Айзек Азимов - О времени, пространстве и других вещах. От египетских календарей до квантовой физики

Хорошо, если вы имеете дело с небольшим участком земной поверхности, с которым хорошо знакомы вы и ваши друзья. Когда же площадь этого участка многократно увеличивается, возникает необходимость найти методы указания направления вне зависимости от местного рельефа, являющиеся одинаковыми для любого места на Земле.

Очевидным является использование направления восходящею и заходящего Солнца (эти направления день ото дня изменяются, но всегда можно взять среднее значение за определенный промежуток года). Это противоположные направления, которые мы называем восток и за пад. Другая пара противоположных направлений располагается перпендикулярно названным, они называются север и юг.

Если в каком-то месте определены север, юг, запад и восток (это могло быть сделано довольно точно даже в доисторические времена, достаточно было внимательно наблюдать за движением Солнца), в принципе ничто не мешает определить более точные направления. Мы можем установить направление на северо-восток, северо-северо-восток и т. д.

Имея компас, вы можете пройти определенное расстояние и попасть туда, куда вам нужно. Более того, при желании вы можете составить карту поверхности Земли. Для этого вы начинаете движение в определенной точке, проходите известное расстояние в выбранном направлении в другую точку и наносите ее (в масштабе) на карту. Затем вы повторяете то же самое с третьей точкой, четвертой, пятой и т. д. Таким образом, вся поверхность планеты может быть нанесена на глобус с доступной вам степенью точности.

Тот факт, что такая операция может быть выполнена в принципе, является слабым утешением, поскольку для этого потребуется миллион людей и не меньше лет. Кстати, компас стал известен на Западе только в XIII веке; греческие географы, желавшие составить карту земной поверхности, пользовались другими приборами.

Можно зафиксировать положение Солнца в полдень, то есть точно на полпути между восходом и заходом. В любой день на Земле найдутся точки, в которых Солнце будет находиться в полдень прямо над головой. Древние греки знали, что это явление наблюдается на юге Египта в конце июня. Однако в Европе таких точек нет, Солнце всегда располагается немного сбоку.

Это легко объясняется, если учесть, что Земля имеет форму сферы. Тогда без всякого труда можно установить, что все точки на Земле, в которых Солнце в полдень находится на одинаковом расстоянии от своего высшего положения, располагаются на одной линии, проведенной в направлении восток запад. Такую линию можно нанести на карту и использовать для определения других точек. Первым это сделал ученик Аристотеля Дикарх, живший в 300 году до н. э.

Такая линия называется широтой. Если, как это принято, поместить север вверху географической карты, линии широты будут располагаться по ее ширине.

Таким образом можно определить положение некоторого числа линий широты. Все они иду?! в направлении восток запад и огибают земную сферу на определенном расстоянии друг от друга, являясь параллельными. Поэтому их еще называют параллелями.

Чем ближе параллели к полюсам, тем меньший круг они описывают. (Если у вас есть глобус, убедитесь в этом.) Самая длинная параллель расположена на равном расстоянии от полюсов, она описывает круг самого большого диаметра. Поскольку она разделяет Землю па две одинаковые половины, северную и южную, се называют экватором (от латинского слова aequator равный).

Если бы Землю разрезали но экватору, сечение прошло бы через центр Земли. Значит, экватор «большой круг». Каждая сфера имеет бесконечное количество больших кругов, по из них экватор — единственная параллель.

Способ измерения параллелей и градусах привился довольно быстро. Окружность сферы обычно разбивают на 360 градусов. Путешествуя от экватора к Северному полюсу, вы покрываете четверть окружности Земли, то есть 90 градусов. Поэтому, если считать экватор 0-й параллелью, через полюс проходит параллель 90°. Иными словами, параллели изменяются от 0° па экваторе до 90° на Северном полюсе.

Если вы продолжите путешествие вокруг Земли, пройдете Северный полюс и снова направитесь к экватору, то пересечете те же параллели, но в обратном порядке — от 90° до 0°. При этом вы окажетесь в точке, диаметрально противоположной той, где вы начали свой путь. Пройдя экватор, вы пересечете второй «комплект» параллелей, огибающих Южное полушарие глобуса, двигаясь сначала от 0° до 90° на Южном полюсе, а затем снова к 0°. И придете к той точке на экваторе, откуда вышли.

Чтобы различать координаты от 0° до 90° к Северному полюсу и аналогичные — к Южному полюсу, введены понятия северной широты и южной широты. Например, Филадельфия и Пенсильвания располагаются на 40-м градусе северной широты, а Чили — на 40-м градусе южной широты.

Однако параллели не могут определить точку на земной поверхности. Когда мы говорим, что Кито в Эквадоре располагается на экваторе, мы только утверждаем, что он находится на окружности, имеющей длину 25 000 миль.

Для более точного определения нам необходим набор линий на карте, следующих в направлении север — юг. На обычных картах они идут сверху вниз и называются линиями долготы.

Если в определенной точке земной поверхности полдень, такое же время во всех точках, расположенных на проходящей через нее линии север — юг. Это легко показать, если представить Землю вращающейся сферой. Поэтому линия, проведенная в направлении север — юг, еще называется меридианом (от латинского слова meridianus — полуденный).

Каждый меридиан тянется на север и юг, достигая Северного и Южного полюсов. Все меридианы сходятся в полюсах, а наибольшее расстояние между ними — на экваторе. Это очень похоже на линии, ограничивающие дольки мандарина. Если представить, что Земля разрезана на две части вдоль линии любого меридиана, сечение обязательно пройдет через центр Земли; следовательно, все меридианы являются большими кругами и каждый имеет длину около 25 000 миль.

К 200 году до н. э. на карты, составленные греками, уже были нанесены параллели и меридианы. Однако нанести линии координатной сетки точно было весьма непросто. Впрочем, с широтой все было нормально. Для ее определения: следовало только измерить среднюю высоту полуденного солнца или (что даже предпочтительнее) Северной звезды. Такие измерения во времена древних греков не могли быть проведены, так точно, как в наши дни, но обладали достаточной точностью, чтобы получить приемлемый результат.

С долготой дела обстояли иначе. Для ее определения следовало знать время дня. Необходимо было иметь возможность сравнить время, когда Солнце или другая звезда (Солнце — это звезда) находится в высшей точке над местным меридианом, с тем, когда оно так располагается над другим меридианом. Если звезда проходит над меридианом Афин в Греции в определенное время, а над меридианом Мессины на Сицилии на 32 минуты позже, то Мессина расположена на 8 градусов долготы западнее Афин. Иными словами, нужны были очень надежные часы, способные производить измерения с точностью до долей минуты в течение длительного времени на значительных расстояниях друг от друга, одновременно учитывая вращение Земли.