Текст книги "Часы, по которым мы живем. От солнечных часов до лунного календаря"

Автор книги: Айзек Азимов

сообщить о нарушении

Текущая страница: 2 (всего у книги 10 страниц)

УРАВНИВАНИЕ ЧАСА

Различные хронометрические изобретения от горящих свечей до механических часов вносили важные изменения в понятие часа как интервала времени. Как я уже говорил, тень солнечных часов движется в разные дин с разной скоростью, поэтому часы могут быть длиннее или короче в зависимости от времен ни года, (Часы, длина которых может меняться в зависимости от времени года, называют временные часы. Свечи горят почти равномерно в любой день года (возможно, чуть быстрее в теплые дни). Песок, водяные гири, маятники и пружины также движутся равномерно в любой день года.

Поэтому возникает представление о равных часах независимо от Солнца. Появление механических часов явилось последним штрихом, хотя еще в 1600 году были предприняты попытки приспособить часы для регистрации неравных по продолжительности часов: продолжительность часа прекращала меняться в зависимости от времени года. Эго означает, что в году есть период, когда светлое время суток длится менее 12 часов, и период, когда оно длится дольше, То же самое относится и к ночи. Но как насчет дня и ночи вместе?

Даже первобытный человек уже замечал; когда дни были короче, ночи становились длиннее, и наоборот. Но суммарная продолжительность дня и ночи никогда не менялась ни составляла 24 часа. Таким образом, 24-часовой период стал более важным» чем день или ночь в отдельности.

Хотя понятие о 24-часовом временном периоде известно, как минимум, уже два тысячелетия, старые привычки умирают с трудом. Этот 24-часовой период все еще является 4 новомодными, и в английском языке его называют «день», заимствовав название у светлого времени суток. Если мы говорим «день», то имеем в виду время от восхода Солнца до заката или время от восхода Солнца до следующего восхода? Например, мы говорим о 21 июня как о «самом длинном дне года». Он, конечно, не длиннее любого другого дня, так как его продолжительность составляет 24 часа, как и всех других дней. Но здесь мы имеем в виду лишь часы светлого времени суток, изначальное понимание «дня». Его иногда называют более древним названием – сутки, чтобы отличать от современного 24-часового значения.

Более того, наши часы все еще делят на 12 часов, а не 24. Если мы говорим «3 часа», мы не знаем точно, относится ли это к светлому времени суток или ночи.

Вооруженные силы Соединенных Штатов пытались избавиться от этой неопределенности, считая часы до 24; «3 часа» – «3 ночи», «15 часов» – «3 дня». Но гражданское население все еще не приняло это «новомодное» отношение, которому лишь два тысячелетия.

ДЕЛЕНИЕ ЧАСА

Установив понятие о равных часах, стали думать о делении часов для удобства на более короткие равные интервалы. Когда стали использовать маятниковые часы, хронометраж стал достаточно точным, чтобы произвести это усовершенствование.

Изменили конструкцию зубчатых колес и прикрепили к циферблату новую стрелку, которая совершала полный кругооборот по циферблату за время, которое требовалось старой стрелке, чтобы передвинуться на 1 час. Каждый раз, когда новая стрелка передвигалась на час, проходила ¹/₁₂ часа.

Расстояние между делениями часов было разделено на пять равных частей. Каждый раз, когда новая стрелка передвигалась на одно из маленьких делений, проходила ¹/₆₀ часа. Эти маленькие интервалы в ¹/₆₀ часа называют минутами (от латинского слова, которое означает «маленький»).

Раньше часы были разделены на половины и четверти; мы до сих нор говорим «половина седьмого» и «без четверти семь». Когда определили минуты, мы стали говорить о «5 минутах седьмого» или «без 13 минут семь», хотя проще сказать 6:05 или 6:47. Символ 6:00 является точным обозначением 6 часов. (Вооруженные силы используют такие символы, как 1522 – для 22 минут четвертого дня, даже не ставя двоеточие.)

