Як не загубитися в океані? Історія визначення географічної довготи

Хто не знає старого Галілео Галілея (1564 - 1642)? Того самого, що винайшов телескоп. Власне кажучи, зорову трубу придумали голландці, майстри обточувати дорогоцінні камені і скляні лінзи. І придумали з метою дуже земний: на допомогу мореплавцям і воєначальникам.

Галілей же був першим, хто застосував це корисний винахід, здавалося б, не за призначенням. У 1609 році він направив підзорну трубу на небо і таке там побачив! Гори на Місяці! Плями на Сонці! Супутники Юпітера!

Ми живемо зовсім в іншому світі, ніж знаменитий старець з Флоренції. Та що це ми всі, дивлячись на знаменитий портрет, написаний в 1635 році, число Галілея дідом? Винаходячи телескоп, він знаходився в самому квітучому віці - 35 років. Так що В. Висоцький, який зіграв вченого в знаменитому спектаклі «Життя Галілея», грав фактично свого ровесника.

Славлячи Галілея як великого астронома, не слід забувати, що хоч і займався він наукою, що вивчає небеса, але на землі стояв дуже міцно. І користі від романтичної (на наш погляд) астрономії шукав абсолютно реальною. Почавши з того, що чотирьом відкритим супутників Юпітера він дав імена дітей свого високого покровителя Фердінандо Медічі. Дрібний, здавалося б, підлабузництво досить добре оплачувалася. Багато європейські володарі теж захотіли побачити своє ім'я на вічному склепінні небес і обіцяли астроному чималі гроші за те, щоб він назвав одну з відкритих зірок на їхню честь.

Сам же Галілей оцінив фінансовий потенціал відкриття супутників Юпітера в суму, багаторазово перевищує герцогські або королівські подарунки. І був правий у своїх очікуваннях. Чому - запитаємо ми зі свого прекрасного майбутнього. І не знайдемо відповіді, який був очевидний будь-якому мореплавцю 17-го століття. Спостереження за переміщенням супутників Юпітера давало реальну можливість визначити довготу місця розташування судна!

У 1567 році король Філіп II обіцяв щедру нагороду тому, хто навчить іспанських моряків швидко і точно визначати довготу у відкритому океані. Його спадкоємець, Філіп III, підтвердив обіцянку батька. Всякому, хто відшукає спосіб обчислення довготи - 6000 дукатів одноразово і 2000 дукатів довічної ренти. Не меншу нагороду за подібне відкриття обіцяли Португалія, Венеція, Голландія і, трохи пізніше, Великобританія.

Тут нам, гордим власникам космічних навігаційних систем, варто задуматися: в чому полягала головна трудність у визначенні довготи?

Капітану для точного визначення положення свого корабля далеко від берегів потрібно знати дві координати широти і довготи. На уроках географії ми вивчили, що широта даної точки на земній поверхні - це відстань від неї до одного з полюсів Землі. Довгота ж визначає віддалення цієї ж точки на захід чи на схід від якогось умовного пункту. Іспанці вважали таким пунктом порт Кадіс, французи - Париж, а англійці - королівську астрономічну обсерваторію в Грінвічі.

Широту вміли визначати за величиною максимального підйому сонця ще стародавні греки. А ось довготу визначити було складніше.

Один з перших запропонованих способів числення довготи полягав у визначенні кута між Місяцем і однією з нерухомих зірок, що знаходяться на небесній сфері. Цей кут залежав від часу спостереження, і його можна було розрахувати для різних пунктів. Маючи подібні таблиці і вимірявши кутова відстань між Місяцем і зіркою, штурман допомогою складних розрахунків міг наближено визначити довготу точки спостереження. Але подібний метод був дуже неточний і дозволяв легко заблукати в океані.

Супутники Юпітера оберталися швидко і за одну ніч кілька разів затьмарювали один одного. Відбувалися ці затемнення в один і той же час і від місця розташування спостерігача не залежало.

Протягом «місцевого часу» на кораблі зазначалося за допомогою пісочного годинника. «Заряду» цього годинника вистачало або на 15 хвилин, або на півгодини. Перевертати пісочний годинник і бити при цьому в корабельний дзвін входило в обов'язки вахтового матроса. Так що, зафіксувавши на нічному небі затемнення супутників Юпітера, можна було досить точно сказати, коли це відбулося з часу корабля. За початок відліку бралося час півдня, яке, як уже говорилося, моряки визначати могли. В опівдні сонце вище всього піднімалося над горизонтом, а тінь від вертикального стержня була найкоротшою.

Отже, знаючи час затемнення супутників Юпітера, зафіксоване на пливучому кораблі за допомогою телескопа, можна було порівняти його з часом того ж затемнення, скажімо, в Кадісі. А за різницею часів визначити відстань до Кадіса, тобто довготу.

Все ж іспанські моряки відкинули метод визначення довготи по затемнень супутників Юпітера. Метод цей був точним, але щоб ним скористатися, слід було брати на корабель громіздкий і крихкий прилад, телескоп. Так що премію від іспанської корони ні Галілей, ні його послідовники не отримали. Завдання визначення довготи ще сто років бентежила уми вчених.

Тільки в 1759 році англієць Джон Гаррісон (John Harrison) (1693-1776), талановитий годинниковий майстер-самоучка вирішив цю задачу і отримав полагавшуюся за це премію в 20 тисяч фунтів стерлінгів. Що в перекладі на сучасні гроші складає 4.75 мільйонів доларів.

Джон Гаррісон виготовив дуже точний годинник-хронометр. З давньогрецького «хронометр» перекладається як «вимірювач часу». Хронометри Гаррісона прекрасно працювали на кораблях в умовах хитавиці, високої вологості та різких змін температури. Для випробування на хронометрі встановили точне лондонське час і відправили в плавання на Ямайку. За 160 днів подорожі розбіжність склала всього кілька секунд.

Тепер якщо на кораблі був хронометр Гаррісона з встановленим на ньому Грінвічському часом, визначення довготи ставало дуже простим. Варто було тільки помітити, скільки часу показував хронометр, наприклад, опівдні. Різниця корабельного і Гринвічем часу виявлялася відстанню (в градусах) від корабля до Грінвіча. Наприклад, якщо хронометр опівдні показував північ, корабель знаходився в точці, віддаленій від Грінвіча на 180 градусів.

Завдяки винаходу Гаррісона грінвічський меридіан став вважатися нульовим. Саме від нього зараз ведуть відлік довготи.