Чтение онлайн

Оптическая труба этого прибора крепится вдоль одного из радиусов параллельно ему таким образом, что в объектив – а значит, и в глаз наблюдателя – проходит только половина лучей, а вторую половину перехватывает неподвижное зеркало. До этого момента первый квадрант Хэдли по принципу действия и дизайну примерно соответствовал квадранту Ньютона. Правда, с кое-какими заметными усовершенствованиями, которые позже стали стандартом для мастеров-инструментальщиков. Например, добавилась открывающаяся рамка, в которую при необходимости можно было вставлять пластинки темного стекла разных оттенков. Таким образом, вставив темное стеклышко или просто частично заслонив объектив, можно было уменьшить яркость солнечного света, попадающего в глаз наблюдателя. Аналогичным приспособлением было оборудовано и второе зеркальце, закрепленное на поворотном радиусе. Для облегчения настройки прибора неподвижное зеркальце крепилось не непосредственно к раме, а к круглой поворотной пластинке на оси, положение которой через несколько шестеренок и червячную передачу регулировалось настроечным винтом. Третье усовершенствование относилось к подвижному указателю. Если обычный указатель ходил вдоль градуированного лимба сужающимся концом, то новый имел на конце прорезь с натянутым волосом, а вдоль всей длины – треугольную канавку. Волос и канавка обозначали центр указателя по всей длине – от оси вращения до самого конца. Значение угла считывалось в прорези по волосяной линии.

В окуляре своей оптической трубы Хэдли установил филярный микрометр из трех нитей, две из которых были уложены горизонтально и параллельно друг другу, а третья закреплена вертикально; нити позволяли наблюдателю точнее настроиться, причем одновременно в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Хэдли предупреждал о том, что лимб прибора следует градуировать с величайшей тщательностью – в приборе такого рода все ошибки удваиваются, поскольку угол падения равен углу отражения.

В результате всех усовершенствований, которые Хэдли внес в устройство квадранта, ему стало не нужно массивное неподвижное основание. Пользоваться этим прибором было не сложнее, чем просто смотреть в зрительную трубу, которой он был оборудован. Если прибор по каким-то причинам раскачивался, то все его части раскачивались вместе, так же как оба объекта наблюдения, например Солнце и горизонт. Их все равно можно было совместить в окуляре зрительной трубы, особенно если она была достаточно мощной и обеспечивала увеличение в четыре-пять раз.

Второй квадрант Хэдли (точнее, октант) был разработан специально для моряков и отличался от первого в основном расположением зрительной трубы и зеркал относительно градуированного лимба и подвижного указателя. Именно такая схема расположения – указатель, который ходит по лимбу, подобно маятнику в часах, а зрительная труба установлена перпендикулярно радиусу – и досталась от него в наследство современному секстанту. Хэдли добавил также третье зеркало и дополнительный прицел – окуляр в виде маленького отверстия и прямоугольный объектив с волосяным перекрестьем. Теперь можно было наблюдать Солнце, стоя к нему спиной, – другими словами, если угловая высота Солнца превышала 90°. Этот октант был испытан на борту яхты «Чатем» 30–31 августа и 1 сентября 1732 г. во исполнение приказа лордов адмиралтейства. Это был инструмент, «предназначенный преимущественно для измерения высоты Солнца, Луны и звезд по отношению к видимому горизонту, спереди или сзади». Позже мистер Дж. Сиссон воспроизвел деревянную модель, которую Хэдли демонстрировал обществу, в бронзе. Инструмент был установлен на подставке, высоту которой можно было регулировать, а вместо шарового шарнира снабжен двумя дугами, чтобы октант можно было наклонять в любую сторону.

Отражательный октант Исаака Ньютона. Записи о нем были обнаружены уже после смерти автора и опубликованы впервые в 1742 г.

Адмиралтейство на испытаниях квадранта Хэдли представлял мистер Джеймс Янг, старший служитель в Чатеме; присутствовали также достопочтенный сэр Роберт Пай, Роберт Орд и двое братьев Хэдли, все члены Королевского общества. Наблюдения проводились, когда яхта стояла на якоре в устье Медуэя возле Ширнесса, в одиннадцати милях к востоко-северо-востоку от Чатема. Погода была свежей, и иногда из-за туч наблюдения приходилось прерывать. Все данные, включая высоту Солнца в разное время и угловые расстояния многочисленных звезд друг от друга и от горизонта, проверялись по данным Джона Флемстида, собранным в Гринвичской обсерватории; время засекали по часам. В общем и целом результаты оказались хорошими. Ошибки наблюдения, обобщенные после завершения испытаний, в большинстве измерений не превысили одной минуты дуги в ту или иную сторону; часто они не превышали тридцати секунд.