Наконец, добавили еще одну стрелку, которая совершала полный кругооборот но циферблату за минуту. Каждый раз, когда она передвигалась на одно из 60 маленьких делений на циферблате, проходила ¹/₆₀ минуты. Эту новую маленькую единицу времени называют секундой (так как это второе деление часа, деление предыдущего деления).

Таким образом, три указателя или стрелки современных часов называют часовой стрелкой, минутной стрелкой и секундной стрелкой. Часовая стрелка – «маленькая стрелка», так как за час она передвигается лишь на одно деление на циферблате, Минутная стрелка – «большая стрелкам, так как она проходит весь путь по маленьким делениям, чтобы мы смогли определить точную минуту. Вторая стрелка находится на отдельном маленьком циферблате, или ее часто окрашивают в красный цвет, чтобы даже при быстром взгляде на часы можно было определить секунды.

Вам может быть интересно: есть ли какая-то причина, по которой час разделен на 60 единиц. Почему 8 минуте 60 секунд, а в часе 60 минут? Почему не 10 или 100?

Использование числа 60 уходит своими корнями к вавилонянам, которые использовали его в огромных циферблатах потому, что оно делится на равные части множеством способов, Я уже упоминал об использовании ими числа 12, которое без остатка делится на 2, 3, 4 и 6. Но 12 нельзя разделить на 5. Самое меньшее число, которое делится на 2, 3, 4, 6 и еще 5 – это 60. (Кроме того, 60 можно также разделить на 10, 12, 15, 20 и 30.)

Шестидесятеричная система разбивается на единицы времени, которые меньше секунды. Немногие люди даже в наши дни заинтересованы во временных интервалах меньших секунды, если они не показывают время скачек. Тем не менее ученые вынуждены принимать во внимание иногда мельчайшие доли секунды.

Ученые привыкли работать с метрической системой, в которой все единицы разделены и подразделены на 10. Так они делят и секунду: тысячную долю секунды называют миллисекундой, миллионную долю секунды – микросекундой. (Приставки «милли-» и «микро-» используют в метрической системе, чтобы показать тысячную и миллионную долю любой единицы.)

Глава 2.
ДЕЛЕНИЕ НЕБА И ЗЕМЛИ

НАЧАЛО С СЕРЕДИНЫ

Когда начали использовать 24-часовой день, возник волрос: когда начать и закончить день. День начинается с восходом Солнца, а ночь – с закатом. Первой тенденцией, естественно, было начинать 24-часовой день с восхода Солнца или с заката.

Египтяне начинали комбинацию дня и ночи с восхода Солнца, а иудеи – с заката. Даже сегодня еврейские праздники Рош-а-Шан (Новый год) и Йом Кинпур (День искупления грехов) начинаются с восхода Солнца и заканчиваются на закате. Период, наступающий после заката Солнца, с которого начинается праздник, называют «Ерев Рош-а-Шан» или «Ерев Йом Киппур». Слово «ерев» означает «вечер», поэтому «Ерев Йом Кигтур» означает «вечер Йом Киппур.

Эту привычку перенесли и на христианские праздники, когда мы говорим о «кануне Рождества» и «кануне Нового года».

Начало дня с восхода Солнца или заката имеет определенные недостатки. Во-первых, восход Солнца и закат наступают в разное время в разные времена года. В начале зимы в Нью-Йорке восход Солнца наступает намного позже, чем в начале лета. Когда мы просыпаемся в декабре, на улице все еще темно, и темнеет уже до наступления ужина. А когда просыпаемся в июле, Солнце находится в небе уже несколько часов и остается там еще долго после ужина.

В течение всей зимы и весны Солнце всходит все раньше и заходит все позже: время от одного восхода до другого составляет чуть более 24 часов. Летом и осенью все происходит наоборот, и время от одного восхода Солнца до следующего восхода (или от заката до заката) составляет менее 24 часов.

Все эти изменения не столь важны для сельского хозяйства, где работа всегда должна проводиться в соответствии с «работой» Солнца. Но городам с искусственной жизнью требовалось что-то более постоянное».

