Георгий Гамов - Мистер Томпкинс внутри самого себя

— А как определить широту и долготу? — спросил мистер Томпкинс.

— Это мы знаем довольно давно, — ответил зоолог. —Древнегреческие картографы и астрономы из Александрии умели легко и просто измерять широту: для этого вам необходимо лишь измерить высоту полярной звезды над горизонтом. На северном полюсе она находится в зените, на экваторе — на горизонте, попутно замечу, что, занимаясь измерением широты, александрийские ученые сумели с большой точностью измерить величину земного шара. В 230 г. до н. э. греческий астроном Эратосфен заметил, что разница широт между Александрией и лежащей почти точно на юг от нее Сиеной (ныне Асуаном) составляет 7°12" (семь градусов двенадцать угловых минут). Измеряя широты, Эратосфен находил высоту не полярной звезды, а Солнца. Так как 7°12" составляют У50 окружности Земли C60°), а расстояние между Александрией и Сиеной было известно в стадиях (древних единицах длины), Эратосфен легко вычислил диаметр Земли с очень небольшой погрешностью (менее 1 % от современного значения). Если бы Колумб пользовался значением, полученным Эратосфеном, а не гораздо меньшим значением, бывшем в ходу в XV веке, то понял бы, что достиг не берегов Китая, а открыл новый континент.

А как измерить положение в направлении восток-запад, называемое долготой? Гиппарх (ок. 130 г. до н. э.) предложил для этого метод, суть которого вы легко поймете, если воспользуетесь современной терминологией. Один часовой пояс отличается от другого на 1 час, или на 1/24 суток. Поэтому, если в одном месте наступил полдень, а в другом — только 11 часов утра, то вы знаете, что эти места отстоят друг от друга на 360/24 градусов, или на 15 градусов по долготе. Гиппарх это знал, но поскольку в древности не было передаваемых по радио сигналов точного времени, сравнивать время в различных точках земного шара было затруднительно. Гиппарх предложил использовать в качестве такого сигнала момент наступления солнечного затмения: хотя солнечное затмение в различных местах наступает не совсем одновременно, все же расхождение во времени достаточно мало. Принципиально предложенный Гиппархом метод был хорош, но практически трудно осуществим. После путешествий Колумба и Васко да Гамы началась эпоха дальних океанских плаваний и потребность в определении долготы на корабле в открытом море, вдали от берегов, стала острой. Поскольку к тому времени был изобретен телескоп, предпринимались попытки воспользоваться методом Гиппарха, применив его к наблюдению затмений лун Юпитера, видимых практически из всех точек земной поверхности, обращенных к Юпитеру. Поскольку моменты наступления лунных затмений могут быть вычислены заранее, теоретически их можно использовать как почти идеальнее часы. На суше такой метод определения долгот оказался весьма удобен, но беда была в том, что засечь момент наступления лунного затмения с палубы испытывающего сильную бортовую и килевую качку корабля оказалось слишком трудно для моряков. Поэтому британское адмиралтейство объявило премию в 20 000 фунтов стерлингов тому, кто сможет сконструировать хронометр, способный показывать точное время в условиях открытого моря.

Вероятно, вы обратили внимание на то, что способ решения проблемы, избранный Адмиралтейством, несколько отличался от принятого ныне. В наше время Адмиралтейство выделило бы грант для исследования и постройки морского хронометра, который получили бы специалисты, способные по своей подготовке и накопленному опыту создать требуемую конструкцию. При таком подходе ученый или инженер получают некоторую проблему и приступают к работе над ней. В прежние времена вознаграждение выплачивалось только после того, как изобретение уже сделано, несмотря на дополнительные трудности, возникавшие при таком способе финансирования новых разработок, Джон Харрисон представил в 1752 году удачную конструкцию морского хронометра.

Так была решена проблема навигации — проблема точного определения времени в условиях открытого моря.

— Но могут ли птицы прокладывать курс, используя такие методы? — усомнился мистер Томпкинс. — Даже мне эти методы представляются слишком сложными.

— Многие ломали себе голову, пытаясь найти ответ на этот вопрос.

Но если исключить использование ориентиров и счисления при дальних перелетах через океан, то нельзя не признать, что для таких странствий необходимо знать направление и географические координаты вашего положения в данный момент и пункта назначения. Мы не можем утверждать, что навигация по звездам лежит за пределами способности птиц, но даже если птицы и пользуются методами астрономической навигации, то они должны обладать часами, точность которых несколько превосходит точность хода большинства биологических часов, а также способностью узнавать некоторые небесные тела. Поскольку многие птицы совершают миграционные перелеты по ночам, они, по-видимому, умеют различать созвездия. Орнитологи (биологи, которые занимаются изучением птиц) предприняли предварительные попытки, чтобы выяснить, так ли это. Несколько славок, собравшихся было лететь на юг, отловили и поместили в планетарий. Дело было в Германии, и на купол планетария экспериментаторы сначала спроецировали такую картину звездного неба, которая соответствовала времени года, стоявшего в Германии. Нужно ли говорить, что птицы вспорхнули и попытались было лететь на юг. Затем на купол планетария спроецировали такую картину звездного неба, которую наблюдают жители Семипалатинска, расположенного далеко на востоке от Германии. По-видимому, птицы поняли, что отклонились слишком далеко на восток, поскольку они попытались лететь не на юг, а на запад. Вряд ли нужно говорить о том, что из Семипалатинска видны такие же звезды, как и из Германии, но расположены они не там, где в этот же час наблюдаются из Германии.

Если проведенный эксперимент действительно допускает ту интерпретацию, которую он допускает по мнению экспериментаторов, то птицы обладают и очень точными биологическими часами, и значительными познаниями в астрономии и поэтому способны к астрономической навигации.

— Значит, мы не располагаем точными сведениями относительно того, как перелетные птицы прокладывают свои маршруты, —резюмировал мистер Томпкинс.

— Вы совершенно правы, — подтвердил зоолог, — хотя интенсивные исследования проводятся; как вам известно, пингвин — бескрылая птица, она обитает на пустынном побережье Антарктиды и питается рыбой. Пингвины — удивительные навигаторы. Они совершают переходы на тысячи миль по побережью и умеют находить дорогу к дому, к своим гнездовьям, так же, как почтовые голуби. А поскольку пингвины не могут летать, а только ходят или плавают, их можно завезти вглубь шестого континента, на ледяную шапку, по следам проследить, как они будут добираться в родные места.