История/3.История науки и техники

Эглитис А.Ю.,    Россихин В.В.

 

ИСТОРИЯ ГЕНИАЛЬНОГО РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМЫ ДОЛГОТЫ

 

Национальный технический университет «ХПИ» (г.  Харьков)

 

 

 

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 от юго-западу от мыса Лендс-Энд. Она унесла жизни почти 2000 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 20000 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 коллега, который путешествует по раз­ным странам, и говорит, что сейчас он в горо­де, расположенном на одной с вами широте,  там 6 часов утра и он просит вас отгадать его местонахождение. Его время на шесть часов отстает от вашего. Вы вспоминаете кар­ту мира и сразу догадываетесь, что он звонит из Северной Америки, где солнце еще толь­ко-только восходит. Теперь предположим, что вам с точностью до секунды известно его мест­ное время, но определяемое не часовым поя­сом, а по Солнцу. Тогда вам ничего не стоит точно вычислить долготу того места, где он остановился.

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.

·                       Вместе со своим братом Гаррисон измерил точность своих часов, в течение многих ночей снимая с них показа­ния в тот момент, когда определенные звезды, двигаясь по небу, исчезали за трубой соседского дома.