ВРЕМЯ ВЕЗУТ В КАРЕТЕ

Представление о географической долготе пунктов земной поверхности, наряду с понятием о географической широте, вошло в обиход с глубокой древности. Однако широта вычислялась из астрономических наблюдений сравнительно просто. Определение разности широт умел выполнить уже Эратосфен. С определением же долготы в течение многих столетий дело обстояло из рук вон плохо.

Только из астрономических измерений, без привлечения каких-либо дополнительных сведений, долготу не умели определять ни в античной древности, ни в средние века. С этим обстоятельством связано, в частности, величайшее заблуждение Христофора Колумба.

Готовясь пересечь «море Мрака» и добраться до берегов Индии западным путем, Колумб принял радиус Земли гораздо более коротким, чем в действительности. Колумб пользовался очень точным арабским измерением радиуса Земли, выраженным в милях. Но он не учел, что современная ему миля была на 20% короче той, которой за шесть с половиной веков до него пользовались арабы. Рассчитывая дальность предстоящего плавания Колумб тем самым сильно «сократил» свой путь. И достигнув в октябре 1492 г. Багамских островов, он был глубоко убежден, что находится уже подле берегов Азиатского конт рента. Недаром вновь открытые земли Колумб назвал Вест Индией - Западной Индией. Это название, наряду с именем коренных жителей Америки, которых по тем же причинам окрестили индейцами, сохранилось в географической литературе до Заблуждение Колумба не рассеялось до конца жизни. Организовав четыре экспедиции к берегам Америки, он был по-прежнему убежден, что плавает где-то вблизи оконечности Азии. ' Неведение великого мореплавателя всецело зависело погрешностей средневековых карт и неумения точно определить географическую долготу. Широта могла вычисляться им из астрономических наблюдений. А долгота оценивалась в первую очередь по пройденному кораблем пути. Но поскольку радиус Земли был принят Колумбом сильно уменьшенным, то и вычисленные долготы совершенно не соответствовали истине.

Умей Колумб выполнить независимое от карты и побочных навигационных соображений определение географической долготы он тотчас бы установил, что уплыл не так уж далеко от берегов Европы. В своих плаваниях он ни разу не заходил дальше 85° западной долготы.

Экспедиция Колумба

Как мы уже выяснили, географическая долгота определяется астрономически как разность местного времени данного пункте и местного времени исходного, принятого за нулевой, меридиана. Для определения долготы следует наблюдать какие-либо астрономические явления, которые происходят практически одновременно на обширных территориях земной поверхности.

Выполняется это так. Астрономы, работающие на нулевом меридиане, пользуясь многолетними рядами наблюдений, предвычисляют те моменты, в которые нужное явление происходит по месткому времени нулевого меридиана. Эти предвычисления публикуются в специальных таблицах. В дальнейшем астроном-мореплаватель или астроном-путешественник из своих измерений устанавливает тот момент местного времени, когда ожидаемое явление произошло в пункте наблюдений. Результат сравнивается с данными таблицы.

Юпитер и его спутники по зарисовке Галилея 7 января 1610 г. (из книги «Звездный вестник»).

Поскольку выбранное для наблюдений явление должно происходить одновременно для всех частей Земли, то разность местного времени в походном пункте наблюдений и местного времени, указанного в таблице для нулевого меридиана, строго соответствует разности долгот.

Для цели определения долгот описанным методом более или менее подходят, например, лунные затмения. Они наблюдаются на той половине земного шара, где в этот период видна Луна. Но лунные затмения слишком редки. Дожидаться их пришлось бы месяцами. А для нужд, например, того же кораблевождения требовалось подыскать явления, которые случались бы по возможности часто, желательно даже каждый день.

Галилей, обнаруживший в телескоп 4 ярких спутника Юпитера, предложил использовать для определения долгот затмения именно этих светил. Когда спутник заходит за край Юпитера или уходит в тень планеты, он исчезает из виду, «гаснет». Затмения спутников Юпитера происходят часто, едва ли не по нескольку раз в сутки.

Предложением Галилея всерьез заинтересовались Генеральные штаты Голландии. Они вели по этому вопросу с Галилеем особые переговоры. Но такой метод не сразу нашел применение из-за низкого качества первоначально составленных таблиц.

И лунные затмения, и затмения спутников Юпитера, и наблюдения движения Луны среди звезд давали в руки астрономов средство определения долгот. Но ученые не отступали в поисках еще более надежных и точных методов. Они видели самый перспективный путь решения задачи в «транспортировке» времени.

Предположим, что вы находитесь на нулевом меридиане. Здесь, в обсерватории, имеется возможность поставить часы точно по местному времени нулевого меридиана. Затем вы отправляетесь в далекое путешествие, причем ваши часы продолжают показывать местное время нулевого меридиана. Достигнув пункта назначения, вы выполняете астрономическое определение местного времени. Сравнение результата с показанием часов сразу же дает вам значение долготы.

Такой метод очень прост и изящен, если только ваши часы способны надежно хранить время нулевого меридиана. Ошибки же в показаниях часов очень заметно сказываются на точности определения долгот. Так, если вы движетесь вдоль экватора, ошибка во времени всего в lm приводит к неточности определения местоположения на поверхности Земли почти в 30 км. А если, к несчастью, из-за шторма или от жары за долгие месяцы плавания ваши часы то ли отстанут, то ли убегут вперед, скажем, на час, то ошибка в определении долготы составит уже 15°. Это значит, что ошибка определения вашего местоположения на поверхности Земли превысит 1500 км.

Итак, для точного определения долгот нужны первоклассные часы - хранители точного времени.

