Как не потеряться в океане? История определения географической долготы
Кто не знает старика Галилео Галилея (1564 - 1642)? Того самого, что изобрел телескоп.
Собственно говоря, зрительную трубу придумали голландцы, мастера обтачивать драгоценные камни и стеклянные линзы. И придумали с целью очень земной: в помощь мореплавателям и военноначальникам. Галилей же был первым, кто применил это полезное изобретение, казалось бы, не по назначению. В 1609 году он направил подзорную трубу на небо и такое там увидел! Горы на Луне! Пятна на Солнце! Спутники Юпитера!
Мы живем совсем в другом мире, нежели знаменитый старец из Флоренции. Да что это мы все, глядя на знаменитый портрет, написанный в 1635 году, числим Галилея стариком? Изобретая телескоп, он находился в самом цветущем возрасте - 35 лет. Так что В. Высоцкий, сыгравший ученого в знаменитом спектакле «Жизнь Галилея», играл фактически своего ровесника.
Славя Галилея, как великого астронома, не следует забывать, что хоть и занимался он наукой, изучающей небеса, но на земле стоял очень прочно. И пользы от романтической (на наш взгляд) астрономии искал абсолютно реальной. Начав с того, что четырем открытым спутникам Юпитера он дал имена детей своего высокого покровителя Фердинандо Медичи. Мелкий, казалось бы, подхалимаж достаточно хорошо оплачивался. Многие европейские властители тоже захотели увидеть свое имя на вечном своде небес, и сулили астроному немалые деньги за то, чтобы он назвал одну из открытых звезд в их честь.
Сам же Галилей оценил финансовый потенциал открытия спутников Юпитера в сумму, многократно превышающую герцогские или королевские подарки. И был прав в своих ожиданиях. Почему? - спросим мы из своего прекрасного грядущего. И не найдем ответа, который был очевиден любому мореплавателю 17-го века. Наблюдение за перемещением спутников Юпитера давало реальную возможность определить долготу местоположения судна!
В 1567 году король Филипп II обещал щедрую награду тому, кто научит испанских моряков быстро и точно определять долготу в открытом океане. Его наследник, Филипп III, подтвердил обещание отца. Всякому, кто отыщет способ исчисления долготы - 6 тысяч дукатов единовременно и 2 тысячи дукатов пожизненной ренты. Не меньшую награду за подобное открытие сулили Португалия, Венеция, Голландия и, чуть позже, Великобритания.
Здесь нам, гордым владельцам космических навигационных систем, стоит задуматься: в чем состояла главная трудность в определении долготы?
Капитану для точного определения положения своего корабля вдали от берегов требуется знать две координаты: широту и долготу. На уроках географии мы выучили, что широта данной точки на земной поверхности - это расстояние от нее до одного из полюсов Земли. Долгота же определяет отдаление этой же точки на запад или на восток от некоего условного пункта. Испанцы считали таким пунктом порт Кадис, французы - Париж, а англичане - королевскую астрономическую обсерваторию в Гринвиче.
Широту умели определять по величине максимального подъема солнца еще древние греки. А вот долготу определить было сложнее.
Один из первых предложенных способов счисления долготы состоял в определении угла между Луной и одной из неподвижных звезд, находящихся на небесной сфере. Этот угол зависел от времени наблюдения, и его можно было расчитать для разных пунктов. Имея подобные таблицы и измерив угловое расстояние между Луной и звездой, штурман посредством сложных расчетов мог приближенно определить долготу точки наблюдения. Но подобный метод был очень неточен и позволял легко заблудиться в океане.
Спутники Юпитера вращались быстро и за одну ночь несколько раз затмевали друг друга. Происходили эти затмения в одно и то же время и от местоположения наблюдателя не зависели.
Течение «местного времени» на корабле отмечалось с помощью песочных часов. «Заряда» этих часов хватало либо на 15 минут, либо на полчаса. Переворачивать песочные часы и бить при этом в корабельный колокол входило в обязанности вахтенного матроса. Так что, зафиксировав на ночном небе затмение спутников Юпитера, можно было довольно точно сказать, когда это произошло по времени корабля. За начало отсчета бралось время полдня, которое, как уже говорилось, моряки определять могли. В полдень солнце выше всего поднималось над горизонтом, а тень от вертикального стержня была самой короткой.
Итак, зная время затмения спутников Юпитера, зафиксированное на плывущем корабле с помощью телескопа, можно было сравнить его со временем того же затмения, скажем, в Кадисе. А по разнице времен определить расстояние до Кадиса, то есть долготу.
Все же испанские моряки отвергли метод определения долготы по затмениям спутников Юпитера. Метод этот был точным, но чтобы им воспользоваться, следовало брать на корабль громоздкий и хрупкий прибор, телескоп. Так что премию от испанской короны ни Галилей, ни его последователи не получили. Задача определения долготы еще сто лет смущала умы ученых.
Только в 1759 году англичанин Джон Гаррисон (John Harrison; 1693 -1776), талантливый часовой мастер-самоучка решил эту задачу и получил полагавшуюся за это премию в 20 тысяч фунтов стерлингов. Что в переводе на современные деньги составляет 4.75 миллионов долларов.
Джон Гаррисон изготовил очень точные часы-хронометр. С древнегреческого «хронометр» переводится как «измеритель времени». Хронометры Гаррисона прекрасно работали на кораблях в условиях качки, высокой влажности и резких изменений температуры. Для испытания на хронометре установили точное лондонское время и отправили в плавание на Ямайку. За 160 дней путешествия расхождение составило всего несколько секунд.
Теперь если на корабле имелся хронометр Гаррисона с установленным на нем гринвичским временем, определение долготы становилось очень простым. Стоило только заметить, сколько времени показывал хронометр, например, в полдень. Разность корабельного и гринвичского времени оказывалась расстоянием (в градусах) от корабля до Гринвича. Например, если хронометр в полдень показывал полночь, корабль находился в точке, отстоящей от Гринвича на 180 градусов.
Благодаря изобретению Гаррисона гринвичский меридиан стал считаться нулевым. Именно от него сейчас ведут отсчет долготы.
Статья опубликована на сайте Школа жизни
Полезные ссылки:
- Гонка за долготой. Даже в начале 18-го века проблема определения долготы не была решена
- Определение долготы и наблюдение спутников Юпитера
- В.Демидов. Время, хранимое как драгоценность. Об измерении времени и об эталонах времени.
- Хронометр Дж.Гаррисона
- Н.С.Блинов. О наших координатах
- Определение долготы по методу лунных дистанций
- Дава Сабел. Долгота