Текст книги "Долгота"
Автор книги: Дава Собел
сообщить о нарушении
Текущая страница: 3 (всего у книги 8 страниц)
5.
Симпатический порошок
Наш колледж вопреки сомненьям
Измерит скоро шар земной,
Во благо кораблевожденья
Решит задачу с долготой.
И смело всяк моряк по водам
Корабль направит к антиподам.
Аноним. Баллада о Грешем-колледже(ок. 1660)
Пока учёные мужи спорили, как вычислить долготу, бесчисленные авантюристы и безумцы публиковали собственные прожекты, один фантастичнее другого.
Самый экстравагантный метод был предложен в 1678 году и основывался на так называемом симпатическом порошке. Это шарлатанское снадобье, составленное лихим естествоиспытателем и алхимиком сэром Кенельмом Дигби, якобы исцеляло на расстоянии. Чтобы магия сработала, требовалось всего лишь нанести порошок на какую-нибудь из вещей больного: скажем, если посыпать им бинт, снятый с раны, то она затянется быстрее. Увы, средство было не безболезненное. Сэр Кенельм рассказывал, что заставлял пациентов симпатически подпрыгивать, посыпая своим лекарством оружие, которым нанесена рана (такой способ лечения был самым действенным), или опуская повязку с неё в слабый раствор целебного порошка.
Отсюда, вполне естественно для подготовленного ума, вытекала остроумная идея использовать состав Дигби для нахождения долготы. Захватите с собой в плавание раненую собаку. Поручите надёжному человеку ежедневно в полдень смачивать повязку с её раны раствором симпатического порошка. Собака взвизгнет от боли, что будет означать: солнце сейчас над лондонским меридианом. Капитану останется лишь сравнить лондонское время с локальным временем корабля и вычислить долготу. Правда, путешественники должны были уповать, что порошок сможет действовать на расстоянии во многие тысячи лиг, но при этом не исцелит рану за долгие месяцы плавания. (Некоторые историки предполагают, что рану следовало наносить неоднократно.)
Неизвестно, предлагался этот метод всерьёз или в качестве сатиры. По утверждению его автора, мучить собаку не более жестоко, чем ожидать, что моряк пожертвует для нужд навигации собственным глазом. «До изобретения квадранта Дейвиса, – гласил памфлет, – когда по большей части использовали градшток, из двадцати старых шкиперов по меньшей мере девятнадцать были слепы на один глаз из-за того, что каждый день смотрели на Солнце, дабы определить своё местоположение». Эти слова довольно справедливы. Когда в 1595 году английский мореплаватель Джон Дейвис сконструировал свой квадрант, навигаторы хором приветствовали его изобретение. До того применялся градшток, или посох Якова, и высоту Солнца над горизонтом определяли, глядя прямо на светило через закопчённые стёклышки, вставленные в мушки прибора. За несколько лет таких наблюдений можно было полностью загубить зрение, и всё же их требовалось проводить каждый день. И если столько штурманов прошлого ослепли на один глаз, определяя широту, неужто кто-нибудь пожалеет ради определения долготы безродную псину?
Куда более гуманный метод подсказывал компас; он был изобретён в двенадцатом столетии и в семнадцатом веке имелся на каждом корабле. Установленный в кардановом подвесе, чтобы сохранять горизонтальность при качке, и заключённый в нактоуз – ящик, обеспечивающий защиту от дождя и снега, – компас помогал морякам держать курс, когда тучи скрывали Солнце днём или Полярную звезду ночью. Однако многие навигаторы верили, что сочетание ясной погоды и хорошего компаса позволит также определить долготу. Если штурман видит и звёзды, и компас, он может узнать долготу по углу между направлениями на два полюса – истинный и магнитный.
