Навигация в открытом океане чрезвычайно сложна. Для овладения этим навыком требуются годы.
Даже имея многолетнее мастерство, опытный мореплаватель все равно мог посадить свой корабль на невидимый риф, подводные скалы или песчаную отмель, потому что не знал своего точного местоположения.
Основной проблемой, которая оставалась нерешенной на протяжении веков, было определение долготы.
Узнайте больше о проблеме определения долготы и о том, как она была решена.
В одной из предыдущих статей я рассказывал о достижениях полинезийцев. Им удалось исследовать Тихий океан без использования каких-либо современных навигационных инструментов. Более того, они плавали на больших каноэ, которые высоко сидели в воде. Они не только хорошо знали рифы и умело избегали их, но во время прилива их катамараны могли просто проплывать над ними.
Европейским мореплавателям повезло в этом меньше. У них были гораздо более крупные корабли, которые сидели глубоко в воде. Если на пути находилась подводная преграда, например, скала или риф, результаты столкновения могли быть катастрофическими.
Такое случалось гораздо чаще, чем многие думают. В качестве примера можно привести остров Сейбл, который представляет собой большую песчаную полосу у побережья Новой Шотландии. По оценкам историков, он стал причиной по меньшей мере 350 кораблекрушений. И это только один остров. Но подобных мест было множество.
Это одна из причин, по которой точная картография была необходима. Во многих плаваниях с кораблями отправляли картографа, который привозил уточненную информацию для совершенствования карт.
Однако самая лучшая карта в мире ничего не значит, если вы не знаете, где находитесь. Именно эта проблема преследовала моряков.
Чтобы знать координаты своего местоположения, нужно знать две величины: широту и долготу.
Проблема определения широты, представляющей собой воображаемые горизонтальные линии вокруг Земли, решалась довольно просто. Поскольку Земля вращается вокруг своей оси, а в северном полушарии есть звезда, "стоящая" над полюсом, можно определить широту, зная угол между Полярной звездой и горизонтом.
Для этого использовался секстант - прибор, позволяющий делать подобные измерения. Если к этому добавить использование компаса, то можно было определить и направление движения.
Однако не существовало способа определить долготу места.
Линии долготы - это воображаемые вертикальные линии, идущие от северного до южного полюса. Поскольку Земля вращается, определить долготу по звездам практически невозможно.
Эта проблема была настолько важной, что британский парламент принял в 1714 году Закон о долготе, в котором предлагалась премия тому, кто сможет решить эту проблему. Премия составляла 10 000 фунтов за метод определения долготы с погрешностью в пределах одного градуса большого круга Земли, то есть в пределах 60 морских миль, 15 000 фунтов, если погрешность будет менее двух третей этого расстояния, 20 000 фунтов, если она будет менее половины этого расстояния. В современных деньгах это составляет от 2 до 4 миллионов долларов.
Все тогда полагали, что проблему обязательно решит астрономия.
Одной из идей была техника лунных расстояний Иоганна Вернера. Луна движется по небу со скоростью примерно 0,5 градуса в час. Если у вас есть хорошие таблицы и точные измерения, вы можете определить местное время.
Другой метод, предложенный Галилео Галилеем заключается в наблюдении за спутниками Юпитера. Поскольку четыре основные луны Юпитера вращаются по орбитам с постоянной скоростью, то зная положение лун, опять же с помощью очень хороших таблиц, вы можете определить местное время.
Слабость этих методов заключалась в том, что они не работали на палубе корабля, который качается на волнах. Вы не можете навести телескоп на объект в таких условиях.
Более того, если на небе не было Луны или Юпитера, если небо закрывали тучи, эти методы категорически не работали.
Первому британскому королевскому астроному в 1675 году, по сути, было поручено работать над этой проблемой и разработать таблицы в обсерватории в Гринвиче.
Эти астрономические методы отлично работали на суше. Если вы находились, скажем, в Ньюфаундленде, вы могли определить долготу этого места по астрономическим таблицам с приличной точностью, и это было полезно при составлении карт. Однако для штурмана на корабле они были бесполезны.
Ключом к определению долготы было время. Если вы знаете местное время и "эталонное" время в определенном месте с известной долготой, вы могли определить разницу во времени, а значит, и разницу в долготе.
Решением проблемы стала разработка точных часов.
