Читать книгу "История географических карт"
Чаще всего с первыми печатными таблицами склонения Солнца связывают имя Иоганна Мюллера из Кенигсберга. По латинизированному названию города его также называли Региомонтан. Он учился в Вене у Георга Пурбаха – выдающегося австрийского астронома, которому смерть помешала закончить работу по исправлению некоторых важных ошибок и упущений Птолемеева «Альмагеста». Ученик продолжил работу, которую начинал вместе с учителем, и дополнительно взялся за пересмотр Альфонсинских таблиц. Вместе с кардиналом Виссарионом он отправился в Рим на поиски более качественных переводов «Альмагеста», чем те, что можно было найти в Германии. Но после того как Региомонтан раскритиковал перевод «Альмагеста», сделанный Георгием Трапезундским, Рим стал для него небезопасен и он без промедления покинул священный город. В Нюрнберге, с финансовой помощью своего богатого покровителя и ученика Бернгарда Вальтера, Региомонтан построил первую в Европе современную обсерваторию и оборудовал ее усовершенствованными инструментами собственного изобретения. Вдвоем они с Вальтером опубликовали серию популярных календарей и напечатали в доме Вальтера книгу Пурбаха «Новые планетарные теории» (Theoricae planetarum novae). А в 1474 г. они напечатали сборник таблиц (Ephemerides), которые Региомонтан рассчитал на тридцать два года вперед (1474–1506). Кроме того, в этой книге Региомонтан рекомендовал к использованию и объяснил метод лунных расстояний для определения долготы места.
Галилео Галилей (1564–1642) открыл спутники Юпитера
Дж. Д. Кассини (1625–1712) использовал их для определения долготы
Христиан Гюйгенс (1629–1695), голландский ученый и изобретатель, открыл и сформулировал физические законы, управляющие поведением маятника
Исаак Ньютон (1642–1727) объявил о том, что Земля сплющена у полюсов, еще до того, как это было доказано
Ни в «Постоянном альманахе» Закуто, ни в книгах Региомонтана («Эфемериды» и «Таблица направлений») не было никаких объяснений и указаний, как ими пользоваться, и определить широту путем измерения меридиональной высоты Солнца или методом равных высот было весьма непросто. Более того, в публикациях Закуто и Региомонтана содержалось очень много лишних данных и астрологических символов, которые не были нужны ни картографам, ни морякам. Человеку XVI в., чье существование зависело от знания широты, нужно было короткое, лаконичное и простое объяснение фактов и указания, как эти факты добыть. Существует единственный образец подобной публикации, составленный анонимным португальцем и напечатанный около 1509 г., вероятно, в Лиссабоне. Этот небольшой двадцатичетырехстраничный буклет содержал следующую полезную информацию: 1) вычисление широты по высоте Солнца; 2) правило Полярной звезды; 3) список широт известных географических точек; 4) правило оценки расстояния, пройденного судном; 5) календарь и морские таблицы на високосный год. В качестве своеобразного приложения автор или составитель добавил к этому компактному кладезю информации трактат «О сфере мира» Сакробоско в переводе на португальский. Книжка называлась «Правило астролябии и квадранта» (Regimento do estrolabio e do quadrante) и представляла собой самый ранний известный прототип, из которого позже возникли две стандартные публикации – руководство по навигации и морской альманах. Применение обеих этих книг не ограничивается исключительно морским делом, обе они содержат элементы астрономии и математики, необходимые для развития геодезии.
Первое известное испанское «Руководство» под заголовком «Сумма географии» (Suma de Geografia) выпустил в 1519 г. дон Мартин Фернандес де Энсизо. В Португалии всех прежних авторов по космографии, астрономии и навигации затмил Педро Нуньес, чей «Трактат о сфере» (Tratado da Sphera) вышел в Лиссабоне в 1537 г. Этот труд также представлял собой краткое руководство по навигации; в него вошли португальские переводы «О сфере мира» Сакробоско, «Новые планетарные теории» Георга Пурбаха и первая книга «Географии» Птолемея. Нуньес, однако, и сам был ученым и внес ценный вклад в постоянно растущую массу данных о Земле и ее отношениях с небесами.
В XVI в. были очень популярны еще две испанские работы о сфере и общих принципах навигации. «Искусство навигации» (Arte de Navegar) Педро де Медины вышло в 1545 г. в Вальядолиде. Его перепечатывали по крайней мере двенадцать раз и перевели на французский, итальянский и английский языки. Вторая значительная работа, которая оказала еще большее влияние на развитие навигации и прикладной астрономии, – «Краткое изложение сферы и искусства навигации» Мартина Кортеса, изданное в Севилье в 1551 г. Популярность этого руководства подчеркивает тот факт, что Ричард Эден перевел его на английский и издал в Лондоне в 1561 г., через десять лет после появления. Этот перевод позже перепечатал Джон Тэпп в Лондоне в 1609 г. с новыми таблицами склонения Солнца, рассчитанными на годы с 1609 по 1625. Он указал максимальное склонение Солнца (наклонение эклиптики) равное 23°30' и привел список склонений и времен прохождения меридиана для главных звезд. Здесь же Эден вскользь заметил, что чаще всего для определения широты используется градшток, но лично он предпочитает для этой цели морской квадрант Райта (то есть Дэвиса).