Стрелка компаса указывает на магнитный северный полюс, а вот Полярная звезда висит над истинным – или по крайней мере близко к тому. Когда корабль идёт на запад или на восток по какой-нибудь из параллелей Северного полушария, наблюдатель может проследить, как меняется расхождение истинного и магнитного полюсов. С некоторых меридианов в Атлантическом океане оно видится большим, а вот с некоторых точек в Тихом покажется, будто оба полюса совпадают. (Чтобы увидеть этот феномен на модели, возьмите апельсин с «пупком» и воткните один бутон пресной гвоздики в дюйме от «пупка», а потом медленно вращайте апельсин на уровне глаз.) Можно составить таблицу – и такие таблицы составлялись неоднократно, – связывающую долготу с видимым расхождением между истинным и магнитным севером.
Так называемый метод магнитного склонения имеет одно большое преимущество над всеми астрономическими подходами: для него не надо знать точное время в удалённом месте или предсказанный час некоего небесного события. Нет надобности находить разницу в часах, ничто не надо умножать на пятнадцать. Градусы долготы определяются по относительным позициям магнитного полюса и Полярной звезды. Казалось, этот метод позволит наконец осуществить мечту мореходов и опоясать земной шар линиями долгот, но, увы, он был слишком неточен и ненадёжен. Любой компас даёт некоторую погрешность – порой разную в разных плаваниях. Более того, на результат влияют причуды магнитного поля Земли, которое меняется со временем, как установил Эдмунд Галлей в ходе двухлетней морской экспедиции, посвящённой исследованиям земного магнетизма.
В 1699 году Самуэль Файлер, семидесятилетний настоятель церкви в уилтширской деревне Стоктон, предложил прочертить меридианы на ночном небе. Файлер был убеждён, что он (либо кто-нибудь более сведущий в астрономии) может указать ряды звёзд, встающие на небе в определённое время. Таким образом, должны существовать двадцать четыре звёздных меридиана – по одному на каждый час суток. Коли так, рассуждал настоятель, несложно составить карту и таблицу, указывающие, когда конкретный ряд видим над Канарскими островами, через которые в ту эпоху проводили нулевой меридиан. В локальную полночь моряк видит ряд звёзд у себя над головой. Пусть для примера это будет четвёртый ряд, и пусть в таблице сказано, что над Канарами сейчас стоит первый. Тогда (если он правильно определил локальное время) разница составляет три часа, а значит, его корабль находится в сорока пяти градусах западнее этих островов. Впрочем, даже в ясную погоду метод Файлера требовал больше астрономических данных, чем имелось во всех обсерваториях мира, а рассуждения его были так же извилисты, как путь корабля в море.
Массовая гибель кораблей адмирала Шовелла у островов Силли в самом начале восемнадцатого века вызвала очередной всплеск долготного ажиотажа.
И здесь в гонку вступили ещё два участника, которым в итоге не досталось ничего, кроме насмешек и унижения: друзья-математики Уильям Уистон и Гемфри Диттон. Уистон, автор оригинальной теории Всемирного потопа, к тому времени не только сменил своего наставника, Исаака Ньютона, на посту Лукасовского профессора математики в Кембридже, но и успел лишиться должности из-за неортодоксальных религиозных взглядов. Диттон преподавал математику в лондонской благотворительной Школе Христа. Долгие вечера друзья проводили за приятной беседой и однажды придумали, как разрешить проблему долготы.
Позже в печати они изложили ход своих рассуждений. Мистер Диттон высказал мысль, что сигналом для моряков может служить звук. Если в определённое время в известных точках производить пушечные выстрелы либо другой громкий шум, в океане появятся слышимые ориентиры. Мистер Уистон горячо согласился и рассказал, что во время морского сражения у мыса Бичи-Хед находился в Кембридже, на удалении в девяносто миль, и тем не менее собственными ушами отчётливо слышал канонаду. Более того, он знает от надёжных людей, что во время Голландской войны грохот артиллерии долетал «до середины Англии, на куда большее расстояние».