«Чем-то более постоянным» является время, когда Солнце находится прямо над головой. Если ориентироваться по клепсидре, между периодами времени, когда Солнце оказывается над головой независимо от времени года, почти всегда проходит 24 часа. Если Солнце поднималось раньше, оно позже садилось (или наоборот), поэтому оказывалось на середине своего путешествия почти в одно и то же время.

Впоследствии оказалось более практичным начинать отсчет от полудня, это было сделано во времена римлян.. Спустя час после полудня наступал 1 час, спустя 2 часа – 2 часа к так далее. Когда истекали 12 часов, наступала полночь. Затем все начиналось снова. Спустя час после полуночи снова наступал 1 час, и это продолжалось до полудня, 12 часов.

Латинское слово для «полудня» – «меридиан». Поэтому о времени в полдень говорят как о «12-м меридиане», что обозначается аббревиатурой «12 м». Часы после полудня от 1 до 12 называют «пост меридианом» (латинское название для времени суток «после полудня»). Это обозначают аббревиатурой «p.m.». Часы до полудня от 1 до 12 соответственно называют «анте меридиан» (латинское название для времени суток «до полудня»). Это обозначают аббревиатурой «a.m.».

Таким образом, мы можем различать 3 часа светлого времени суток и 3 часа темного времени суток. Первое обозначают как 3 р.м., а второе – 3 а.м.

День продолжительностью в 24 часа может начаться в 12 м, (полдень) либо в 12 р.м. (полночь). Если начинать день в полдень, как было в Древнем Египте, рабочий день прервался бы на половине. Дело, законченное в часы а.м., датировалось бы, например, 5 марта, а дело, законченное в часы р.м., датировалось бы 6 марта. Не было бы конца путанице.

Поэтому кажется логичным. Начинать день в полночь, когда все (или почти все) безмятежно спят и ни о чем не думают. Вы просыпаетесь в новом дне и живете в этом дне до наступления времени сна.

Астрономы, которые работают ночью (и спят, вероятно, днем), считали удобным по тем же причинам начинать день в полдень. Это так называемое астрономическое время, которое на полдня отстает от обычного времени. Таким образом, 5 июня 3 а.м. по обычному времени представляют 15 часов по астрономическому времени. Но после 1925 года астрономы перешли на полночное начало и сейчас живут в ногу с остальным миром.

ДЕЛЕНИЕ НЕБА

Сейчас в хронометрии важно учитывать момент, когда Солнце находится прямо над головой (или в зените). Вавилоняне пытались точно определить местоположение небесных тел в небе, и, чтобы помочь себе в этом, они разделили небо воображаемыми линиями, идущими с севера на юг. Весь свод неба разделили 360 такими линиями, находящимися на одинаковом расстоянии одна от другой. (Почему 360? Я расскажу об этом дальше.)

^{Деление круга}

Разделившие небо линии похожи на ряд спускающихся вниз ступенек, тянущихся от зенита к горизонту. Эти 360 делений неба называют латинским словом градусы,> что значит «ступеньки вниз». Со времени вавилонян привыкли делить все круги и сферы на 360 градусов.

Другие типы делений можно также назвать градусами: например, градусы температуры на термометре. Делящие круг или сферу градусы отличаются от других типов градусов тем, что их называют угловыми градусами («угол» это часть кривизны круга).

Расстояние, равное половине любого круга или сферы, например от горизонта до горизонта вдоль огромной небесной сферы, составляет 180 градусов. Расстояние от горизонта до зенита составляет половину, то есть 90 градусов.

Каждый градус разделен на 60 угловых минут («угловая» отличается от временной минуты), и каждая минута делится на 60 угловых секунд. Здесь снова находим подтверждение использования вавилонянами шестидесятеричной системы.

Сначала считали, что Солнце находится в зените (полдень), когда тень на солнечных часах была самой короткой. Это был не совсем точный способ определения. В 1731 году англичанин Джон Хадли изобрел прибор, способный более точно определить местонахождение Солнца. Сейчас его называют секстантом, он может измерять шестую часть круга (слово «секстант» произошло от латинского слова, означающего «шесть») и разделен на 120 делений, каждое из которых является половиной градуса.

