Гениальное решение проблемы долготы

22 октября 1707 года британская военная эскадра подошла к Ла-Маншу. Однако моряки не смогли точно определить свои координаты, и в результате четыре корабля, налетев на рифы, потерпели крушение. Эта трагедия произошла недалеко от берегов Англии — у островов Силли, лежащих к юго-западу от мыса Лендс-Энд. Она унесла жизни почти 2 000 человек.

В ТЕ ВРЕМЕНА мореплаватели умели вычислять широту — расстояние к северу или югу от экватора. Но у них не было надежного способа определения долготы, показывающей, как далеко к западу или востоку они уплыли. В начале XVIII века Атлантику бороздили сотни судов, и нередко случались кораблекрушения. Но только лишь катастрофа 1707 года заставила лучшие умы Англии вплотную заняться проблемой долготы.

В 1714 году британский парламент учредил премию в 20 000 фунтов стерлингов тому, кто предложит наиболее точный способ определения долготы в открытом море. Сегодня размер этой премии был бы эквивалентен нескольким миллионам долларов США.

Непростая задача

Определять долготу в те годы было крайне сложно, поскольку не существовало надежного прибора для хранения времени. Рассмотрим это на примере. Представьте, что вы живете в Лондоне. Ровно в полдень вам звонит приятельница, которая путешествует по разным странам, и говорит, что сейчас она в городе, расположенном на одной с вами широте, и там 6 часов утра. Она просит вас отгадать, где именно она находится. Ее время на шесть часов отстает от вашего. Вы вспоминаете карту мира и сразу догадываетесь, что она звонит из Северной Америки, где солнце еще только-только восходит. Теперь предположим, что вам с точностью до секунды известно ее местное время, но определяемое не часовым поясом, а по Солнцу. Тогда вам ничего не стоит точно вычислить долготу того места, где она остановилась.

В прошлые века мореходы по положению солнца над горизонтом без труда определяли наступление полудня. А зная, какое время было на тот момент в их родной земле — исходном пункте, они могли установить, на какой долготе находились. Погрешность их расчетов составляла 50 километров. Для получения вышеупомянутой премии точность вычисляемой долготы за шесть недель испытательного морского путешествия не должна была выйти за рамки этой погрешности.

Главная трудность состояла в том, как узнать точное время исходного пункта. Конечно, мореплаватели могли взять с собой часы с маятником. Но в условиях шторма и качки этот прибор был весьма ненадежен. А механизм часов с пружиной и системой колес все еще был грубым и неточным. На ход часов также влияли колебания температуры. Могли ли  моряки в этом случае воспользоваться природными часами — движением светил, в частности Луны, по небосводу?

Астрономическая проблема

Астрономы предложили определять долготу по методу лунных расстояний. Для этой цели были составлены специальные таблицы, с помощью которых мореходы могли рассчитать долготу, воспользовавшись расстоянием от Луны до неподвижных звезд.

Более ста лет астрономы, математики и мореплаватели безуспешно пытались решить эту невероятно трудную проблему. С тех пор англичане при решении какой-нибудь сверхсложной задачи говорят, что это «все равно что определить долготу».

За дело берется плотник

Среди тех, кто решил попробовать свои силы, был плотник Джон Гаррисон. Он жил в деревне Барроу-апон-Хамбер, в графстве Линкольншир. В 1713 году Гаррисон, когда ему не было и двадцати, изготовил маятниковые часы, причем почти полностью из дерева. Позднее он изобрел механизмы, снижающие трение и влияние перепадов температуры. В то время даже самые точные часы давали ошибку в одну минуту за сутки. Однако погрешность часов Гаррисона составляла всего секунду за месяц! *

Гаррисон четыре года размышлял над тем, как создать точный прибор для хранения времени во время плавания. Затем он отправился в Лондон, где изложил свои соображения Совету по долготе — особой комиссии, ответственной за присуждение премии. Там Гаррисон познакомился с самым известным тогда часовым мастером Джорджем Грагамом, и тот без процентов ссудил механику-самоучке крупную сумму денег на изготовление часов. В 1735 году Гаррисон представил Королевскому обществу, в состав которого вошли лучшие ученые Великобритании, первый точный морской хронометр. Помещенный в латунный корпус, он весил 34 килограмма.