Соответственно, если разместить в стратегических точках сигнальные корабли, проблема долготы разрешится. В известное время производится выстрел из пушки; всякий капитан в зоне слышимости сможет засечь его по локальному времени корабля, после чего, учтя скорость звука, легко определит своё местонахождение.
Увы, мореходы, с которыми Уистон и Диттон поделились своим планом, их обескуражили: оказывается, звук разносится над морем не настолько надёжно. Тут бы проект и похоронили, не приди Уистону мысль совместить звук и свет. Если сигнальную мортиру зарядить бомбой, которая взлетит на милю в воздух и там взорвётся, моряки смогут засечь время от вспышки до того, как грохот выстрела достигнет корабля – примерно как, отсчитывая секунды от молнии до раската грома, можно узнать, далеко ли гроза.
Уистона, разумеется, тревожило, как далеко будет видна вспышка, поэтому он с особым удовольствием наблюдал фейерверк в честь заключения Утрехтского мира 7 июля 1713 года. Зрелище убедило его, что бомбу, разорвавшуюся на высоте 6440 футов (так он оценивал максимальные возможности тогдашних мортир), удастся разглядеть с расстояния в сто миль. Уистон с Диттоном тут же взялись за статью. Она была опубликована на следующей неделе в «Гардиан» и предлагала такие меры.
Вдоль всех основных торговых путей надо разместить с интервалом 600 миль суда особого типа. Здесь Уистон и Диттон затруднений не предвидели, поскольку недооценили требуемую длину якорных цепей. Они считали, что глубина Атлантического океана не превышает триста морских саженей (650 м), хотя на самом деле она составляет в среднем две тысячи морских саженей, а кое-где океанское дно опускается до отметки 3450 морских саженей.
Там, где глубина не позволит зацепиться якорем за дно, Уистон и Диттон предлагали опускать в нижние слои воды (где, по их мнению, отсутствуют течения) плавучие якоря. Так или иначе, рассуждали они, мелкие затруднения устранятся по ходу дела методом проб и ошибок.
Оставалась задача посложнее: найти широту и долготу каждого плавучего корпуса, ведь сигнал должен был исходить из точки с известными координатами. Их математики планировали определять по спутникам Юпитера либо даже по солнечным или лунным затмениям, благо делать это предстояло нечасто. Годился даже метод лунных расстояний – в любом случае капитаны проходящих кораблей избавлялись от сложных астрономических наблюдений и трудоёмких расчётов.
Итак, штурману требовалось всего лишь дождаться полуночной вспышки, засечь время от неё до грохота выстрела и плыть дальше, зная своё местоположение относительно точки с известными координатами. Если туман не позволит увидеть вспышку, какие-никакие прикидки можно сделать по звуку, тем более что вскоре представится возможность уточнить координаты – ведь впереди ещё такое же сигнальное судно.
Авторы рассчитывали, что ни пираты, ни военные корабли противников не посягнут на плавучие корпуса, более того, что все морские державы возьмут их под своё покровительство. Следует издать законы, по которым «величайшим преступлением будет нанести им ущерб либо подражать их сигналам для забавы или обмана».
Критики тут же заметили, что если преодолеть все явные затруднения (в первую очередь огромную стоимость проекта), останется много других препятствий. В частности, для обслуживания плавучих корпусов потребуются тысячи матросов, а жизнь у бедняг будет хуже, чем у смотрителей маяков: одиночество во власти стихий, угроза голода, вынужденная трезвость...
10 декабря 1713 года предложение Уистона и Дитгона было опубликовано повторно, на сей раз в «Англичанине». В 1714 году оно вышло книгой под названием «Новый метод определения долготы на море и на суше». Несмотря на все очевидные изъяны проекта, Уистон и Диттон всколыхнули общественное мнение. Со своей неукротимой настойчивостью и тягой к общественному признанию два математика сумели объединить лондонских судовладельцев и капитанов. Весной 1714 года они составили петицию за подписями «капитанов кораблей её величества, лондонских купцов и шкиперов торгового флота». Этот документ, брошенный парламенту как перчатка, требовал от правительства приблизить день, когда проблема долготы перестанет быть проблемой, а для этого объявить крупную награду тому, кто найдёт практичный и точный метод её определения.