В 1581 г. Михиль Куанье из Антверпена опубликовал небольшой трактат на французском языке под заголовком «Новая инструкция по чрезвычайно важным и необходимым вопросам, касающимся искусства навигации, с которым обычно легко плыть на восток и запад» (Instruction nouvelle des points plus excellens et necessaries, touchant l'art de nauiguer, ensemble vn moyen facile et tres sur pour nauiguer Est et Oest), в котором разобрал ошибки Медины. Кроме того, он опубликовал таблицы склонения Солнца и наблюдал постепенное уменьшение наклонения эклиптики. Он также описал градшток с тремя поперечинами (повторно изобретенный Эдмундом Гюнтером).
В начале XV в. морская торговля Португалии стимулировала развитие навигационных приспособлений. На мысе Сагриш (в четырех милях от мыса Сен-Винсент) была устроена обсерватория, основной задачей которой стало составление более точных таблиц склонения Солнца. Король Жуан II, восшедший на престол в 1481 г., продолжил астрономические исследования, начатые принцем Энрике, и приказал двум своим личным врачам, Родерику и Жозефу, а также Мартину Богемцу (Мартин Бехайм) из Файала выступить в роли комитета по навигации. Кроме прочей своей деятельности, они рассчитали солнечные таблицы и внесли некоторые усовершенствования в астролябию. По ранним распоряжениям (ordenanzas) испанского Совета по делам Индий можно проследить, какое обучение должны были проходить в то время штурманы торговых судов. Курс включал в себя знание трактата «О сфере мира» Сакробоско, сферические треугольники Региомонтана, «Альмагест» Клавдия Птолемея и такие технические вопросы, как пользование астролябией, ремонт и настройка научной аппаратуры и общий курс астрономии с упором на движение небесных тел.
Печатным европейским альманахам, начиная с «Нового календаря» (Kalendarium Novum) Региомонтана, несть числа. В них астрономические данные, собранные учеными, соседствовали с астрологическими предсказаниями и рассказами о влиянии планет на человеческие органы и на жизнь в целом. Из набора информации, содержавшейся обычно в таких популярных ежегодниках, моряки и картографы могли почерпнуть практически только таблицы склонения Солнца, приблизительные координаты нескольких звезд и, в некоторых случаях, таблицы для определения широты по Полярной звезде. Неизбежный раскол между наукой и оккультизмом произошел в 1679 г. во Франции. В том году 24 марта с письменного разрешения его величества Людовика XIV вышло «Знание времен» (Connoissance des temps).
Первое издание французского аналога «Морского альманаха» вышло без подписи; известно, однако, что сборник был составлен аббатом Жаном Пикаром из Вилле в Анжу – одним из первых астрономов и математиков Франции. Об этой публикации писали в следующих выражениях:
«Эта маленькая книжка – сборник священных дней и праздников на каждый месяц. Восход и заход Луны, если она видна, и Солнца каждый день. Характеристики планет по отношению друг к другу, к Луне и неподвижным звездам. Фазы Луны и затмения. Разница по долготе между Парижским меридианом и главными городами Франции. Время вхождения Солнца в каждый из двенадцати знаков зодиака. Истинное положение планет на каждый пятый день и Луны на каждый день года по долготе и широте. Прохождение меридиана Луной, для определения времени приливов, «а также для пользования солнечными часами при лунном свете». Таблица рефракции. Уравнение времени [эта таблица организована довольно странно, как будто часы предполагалось устанавливать первого числа каждого месяца, а объяснение говорит о «первом подвижном»]. Время сумерек в Париже. Прямое восхождение Солнца в часах и минутах. Склонение Солнца в полдень каждого дня с точностью до секунд. Все в целом снабжено необходимыми инструкциями».
Пикар редактировал «Знание времен» первые пять лет, а после 1684 г., когда он умер, его публикацию продолжали разные члены Королевской академии наук, главным образом Ж.Ж. Франсуа де Лаланд. Время от времени название альманаха слегка менялось; с 1762–1767 гг. он назывался «Знание движения небес»; с 1787 г. – «Знание времен, или Описание движения звезд». В июне 1795 г. ответственность за выпуск «Знания времен» была возложена на Бюро долгот, которое и издает его с тех пор без перерывов. В 1797 г. в дополнение к этой книге появилась еще одна публикация, «Ежегодник», в котором, кроме календаря, содержались определенные астрономические и метеорологические данные, физические таблицы, а зачастую обзор новых научных фактов.