В 1732 г. Хэдли представил в Королевское общество еще одну работу под заголовком «Спиртовой уровень, который следует прикрепить к квадранту для измерения меридиональной высоты в море, когда горизонт не виден». Как указывал Хэдли в своей работе, необходимость непременно видеть горизонт, чтобы определить широту судна, всегда представляла такие трудности, что любой метод, позволяющий сделать это без помощи горизонта, был бы достижением, даже если он повлечет за собой ошибку в несколько минут дуги. Поэтому Хэдли предложил для решения этой проблемы квадрант со спиртовым уровнем довольно сложной конструкции, изогнутым в дугу и закрепленным на основании инструмента. Он подробнейшим образом расписал, каким должно быть отверстие в трубке уровня, как ее нужно наполнять и как настраивать инструмент в целом. Но инструмент вновь получился таким, что пользоваться им в одиночку было невозможно. Точно градуированная трубка уровня требовала полного внимания одного человека, в то время как наблюдатель должен был заниматься непосредственно квадрантом. Хэдли, однако, не особенно настаивал на этом усовершенствовании; в заключение дискуссии он сказал, что в бурную погоду не следует удивляться ошибке в семь-восемь минут дуги, но в штиль достаточно умелый наблюдатель сможет измерить угол гораздо точнее.

Два варианта отражательного октанта Джона Хэдли. Второй из них (нижний) был испытан в море в 1732 г.

Как ни поразительно, но до нас дошли данные о звездах за несколько тысяч лет. Информацию такого рода мы черпаем из сборников, которые позже стали называть альманахами. Если вначале ими занималось исключительно жреческое сословие, то позже альманахи превратились в журналы научной астрономии, сборники всевозможных фактов и цифр, имеющих отношение к небесам. После изобретения книгопечатания астрономия объявила свои права на научные данные, такие как угловые расстояния между звездами, прямое восхождение звезд, склонение Солнца, Луны и неподвижных звезд, предсказание солнечных и лунных затмений. В то же время поборники астрологии приспособили для своих целей информацию о знаках зодиака, о смене времен года и т. п., украсив ее дополнительно собственными каббалистическими знаками и символами. Отследить применение звездных данных и астрономических альманахов при создании карт очень трудно. Если картограф достаточно сильно нуждался в небесных данных, он их использовал; ясно, что без использования астрономических альманахов и солнечных таблиц развитие картографии застопорилось бы.

Кроме общеастрономической базы, которая для всех практических целей постоянна и неизменна, и астрономы, и картографы с древнейших времен не могли обойтись без таблиц эфемерид: без них от наблюдений и вычислений было мало толку. Необходимость в таблицах объясняется нерегулярностью календарного года, наклонным движением Солнца по небосводу и изменениями в небесах, которые вызывает предварение равноденствий. На каком именно этапе развития картографии таблицы Солнца и неподвижных звезд стали применять к определению земной широты, история умалчивает. Ибн Юнис (ок. 950—1008) в Египте составил Хакимитские таблицы планет по каирским наблюдениям. Насиреддин (1201–1274) составил Ильханские таблицы и определил постоянную прецессии равную 51" в год. Улугбек (1394–1449), внук Тамерлана, около 1420 г. основал в Самарканде обсерваторию, где заново определил координаты большинства Птолемеевых звезд. Двести лет астрономы всего мира считали его таблицы лучшими. Арабская астрономия, завезенная маврами в Испанию, расцвела ненадолго в Кордове и Толедо. Толедские таблицы, составленные Арзахелем в 1080 г., получили свое название по названию города. Там же, в Толедо, были опубликованы Альфонсинские таблицы, составленные в 1252 г. по поручению Альфонсо X, короля Кастилии и Леона (Альфонсо Мудрый), покровителя искусств и наук. Альфонсинские таблицы появились в Европе примерно в то же время, когда йоркширец по имени Джон из Холивуда (Иоанн Сакробоско) опубликовал учебник по сферической астрономии под заголовком «О сфере мира» (De Sphaera Mundi). Книга появилась в тот самый момент, когда изголодавшаяся Европа жадно хватала любые крохи научных данных, и выдержала пятьдесят девять изданий.