Купцы и военные моряки настаивали на учреждении комитета, который рассмотрел бы текущее состояние дел и выделил деньги на развитие самых перспективных проектов. А главное – они требовали объявить неслыханную награду за окончательное решение.
6.
Премия
А рубашонка ведьмы той
Не отличалась долготой
И новизною не блистала,
Что, впрочем, Нэнси не смущало.
Роберт Бёрнс. Тэм О'Шантер
Петиция купцов и военных моряков поступила в Вестминстерский дворец 25 мая 1714 года. Комитет собрался уже в июне.
Его членам было приказано действовать быстро, и они обратились к сэру Исааку Ньютону (в ту пору – маститому семидесятидвухлетнему старцу) и его другу Эдмунду Галлею. Галлей за несколько лет до того совершил плавание к острову Святой Елены и составил каталог звёзд Южного неба – которое в этом смысле было тогда непаханым полем. За свой каталог (включавший более трёхсот звёзд) Галлей был избран в Королевское общество. Кроме того, он много путешествовал, составляя карту магнитных склонений, так что о проблеме долготы знал не понаслышке.
Ньютон приготовил письменный доклад, который и зачитал на собрании комитета, после чего, превозмогая «умственную усталость», ответил на вопросы собравшихся. Он подытожил существующие методы нахождения долготы, добавив, что все они верны в теории, но «трудноисполнимы», что, конечно, было большим преуменьшением. Вот, например, как Ньютон описал подход часовщиков: «Один из методов основан на точных часах. Однако по причине движения судна, смены холода и тепла, сырости и влажности, а также разной силы притяжения на разных широтах таковые часы до сих пор не изготовлены». И вряд ли будут изготовлены, подразумевали его слова.
Быть может, Ньютон описал метод перевозки часов первым, чтобы выставить его на посмешище, прежде чем перейти к более многообещающим, хотя и несовершенным пока астрономическим решениям. Он упомянул луны Юпитера, которые прочно утвердились на суше, но на шаткой палубе до сих пор давали шаткие результаты. Напомнил про способы, основанные на исчезновении опорных звёзд за диском нашего собственного спутника, на солнечных и лунных затмениях, и «метод лунных расстояний», в котором требовалось определить видимое расстояние от Луны до Солнца днём, до конкретных звёзд – ночью. (В то самое время, пока Ньютон говорил, Флемстид в Королевской обсерватории дни и ночи корпел над таблицами для этого хвалёного метода.)
Комитет по долготе включил доклад Ньютона в свой официальный рапорт. Документ не отдавал предпочтение одному подходу перед другими, ни даже английскому гению перед изобретательностью других народов. Он лишь призывал поощрять любые решения, из любых областей знания, и щедро вознаградить лицо либо группу лиц любой национальности, сумевших достичь успеха.
Билль о долготе, принятый в правление королевы Анны, 8 июля 1714 года, содержал все эти пункты. Учреждалась первая, вторая и третья премии:
20 тысяч фунтов стерлингов за метод, позволяющий определить долготу с точностью до половины градуса большого круга;
15 тысяч фунтов стерлингов за метод, дающий точность в три четверти градуса;
10 тысяч фунтов за метод с точностью в градус.
На экваторе одному градусу долготы соответствует расстояние в шестьдесят морских миль (шестьдесят восемь сухопутных миль или сто одиннадцать километров), так что погрешность даже в несколько минут даёт заметную ошибку в определении координат судна. Тот факт, что правительство обещало такие большие деньги за «практичный и полезный» метод, допускающий многомильную промашку, ясно показывает, в каком плачевном состоянии пребывала навигация.
