Дава Собел - Долгота

• Название: Долгота
• Автор: Дава Собел
• Издательство: Астрель
• Жанр: Прочая документальная литература
• Год: 2012
• ISBN: 978-5-271-42800-5

Из-за проблемы в определении географических координат дальние плавания на протяжении веков оставались крайне рискованным предприятием. Лучшие умы всего мира бились над этой задачей.

Наконец в 1714 году Британский парламент посулил ученому, который сумеет решить проблему определения долготы, фантастическую по тем временам награду в 20 000 фунтов.

Как ни странно, верное решение нашел часовщик-самоучка Джон Гаррисон - человек, который потратил на это сорок лет своей жизни…

Как ему это удалось?..

---

Впрочем, чтобы прочесть время по этим часам, моряку мало просто взглянуть на небо — требовались сложные наблюдательные приборы и многочисленные замеры, которые для точности повторялись до семи раз кряду, а также логарифмические таблицы, составленные для навигаторов математиками. На определение времени по небесным часам уходило примерно четыре часа — в хорошую погоду. В ненастье тучи затягивали и стрелки, и циферблат.

Небесные часы стали главным соперником Джона Гаррисона: метод лунных расстояний, основанный на движении Луны, был единственной разумной альтернативой его морскому хронометру. По удивительному совпадению Гаррисон сделал свои часы именно тогда, когда у астрономов появились наконец теории, инструменты и атласы, чтобы прочесть долготу на небе.

В гонке за долготой, где никто столетиями не мог продвинуться и на шаг, внезапно вырвались вперёд два фаворита и теперь шли ноздря в ноздрю. В тридцатые — шестидесятые годы оба метода развивались параллельно. Гаррисон, как всегда в одиночку, пробирался через лабиринт часового механизма, его противники — профессора астрономии и математики — сулили навигаторам и парламенту луну с неба.

В 1731 -м, в тот же год, когда Гаррисон составил описание H-1, два изобретателя — один англичанин, другой американец — создали инструмент, требовавшийся для метода лунных расстояний. История науки признаёт равные заслуги Джона Гадлея, сельского помещика, впервые продемонстрировавшего этот прибор Королевскому обществу, и Томаса Годфри, стекольщика из Филадельфии, которого независимо осенила та же самая мысль. (Позже выяснилось, что сэр Исаак Ньютон оставил чертёж почти идентичного инструмента, но после смерти учёного описание затерялось в кипе бумаг, оставленных Эдмунду Галлею. Сам Галлей, а до него Гук, тоже набрасывал схему подобного устройства.)

Вполне естественно, что британские моряки окрестили инструмент квадрантом Гадлея (а не квадрантом Годфри). Называли его и октант, из-за шкалы, составляющей восьмую часть круга, или отражательный квадрант — из-за системы зеркал. Под тем или иным названием прибор помогал мореходам находить широту и долготу.

Старые инструменты, от астролябии до градштока и квадранта Дейвиса, веками использовались для определения широты и локального времени по высоте Солнца и некоторых звёзд над горизонтом. Благодаря трюку с двумя зеркалами новый отражательный квадрант позволил напрямую определять высоту двух небесных тел сразу и расстояние между ними. Даже в сильную качку объекты в поле зрения наблюдателя неподвижны друг относительно друга. Вдобавок квадрант Гадлея обеспечивает свой собственный неподвижный горизонт на случай, если настоящий будет закрыт тучами. Этот прибор довольно быстро эволюционировал в ещё более удобное устройство — секстант (моряки обычно называют его «секстан»), включающий в себя подзорную трубу и увеличенный лимб. Все эти усовершенствования позволили точно определять расстояние от Луны до Солнца в дневное время и до звёзд ночью.

Теперь, располагая подробными звёздными каталогами и точными инструментами, хороший навигатор мог встать на палубу и определить лунные расстояния. (Вообще-то многие делали это сидя, для большей аккуратности, а самые старательные даже ложились на спину.) После этого он сверялся с таблицами, где указывались угловые расстояния от Луны до различных небесных тел на определённый час по лондонскому или парижскому времени. (Как явствует из названия, угловое расстояние меряется в градусах: оно соответствует углу между направлениями на два интересующих нас объекта.) Затем навигатор сопоставлял время, когда видел Луну в тридцати градусах, скажем, от звезды Регул в созвездии Льва, со временем в таблице. Пусть, например, он провёл замер в час ночи по локальному времени, а таблица сообщает, что в Лондоне такое расстояние наблюдалось в четыре утра: значит, корабельное время отстает от лондонского на три часа, и корабль находится на 45 градусах западной долготы (считая от лондонского меридиана).

«Покурим?» — спрашивало наглое Солнце в газетной карикатуре на метод лунных расстояний. «Держись на расстоянии, наглец!» — отвечала ему кокетливая Луна.

