Уже во времена Гиппарха стало ясно, что определение разности долгот двух пунктов возможно по наблюдению (т.е. измерению местного времени) момента некоторого события в каждом из этих пунктов. В качестве такого события Гиппарх предложил использовать затмения Луны, так как ее вхождение в тень Земли и есть то событие, которое происходит в один и тот же момент для всех наблюдателей, где бы они ни находились на земной поверхности. Но, к сожалению, Гиппарх не указал способов, как измерить местное время в каждом из пунктов наблюдения. Непосредственно использовать для этой цели солнечные часы было невозможно, так как во время лунного затмения Солнце находится ниже горизонта. (Различные возможности этого способа определения долготы обсуждаются в приложении I.) При определении долготы методом лунного затмения возникали и другие трудности. Затмения случаются довольно редко: два-три раза в год, а иногда и совсем не происходят, поэтому определение долгот для большого числа пунктов требует длительного времени. В наследство потомкам Гиппарх составил таблицу затмений на шесть столетий вперед.
Другая трудность при наблюдениях лунного затмения заключается в том, что определить точный момент затмения нелегко. «Начало», «середина» и «конец» затмения для разных наблюдателей могут казаться разными, поэтому вполне вероятны ошибки по времени, в несколько минут, что соответствует нескольким градусам долготы. Несмотря на это, предложенный Гиппархом метод лунных затмений в течение последующих 1600 лет оставался единственным практическим методом, используемым для астрономического определения долгот.
В четвертой главе книги 1 «Географии», озаглавленной «Тщательно наблюдаемые явления должны быть более предпочтительны, чем те, которые выводятся из сообщений путешественников» (это один из тезисов Гиппарха, сформулированных тремя столетиями ранее), Птолемей описывает гиппарховский способ определения долготы по лунному затмению:
... и когда вслед за ним появились другие... вычисляющие большинство расстояний, особенно тех, что простирались к западу или востоку, исходя из некой общей традиции, и не из-за отсутствия мастерства или... вследствие лени части наблюдателей, а потому что в их время еще не существовало точной математики; к тому же наблюдалось немного затмений Луны в одно и то же время в разных местах; когда случилось затмение, в Арбеле было отмечено, что там оно произошло в пятом часу, из этого наблюдения было установлено, на сколько равноденственных часов [равных в противоположность неравным часам], или на какой промежуток времени, два пункта удалены один от другого на восток или запад; из этого ясно, что географ при написании географии должен положить в основу своей работы известные ему явления, изученные путем самого тщательного наблюдения... [2].
Затмение, на которое ссылается Птолемей, произошло непосредственно перед Арбельской битвой в 330 г. до н. э. и было зафиксировано в Арбеле и Карфагене с предполагаемой разностью местных времен в три часа. (Действительная разница должна была составить 2 ч 15 мин.) Это, кажется, было единственным астрономическим определением разности долгот, которое Птолемей использовал в своей «Географии» [3].
Прошло более тысячелетия, прежде чем удалось сколько-нибудь существенно усовершенствовать метод определения долготы. Два крупнейших события в истории определения долготы в море относятся к последним десятилетиям XIII в. Во-первых, в Европе были изобретены первые механические часы-одно из самых важных изобретений средневековья. Само название часы (The clock (англ.). - Прим. перев) - по латыни clocca означает колокол - говорит о том, что самые первые часы поначалу отсчитывали (отбивали) время для религиозных и мирских нужд, и только позднее они стали астрономическими и навигационными инструментами.
Во-вторых, появилась морская карта, самая древняя ссылка на которую найдена в описании времен Людовика IX (Святого) и восьмого крестового похода в 1270 г. Большинство ученых считают, что в те времена должен был существовать какой-то вид морской карты. Морская карта, насколько известно, получила распространение в Италии; обычно вычерченная чернилами на целой коже тонкого пергамента, она давала изображение Средиземного моря. Такая карта сопутствовала portolano, или штурманской книге (поэтому такие карты перешли в XIX в. под названием «портулановских карт») [4]. Древнейшая из дошедших до наших дней карт-это карта Средиземноморья, не имеющая ни подписи, ни даты, на которой отсутствует сетка широт и долгот [5]. Очевидно, она была нарисована где-то около 1300 г.
