Айзек Азимов - О времени, пространстве и других вещах. От египетских календарей до квантовой физики

Если в определенной точке земной поверхности полдень, такое же время во всех точках, расположенных на проходящей через нее линии север — юг. Это легко показать, если представить Землю вращающейся сферой. Поэтому линия, проведенная в направлении север — юг, еще называется меридианом (от латинского слова meridianus — полуденный).

Каждый меридиан тянется на север и юг, достигая Северного и Южного полюсов. Все меридианы сходятся в полюсах, а наибольшее расстояние между ними — на экваторе. Это очень похоже на линии, ограничивающие дольки мандарина. Если представить, что Земля разрезана на две части вдоль линии любого меридиана, сечение обязательно пройдет через центр Земли; следовательно, все меридианы являются большими кругами и каждый имеет длину около 25 000 миль.

К 200 году до н. э. на карты, составленные греками, уже были нанесены параллели и меридианы. Однако нанести линии координатной сетки точно было весьма непросто. Впрочем, с широтой все было нормально. Для ее определения: следовало только измерить среднюю высоту полуденного солнца или (что даже предпочтительнее) Северной звезды. Такие измерения во времена древних греков не могли быть проведены, так точно, как в наши дни, но обладали достаточной точностью, чтобы получить приемлемый результат.

С долготой дела обстояли иначе. Для ее определения следовало знать время дня. Необходимо было иметь возможность сравнить время, когда Солнце или другая звезда (Солнце — это звезда) находится в высшей точке над местным меридианом, с тем, когда оно так располагается над другим меридианом. Если звезда проходит над меридианом Афин в Греции в определенное время, а над меридианом Мессины на Сицилии на 32 минуты позже, то Мессина расположена на 8 градусов долготы западнее Афин. Иными словами, нужны были очень надежные часы, способные производить измерения с точностью до долей минуты в течение длительного времени на значительных расстояниях друг от друга, одновременно учитывая вращение Земли.

В древности таких приборов не существовало, поэтому даже самые лучшие географы тех времен путали меридианы. Эратосфен из Кирен, живший в Александрии в 200 году до н. э., считал, что меридиан, который проходит через Александрию, также проходит и через Византию (в настоящее время — турецкий город Стамбул). Этот меридиан в действительности пролегает в 70 милях от Стамбула. Таких погрешностей было довольно много, причем они увеличивались но мере удаления от места проведения измерений.

Конечно, если была известна длина окружности Земли (Эратосфен сам ее и рассчитал), можно было вычислить расстояние (в направлении восток — запад) между меридианами. Например, на экваторе один градус долготы равен примерно 69,5 миль, а на широте 40° (к югу или к северу от экватора) он уменьшается до 53,2 миль и т. д. Однако точные измерения расстояний в условиях гористой местности чрезвычайно сложны, ничуть не легче этот процесс в открытом море.

Все было более или менее нормально до тех пор, пока европейцы не начали строить корабли и выходить па них в морс. Вот тог да проблема проявилась во всей остроте. Капитаны никогда точно не знали, где находится их корабль, а найти порт помогало по большей части не штурманское мастерство, а молитва. В 1598 году Испания, являвшаяся в те времена главной морской державой, предложила награду тому, кто изобретет прибор для измерения времени, который можно использовать на борту корабля. Однако награда так никому и не была вручена.

В 1656 году голландский астроном Христиан Xигенс изобрел маятниковые часы — первый точный прибор для измерения времени. Правда, его можно было использовать только на суйте. Бортовая и килевая качка, неизбежная на корабле, мешала равномерному движению маятника.

После 1600 года главной морской державой стала Великобритания. В 1675 году Карл II основал в Гринвиче обсерваторию для ведения астрономических наблюдений, необходимых для точного определения долготы.

Но хороший прибор для измерения времени пока так и не появился. В 1714 году британское правительство предложило целое состояние (но тем временам) — 20 000 фунтов стерлингов тому, кто изобретет точные часы, способные работать на корабле.

За дело взялся Джон Гаррисон самоучка из Йоркшира, очень талантливый механик. Начиная с 1728 года он построил серию из 5 часов — одни лучше других. Все они не реагировали на движение корабля и шли в морс точнее, чем другие часы на земле. Одни из них, проведя пять месяцев в море, отстали только на 1 минуту. Первые часы Гаррисона были слишком тяжелыми и громоздкими, чтобы найти применение, зато пятые имели вполне приемлемые размеры.