Изобретателя вместе с его детищем отправили в морское путешествие до Лиссабона, хотя по условиям премии испытательное судно должно было дойти до Вест-Индии. Прибор работал на удивление исправно. Конечно, Гаррисон мог бы тут же потребовать, чтобы хронометр опробовали в плавании через Атлантику, и таким образом подтвердить свое право на премию. В конце концов, единственным человеком, который критиковал новый прибор на заседании Совета по долготе, был сам Гаррисон! Максималист по натуре, он хотел довести свой механизм до совершенства. Поэтому Гаррисон попросил у комиссии лишь немного денег и время на создание нового хронометра.

Через шесть лет Гаррисон закончил работу над вторым, улучшенным образцом хронометра, который весил 39 килограммов. Королевское научное общество по достоинству  оценило труд Гаррисона, однако сам 48-летний мастер не чувствовал удовлетворения. Следующие 19 лет он разрабатывал третий, принципиально иной вариант хронометра.

Трудясь над этой весьма тяжеловесной моделью прибора, Гаррисон неожиданно сделал открытие. Дело в том, что один знакомый ему часовщик изготовил карманные часы по образцу хронометра Гаррисона. До тех пор всегда считалось, что большие часы были гораздо точнее и надежнее карманных. Поэтому Гаррисон очень удивился точности, с которой работал новый механизм. И в испытательное путешествие через Атлантический океан, которое наконец состоялось в 1761 году, Гаррисон с полной уверенностью отправил не третью, а четвертую, килограммовую модель своего морского хронометра, за основу которой была взята конструкция карманных часов. Гаррисону даже приписывают такие слова: «Я бесконечно благодарен Всемогущему Богу за то, что он позволил мне дожить до сего часа и в какой-то мере завершить этот труд».

Пристрастный суд

Но к тому времени астрономы были уже близки к созданию своего метода определения долготы. Кроме того, в судейской коллегии, решавшей, кому отдать премию, большим влиянием пользовался астроном Невил Маскелайн. С целью испытания хронометр Гаррисона разместили на борту судна, следовавшего через Атлантический океан. Каким был результат? За 81 день плавания погрешность прибора составила только 5 секунд! Однако судьи не спешили отдавать вознаграждение Гаррисону, ссылаясь на то, что он якобы нарушил условия конкурса и что поразительная точность прибора была не более чем случайностью. В результате Гаррисон получил только часть премии. Между тем, в 1766 году Маскелайн издал таблицы положений Луны. По ним мореплаватели могли вычислить долготу всего лишь за полчаса. Тогда Гаррисон всерьез забеспокоился, что награда достанется Маскелайну.

В 1772 году известный английский мореплаватель Джеймс Кук, отправляясь в свое второе кругосветное путешествие, взял с собой копию морского хронометра Гаррисона. Позднее Кук писал, что результат превзошел все ожидания. Тем временем 79-летний Гаррисон, отчаявшись добиться справедливости в Совете по долготе, обратился с ходатайством к королю Англии. И в 1773 году Гаррисону наконец вручили оставшуюся часть премии, хотя официально он так никогда и не был признан победителем. Гаррисон умер три года спустя, в день своего 83-летия.

А уже через несколько лет точный морской хронометр можно было приобрести всего за 65 фунтов стерлингов. Итак, невозможное стало возможным, главным образом благодаря таланту, упорству и трудолюбию простого деревенского плотника.

[Сноска]

[Схема/Иллюстрация, страница 21]

(Полное оформление текста смотрите в публикации)

Зная местное время, можно определить долготу

6 ЧАСОВ УТРА ПОЛДЕНЬ

СЕВЕРНАЯ АМЕРИКА ВЕЛИКОБРИТАНИЯ

[Иллюстрация, страница 22]

Часовщик Джон Гаррисон

[Сведения об источнике]

SSPL/Getty Images

[Иллюстрация, страница 22]

Первый морской хронометр Гаррисона весом 34 килограмма

[Сведения об источнике]

National Maritime Museum, Greenwich, London, Ministry of Defence Art Collection

[Иллюстрация, страница 22]

Четвертая модель хронометра Гаррисона весом 1 килограмм (масштаб не выдержан)

[Сведения об источнике]

SSPL/Getty Images

[Сведения об иллюстрациях, страница 20]

Ship in distress: © Tate, London/Art Resource, NY; compass: © 1996 Visual Language