Ллойд Браун - История географических карт

Первоначально бэкстаф состоял из палки и перекладины, причем последняя изготавливалась в виде «половинки креста» и ездила по посоху сверху. Дэвис указывал, что пользование этим инструментом противоположно пользованию градштоком, так как наблюдатель при этом стоит спиной к Солнцу и смотрит на горизонт сквозь горизонтальную щель на дальнем конце посоха. Чтобы определить угловую высоту Солнца, нужно было двигать перекладину, пока тень от ее конца не упадет точно на щель. Таким способом можно навести прибор одновременно на горизонт и на Солнце, не переводя глаза. Прибор этот изначально был придуман для измерения исключительно высоты Солнца – причем только если она не превышает 45° над горизонтом, – и больше ни для чего не годился. Однако Дэвис на этом не успокоился.

Предположительный вид усовершенствованного бэкстафа Джона Дэвиса с двумя скользящими перекладинами. Этот инструмент был изобретен и описан, но, по всей видимости, не был воплощен в жизнь

«Узнав на практике, что градшток превосходен и лучше всякого другого инструмента отвечает ожиданиям моряков, – пишет Дэвис, – и зная также, что чем крупнее у инструмента деления, тем он точнее, я весьма тщательно работал над поиском хорошего и наглядного средства, как сделать градшток длиннее, не только чтобы градусы на нем стали больше, но также чтобы избежать неопределенности прицела, если неверно приставить посох к глазу». Более того, он уверял читателей, что усовершенствованный инструмент, недавно испытанный им в море, будет работать по ту сторону экватора не хуже, чем по эту.

Этот второй инструмент, длиной в ярд, был снабжен двумя «полукрестами», или поперечинами. Одна из них, прямая, была 14 дюймов в длину и бегала по верхней стороне основания прибора, или жезла, под прямым углом к нему, а вторая, изогнутая в форме сектора окружности, смотрела с основания вниз и тоже могла передвигаться вдоль него. Дэвис обещал дать подробное описание этого прибора – усовершенствованного бэкстафа – в отдельной публикации (которую так и не написал); пока же он лишь заверил читателей, что «он обладает большими возможностями и многими применениями». Дэвис был не слишком высокого мнения о применении квадранта в морском деле, но признавал, что это «прекрасный инструмент для проведения любых астрономических наблюдений на суше». Тем не менее, несмотря на такую точку зрения, его усовершенствованный бэкстаф с изогнутой поперечиной стал предвестником другого инструмента, который в Англии был позже известен как «квадрант Дэвиса», а во Франции – как «английский квадрант».

Английский квадрант был изобретен Джоном Дэвисом, по всей видимости, при участии Эдварда Райта из Кембриджа – человека, который, кроме всего прочего, применял свои математические познания к исправлению и улучшению навигационных морских карт. Усовершенствованный инструмент представлял собой разделенный квадрант, то есть четверть круга, а на самом деле старый добрый бэкстаф с некоторыми улучшениями. Изогнутую поперечину, которая первоначально могла скользить вдоль жезла, передвинули к ближнему его концу и зафиксировали. Для жесткости к нему добавили еще одну перекладину, или откос. Вторую верхнюю поперечину – прямую – прежнего бэкштока тоже заменили на изогнутую поперечину в виде сектора окружности. Ее тоже усилили откосом и закрепили на дальнем конце жезла. Инструмент был снабжен тремя диоптрами; один из них был, как прежде, закреплен на дальнем конце жезла, а два – на скользящих рамках, установленных на каждом из двух секторов. Теперь, вместо того чтобы двигать поперечину взад и вперед по жезлу, достаточно было двигать скользящие диоптры по своим секторным поперечинам вверх и вниз и таким образом получать необходимый угол. При реальном применении прибора наблюдатель обычно заранее грубо настраивал верхний скользящий прицел. Затем он подносил жезл к глазу и проводил точную настройку при помощи прицела на нижнем секторе. Угловая высота Солнца при этом определялась как сумма углов на двух градуированных секторах.

