близко к цели, что до сих пор мне кажется, будто решение лежит у меня в кармане... [22].