Секстант оснащен двумя зеркалами, одно из которых используют для наблюдения за горизонтом. (Он работает лучше на море, где нет холмов, деревьев или домов, закрывающих горизонт.) Второе зеркало используют для наблюдения за Солнцем. Угол между двумя зеркалами, когда совмещают светило и линию горизонта, является половиной угла, на который Солнце поднимается над горизонтом. (Почему половину? Это следует из оптических законов отражения света.)

Если секстант показывает, что Солнце находится в точке 90 градусов над горизонтом – это полдень.

Воображаемая северо-южная линия, которая проходит через зенит неба, находится в 90 градусах от горизонта и может определяться но полуденному Солнцу. Эту линию называют меридианом. Сравнивая часы с результатами измерений секстанта, человек может определить время, когда Солнце «пересекает меридиан». Часы можно отрегулировать, если они спешат или отстают.

Но современные временные интервалы стали так точны, что вместо этого мы урегулируем» Солнце, По причинам, о которых я расскажу позже, время между двумя последовательными зенитами не равно 24 часам. Солнце может отставать или спешить, проходя зенит на 15 минут раньше, в 11:45 а.м., или позже, в 12:15 р.м.

Значит ли это, что вращение Земли неравномерное?

Чтобы понять это, мы должны помнить, что Солнце не единственный объект, который поднимается, пересекает меридиан и садится. Другие небесные тела тоже делают это.

Предположим, вместо Солнца вы каждую ночь наблюдаете за какой-то звездой и отмечаете время, когда она пересекает меридиан. Вы увидите, что последовательные пересечения происходят с равными интервалами.

Звезда, в отличие от Солнца, движется равномерно.

Время между двумя последовательными пересечениями меридиана звездой называют звездными сутками₊ Исходя из того факта, что звездный день стабилен, мы можем заключить, что Земля вращается равномерно. Странное поведение Солнца объясняется не какой-либо неравномерностью в ращения Земли, а другими ее движениями, о которых я еще расскажу.

Время между двумя последовательными пересечениями меридиана Солнцем называют солнечными сутками. Поскольку солнечный день изо дня в день немного меняется, что обусловлено более ранним восходом Солнца или его «опозданием», обычно используют среднее значение продолжительности солнечного дня за весь год. Это называют средними солнечными сутками (в этом смысле слово «средние» означает «усредненные») или календарными сутками.

Поэтому среднее Солнце – воображаемое Солнце, которое вращается вокруг Земли так равномерно, как звезда. Полдень наступает, когда среднее Солнце, а не настоящее, пересекает меридиан.

Время, основанное на среднем Солнце, называют средним временем. Время, основанное на настоящем Солнце, – истинным временем. Таким образом, в каждом дне есть средний полдень, когда среднее Солнце пересекает меридиан, и истинный полдень, когда это совершает настоящее Солнце, Эти два полудня могут отличаться на 15 минут, но четыре раза в год они совпадают, Разницу между средним и истинным полуднем, так как она меняется изо дня в день, называют уравнением времени.

Вы можете подумать, что средний солнечный день с уравненными отклонениями движения Солнца равен по продолжительности звездным суткам, но это не так. Продолжительность среднего солнечного дня составляет ровно 24 часа с точностью до секунды. Звездные сутки, как показывают современные измерения времени, почти на 4 минуты короче. Чтобы быть точным, они составляют 23 часа 56 минут 4,09 секунды.

Позже я вернусь к этой разнице между звездными сутками и средним солнечным днем, поскольку это важно.

ДЕЛЕНИЕ ЗЕМЛИ

Многие древние греческие философы считали, что Земля круглая. Некоторые карты мира, которые они рисовали, были разделены северо-южными линиями, похожими на те, которые рисовали вавилоняне на небесном своде.