Конечно же, часы находились в распоряжении астрономов с глубочайшей древности. Во-первых, это были солнечные часы. Они устанавливались на площадях, в местах публичных собраний, во владениях богатых аристократов. Но ведь солнечные часы, сколь бы точны они ни были, всегда идут по местному времени. Перевозить с помощью солнечных часов время с одного места на другое, разумеется, нельзя.

Во-вторых, в распоряжении древних астрономов были водяные часы. Водяные часы - клепсидры - существовали и в Вавилоне, и в Китае, и в Греции. Они представляли собой несколько поставленных друг над другом сосудов с водой. Вода по каплям перетекала из верхних сосудов в нижние. Но скорость вытекания воды, как нетрудно сообразить, зависит от количества остающейся в сосуде воды. Теория водяных часов была очень сложной, и добиться большой точности от них не удавалось. И уж совершенно невозможно было их куда бы то ни было перевозить. От тряски они тут же выходили из строя.

Который час?

Наконец, в распоряжении древних были часы песочные и часы огненные. Песочные часы употребляются иногда еще и теперь врачами. А часы огненные представляли собой длинный стержень из ароматической смеси, которому придавали либо спиральную, либо какую-нибудь другую замысловатую форму. Стержень равномерно горел, источая благовония, и по длине сгоревшей его части можно было судить о прошедшем времени. Совершенно очевидно, что ни песочные, ни огненные часы для транспортировки времени с места на место в течение многих месяцев также не годились.

Для определения долгот астрономы нуждались в надежных механических часах, а именно таких в то время не было.

Толчок к развитию часового дела дал Галилео Галилей, предложивший использовать в качестве регулятора часов маятник. Но наиболее удачное решение этой задачи предложил независимо от Галилея Христиан Гюйгенс. Он сконструировал устройство, в котором маятник регулирует вращение системы зубчатых колес, сам получая при этом импульс, необходимый для того, чтобы размах колебаний не затухал. Так были заложены принципиальные основы точнейшего измерительного прибора - механических часов.

По мере усовершенствования часов обычный маятник был заменен качающимся балансиром. Так появились на свет первые хронометры. Но они все еще оставались очень капризными. Ход хронометров в сильной степени зависел от температуры. С изменением температуры менялись размеры балансира, и хронометр начинал либо спешить, либо отставать. А мореплаватели по-прежнему нуждались в точном времени.

Наибольшую озабоченность в развитии часового дела проявляло британское адмиралтейство. Во второй половине XVII в. Великобритания все больше выдвигается на мировую арену как крупнейшая морская держава, оттесняя Испанию и Португалию.

«Правь, Британия, морями» - так поется в известной английской песне XVIII в. Английские фрегаты бороздят моря и океаны. Но корабельные хронометры все еще нуждаются в усовершенствовании.

По предложению Исаака Ньютона, который непродолжительное время был депутатом парламента от Кембриджского университета, английское правительство установило фантастическую по тем временам премию. За разработку надежного способа определения долготы на море с точностью до 1/4° правительство обещало награду в 30 тысяч фунтов стерлингов. И самым перспективным здесь оставался прежний путь - усовершенствование хронометра.

Решающего успеха в этом деле добился английский часовой мастер Гаррисон, Он первым изготовил балансир из материалов с различными коэффициентами расширения. Изменение температуры компенсировалось изменением формы балансира. Ошибки в ходе хронометра сократились до Is за целый месяц.

Новый хронометр Гаррисона подвергся суровому испытанию в 1761 г. в плавании от Портсмута до Ямайки и обратно. Ни тряска, ни штормы, ни повышенная влажность воздуха не вывели его из строя. По возвращении в Англию, после 161 дня пути, его показания были ошибочными всего на несколько секунд.

Справедливости ради скажем, что обещанная премия была выдана Гаррисону далеко не полностью. Выдержав длительную борьбу, он получил сперва лишь 5 тыс. фунтов, а потом с огромным трудом добился получения еще 10 тыс. Но задача перевозки точного времени и тем самым определения долготы Гаррисоном была блестяще решена.

Появление точных хронометров было первым симптомом грядущей технической революции в Англии. Зачинатели машинного прядильного производства Харгривс, Кромптон, Аркрайт - все учились в часовых мастерских. Именно у английских часовщиков они переняли умение воплощать свои технические идеи в реальные, действующие механизмы.

Хронометры широко использовались для определения долгот важных астрономических пунктов. Из пункта в пункт везли в каретах комплект из нескольких хронометров - это называлось хронометрическим рейсом. В каждом пункте из астрономических наблюдений определяли местное время и сравнивали с показаниями всех хронометров. Использование нескольких хронометров служило гарантией от грубых ошибок из-за неисправностей одного из них, повышало точность определения долгот.

Значение хронометров для определения долготы резко пошло на спад с изобретением телеграфа. Электрический сигнал распространяется по проводам со скоростью 300 тыс. км в секунду. Для практических целей астрономии его распространение можно считать мгновенным. Время нулевого меридиана стало передаваться в пункты наблюдений по телеграфу. А впоследствии телеграф заменило радио. Сравнивая передаваемое специальным образом по радио время нулевого меридиана с местным временем в пункте наблюдений, астрономы определяют географические долготы с точностью до сотых и тысячных долей секунды времени.

Проблема определения времени и географических долгот как одна из сложнейших проблем астрономии XVII - XVIII вв. в наше время перестала существовать.

А в наследство от былого времени кое-где сохранились старинные традиции. Чтобы оповещать горожан о точном времени, на башнях прежде устанавливались часы с громким боем, а в крупных городах точно в полдень палила пушка. Мелодичный бой Кремлевских курантов звучит по радио и в наши дни. А в Ленинграде, так же как и 200 лет назад в Санкт-Петербурге, ровно в 12 часов дня с Петропавловского кронверка стреляет пушка.