Билль учреждал авторитетную коллегию судей, получившую название Комиссия по долготе. Цель у неё была одна: распределять премиальные деньги. В комиссию вошли учёные, флотские офицеры и государственные чиновники. По должности в неё включались: королевский астроном, президент Королевского общества, первый лорд Адмиралтейства, спикер палаты общин, первый лорд Адмиралтейского совета, профессора савилианской, Лукасовской и плюмианской кафедр математики и астрономии в Оксфордском и Кембриджском университетах. (Ньютон был Лукасовским профессором на протяжении тридцати лет; в 1714 году он возглавлял Королевское общество.)
Комиссия, согласно биллю, должна была раздавать поощрительные награды, чтобы помочь нищим изобретателям в воплощении перспективных идей. Такая свобода распоряжаться грантами сделала его первым официальным НИОКР-агентством в мире. (Никто не мог тогда предвидеть, что она просуществует более ста лет. Ко времени своего роспуска в 1828 году комиссия успела распределить более ста тысяч фунтов стерлингов.)
Чтобы проверить действенность метода, его предстояло испытать на каком-нибудь из кораблей её величества, который «пройдёт из Британии до любого порта в Вест-Индии и ни разу не ошибётся при этом в определении долготы больше чем на указанные величины».
«Методов нахождения долготы» и до акта было хоть отбавляй, а после объявления премии они и вовсе хлынули рекой. Комиссию буквально осаждали толпы жуликов и благонамеренных невежд, желавших получить награду. В угаре алчности многие даже не трудились заглянуть в условия конкурса и бомбардировали комиссию прожектами по усовершенствованию корабельных рулей, превращению морской воды в питьевую и созданию особых штормовых парусов, не говоря уже о чертежах вечного двигателя и решениях задачи о квадратуре круга.
На волне шумихи, вызванной биллем, «нахождение долготы» стало синонимом погони за химерой. Долгота служила темой для светских бесед и мишенью для острословов. Не остались в стороне и литераторы; например, в «Путешествиях Гулливера» славный Лэмюэль Гулливер на вопрос, какой образ жизни он бы избрал, если бы волей судьбы родился бессмертным струльдбругом, увлечённо воображает, что увидел бы возвращение известных комет, пересыхание великих рек в ручейки и «метод определения долготы, вечный двигатель и панацею, доведённые до совершенства».
Одно из удовольствий охоты за долготой состояло в том, чтобы высмеять других соискателей награды. Памфлетист, подписавшийся инициалами «Р.Б.», сказал о мистере Уистоне, отце метода «ракет и шутих»: «Если у него и есть мозги, они определённо свихнуты».
Едва ли не самые ехидные слова для конкурентов нашёл мистер Джереми Такер из Беверли. В своей книге он перечислил известные подходы: по выстрелам с сигнальных кораблей, по нагреваемой на огне магнитной стрелке, по движениям Луны, по возвышению Солнца и множество других, сопроводив их издевательскими комментариями. Сам Такер изобрёл новые часы, помещённые в вакуумный колпак, и объявил свой способ наилучшим: «Одним словом, я убеждён, что мой читатель теперь ясно видит: фонометры, пирометры, селенометры, гелиометры и прочие -метры в подмётки не годятся моему хронометру» .
Остроумию мистера Такера мы обязаны самим словом «хронометр». Придуманное в 1714 году ради шутки, оно стало законным названием морского прибора для измерения времени. Впрочем, хронометр Такера не дотягивал до своего наименования. Надо отдать изобретателю должное: он ввёл два существенных новшества. Первым был стеклянный колокол, соединённый с откачивающим насосом: частичный вакуум защищал часы от перепадов влажности и давления. Кроме того, Такер изобрёл вспомогательную пружину, которая поддерживала ход часов во время завода главной. Обе пружины заводились снаружи колокола при помощи специальных стержней. До тех пор пружинные часы при заводе просто останавливались и не отсчитывали время. Такер поместил весь механизм на карданов подвес, как у корабельного компаса, чтобы уберечь его от качки в штормовом море.