Для жителя Афин северо-южная линия на небе, проходившая через зенит, находилась на поверхности Земли прямо над северо-южной линией, которая проходила через Афины.

Для жителя Рима это была линия через Рим, Все северо-южные линии, изображенные на карте Земли, называют меридианами. Древние предпочитали говорить о «меридиане Афин», «меридиане Рима» и так далее. Но путешественникам, особенно тем, которые плыли морем, не видя обычных наземных ориентиров, необходимо было что-то систематическое.

Поэтому было вполне естественным разделить сферу Земли на 360 меридианов, каждый из которых составляет 1 градус (но вавилонской системе). Затем каждый градус разделили на 60 минут и каждую минуту на 60 секунд.

Если посмотрите на глобус, то увидите меридианы с севера на юг, сходящиеся на Северном и Южном полюсах. Обозначен не каждый градус во избежание излишнего нагромождения. Их обычно указывают через 10 градусов. Заметьте, что они «делят» Землю на части, напоминающие дольки мандарина.

Возникает вопрос: где точно провести меридиан? Их, конечно, можно провести в любом месте. Греческий географ мог начать проводить меридиан через Афины, а затем вести их на восток и запад. Римский географ мог начать с меридиана Рима. Американский географ – с меридиана Таймс-сквер в Нью-Йорке.

Недопустимо, чтобы люди беспокоились лишь о маленьких районах около их собственных главных городов. Недопустима ситуация, чтобы в море корабли многих наций пытались следить только за своим точным местонахождением. Если один корабль использует итальянскую систему с началом в Риме. а другой – американскую с началом в Нью-Йорке, то не будет конца путанице. Один корабль, сообщивший свое местонахождение другому в ожидании спасения, будет ждать, пока его спаситель вычислит местонахождение копавшего в беду но своей собственной системе.

Ко времени, когда путешествие по океану стало обычным делом, приняли единую систему, которой пользовался весь мир. Это было неизбежно.

Такая система была принята на вашингтонской конференции по вопросу меридианов, состоявшейся в 1884 году, В то время Великобритания была самой могущественной нацией в мире и имела самый большой военно-морской и торговый флоты. Среди всех наций она была более всего заинтересована в упорядочении мореплавания, поэтому приняли ее стандарты. Британцы считали свои меридианы из астрономической станции в Гринвиче (район Лондона), и Гринвичский меридиан называют нулевым меридианом.

Меридианы измеряют восточно-западное расположение точек на поверхности Земли, Восточно-западное расположение называют долготой, так как меридианы» которые тянутся с севера на юг, пересекают карты вдоль. (На картах обычно север изображают сверху, а юг – внизу.)

Таким образом, нулевой меридиан обозначают 0 градусов долготы. (Слово «градусы» обозначают маленьким нулем сверху справа от числа, поэтому пулевой меридиан обозначают как 0º долготы.)

Градусы можно отмечать с запада или востока, отсчитывая до 360. Но стало привычным отсчитывать их сразу в обоих направлениях, Меридианы к западу от Лондона (по направлению к Америке) обозначают западную долготу, а меридианы к востоку от Лондона (по направлению к Азии) обозначают восточную долготу.

^{Меридианы}

Таким образом, может быть 75° западной долготы (которые проходят через штат Нью-Йорк) и 75º восточной долготы (которые проходят через Индию). Все точки на 75º западной долготы имеют координату 75 градусов к западу от Гринвича; все точки на 75º восточной долготы – 75 градусов к востоку.

Две группы меридианов уходят к востоку и западу, пока, наконец, не встретятся в меридиане, находящемся точно напротив нулевого меридиана. Этот последний меридиан отмечает 180°, причем, как и 0º, не имеет ни восточной, ни западной долготы.

Меридиан 180º проходит через край Восточной Сибири и затем вниз вдоль Тихого океана, едва касаясь суши. Это, как мы скоро увидим, хорошо.

Польза меридиана, что касается хронометрии, следующая: время суток на поверхности Земли меняется от точки к точке, и меридианы помогают Нам не извратить истицу, Но об этом в следующей главе.

