Определение местоположения на поверхности Земли всегда было важнейшей задачей для исследователей, мореплавателей и ученых. Если широту научились определять довольно рано по астрономическим признакам, то долгота оставалась «величайшей загадкой» на протяжении многих столетий.
Идея наложения сетки на земную поверхность принадлежит древнегреческим ученым. Именно они заложили фундамент картографии, которым мы пользуемся до сих пор.
Эратосфен Киренский (III век до н. э.)
Эратосфена часто называют «отцом географии». Он не только вычислил окружность Земли, но и первым попытался провести на карте линии, напоминающие параллели и меридианы. Однако его сетка была нерегулярной — линии проходили через известные города и географические объекты (например, Родос или Александрию).
Гиппарх Никейский (II век до н. э.)
Настоящий прорыв совершил астроном Гиппарх. Он первым предложил разделить земной шар на 360 градусов и настаивал на том, что координаты должны определяться исключительно астрономическими методами, а не расстояниями, пройденными путешественниками. Гиппарх предложил метод определения долготы с помощью лунных затмений: наблюдая одно и то же затмение в разных точках мира, можно было сравнить местное время и вычислить разницу в долготе.
Клавдий Птолемей (II век н. э.)
Кульминацией античной географии стал труд Птолемея Geographia. Он систематизировал знания того времени и ввел понятия широты и долготы в том виде, в котором они существуют сейчас. Птолемей присвоил координаты более чем 8000 объектам.
Историк картографии Ллойд Браун в своей работе «История географических карт» отмечает:
«Птолемей был первым, кто применил строгую математическую дисциплину к картографии. Несмотря на огромные ошибки в его данных, его метод был безупречен. Он понимал, что без сетки координат карта — это просто рисунок, а не научный инструмент».
Определить широту было относительно просто. Для этого использовались:
Гномон: Простейший вертикальный шест. По длине его тени в полдень (в день солнцестояния) вычисляли высоту Солнца. Астролябия и квадрант: Позволяли измерять угол наклона Полярной звезды над горизонтом ночью или высоту Солнца днем. Угол Полярной звезды над горизонтом практически равен широте места наблюдения.
С долготой дела обстоят сложнее. Земля вращается вокруг своей оси на 15 градусов каждый час. Чтобы узнать свою долготу, мореплавателю нужно было знать одновременно местное время и время в «эталонной» точке (например, в Александрии или Гринвиче). В древности не существовало точных часов, которые могли бы работать на корабле.
В Средние века в Европе методы Птолемея были практически забыты, но в XV веке его Geographia была переведена на латынь, что произвело революцию.
С началом дальних плаваний Колумба, Магеллана и Васко да Гамы потребность в точных координатах стала вопросом жизни и смерти.
Широта в Ренессансе: Мореплаватели использовали градшток (посох Якова) и позже секстант. Это позволяло определять широту с точностью до нескольких миль.
Проблема долготы: Поскольку точных хронометров все еще не было, капитаны использовали «счисление пути» (dead reckoning) — оценку скорости корабля с помощью лага (бревна на веревке с узлами) и компаса. Это приводило к катастрофическим ошибкам.
Галилей в 1612 году предложил использовать небо как «небесные часы». Он обнаружил четыре спутника Юпитера и составил таблицы их затмений. Сравнивая время затмения спутника, указанное в таблице, с местным временем наблюдения, можно было вычислить долготу. Этот метод отлично работал на суше, но был почти бесполезен на качающейся палубе корабля.
Дава Собель, автор знаменитой книги «Долгота», пишет:
«Для моряка эпохи Возрождения долгота была не просто географической абстракцией, а смертельной угрозой. Невозможность точно определить положение по оси восток-запад приводила к тому, что целые флотилии разбивались о скалы, которые, по их расчетам, должны были находиться в сотнях миль».
Широта была покорена человеком еще в глубокой древности благодаря неподвижности звезд и предсказуемости Солнца. Долгота же оставалась непокорной вплоть до середины XVIII века, когда Джон Харрисон создал морской хронометр. Тем не менее, именно мыслители Античности и Возрождения создали тот математический аппарат, который позволил нам превратить хаотичный мир в упорядоченную систему координат.