Гринвичское время и открытие долготы

Хауз Дерек

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.

18. Измерение лунного расстояния из книги Дэнкина 'Полуночное небо' (2-е изд., Лондон, 1879, с. 256). (Национальный морской музей.)

Однако история, связанная с инструментами подобного типа, на этом не закончилась. В 1742 г. среди бумаг Эдмунда Галлея, оставшихся после его смерти, были найдены рисунок и описание двойного зеркального квадранта, в общих чертах почти идентичного квадрантам Годфри и Хэдли, причем подписаны они были не кем иным, как самим Исааком Ньютоном. Очевидно Ньютон показал свой чертеж Галлею в 1700 г., а позднее усомнился в достоинствах своего изобретения. Хотя принцип действия этого инструмента такой же, как и у современного секстанта, внимательное изучение чертежа заставляет усомниться в способности подобного прибора действовать в море. Тем не менее практическое использование морского угломерного инструмента могло начаться намного раньше, чем это случилось в действительности.

Кто бы ни был изобретателем инструмента, ставшего прародителем всех последующих угломерных инструментов, применявшихся в море вплоть до наших дней, именно Хэдли дал свое имя известному сегодня зеркальному квадранту. Через двадцать лет после изобретения этот прибор широко распространился во всем мире, вытеснив все ранее существовавшие угломерные инструменты. Заслуживают также внимания и три новые конструкции, предложенные позднее. Во-первых, в 1752 г. Тобиас Майер, гёттингенский астроном, создал повторный круг - инструмент, с помощью которого можно было измерять с достаточной точностью углы любого размера. Однако инструменты подобного типа, громоздкие и дорогостоящие, не завоевали популярности среди английских моряков. Во-вторых, примерно в 1757 г. английский механик Джон Берд и капитан Джон Кэмпбелл усовершенствовали секстант путем увеличения его дуги до 60°, что позволило измерять углы до 120° (тогда как дуга инструмента Хэдли, равная 45°, давала возможность измерять углы лишь до 90°); кроме этого, они заменили деревянную раму более жесткой латунной и снабдили прибор телескопом. И наконец, в 1775 г. появилась «делительная машина» Джесса Рамсдена, позволившая уменьшить и облегчить секстанты и круги без потери точности. Наконец-то штурманы получили инструмент, дающий возможность измерять лунные расстояния в море с необходимой точностью. Таким образом, часть «долготной проблемы», связанная с определением лунных расстояний, была решена.