Век открытий
В начале XV в. торговля между Европой и Азией велась либо через Черное и Средиземное моря, либо по суше и почти полностью была сосредоточена в руках итальянских морских государств - Венеции и Генуи. Отрезанная от этих рынков Португалия устремилась к югу, решив распространить свое влияние на море. Уже в XIV в. она стала привлекать к себе на службу для создания морского флота генуэзских штурманов. Один из сыновей короля Ионна I принц Энрико (названный впоследствии Энрико Мореплавателем), губернатор южной провинции Алгарви, из своей резиденции Сагриш вблизи мыса Сан-Висенти нанимал на службу арабских математиков - они должны были инструктировать его капитанов по искусству навигации в Атлантическом океане, которое требовало совершенно иных навыков, чем мореплавание в Средиземном море.
Со временем на пожертвования ордена Христа, главным магистром которого являлся принц Энрико, Португалия снарядила корабли, которые, плавая на юг и вокруг Африки, открыли морской путь на Восток. В 1434 г. португальские мореплаватели достигли мыса Бохадор, самой южной точки Канарских островов, в 1444 г. - мыса Зеленого, в 1487 г. - мыса Доброй Надежды; усилия Португалии на море достигли своей наивысшей точки в 1498 г., когда Васко да Гама достиг г. Каликут на Малабарском побережье Индии.
1. Альманах Региомонтана, 1474. На этой странице показаны предвычисленные полные затмения Луны для 1504 г., с помощью которых Колумб поразил воображение туземцев Ямайки. (Королевское астрономическое общество.)
Эти океанские путешествия, эти плавания в неизведанное способствовали развитию новых идей в навигации и обусловили использование астрономических методов определения местоположения в дополнение к уже испытанным временем способам измерения при помощи компаса, лотлиня и по оценке скорости корабля. Португалия достигла значительных успехов в изобретении методов и инструментов, позволяющих определять широту по наблюдениям Полярной звезды и Солнца. Протяженность океанского маршрута в северо-южном направлении не имела значения для определения местоположения корабля, но плавание вокруг мыса Доброй Надежды, т. е. движение в западно-восточном направлении, было очень важно, в особенности для Христофора Колумба, отплывшего с Канарских островов в сентябре 1492 г.
Некоторые исследователи пытались определять долготу из астрономических наблюдений. С этой целью Колумб захватил с собой в плавание библиотечку, включающую альманахи и эфемериды, составленные Иоганном Мюллером (прозванным Региомонтаном, от лат. Regiomontanus - Кёнитсбергский). Мюллер предвычислил каждодневные положения Солнца, Луны и планет для Нюрнберга на период 1476-1506 гг. [6]. Позднее его эфемериды были продолжены Стоффлером из Тюбингена до 1531 г. [7]. Во время своего второго путешествия Колумб, пока его корабль стоял в испанской гавани, наблюдал затмение Луны 14 октября 1494 г. Полученная им долгота отличалась на 23° к западу от истинной, что в единицах времени соответствует 1,5 ч [8]. Во время четвертого плавания, когда 29 февраля 1504 г. корабль находился на Ямайке, Колумб, воспользовавшись предвычисленным моментом затмения Луны, сначала разыграл перед туземцами роль божественного провидца (подобное событие 350 лет спустя Марк Твен описал в своем произведении «Янки при дворе короля Артура»), а затем из наблюдений определил долготу своего местонахождения, но с ошибкой в 2,5 ч к западу. (Что было причиной этих ошибок - неточность в определении местного времени, ошибки альманаха Региомонтана, а может быть, просто желание Колумба доказать, что он действительно достиг берегов Азии, -этого мы никогда не узнаем [9].) 14 августа 1499 г. во время своего второго путешествия Америго Веспуччи наблюдал затмение Марса (покрытие этой планеты Луной) и определил долготу своего местонахождения - 1366 2/3 лье (82°) к западу от г. Кадис [10] - с такой точностью, к которой трудно придраться. Но методы, применявшиеся Колумбом и Веспуччи, нельзя было использовать часто, и, кроме того, они давали приемлемые результаты только на стоянке. Поэтому в последнем десятилетии XV в. возникла крайняя необходимость в решении проблемы определения долготы в открытом море, что в конечном счете привело к основанию Гринвичской обсерватории и установлению гринвичского времени
