О времени, пространстве и других вещах. От египетских календарей до квантовой физики - Айзек Азимов

В древности таких приборов не существовало, поэтому даже самые лучшие географы тех времен путали меридианы. Эратосфен из Кирен, живший в Александрии в 200 году до н. э., считал, что меридиан, который проходит через Александрию, также проходит и через Византию (в настоящее время — турецкий город Стамбул). Этот меридиан в действительности пролегает в 70 милях от Стамбула. Таких погрешностей было довольно много, причем они увеличивались но мере удаления от места проведения измерений.

Конечно, если была известна длина окружности Земли (Эратосфен сам ее и рассчитал), можно было вычислить расстояние (в направлении восток — запад) между меридианами. Например, на экваторе один градус долготы равен примерно 69,5 миль, а на широте 40° (к югу или к северу от экватора) он уменьшается до 53,2 миль и т. д. Однако точные измерения расстояний в условиях гористой местности чрезвычайно сложны, ничуть не легче этот процесс в открытом море.

Все было более или менее нормально до тех пор, пока европейцы не начали строить корабли и выходить па них в морс. Вот тог да проблема проявилась во всей остроте. Капитаны никогда точно не знали, где находится их корабль, а найти порт помогало по большей части не штурманское мастерство, а молитва. В 1598 году Испания, являвшаяся в те времена главной морской державой, предложила награду тому, кто изобретет прибор для измерения времени, который можно использовать на борту корабля. Однако награда так никому и не была вручена.

В 1656 году голландский астроном Христиан Xигенс изобрел маятниковые часы — первый точный прибор для измерения времени. Правда, его можно было использовать только на суйте. Бортовая и килевая качка, неизбежная на корабле, мешала равномерному движению маятника.

После 1600 года главной морской державой стала Великобритания. В 1675 году Карл II основал в Гринвиче обсерваторию для ведения астрономических наблюдений, необходимых для точного определения долготы.

Но хороший прибор для измерения времени пока так и не появился. В 1714 году британское правительство предложило целое состояние (но тем временам) — 20 000 фунтов стерлингов тому, кто изобретет точные часы, способные работать на корабле.

За дело взялся Джон Гаррисон самоучка из Йоркшира, очень талантливый механик. Начиная с 1728 года он построил серию из 5 часов — одни лучше других. Все они не реагировали на движение корабля и шли в морс точнее, чем другие часы на земле. Одни из них, проведя пять месяцев в море, отстали только на 1 минуту. Первые часы Гаррисона были слишком тяжелыми и громоздкими, чтобы найти применение, зато пятые имели вполне приемлемые размеры.

Британский парламент постоянно затягивал выплату Гаррисону заслуженного вознаграждения, требуя проведения все новых испытаний. Вероятно, это происходило потому, что создатель так необходимых миру часов был провинциальным механиком-самоучкой, а не блестящим ученым джентльменом из Королевского общества. Однако делом лично заинтересовался король Георг III, который поддержал Гаррисона, и тот в конце концов получил награду. Правда, произошло это уже в 1765 году, когда механику изрядно перевалило за 70.

Только в последние 200 лег нанесение сетки линий параллелей и меридианов на карту было выполнено с достаточной степенью точности.

Даже после того, как стало возможным точное измерение долготы, проблема осталась нерешенной: не существовало природной базы для отсчета, похожей па экватор. Поэтому у разных народов существовали свои системы долгот, причем обычно «нулевой долготой» считался меридиан, проходящий через местную столицу. Такое положение могло сбить с толку даже самых опытных мореплавателей.

Чтобы найти приемлемый для всех выход, в 1884 году в Вашингтоне была проведена Вашингтонская меридиональная конференция с участием представителей крупнейших морских держав. На пей было принято решение считать базой отсчета Гринвичскую обсерваторию, тем более что Великобритания в то время была истинной властительницей морей. Меридиан, проходящий через Гринвич, было решено считать пулевым.

К западу и востоку от него долгота теперь выражалась градусами западной и восточной долготы. На противоположной стороне земного шара они снова встречались, образуя 180-й меридиан, проходящий через центральную часть Тихого океана.

Каждый градус широты, как и долготы, разбит на 60 минут ('), каждая минута — на 60 секунд ("), секунды можно делить на десятые, сотые доли и т. д. С помощью долготы и широты можно однозначно определить местонахождение любой точки па карте. Например, Лос-Анджелес расположен на 34°03’15" северной широты, 118° 14’28" западной долготы.

