Путеводитель по небу

Впечатляющий взлет астрономии в эпоху Ньютона был обусловлен не только тем, что открытие закона тяготения пробудило к жизни новые "интеллектуальные потенциалы" астрономов,- одновременно и прежде всего он диктовался насущными потребностями общественного развития.

Задолго до 3 июня 1769 г. было сделано сенсационное сообщение: в этот день ближайшая к Земле планета, прекрасная "звезда" Венера, должна пройти перед солнечным диском. Это чрезвычайно редкое явление повторится лишь через 100 лет. Астрономы с нетерпением ожидали столь интересное событие. Представлялась возможность уточнить расстояние от Земли до Солнца, т.е. значение астрономической единицы. Поскольку эта величина представляет собой своеобразный "метр" и очень важна при определении расстояний в космосе, для наблюдения Венеры были запланированы большие экспедиции в различные точки земного шара.

Однако подобные экспедиции весьма дороги, и ни ученые, ни научные общества, как правило, не располагали необходимыми средствами. Королевское научное общество Великобритании обратилось к королю с просьбой о материальной поддержке-монарх пожаловал 4000 фунтов стерлингов и корабль военно-морского флота. Джеймс Кук (1728-1779), британский морской офицер и путешественник-исследователь, получил задание возглавить экспедицию.

Действительно ли Британское адмиралтейство заинтересовалось проблемой точного измерения расстояния от Земли до Солнца? Скорее всего, нет! Его "щедрость" была обусловлена совсем другим. Бэнкс, тогдашний президент Королевского научного общества, откровенно заявил: "Испанцы открыли Америку, голландцы - Австралию. Большой южный континент должны открыть англичане. Для нас было бы позором не сделать этого".

Как тогда предполагалось, в южном полушарии Земли должен находиться огромный неизвестный континент - Terra Australis. Так что астрономические наблюдения прохождения Венеры по солнечному диску послужили для Британского адмиралтейства желанным предлогом для поиска новых колониальных владений. Среди 75 человек команды корабля "Индевор" был всего лишь один астроном.

Астрономы стали необходимы с тех пор, как в буржуазных государствах начали интенсивно развиваться торговля и мореплавание: определение точного местоположения на море было столь же важно, как и наличие надежных топографических карт.

Неумение правильно ориентироваться на море уже неоднократно приводило к потерям судов. Более того, экспедиции делали важные географические открытия, новые земли заносились в списки владений, а потом оказывалось, что их никак не удается найти вновь. В 1752 г. на всем земном шаре примерно только для 150 пунктов были относительно точно определены координаты.

Передовые в экономическом отношении капиталистические страны были заинтересованы в изменении подобного положения вещей. Вследствие этого могучие морские державы XIX в. - Испания, а позднее Голландия, Англия и Франция-стимулировали решение научных вопросов, связанных с определением местоположения. Власти не скупились, ибо надеялись возвратить выделенные суммы существенно преумноженными. Когда в 1675 г. Карл II разрешил заложить астрономическую обсерваторию, он рассматривал ее как "фабрику знаний", главной задачей которой считалось составление таблиц движения небесных тел и точных каталогов неподвижных звезд, что прежде всего должно было служить развитию морской торговли.

Станция немецкой экспедиции, наблюдавшей (1874-1875) Венеру на острове Кергелен в Индийском океане

В 1714 г. английский парламент выделил солидную сумму в 20000 фунтов, пытаясь с помощью этого "материального рычага" повысить интерес ученых к практически важной проблеме измерения долготы на море. Была даже назначена премия тому, кто предложит метод, позволяющий сделать это с точностью до 0,5°, т.е. 30 морских миль.

Определение географической долготы действительно очень трудная проблема. В принципе разность значений географической долготы в двух пунктах можно найти по измерению разности местных значений времени. Последнее вполне возможно, поскольку в данном случае определению подлежит момент наступления астрономического события, начало которого заранее известно для любой географической долготы. Известно также, что разность долгот в 15° между местом измерения и пунктом сравнения соответствует временной разности в 1 час, так как за час Земля поворачивается на угол, равный 15 . Поскольку вращение Земли происходит с запада на восток, в пунктах, лежащих западнее меридиана относимости, соответствующее астрономическое событие наступает позднее, а в пунктах, расположенных восточнее,- раньше. Наблюдатель, желающий определить долготу в данной точке Земли, должен как можно точнее измерить здесь момент наступления определенного события. Необходимо также точно знать местное время. Тогда проблему можно решить, например, таким образом: часы, точно совпадающие по показаниям (в некоторый момент времени) с другими часами, находящимися на меридиане относимости, перевозят в пункт измерений. Ход этих часов должен быть точно известен, чтобы можно было сравнить момент наступления данного события в месте измерений с местным временем на меридиане относимости, а отсюда и определяется разность значений долготы в двух пунктах.

При решении описанной проблемы возникают определенные трудности астрономического характера. Поясним их на примере метода измерений лунных расстояний. В пункте с известной географической долготой для определенного момента времени вычисляется угловое расстояние между Луной и неподвижными звездами или планетами. Соответствующие измерения угловых расстояний Луны относительно звезд или планет проводят и в других пунктах. Из этих данных, зная моменты прохождения звездой местных меридианов, можно получить разности долгот. Но для этого необходимо знать теорию движения Луны и планет. Кроме того, для измерения времени и углов требуются точные и несложные с точки зрения эксплуатации инструменты, перевозка которых не была бы сопряжена с большими трудностями.

Гравюра из учебника по астрономии XVIII в. - аллегорическое изображение, символизирующее тесную связь между астрономией и исследованиями Земли

Таким образом, задача, поставленная английским парламентом перед учеными, в равной мере была адресована как теоретикам, так и создателям инструментов. Специалисты выдвинули сотни различных предложений, но лишь немногие из них соответствовали высоким требованиям парламента.

Тобиас Майер принадлежал к числу теоретиков, изучавших движение Луны с позиции небесной механики. Он разработал теорию движения Луны, на основе которой вычислил таблицы движения этого спутника Земли и предоставил их в распоряжение Британского адмиралтейства. С 1757 г. эти таблицы стали использовать для определения географической долготы.

Среди создателей инструментов был особенно известен англичанин Джон Гаррисон (1693-1776), сконструировавший целый ряд часов с очень точным ходом. Уход одного из его "хронометров" за время морского путешествия, длившегося 161 день, составлял всего лишь 5 с. Значительный вклад в решение задачи, поставленной английским парламентом, внес также гениальный швейцарский математик Леонард Эйлер, который в те годы работал в России. Он, как и Майер, занимался изучением движения Луны. Эти трое ученых и были удостоены денежной награды, выделенной парламентом. Правда, Майер удостоился подобной чести уже посмертно.

История присуждения парламентской награды 1714 г. - яркое свидетельство того, что в XVIII в. стремительный взлет астрономии был тесно связан с требованиями развивающегося буржуазного общества. Интерес буржуазии к научным познаниям был обусловлен ее стремлением преумножить свои богатства.