Глава 3.
ПУТЕШЕСТВИЕ ВО ВРЕМЕНИ ВОКРУГ ЗЕМЛИ

МЕСТНОЕ ВРЕМЯ

Если мысленно представить себе Землю в виде глобуса, на который светит Солнце, то увидим, что в разных точках Земли время суток разное. Во-первых, направленная к Солнцу половина Земли освещена – там день. Противоположная половина находится в тени – там ночь. Там, где встречаются свет и тень, – восход Солнца и рассвет; в противоположном месте – закат и сумерки.

Более того, если посмотрите на освещенную Солнцем часть Земли, то увидите, что Солнце находится непосредственно над нулевым меридианом. Поэтому в Лондоне полдень (ив любой другой точке вдоль ну левого меридиана).

Но Земля вращается с запада на восток (или, если хотите, Солнце движется с востока на запад; легче предположить, что Солнце движется, – по причинам, указанным в этой главе). Так как Солнце оборачивается вокруг 360º долготы Земли за 24 часа, за один час оно проходит ³⁶⁰/₂₄ или 15º. Поэтому через час после лондонского полудня Солнце будет находиться над линией 15º западной долготы; через 2 часа она будет находиться над линией 30º западной долготы и так далее. Когда в Лондоне полдень, на 15º западной долготы еще час до полудня (или 11 а.м.), а на 30º западной долготы – 2 часа до полудня (или 10 а.м.).

За час до того, как Солнце подойдет к нулевому меридиану, оно находится над 15º восточной долготы, а за два часа – над 30° восточной долготы. Это значит, если в Лондоне поддень, на 15º восточной долготы уже один час после полудня (1 р.м.), а при 30º восточной долготы – два часа после полудня (2 р.м.).

Таким образом, любая точка на Земле имеет свое местное время, отличное от времени на нулевом меридиане (время по Гринвичу). Для этого необходимо знать долготу места, где вы находитесь. Если вы на западе от нулевого меридиана, то отнимите 1 час от времени по Гринвичу для каждых 15º (или 4 минуты для каждого 1°), Если вы на востоке от нулевого меридиана, то прибавьте 1 час к времени по Гринвичу для каждых 15°.

Это верно и в другом случае. Предположим, у вас часы, покалывающие время по Гринвичу, и вам нужно с помощью секстанта определить время, когда Солнце находится непосредствен но над головой («местный полдень»). Для этого понадобится таблица, которая подскажет, как прибавлять или вычитать минуты в определенный день, чтобы заменить истинное Солнце на среднее. Определив время по Гринвичу в местный полдень, вы сможете определить свою долготу. Каждые 4 минуты опережения времени по Гринвичу означают, что вы на 1º западнее Гринвича, а каждые 4 минуты отставания – на 1º восточнее Гринвича.

Чтобы вести хронометрию по Гринвичу на борту качающегося корабля, необходимы точные часы (именно в морском путешествии наиболее важны знания о долготе). После изобретения маятниковых часов Гюйгенс опробовал некоторые их них на борту корабля, но они не работали на таком неустойчивом объекте.

Британское правительство было особенно заинтересовано в вычислении долготы, так как Британия являлась нацией мореплавания. В 1675 году Карл II основал гринвичскую станцию для того, чтобы вести астрономические наблюдения для определения долготы.

Затем в 1714 году британское правительство предложило вознаграждение в 20 тысяч фунтов стерлингов любому, кто изобретет часы, которые смогут работать на борту корабля, (Очень важно знать местонахождение судна во время путешествия по океану.) В 1760 году йоркширский плотник

Джон Гаррисон изобрел корабельный хронометр (от латинского, что значит «система для измерения времени»), который завоевал приз. Для этого ему пришлось построить самые точные часы, когда-либо существовавшие на земле, и закрепить их на карданном подвесе, чтобы они оставались устойчивыми независимо от движения корабля. (Сейчас хронометры уже совсем не нужны: рация принимает сигналы поясного времени, которые более точны, чем хронометр на корабле.)