Первоначально этот способ не казался очевидным, потому что первые часы требовали использования маятника. Часы с маятником на качающемся корабле были так же бесполезны, как попытки вести астрономические наблюдения с помощью телескопа.
Английский часовщик-самоучка по имени Джон Харрисон понимал, что создание хронометра - это ключ к решению проблемы определения долготы.
Имея такие часы, можно выставить их в полдень в Лондоне в начале путешествия и в дальнейшем определять насколько далеко от Лондона находится текущее место, вне зависимости от дальности путешествия. К примеру, если часы показывают, что в Лондоне полночь, а по местному времени полдень, значит текущее местоположение находится в противоположной точке Земли, на 180°.Сложность заключалась в создании часов, которые могли бы работать в любых условиях и при этом оставались точными.
Харрисон потратил 40 лет на работу над пятью различными приборами. Его первые часы, которые были испытаны во время плавания в 1736 году, смогли определить долготу корабля с точностью до 60 миль. Очень хорошо, но не отлично.
В 1749 году он изготовил прибор, который был более точными на море, чем любые другие часы на суше: среднесуточное отклонение составляло менее 2 секунд, и после 45 дней плавания погрешность определения долготы составила 10 миль. Однако парламент к тому времени изменил условия конкурса - требовалась не только точность, но и компактность часов. Тогда Гаррисон в 1760 году представил новую модель диаметром всего 13 см при весе 3,2 фунта (1,45 кг). Эти часы были проверены во время двух плаваний в Вест-Индию, отклонение при этом составило 5 секунд за три месяца путешествия.
По ходу работы изобретатель решил множество проблем, связанных с сохранением точности хода часов на корабле, включая воздействие движения судна, гравтации, изменения температуры и влажности.
Окончательный вариант часов, который был испытан в 1772 году самим королем Георгом III, был признан точным с точностью хода до одной секунды в сутки. Более чем достаточно, чтобы претендовать на награду парамента.
Однако, членом совета, определявшего присуждение премии, был королевский астроном и совет был предвзято настроен против любых неастрономических решений. Но в итоге Харрисон получил эту премию, медаль Копли (старейшая и наиболее престижная награда Лондонского королевского общества) и признание парламента.
Все часы британского флота были синхронизированы с часами Гринвичской обсерватории. Именно там находится нулевой меридиан, и именно поэтому солнечное время по Гринвичу, которое сейчас называется всемирным координированным временем или UTC, применяется в астрономии для синхронизации всемирного времени.
Если вы сегодня посетите Гринвичскую обсерваторию, то сможете увидеть первые четыре хронометра Гаррисона. Все они работают и сегодня. Вы также сможете услышать выстрел орудия, которое по традиции стреляет каждый полдень и использовалось ранее для того, чтобы корабли могли проверить точность своих часов.
Хронометры в те времена были очень дорогими, но они оправдывали свою цену. Капитан Кук использовал часы, очень похожие на пятые часы Харрисона, во время своего второго и третьего плавания, и у него нашлись о них только восторженные отзывы.
В XIX веке часы становились все лучше и дешевле, и в результате навигация стала надежнее и безопаснее. По мере того как хронометры устанавливались на все большем количестве судов, число катастроф, связанных с ошибками навигации, резко сократилось, и плавание стало намного безопаснее.
Со временем, когда широкое распространение получил телеграф, по проводам стали передавать сигналы точного времени. Измерение долготы между двумя точками стало еще более точным.
Телеграф мало что давал собственно кораблям, но когда появилась радиосвязь, это позволило получать сигналы времени по беспроводной связи в любом месте, что повысило точность измерений.
Сигналы времени передавались с Эйфелевой башни в Париже, начиная с 1910 года. Эти сигналы позволяли навигаторам часто проверять и настраивать свои хронометры. На международной конференции в 1912 году в Париже различным беспроводным станциям по всему миру было выделено время для передачи своих сигналов на разных частотах, что позволяло судам получать точную информацию о времени практически в любой точке земного шара.
Развитие навигации увенчалось созданием GPS (Глобальной системы позиционирования), которая позволяет проводить точные измерения в любой точке Земли.
Если вы когда-либо путешествовали или даже покупали что-то, сделанное за границей, вы были бенефициаром решения сложнейшей научной проблемы. А решил ее один очень настойчивый английским часовщик-самоучка в XVIII веке.