Очевидно, «Знание времен» не оправдало ожиданий, так как даже французские историки признают, что во Франции оно было менее популярно, чем британский «Морской альманах», который впервые был выпущен под руководством Невила Маскелайна (1732–1811), сменившего в 1765 г. Натаниеля Блисса на посту королевского астронома. Первый номер «Морского альманаха» за 1767 г. вышел в 1766 г., и в течение последующих сорока лет Маскелайн был его бессменным редактором. Каждый год к альманаху добавлялись новые таблицы, такие как лунные таблицы Иоганна Тобиаса Майера из Гёттингена, приобретенные в окончательной форме у его вдовы. Лунные расстояния, напечатанные в «Морском альманахе», оказались столь популярными, что во Франции Королевская морская академия копировала их (на 1773-й и последующие годы), сохраняя даже Гринвичское время в трехчасовых интервалах. Однако французы сохранили и собственный метод определения лунных расстояний. С 1903 г. «Морской альманах» публикуется в двух вариантах: большое неадаптированное издание для астрономических обсерваторий и краткий сборник для навигаторов. Второе периодическое издание, «Таблицы, необходимые для использования с навигационными эфемеридами», впервые было составлено в 1766 г. Маскелайном для удобства моряков. Было продано сразу 10 000 экземпляров этого издания; в 1781 и 1802 гг., а переиздано под редакцией Уильяма Уэльса[30]30
Уильям Уэльс, ученый и исследователь, внес несколько важных усовершенствований в науку астрономии и навигации. В его трактат «Метод нахождения долготы в море при помощи хронометров» вошли таблицы уравнений и равных высот.
[Закрыть].
Немецкий «Астрономический ежегодник» (Astronomische Jahrbuch) был впервые опубликован в Берлине в 1776 г., а вот испанцы, несмотря на свое лидерство в навигации в XVI и XVII вв., выпустили свой первый альманах только 4 ноября 1791 г. Он был рассчитан в Кадисе на 1792 г. и отпечатан в Мадриде. Его составители честно признались, что в долгу и перед «Морским альманахом», и перед «Знанием времен». Американские «Эфемериды» – полностью оригинальная работа с хорошей репутацией – впервые вышли в 1849 г.
Если у наблюдателя имеется надежный набор таблиц и точный угломерный инструмент, Солнце в любой день года сообщит ему широту места, где он находится. Но… «Что если Солнце не светит в полдень, а может быть, и в течение всего… дня?» Тогда, как писал Бландевиль, «вы должны дождаться ночи, когда появится какая-нибудь звезда, которую вы хорошо знаете…». Такая звезда обнаружилась в созвездии Ursa Minor, Малой Медведицы. На протяжении тысячелетий ею пользовались для определения высоты полюса (то есть широты места) и времени ночью. Это созвездие хорошо знал Фалес в VII в. до н. э., позже его упоминали Евдокс и Арат. Финикийцы называли его Phoenice. Птолемей указывал в нем восемь звезд, Гевелий – двенадцать. Две звезды, которые по положению соответствуют Указателям в Большой Медведице, значительно ярче остальных, и с незапамятных времен известны как Стражи. Это бета (Кохаб), главный страж, и гамма. Они всегда указывали путь морякам и помогали им избежать беды, так как эти две звезды часто видны даже тогда, когда на небе нет остальных звезд Малой Медведицы, включая Полярную.
Древние астрономы немного путались по отношению к двум Медведицам. Фалес, по словам Каллимаха, наблюдал Малую Медведицу (альфу Малой Медведицы), или Малый Ковш, и использовал малые звезды Телеги или Большой Медведицы (или Большого Ковша) для нахождения полюса, «так как это метод, которым финикийские навигаторы определяют свой курс». Но, согласно Арату, греки ориентировались по Большой Медведице, а финикийцы – по Малой. Во всяком случае, ни для кого не было секретом, что Медведица или Медведицы отмечают в целом Северный полюс земной оси и что они, по словам Гомера, не участвуют, подобно остальным созвездиям, в ежедневном купании в Океане.