Самые ранние таблицы склонения Солнца – пользовались ими картографы и моряки или нет, можно только гадать, – принадлежат Роберту Англичанину из Монпелье и составлены для 1292–1295 гг. Почти двести лет спустя был опубликован «Постоянный альманах» (Almanach Perpetuum) испанского еврея Абрахама Закуто; в печатном виде он вышел только в 1496 г.

Чаще всего с первыми печатными таблицами склонения Солнца связывают имя Иоганна Мюллера из Кенигсберга. По латинизированному названию города его также называли Региомонтан. Он учился в Вене у Георга Пурбаха – выдающегося австрийского астронома, которому смерть помешала закончить работу по исправлению некоторых важных ошибок и упущений Птолемеева «Альмагеста». Ученик продолжил работу, которую начинал вместе с учителем, и дополнительно взялся за пересмотр Альфонсинских таблиц. Вместе с кардиналом Виссарионом он отправился в Рим на поиски более качественных переводов «Альмагеста», чем те, что можно было найти в Германии. Но после того как Региомонтан раскритиковал перевод «Альмагеста», сделанный Георгием Трапезундским, Рим стал для него небезопасен и он без промедления покинул священный город. В Нюрнберге, с финансовой помощью своего богатого покровителя и ученика Бернгарда Вальтера, Региомонтан построил первую в Европе современную обсерваторию и оборудовал ее усовершенствованными инструментами собственного изобретения. Вдвоем они с Вальтером опубликовали серию популярных календарей и напечатали в доме Вальтера книгу Пурбаха «Новые планетарные теории» (Theoricae planetarum novae). А в 1474 г. они напечатали сборник таблиц (Ephemerides), которые Региомонтан рассчитал на тридцать два года вперед (1474–1506). Кроме того, в этой книге Региомонтан рекомендовал к использованию и объяснил метод лунных расстояний для определения долготы места.

Галилео Галилей (1564–1642) открыл спутники Юпитера

Дж. Д. Кассини (1625–1712) использовал их для определения долготы

Христиан Гюйгенс (1629–1695), голландский ученый и изобретатель, открыл и сформулировал физические законы, управляющие поведением маятника

Исаак Ньютон (1642–1727) объявил о том, что Земля сплющена у полюсов, еще до того, как это было доказано

Ни в «Постоянном альманахе» Закуто, ни в книгах Региомонтана («Эфемериды» и «Таблица направлений») не было никаких объяснений и указаний, как ими пользоваться, и определить широту путем измерения меридиональной высоты Солнца или методом равных высот было весьма непросто. Более того, в публикациях Закуто и Региомонтана содержалось очень много лишних данных и астрологических символов, которые не были нужны ни картографам, ни морякам. Человеку XVI в., чье существование зависело от знания широты, нужно было короткое, лаконичное и простое объяснение фактов и указания, как эти факты добыть. Существует единственный образец подобной публикации, составленный анонимным португальцем и напечатанный около 1509 г., вероятно, в Лиссабоне. Этот небольшой двадцатичетырехстраничный буклет содержал следующую полезную информацию: 1) вычисление широты по высоте Солнца; 2) правило Полярной звезды; 3) список широт известных географических точек; 4) правило оценки расстояния, пройденного судном; 5) календарь и морские таблицы на високосный год. В качестве своеобразного приложения автор или составитель добавил к этому компактному кладезю информации трактат «О сфере мира» Сакробоско в переводе на португальский. Книжка называлась «Правило астролябии и квадранта» (Regimento do estrolabio e do quadrante) и представляла собой самый ранний известный прототип, из которого позже возникли две стандартные публикации – руководство по навигации и морской альманах. Применение обеих этих книг не ограничивается исключительно морским делом, обе они содержат элементы астрономии и математики, необходимые для развития геодезии.

Первое известное испанское «Руководство» под заголовком «Сумма географии» (Suma de Geografia) выпустил в 1519 г. дон Мартин Фернандес де Энсизо. В Португалии всех прежних авторов по космографии, астрономии и навигации затмил Педро Нуньес, чей «Трактат о сфере» (Tratado da Sphera) вышел в Лиссабоне в 1537 г. Этот труд также представлял собой краткое руководство по навигации; в него вошли португальские переводы «О сфере мира» Сакробоско, «Новые планетарные теории» Георга Пурбаха и первая книга «Географии» Птолемея. Нуньес, однако, и сам был ученым и внес ценный вклад в постоянно растущую массу данных о Земле и ее отношениях с небесами.