Дерек Хауз - Гринвичское время и открытие долготы

Первый приз Руйе был назначен в 1720г. за решение следующей задачи: как наилучшим образом поддерживать точный ход часов в море - посредством улучшения конструкции самого механизма или путем применения специальной подвески часов. Этот приз в 500 ливров был завоеван голландским часовщиком Массу за предложение (так и не подтвержденное на практике) хранить часы в контейнере, где с помощью лампы поддерживается постоянная температура [24]. Сумма, оставленная Руйе, оказалась недостаточной для ежегодной выплаты призов, поэтому в последующие 17 лет единственный приз в 2 тыс. ливров предлагался не чаще, чем раз в два года. Второй приз в размере 2 тыс. ливров был присужден в 1725 г. швейцарскому математику Даниилу Бернулли за ответ на вопрос, как лучше поддерживать равномерность хода механизма на море: при помощи клепсидр (водяных часов) или песочных часов. В дальнейшем призы присуждались за разработку вопросов, связанных с компасами, движением Луны, измерением высоты, выбором наилучшей высоты мачт, а также за работы, связанные с морскими хранителями времени [25].

Прежде чем вновь вернуться к проблеме определения долготы, остановимся на вопросах усовершенствования инструментов для измерения углов, так как метод лунных расстояний (см. приложение I), применявшийся для определения долготы в море, требовал от штурмана умения точно измерять как угол между Луной и Солнцем или звездой, так и высоту обоих небесных тел над горизонтом. В 1514 г. Вернер предложил использовать для этой цели поперечный жезл. Однако довольно скоро астрономы убедились в том, что этот инструмент не обеспечивает необходимую точность. Если лунное расстояние будет измерено с точностью до половины градуса (этого с поперечным жезлом, вероятно, достигнуть невозможно), то мы получим неопределенность при определении гринвичского времени в один час, или 15° по долготе. В действительности же необходимо было определять долготу с точностью выше чем Г, а это требовало от метода лунных расстояний, по крайней мере точности в две угловые минуты.

Первое новое многообещающее предложение было представлено на рассмотрение Королевского общества Лондона Робертом Гуком, заявившим еще в 1666 г., что он готовится «в перспективе... к наблюдению положений и расстояний опорных звезд от Луны по их отражениям». В том же году он пояснил свою мысль чертежами. В 1691 г. Галлей предложил чертежи инструмента, настолько похожего на инструмент Гука, что под давлением Гука он вынужден был письменно отказаться от приоритета в изобретении [26]. Мы не располагаем какими-либо сведениями об испытании в море этих инструментов.

17. Таблица лунных расстояний из 'Морского альманаха и астрономических эфемерид за 1772 г.'. (Национальный морской музей.)

Позднее было предложено еще два прибора, причем один из них не нашел практического применения, а второй стал плодотворно использоваться. В 1729 г. Французская Академия назначила третий приз Руйе за лучшие методы наблюдений высоты Солнца и звезд в море при помощи известных или вновь изобретенных инструментов. Награду в 2 тыс. ливров получил Пьер Буже, профессор гидрогеографии в Круасси, за оборотный жезл, выполненный в виде квадранта, с помощью которого наблюдатель мог видеть одновременно Солнце и горизонт [27]. К сожалению, этот прибор действовал по «теневому принципу», что не позволяло применять его при измерении лунных расстояний. Вторым инструментом был двойной зеркальный квадрант, предшественник современного секстанта, изобретенный в 1731 г. независимо друг от друга двумя людьми, жившими по разные стороны Атлантики. Джон Хэдли (Гадлей) (1682-1744), вице-президент Королевского общества, ранее значительно усовершенствовавший отражательный телескоп, представил конструкции двух инструментов, работа которых основывалась на совершенно новом принципе, а именно на двойном отражении. Луч света от небесного тела попадал в глаз наблюдателя только после того, как он дважды претерпевал отражение - сначала от зеркала, прикрепленного к движущейся градуированной дуге, а затем от зеркала, неподвижного относительно зрительной трубы. Этот прибор позволял наблюдателю видеть одновременно оба небесных тела (для измерения лунного расстояния) или небесное тело и горизонт (для определения высоты) и делал наблюдения на движущемся корабле вполне доступными. В мае 1731 г. Хэдли описал эти инструменты в сообщении Обществу, и 31 августа и 1 сентября 1732 г. они были опробованы на яхте «Чэтхем» в устье Темзы. Ошибки в измерении высот и расстояний между двумя звездами с помощью одного из названных инструментов не превышали двух угловых минут; такой же результат был получен и при определении лунных расстояний [28].

Тогда же, в 1732 г., Эдмунд Галлей передал Королевскому обществу письмо Джеймса Логана, председателя суда штата Пенсильвания, убедительно свидетельствующее о том, что Томас Годфри (1704-1749), оптик и астроном-самоучка из Филадельфии, сконструировал двойной отражательный инструмент, пригодный для измерения лунных расстояний, который действовал по существу таким же образом, как и один из инструментов Хэдли. Когда Бенджамин Франклин вместе с Хью Мередитом начал свою деятельность в Филадельфии, часть своего дома он отдал в аренду Годфри. Годфри стал одним из членов-учредителей клуба «Кожаный фартук», соперничающего с клубом, основанным Франклином, предметами интересов которого были мораль, политика и натурфилософия. Франклин, хотя и называл Годфри «великим математиком», про себя считал его тупицей и неприятным напарником [29]. Годфри вычислил эфемериды для составленного и изданного Франклином альманаха, он же помогал Логану производить астрономические наблюдения [30]. Инструмент Годфри был испытан на военном корабле «Трюмэн» во время плавания на Ямайку и Ньюфаундленд в 1730-1731 гг.; испытания показали его высокие качества. После этого Годфри показал чертеж своего инструмента Логану и попросил - в надежде получить «долготный приз» - передать его соответствующей авторитетной комиссии. К несчастью, Логан не предпринял никаких действий, пока не увидел в «Философикэл Транзэкшенз» описание аналогичного инструмента, изобретенного Хэдли. Королевское общество в мае 1733 г. рассмотрело заявления обеих сторон и пришло к выводу, что Годфри и Хэдли пришли к своим изобретениям независимо и почти одновременно.

18. Измерение лунного расстояния из книги Дэнкина 'Полуночное небо' (2-е изд., Лондон, 1879, с. 256). (Национальный морской музей.)