Северный и Южный полюса не имеют долготы, поскольку в них сходятся все меридианы. Положение Северного полюса определяется одной координатой — 90° северной широты. Аналогично 90° южной широты определяют Южный полюс.

Долготу можно выразить не градусами, а временем. Полные сутки, состоящие из 24 часов, равномерно распределяются по 360 градусам долготы. Это значит, что 15° долготы между двумя точками разделяют их па 1 час но местному времени. Если на нулевом меридиане полдень, на 15° восточной долготы 13 часов, а на 15° западной долготы — 11 часов.

Если мы обозначим начальный меридиан 0:00:00, в западном направлении время будет прибавляться, а в восточном — уменьшаться. Каждые 15° западной долготы дадут прибавку + 1:00:00 час, а каждые 15° восточной долготы дадут -1:00:00 час.

Поскольку Нью-Йорк располагается на 73°59′39″ западной долготы, там на 4 часа 55 минут 59 секунд раньше, чем в Лондоне, и его долготу можно обозначить +4:55:59. Аналогично долгота Лос-Анджелеса, расположенного западнее, +8:04:48.

Таким образом, каждая точка на планете, за исключением полюсов, может быть однозначно определена своей широтой и временем. Северный и Южный полюса имеют только широту и не имеют местного времени, так как не имеют меридианов. Конечно, это не означает, что на полюсах не существует понятия времени. Просто система измерения местного времени, работающая в любой точке на планете, на полюсах отказывает. Там могут с успехом применяться другие системы. К примеру, на одном полюсе можно принять гринвичское время, а на другом — время 180-го меридиана.

На глобусе принято обозначение широты и долготы в градусах. А система выражения долготы временем используется для установления на планете часовых поясов. 180° становится «линией смены дня» (она слегка искривлена для удобства). В этом плане возможны разные забавные парадоксы, но об этом как-нибудь в другой раз.

А как насчет составления карты звездного неба? Эта проблема заинтересовала астрономов даже раньше, чем возникла необходимость составления карты Земли. Ведь человек, находящийся в данное время в данном месте, видит только небольшую часть земной поверхности, а небо значительно больше доступно для обозрения.

Проще всего отобразить на карте небесную сферу как продление земной сферы. Если воображаемую земную ось продлить в пространстве до пересечения с небесной сферой, мы получим северный небесный полюс и южный небесный полюс.

Создается впечатление, что небесная сфера вращается с востока на запад вокруг земной оси, но это лишь отражение действительного вращения Земли с запада на восток вокруг своей оси. Поэтому северный и южный небесные полюса являются неподвижными и не участвуют во вращательном движении. Точно так же Северный и Южный полюса не принимают участия во вращении Земли.

В самом ближайшем соседстве с северным небесным полюсом находится очень яркая Полярная звезда, се же называют Северной звездой. Она всего лишь на градус в стороне от точки полюса и описывает вокруг него каждый день небольшую окружность. Радиус этой окружности настолько мал, что наблюдателю с Земли звезда кажется неподвижной. Именно по ней определяют направление на север, а значит, и все остальные направления. До появления компаса эта звезда являлась главным ориентиром для путешественников.

Воображаемые линии отсчета па Земле можно продолжить на небо. Таким образом, оно тоже окажется покрыто сеткой призрачных линий. Там будет свой небесный экватор, образующий большой круг на равном расстоянии от небесных полюсов, небесные параллели (широта) и меридианы (долгота).

Небесная широта называется склонением и измеряется в градусах. Северная половина небесной сферы (северная небесная широта) имеет склонение, выраженное положительной величиной, южная половина (южная небесная широта) имеет склонение, выраженное отрицательной величиной. Таким образом, Полярная звезда имеет склонение 89°, Поллукс — около 30°, Сириус — ориентировочно -15°, Акрукс (самая яркая звезда созвездия Южный Крест) имеет склонение -60°.

Небесная долгота называется подъемом небесных тел над горизонтом небесной сферы. Небо имеет собственный начальный меридиан, положение которого оказалось менее случайным, чем земного. Во всяком случае, споров по этому поводу было гораздо меньше. Плоскость орбиты Земли, вращающейся вокруг Солнца, рассекает небесную сферу по большому кругу, названному эклиптическим (см. главу 4). А нам кажется, что Солнце движется по этой траектории.