Райан Норт - Как изобрести все. Создай цивилизацию с нуля

Планета действует исподтишка, чтобы путать ваши солнечные часы, двумя разными способами. Первый происходит от того, что годовая орбита Земли вокруг нашего светила вовсе не является правильным кругом, который так приятно нарисовать в воображении, она имеет овальную форму, и Солнце смещено к одному из его краев (рис. 25).

Овальность на научном языке именуется эксцентриситетом.

По эксцентрической орбите планеты не всегда двигаются с одной скоростью, они ускоряются, приближаясь к светилу, и замедляются по мере удаления от него [120]. Эксцентриситет орбиты Земли проявляется в том, что Солнце появляет ся на одном и том же месте в небе от девяти минут раньше до девяти минут позже некоей средней точки, в которой оно бы находилось при круговой орбите, и это заставляет ваши часы врать максимум на восемь минут в разные моменты года.

Рис. 25.Круглая и эксцентрическая орбиты. Эти картинки не стоит принимать буквально, поскольку они ради наглядности изображены с изрядным преувеличением. Эксцентрическая орбита Земли вовсе не такая вытянутая, например, да и Земля несколько больше, чем 3 мм в диаметре

Второй фактор – Земля вращается не вертикально, как волчок, а под углом, отклонившись на 23,5° от вертикали [121].

Это именуется наклоном оси, и именно из-за него Солнце то забирается выше, то опускается в одно и то же время дня, добавляя еще до десяти минут к показаниям ваших солнечных часов. Эксцентриситет изменяет наблюдаемое по Солнцу время по годовому циклу, в то время как наклон оси действует по циклу в шесть месяцев примерно таким образом (рис. 26).

Рис. 26.Отдельные эффекты эксцентриситета орбиты и наклона оси

Так что в определенные моменты года эксцентриситет будет отнимать некоторое количество минут, в то время как осевой наклон – добавлять. Скомбинировав два графика (рис. 27), мы получим возможность изучить их кумулятивный эффект и понять, какую поправку нужно использовать при работе с наблюдаемым на солнечных часах временем, чтобы получить точное значение [122].

Рис. 27.Комбинированный эффект эксцентриситета орбиты и осевого наклона

Рис. 28.Данные за последний миллион лет, касающиеся движения Земли по орбите, тут сведены к нескольким прыгающим туда-сюда кривым линиям

(Поправка от автора: по оси X во всех метках нужно зачеркнуть по одному нолю, то есть данные уходят в прошлое не на 10 миллионов лет, а на 1 – примечание переводчика.)

Понятно, что и эксцентриситет и наклон медленно изменяются со временем и сама Земля тоже испытывает прецессионное движение (это значит, что она очень медленно покачивается, как вращающийся волчок). Если использовать предложенный выше график для внесения поправок, не учитывая показателей вашего периода, то будет накапливаться по ошибке в несколько секунд на каждое столетие, что отделяет вас от настоящего времени. Вы можете попытаться изменить график с учетом текущего значения эксцентриситета, наклона оси и прецессии, учтя следующие измерения того, как они изменялись за последний миллион лет (рис. 28), но в этот момент наверняка стоит сообщить вам, что вам не очень стоит беспокоиться по поводу того, чтобы знать абсолютно точное время, и что 15 минут ошибки, которые вы собрались корректировать, на самом деле не имеют значения.

Только в последние несколько столетий точное измерение времени стало важным, и то сначала для того, чтобы определять долготу, если вы находитесь в открытом море (см. раздел 10.12.3). Даже в наши дни бо́льшая часть человечества живет не столько в соответствии с тем, какое время в точности показывает Солнце, сколько в соответствии с неким приближенным значением этого времени.

Именно так работают временные пояса: группы людей, обитающих на огромных пространствах, согласились на то, чтобы у них всех было одинаковое время, тем самым убирая путаницу, что неизбежно возникнет, если каждый город будет строго придерживаться собственного астрономического времени. Впервые временные пояса ввели в оборот около 1847 н. э., и тогда они были свои в каждой стране, общепринятые предложили несколькими десятилетиями позже.

Изобретите временные пояса прямо сейчас, и солнечные часы, показывающие не совсем точное время, устроят вас целиком и полностью, а кроме того, вы избавитесь от необходимости делать кучу математических расчетов.

Способ измерять температуру (термометры) и давление (барометры).

Людям просто приходилось гадать, насколько горяч тот или иной предмет, при какой температуре они готовили [123]и какой собирается быть погода.

1593 н. э. (водяной тер москоп);

1643 н. э. (барометр);

1654 н. э. (спиртовой термоскоп);

1701 н. э. (идея температурной шкалы);

1714 н. э. (ртутный термометр).

Стекло, жидкость (вода, спирт, масло, вино, ртуть, моча – использовалось все это и многое другое).

И термометры и барометры измеряют нечто невидимое, и, для того чтобы изобрести и то и другое, вам понадобятся только вода и стекло. Для термометров мы надлежащим образом будем эксплуатировать тот факт, что жидкости и газы (большинство из них) расширяются при нагревании и уменьшаются в объеме при охлаждении: измерьте степень расширения и сжатия, и вы сможете определить температуру!

Первые термометры были не так уж далеки от того, что вы только что узнали: длинные стеклянные трубы с шариком на одном из концов и открытым другим концом помещали в ведро или озеро, нагрев предварительно шарик. Воздух внутри него сокращался, охлаждаясь, затягивая воду в трубу, а при новом нагревании расширялся, выталкивая воду. Проблема состояла в том, что не имелось никакой шкалы: подобные устройства могли лишь сказать вам, стало холоднее или теплее.

Называли их термоскопами (то, что дает возможность увидеть температуру), а не термометрами (то, что дает возможность ее измерить).

Обладая теми знаниями о прошлом, что есть в вашем распоряжении, вы не удивитесь, узнав, что потребовалось больше ста лет после изобретения термоскопов, чтобы кто-то задумался – неплохо бы приложить к ним некую шкалу. Два человека (Исаак Ньютон и Оле Рёмер) независимо друг от друга предложили идею в 1701 н. э., но шкала Рёмера была лучше, поскольку Ньютон использовал субъективные температурные маркеры («жара июльского полдня»: что за фигня, Ньютон?), в то время как Рёмер положил в основу константы в виде точек замерзания и кипения воды [124].