Успех квадранту Гадлея обеспечили астрономы, закрепившие координаты неподвижных звёзд на циферблате небесных часов. Один только Флемстид отдал картированию небес больше сорока человеко-лет. В качестве первого королевского астронома он провёл тридцать тысяч тщательно задокументированных наблюдений при помощи телескопов, которые изготовил собственными руками или купил за свой счёт. В окончательном каталоге Флемстида было в три раза больше звёзд, чем в атласе Тихо Браге, а точность определения их координат возросла на несколько порядков.

Из Гринвича Флемстид видел лишь часть звёздного неба, поэтому очень обрадовался, когда в 1676 году, сразу после создания Королевской обсерватории, неугомонный Галлей отправился в Южную Атлантику. Там, на острове Святой Елены, Галлей организовал мини-Гринвич. Географически точка была выбрана удачно, да только атмосфера подкачала: Галлей насчитал сквозь дымку лишь триста сорок одну новую звезду. Тем не менее и это было огромным достижением; не зря Галлея прозвали «южным Тихо».

В 1720 году он возглавил Королевскую обсерваторию и следующие двадцать с лишним лет посвятил наблюдениям за Луной: ведь картирование небес было лишь прелюдией к главной задаче — отметить маршрут ночного светила на поле недвижных звёзд.

Луна движется вокруг Земли по неравномерной эллиптической орбите, так что расстояние от неё до нашей планеты постоянно меняется. Кроме того, плоскость лунной орбиты поворачивается с периодом восемнадцать лет и несколько суток, так что для минимально точного расчёта её позиции нужны данные наблюдений за восемнадцать лет.

Галлей не только наблюдал за Луной днём и ночью, чтобы выявить причуды её движения, он ещё и проштудировал древние записи о затмениях, чтобы заглянуть в прошлое. Для будущих навигационных таблиц требовались любые данные о лунной орбите. Из этих источников Галлей вывел, что Луна в своём обращении вокруг Земли ускоряется со временем. (Сегодня учёные знают, что не Луна убыстряется, а вращение Земли замедляется из-за приливного трения; однако насчёт изменения относительной скорости Галлей оказался прав.)

Ещё до того как заступить на пост королевского астронома, Галлей предсказал возвращение кометы, обессмертившей его имя. Также он заметил, в 1718 году, что три самые яркие звезды на небе изменили своё положение с тех пор, как более двух тысячелетий назад китайцы и греки впервые определили их координаты, и чуть-чуть сместились даже со времен атласа Тихо Браге — всего за столетие с небольшим. Открытие собственного движения звёзд стало одним из величайших достижений Галлея, тем не менее он заверил мореходов, что на точность небесных часов оно не влияет — уж очень медленно происходят перемены.

В восемьдесят три года всё ещё здоровый и крепкий Галлей собрался передать свой пост Джеймсу Брадлею, но король (Георг III) не пожелал о таком и слышать. Будущему третьему королевскому астроному пришлось ждать ещё два года: Галлей скончался в январе 1742 года. Перемены в руководстве обсерватории крайне негативно сказались на судьбе Джона Гаррисона. Он утратил влиятельного покровителя; преемник Галлея, хоть и одобрил морской хронометр в 1735 году, не признавал ничего, кроме астрономии.

Брадлей в самом начале научной карьеры попытался измерить расстояние до звёзд. Правда, верного результата он так и не получил, зато при помощи двадцатичетырёхфутового телескопа впервые опытным путём доказал, что Земля и впрямь движется в космическом пространстве. Попутно он вычислил скорость света, уточнив прежние результаты Рёмера, определил огромные размеры Юпитера и заметил колебания в наклоне земной оси, которые совершенно верно объяснил лунным притяжением.

Королевский астроном Брадлей, как до него Флемстид и Галлей, главной своей задачей считал усовершенствование навигации. Он превзошёл самого Флемстида и дотошностью в составлении звёздных карт, и самоотречением: когда король предложил повысить ему жалованье, астроном отказался.

Парижская обсерватория тем временем не отставала от Гринвичской. Астроном Никола Луи де Лакайль продолжил дело Галлея: в 1750 году он отправился к мысу Доброй Надежды и составил каталог почти двух тысяч звёзд южного неба. По праву первопроходца он дал имена открытым созвездиям, назвав их в честь божеств современного пантеона: Микроскоп, Телескоп, Секстант и Часы.

Так астрономы кирпичик за кирпичиком возводили один из столпов метода лунных расстояний: они изучали орбиту Луны и картировали звёздное небо. Второй столп воздвигли изобретатели, создав инструменты для замера угловых расстояний. Недоставало лишь третьего столпа: таблиц, чтобы перевести результат измерений в градусы и минуты долготы. И эта часть задачи — составление лунных эфемерид — оказалась самой сложной. Луна упорно не давалась в руки астрономам.