Первое усовершенствование английского квадранта пришло из Франции. За два года до того, как Джон Хэдли (Гадлей) описал свой первый квадрант, француз по имени Пьер Бугер, профессор гидрографии в Круассике и член Королевской академии Бордо, представил в Королевскую академию наук работу под заголовком «О методе точного наблюдения высоты звезд в открытом море». Академия опубликовала работу как одну из лучших за 1729 г. Во введении к описанию усовершенствованного инструмента для определения широты Бугер приводит краткий обзор различных инструментов, которыми пользовались в то время моряки и ученые всего мира, и простым языком формулирует их недостатки. Все подобные инструменты он разделил на две общие группы. В первую вошли все портативные инструменты, наилучшим образом приспособленные для использования на суше, такие как астрономический квадрант, астролябия, астрономическое кольцо, полусфера Михиля Куанье и т. п. Эти инструменты, указывает Бугер, носят свой горизонт с собой – либо в виде отвеса и вертикальной линии, либо, скажем, кольца для подвешивания, так чтобы они в любом случае занимали необходимое вертикальное или горизонтальное положение. Вторая группа включала в себя такие инструменты, как градшток Геммы Фризия (baton astronomique) и бэкстаф Дэвиса. Для этих приборов необходим видимый горизонт, поэтому они лучше всего подходят для навигаторов, ведь на море – теоретически – всегда имеется горизонт. Всем подобным инструментам, по словам Бугера, приходится терпеть жуткую качку и броски на неустойчивой палубе; к тому же их вечно винят в ошибках, в которых они не виноваты.

Квадрант Дэвнса, или английский квадрант, – логическое развитие бэкстафа, или оборотного жезла, и предшественник современного секстанта

В качестве иллюстрации к первой группе Бугер продемонстрировал коллегам несколько инструментов с кольцами для подвески, и оказалось, что их точность зависит от веса и аккуратного закрепления кольца на подвесе. Простое астрономическое кольцо представляло собой плоскую металлическую окружность с маленьким отверстием возле верхушки и градуировкой на внутренней поверхности, куда падают лучи Солнца. Несмотря на ограниченность применения, инструмент этот пользовался значительной популярностью среди астрономов и некоторых навигаторов; с его помощью часто проверяли широту, измеренную астролябией. То же относилось и к полукругу; его использовали так же и с такой же целью, как астрономическое кольцо. Бугер приписывал изобретение полукруга месье Мэйнье, королевскому профессору гидрографии в Гавр-де-Грас. Сам Бугер этого инструмента не видел, но читал его описание. Очевидно, во времена Бугера использовались две разновидности квадранта – во-первых, металлическая плоская четвертинка кольца с маленьким отверстием и, во-вторых, полукольцо. Четверть кольца подвешивали за один из радиусов, а на втором радиусе имелся спиртовый уровень для определения горизонта, которого могло и не быть; пользоваться таким квадрантом можно было и на суше, и в море. Бугер говорит о том, что эти инструменты необходимо подвешивать за центр тяжести, и в завершение своего эссе описывает остроумное приспособление – астрономическое кольцо, которое, подобно морскому нактоузу для компаса, способно в любую погоду сохранять верное положение относительно горизонтали. Кольцо предлагалось закрепить на круглом деревянном плотике, плавающем в бочке воды или масла. Сама бочка тоже крепилась на карданном подвесе в жесткой раме. В теории сотрясения бурного моря сначала примет на себя карданный подвес, затем жидкость в бочке; так что плавающий инструмент в любой ситуации сохранит горизонтальность. Вот наконец, казалось бы, прекрасное решение проблемы определения широты; у него, похоже, совсем нет недостатков. Бугер при помощи серии диаграмм и сложных уравнений продемонстрировал, что плавающее кольцо – прекрасная идея сама по себе – не будет работать так, как предполагал изобретатель. В отличие от плавающего компаса кольцо невозможно использовать для измерения широты, если оно будет прыгать вверх-вниз и постоянно отклоняться от вертикали то в одну, то в другую сторону. Вывод: именно человек может лучше всего удерживать инструмент при проведении измерений в море.