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.

---

16. 'Долготный безумец'. Деталь картины Хогарта из серии 'Карьера мота', 1735 г. (Британский музей.)

В те времена в избранных научных кругах довольно широко пользовались криптограммой; такой способ позволял закрепить приоритет изобретения или открытия, не раскрывая самого секрета, так как секретом могли воспользоваться не в меру усердные коллеги. Так поступали Галилей, Гюйгенс и Гук; последний опубликовал криптограмму на латинском языке, в которой (как было установлено после расшифровки) описывалось устройство балансной пружины часов: «Когда есть растяжение, тогда есть и сила» (т.е. сила натяжения пружины пропорциональна ее растяжению).

Ни один из этих первых проектов не дал никакого результата. Рассматривал ли их Совет по долготе или нет - сведений об этом не сохранилось. Первое собрание Совета, на котором велся протокол, относится только к 30 июня 1737 г. (двадцать три года спустя после основания Совета). Между тем, как и сто лет назад в Испании, фраза «определение долготы» немедленно опять стала ассоциироваться с «квадратурой круга» (Совет получил множество предложений по решению этой задачи, но все они не представляли практического интереса и в сущности никоим образом не были связаны с долготой) и восприниматься как синоним чего-то, если и не совсем неосуществимого, то уж, во всяком случае, черезвычайно трудного для выполнения. В этом смысле она стала широко использоваться в английской прессе и литературе. Гулливер (роман Дж. Свифта появился в 1726 г.) говорил о том, что ожидает его в случае, если он обретет бессмертие: «тогда я увижу открытие долготы, вечное движение, универсальную медицину и многие другие великие изобретения, несущие беспредельное совершенство» [19]. На одной из гравюр серии «Карьера мота», написанной в 1735 г., Уильям Хогарт изобразил сумасшедший дом, в котором среди других безумцев находятся человек, исписывающий стену расчетами долготы, религиозный маньяк, сумасшедший астроном, свихнувшийся музыкант, человек, выдающий себя за папу римского. А на стене их комнаты можно видеть набросок корабля со стреляющей вертикально вверх мортирой, напоминающий проект Уистона-Диттона, предложенный в 1714 г. [20]. Даже в 1773 г., много лет спустя после всех этих «долготных страстей», Оливер Голдсмит вкладывает в уста простодушного Марлоу фразу: «Черт возьми, человек! Мы сможем это сделать, как только найдем долготу!» в ответ на путанное (и ложное) указание Тони Лампкина, как найти дорогу к дому Хардкастля [21].

Французские призы

Франция не последовала примеру Британии. Однако 12 марта 1714 г. (за два месяца до дебатов по вопросам долготы в британской палате общин) Руйе де Меслей, адвокат французского парламента, составил завещание, по которому он передавал 125 тыс. ливров (20 ливров приблизительно соответствуют 1 ф.ст.) на учреждение двух призов, которые должны ежегодно присуждаться Французской Академией наук за философские диссертации на одну из двух следующих специальных тем. Большой приз предлагался за диссертацию, описывающую устройство и движения Солнечной системы, а также природу света и движения; меньший - тому, кто, выражаясь словами основателя призов, «предложит самый простой и удобный метод точного определения высот и градусов долготы на море и сделает полезные открытия для навигации и великих путешествий» [22]. Руйе умер в 1715 г., и в марте 1716 г. академия получила его посмертный дар. И хотя сын Руйе предъявил свои права на наследство, Верховный суд в 1718 г. подтвердил законность завещания. В то же время, в 1716 г., Филиппом, герцогом Орлеанским и регентом Франции, был учрежден другой приз, присуждаемый академией (сумма его не была точно названа) за определение долготы. По неизвестным причинам этот приз академия никогда не присуждала [23].

Первый приз Руйе был назначен в 1720г. за решение следующей задачи: как наилучшим образом поддерживать точный ход часов в море - посредством улучшения конструкции самого механизма или путем применения специальной подвески часов. Этот приз в 500 ливров был завоеван голландским часовщиком Массу за предложение (так и не подтвержденное на практике) хранить часы в контейнере, где с помощью лампы поддерживается постоянная температура [24]. Сумма, оставленная Руйе, оказалась недостаточной для ежегодной выплаты призов, поэтому в последующие 17 лет единственный приз в 2 тыс. ливров предлагался не чаще, чем раз в два года. Второй приз в размере 2 тыс. ливров был присужден в 1725 г. швейцарскому математику Даниилу Бернулли за ответ на вопрос, как лучше поддерживать равномерность хода механизма на море: при помощи клепсидр (водяных часов) или песочных часов. В дальнейшем призы присуждались за разработку вопросов, связанных с компасами, движением Луны, измерением высоты, выбором наилучшей высоты мачт, а также за работы, связанные с морскими хранителями времени [25].