Чего часы Такера не могли, так это сохранять постоянный ход при смене температур. Вакуумный колпак немного оберегал от резких тепловых перепадов, однако совершенства ему недоставало, и Такер это отлично знал.
Температура в помещении сильно влияет на ход часов. Металлический стержень маятника удлиняется в жару, сокращается в холод и отсчитывает секунды в разном темпе в зависимости от температуры. Точно так же пружина при нагревании становится более мягкой и слабой, при охлаждении – более твёрдой и тугой. Такер, проверяя свой хронометр, тщательно изучил этот вопрос. К предложению, поданному им в Комиссию по долготе, были приложены результаты испытаний при разных температурах и составленная по ним таблица поправок. Моряку просто надо было сопоставлять время на циферблате с высотой ртутного столбика в термометре. И это делало всю затею неосуществимой: кто-то должен был постоянно наблюдать за хронометром, записывать все колебания температуры и учитывать их при вычислении долготы. Даже в таких идеальных условиях, как признавал сам Такер, его часы давали погрешность до шести секунд в день.
Казалось бы, что такое шесть секунд в сравнении с пятнадцатью минутами ошибки у старых часов? Из-за чего придираться?
Из-за того, что речь шла о деньгах.
Чтобы получить двадцать тысяч фунтов стерлингов, надо было определять долготу с погрешностью в полградуса, а значит, часы не могли отставать или уходить вперёд больше чем на три секунды в сутки. Нетрудно сосчитать: полградуса долготы соответствуют двум минутам времени, значит, это и есть максимально допустимая ошибка за шестинедельное плавание в Вест-Индию. Расхождение всего на три секунды в сутки, умноженное на сорок суток пути, даёт те самые две минуты.
Книга Такера, лучшее из предложений, поступивших в Комиссию по долготе, особых надежд не внушила. Слишком много было ещё не сделано, слишком многое предстояло доработать.
Ньютон терял терпение. Он был убеждён, что вся надежда на звёзды. Метод лунных расстояний, неоднократно предлагавшийся в прошлом, по мере развития астрономии завоёвывал всё больше сторонников. Одно из препятствий устранил сам Ньютон: закон всемирного тяготения сделал странности лунной орбиты понятными и более или менее предсказуемыми. Оставалось дождаться, когда королевский астроном закончит свой звёздный атлас.
Флемстид, скрупулёзный до крайности (кое-кто сказал бы, излишне скрупулёзный), трудился над картой небес уже сорок лет – и по-прежнему держал результаты под замком в Гринвичской обсерватории. Ньютон и Галлей сумели раздобыть записи Флемстида и напечатали собственную пиратскую версию его каталога. Астроном в ответ сжёг триста экземпляров из четырёхсот – все, сколько смог добыть.
«Я предал их огню примерно две недели назад, – писал он своему бывшему помощнику Абрахаму Шарпу. – Сэру И.Н. следовало бы понять, что этим я оказал ему и доктору Галлею очень большую услугу». Другими словами, координаты звёзд были недостаточно выверены, поэтому их публикация лишь компрометировала серьёзного исследователя.
Несмотря на скандал с преждевременным изданием каталога, Ньютон по-прежнему верил, что путь кораблям укажет часовой механизм Вселенной. Часы, изготовленные ремесленниками, могут стать подспорьем для астрономических методов, но никогда их не заменят. На восьмом году существования Комиссии по долготе, в 1721 году, Ньютон писал Джосайе Берчетту, секретарю Адмиралтейства:
«Хорошие часы помогают вести счисление пути на протяжении нескольких дней и определять время для наблюдения светил; для этой цели можно употреблять часы на рубиновых камнях, пока не будут изобретены более точные. Но когда долгота в море утрачена, по часам её заново не отыскать».
Ньютон умер в 1727 году и не увидел, как, четырьмя десятилетиями позже, великую премию получил механик-самоучка за карманные часы размером с тарелку.
