Ллойд Браун - История географических карт

Прибыв на место, где предполагалось проводить наблюдения, астрономы выбирали удобное открытое место и устанавливали инструменты. Они ставили навески маятников на отмеченные места и запускали часы, установив их на подходящее время суток. На следующем этапе следовало провести в месте наблюдений линию меридиана точно в направлении север—юг. Это обязательно делали несколькими способами, причем каждый метод позволял проверить точность остальных. Первый метод заключался в том, чтобы сделать серию равновысотных наблюдений Солнца. Этот процесс позволял заодно проверить точность установки часов среднего времени. Для этого высоту Солнца измеряли при помощи квадранта или секстанта примерно за три (или четыре) часа до видимого полудня. В то мгновение, когда с прибора считывали значение высоты, в журнал наблюдений записывали время наблюдения с точностью до часов, минут и секунд. Во второй половине дня проводили второе наблюдение – в тот момент, когда Солнце опускалось до точно такой же высоты, на какой оно находилось во время первого наблюдения. Опять в момент совпадения высоты засекали точное время. Разницу по времени между двумя наблюдениями делили пополам и добавляли ко времени утреннего наблюдения – получали час, минуту и секунду видимого полудня. Такую пару наблюдений проводили два дня подряд; разницу в минутах и секундах, полученную при наблюдениях в разные дни (а она всегда разная из-за склонения Солнца), делили пополам и добавляли к результату первого дня; получали интервал, который часы отмеряют за двадцать четыре часа. Другими словами, среднее время. При каждом наблюдении проводили очень простую проверку наступления видимого полудня, когда Солнце достигает меридиана, – опускали с закрепленного квадранта отвес и отмечали его тень на Земле. Наблюдения проводились ежедневно, так что наблюдатели всегда знали местное время.

Вторые маятниковые часы настроить было гораздо проще. Все, что нужно было сделать, – это установить телескоп в плоскости меридиана, навести его на любую неподвижную звезду и точно засечь два последовательных прохождения звездой меридиана. Если маятник удалось настроить так, чтобы разница во времени между двумя последовательными прохождениями составляла 23 часа 56 минут 4 секунды, дело сделано. Широту места наблюдений определить тоже не составляло труда. При помощи квадранта и угла измеряли высоту Солнца в момент видимого полудня, справлялись по таблицам солнечного склонения и получали широту. Проверить полученный результат можно было ночью; для этого нужно было только измерить высоту Полярной звезды.

После установления линии меридиана и настройки часов среднего времени необходимо было пронаблюдать и засечь время затмений спутников Юпитера; затмения по меньшей мере двух из них происходят раз в два дня. Как указывал Кассини, это не всегда было просто сделать, так как не все затмения видны из любой точки, а плохая погода часто не дает проводить наблюдения. Тогдашние наблюдения требовали большой точности в работе. Проводить наблюдения Юпитера, по мнению Кассини, лучше всего в момент погружения или выхода первого спутника. Следует отмечать время шести фаз затмения: время погружения спутника 1) когда он находится от лимба Юпитера на расстоянии равном его собственному диаметру; 2) когда спутник едва касается Юпитера; 3) когда он впервые полностью скрывается за диском планеты; во время выхода спутника из тени – 4) момент, когда спутник только появляется; 5) когда он отделяется от диска планеты; 6) когда спутник отодвигается от Юпитера на расстояние равное его собственному диаметру. Чтобы наблюдать и хронометрировать эти фазы, требовалось два человека: один должен был наблюдать, другой – записывать результаты в часах, минутах и секундах. Если наблюдатель вынужден был работать один, Кассини рекомендовал проводить наблюдения методом «глаза и уха», который и до сих пор может служить отличной тренировкой для наблюдателя. В момент начала затмения наблюдатель начинает громко считать «двадцать один, двадцать два, двадцать три…» и считает не останавливаясь, пока не доберется до часов и не отметит время. Затем ему следует вычесть отсчитанные секунды из показаний часов и получить время наблюдения.

Кассини предупреждал, что выход спутника из-за Юпитера всегда требует весьма тщательных наблюдений, так как вы, пока ждете выхода, не видите ничего. В то мгновение, когда вы заметите слабый свет в том районе, где должен появиться спутник, вы начинаете считать, не отходя от телескопа, и считаете до тех пор, пока не убедитесь наверняка, что спутник выходит. Возможно, у вас будет несколько ложных стартов, прежде чем удастся на самом деле засечь момент выхода спутника. По мнению Кассини, еще одно интересное наблюдение – соединение двух спутников на встречных курсах. Считалось, что соединение наступает в тот момент, когда центры двух спутников находятся точно на перпендикулярной линии. Для всех важных наблюдений, требующих большой точности, Кассини рекомендовал проводить накануне генеральную репетицию в тот же час, чтобы, если инструменты не в порядке или объект наблюдений находится в неудобном положении, можно было заранее все настроить.

Юпитер и шесть положений его первого спутника. Астрономы XVII в. использовали его для определения разности долгот между двумя точками

В дополнение к наблюдениям по определению долготы все экспедиции Парижской обсерватории должны были отмечать любые изменения в работе маятниковых часов. При этом имелись в виду не обычные вариации, вызываемые изменениями температуры. Такие вариации можно было предсказать заранее, если провести испытания металлических стержней маятников и определить коэффициент их расширения при различных температурах. Экспедиции же должны были искать вариации хода часов, связанные с гравитационными факторами. Тому были две причины – практическая и теоретическая. Маятник был чрезвычайно важным устройством, так как определял ход самых точных часов того времени. И вообще, вопрос гравитации, главными исследователями и толкователями которого были Христиан Гюйгенс, Исаак Ньютон и Роберт Гук, вызывал в научном мире большое волнение. Идея использовать для изучения гравитации маятник принадлежала Гуку. Серия полевых экспериментов вполне могла подтвердить или опровергнуть теории Ньютона и Гюйгенса. Никто, однако, не догадывался, что результатом этих полевых экспериментов станет открытие того факта, что Земля – не идеальный шар, а сплющенный сфероид, то есть шар, сплющенный у полюсов.