Изобретение секстанта

Прежде чем вновь вернуться к проблеме определения долготы, остановимся на вопросах усовершенствования инструментов для измерения углов, так как метод лунных расстояний (см. приложение I), применявшийся для определения долготы в море, требовал от штурмана умения точно измерять как угол между Луной и Солнцем или звездой, так и высоту обоих небесных тел над горизонтом. В 1514 г. Вернер предложил использовать для этой цели поперечный жезл. Однако довольно скоро астрономы убедились в том, что этот инструмент не обеспечивает необходимую точность. Если лунное расстояние будет измерено с точностью до половины градуса (этого с поперечным жезлом, вероятно, достигнуть невозможно), то мы получим неопределенность при определении гринвичского времени в один час, или 15° по долготе. В действительности же необходимо было определять долготу с точностью выше чем Г, а это требовало от метода лунных расстояний, по крайней мере точности в две угловые минуты.

Первое новое многообещающее предложение было представлено на рассмотрение Королевского общества Лондона Робертом Гуком, заявившим еще в 1666 г., что он готовится «в перспективе... к наблюдению положений и расстояний опорных звезд от Луны по их отражениям». В том же году он пояснил свою мысль чертежами. В 1691 г. Галлей предложил чертежи инструмента, настолько похожего на инструмент Гука, что под давлением Гука он вынужден был письменно отказаться от приоритета в изобретении [26]. Мы не располагаем какими-либо сведениями об испытании в море этих инструментов.

17. Таблица лунных расстояний из 'Морского альманаха и астрономических эфемерид за 1772 г.'. (Национальный морской музей.)

Позднее было предложено еще два прибора, причем один из них не нашел практического применения, а второй стал плодотворно использоваться. В 1729 г. Французская Академия назначила третий приз Руйе за лучшие методы наблюдений высоты Солнца и звезд в море при помощи известных или вновь изобретенных инструментов. Награду в 2 тыс. ливров получил Пьер Буже, профессор гидрогеографии в Круасси, за оборотный жезл, выполненный в виде квадранта, с помощью которого наблюдатель мог видеть одновременно Солнце и горизонт [27]. К сожалению, этот прибор действовал по «теневому принципу», что не позволяло применять его при измерении лунных расстояний. Вторым инструментом был двойной зеркальный квадрант, предшественник современного секстанта, изобретенный в 1731 г. независимо друг от друга двумя людьми, жившими по разные стороны Атлантики. Джон Хэдли (Гадлей) (1682-1744), вице-президент Королевского общества, ранее значительно усовершенствовавший отражательный телескоп, представил конструкции двух инструментов, работа которых основывалась на совершенно новом принципе, а именно на двойном отражении. Луч света от небесного тела попадал в глаз наблюдателя только после того, как он дважды претерпевал отражение - сначала от зеркала, прикрепленного к движущейся градуированной дуге, а затем от зеркала, неподвижного относительно зрительной трубы. Этот прибор позволял наблюдателю видеть одновременно оба небесных тела (для измерения лунного расстояния) или небесное тело и горизонт (для определения высоты) и делал наблюдения на движущемся корабле вполне доступными. В мае 1731 г. Хэдли описал эти инструменты в сообщении Обществу, и 31 августа и 1 сентября 1732 г. они были опробованы на яхте «Чэтхем» в устье Темзы. Ошибки в измерении высот и расстояний между двумя звездами с помощью одного из названных инструментов не превышали двух угловых минут; такой же результат был получен и при определении лунных расстояний [28].

Тогда же, в 1732 г., Эдмунд Галлей передал Королевскому обществу письмо Джеймса Логана, председателя суда штата Пенсильвания, убедительно свидетельствующее о том, что Томас Годфри (1704-1749), оптик и астроном-самоучка из Филадельфии, сконструировал двойной отражательный инструмент, пригодный для измерения лунных расстояний, который действовал по существу таким же образом, как и один из инструментов Хэдли. Когда Бенджамин Франклин вместе с Хью Мередитом начал свою деятельность в Филадельфии, часть своего дома он отдал в аренду Годфри. Годфри стал одним из членов-учредителей клуба «Кожаный фартук», соперничающего с клубом, основанным Франклином, предметами интересов которого были мораль, политика и натурфилософия. Франклин, хотя и называл Годфри «великим математиком», про себя считал его тупицей и неприятным напарником [29]. Годфри вычислил эфемериды для составленного и изданного Франклином альманаха, он же помогал Логану производить астрономические наблюдения [30]. Инструмент Годфри был испытан на военном корабле «Трюмэн» во время плавания на Ямайку и Ньюфаундленд в 1730-1731 гг.; испытания показали его высокие качества. После этого Годфри показал чертеж своего инструмента Логану и попросил - в надежде получить «долготный приз» - передать его соответствующей авторитетной комиссии. К несчастью, Логан не предпринял никаких действий, пока не увидел в «Философикэл Транзэкшенз» описание аналогичного инструмента, изобретенного Хэдли. Королевское общество в мае 1733 г. рассмотрело заявления обеих сторон и пришло к выводу, что Годфри и Хэдли пришли к своим изобретениям независимо и почти одновременно.