«Что же касается Северного полюса, – писал Гиппарх (около 380 г. до н. э.), – то Евдокс ошибается, когда утверждает, что «существует определенная звезда, которая всегда остается на одном месте, и эта звезда есть полюс Вселенной», ибо на самом деле на полюсе нет никакой звезды, а только пустое место, однако недалеко от него есть три звезды [вероятно, альфа и каппа Дракона и бета Малой Медведицы], и точка полюса образует с ними почти точно квадрат, как утверждал Пифей из Массалии». Это заявление представляет одну сторону горячей дискуссии о положении самых северных созвездий; однако можно кое-что сказать и в пользу другой стороны. Между звездными данными древних астрономов Египта и Халдеи и наблюдениями Гиппарха и его современников есть некоторые противоречия. Маундер указывал, что небеса, которые описывает Арат в 270 г. до н. э., представляют наблюдения, сделанные примерно две с половиной тысячи лет назад на 40° с. ш. В то время из-за предварения равноденствий Полярная звезда находилась на значительном удалении от небесного полюса – столь далеко, что в 2700 г. до н. э. китайцы считали Полярной звездой альфу Дракона. Птолемей знал о предварении равноденствий и, рассчитывая его компенсировать, скорректировал звездный каталог Гиппарха. Он добавил к долготе каждой звезды величину, равную 2 градусам 40 минутам, а широту звезд оставил без изменений. В связи с этим неудивительно, что при попытке сравнить данные, полученные на протяжении двух или трех тысяч лет, возникает некоторая путаница. В чем же дело? Неужели причиной была чья-то небрежность? Или неподвижные звезды действительно движутся вокруг полюса эклиптики со скоростью около одного градуса за столетие?
Две Медведицы (Большой Ковш и Малый Ковш) сотни лет использовались для определения времени ночью и широты места. Эта диаграмма, по Леки, показывает, как их видит наблюдатель по мере их поворота против часовой стрелки
Гиппарх, конечно, был прав, когда утверждал, что на полюсе мира нет звезды; в его время этот факт был гораздо более очевиден, чем сегодня, когда Полярная звезда отстоит от полюса всего на один градус. Поскольку это так, Малая Медведица с Полярной звездой описывает за сутки круг около небесного полюса – круг, который год от года слегка меняется. В XV в. Полярная звезда отстояла от полюса примерно на 3 градуса 30 минут, и при определении широты по высоте Полярной звезды необходимо было вводить поправки в зависимости от положения звезды, то есть от того, находилась ли она выше, ниже, справа или слева от небесного полюса. Более того, Малая Медведица (A Buzina или II Cornu, как называли ее португальские и итальянские мореходы) была известна как хорошие ночные часы, поскольку она, прикрепленная за хвост Полярной звездой к полюсу мира, каждую ночь равномерно поворачивается вокруг него. Но и в этом случае, если кто-то хотел определить время ночи, необходимо было вводить поправки на разницу между сидерическим (звездным) и средним солнечным временем (по часам). Каждую ночь в одно и то же время (по песочным или механическим часам) положение Стражей на небе немного меняется, так как сидерические сутки на три минуты и пятьдесят шесть секунд короче средних солнечных суток. Каждые пятнадцать суток Малая Медведица теряет около часа, и Стражи оказываются не там, где они должны были быть.
«Ночные часы» XVIII в. – простое приспособление, при помощи которого наблюдатель мог определить час ночи и положение Полярной звезды по отношению к полюсу мира
Оставим в стороне способность Малой Медведицы отмерять временные интервалы. Моряков и картографов интересовало в основном положение Полярной звезды относительно небесного полюса, о котором можно судить по положению Стражей в любое время и в любую ночь, если на небе вообще видны звезды. Как определить, находится ли Полярная звезда над полюсом (в верхней кульминации), непосредственно под полюсом (в нижней кульминации) или на одном уровне с полюсом по одну или другую сторону от него? Ведь высота звезды соответствует высоте полюса только в том случае, если Полярная звезда находится в положении на три или на девять часов от него (посередине между верхней и нижней кульминацией).
Древние астрономы наверняка понимали необходимость коррекции угловой высоты Полярной звезды при определении широты места; неизвестно, однако, что они предпринимали в этой связи. Первые письменные данные по этому вопросу мы находим в трудах Раймунда Луллия из Пальмы на Майорке около 1235 г. По всей видимости, именно он изобрел простое приспособление, названное позже «ночными часами» (horologium nocturnum). Это приспособление позволяет в одно действие определить необходимые поправки для вычисления времени и положение Полярной звезды по отношению к небесному полюсу. «Часы» Луллия представляли собой три разграфленных концентрических диска, скрепленные вместе и вращающиеся вокруг центрального отверстия, в которое должен был смотреть наблюдатель. На внешнем кольце были отмечены дни и месяцы года; следующий диск содержал часы и минуты суток; а на внутреннем диске был изображен человечек – эмблема звезды Кохаб – с отверстием посередине. Голова, ноги и раскинутые руки человечка делили круг на четыре четверти, но вместо компасных направлений на них было указано: Голова, Ноги, Восточная рука и Западная рука. Четыре промежуточных направления были обозначены как Восточное плечо, Западное плечо, Линия под восточной рукой, Линия под Западной рукой. Сначала наблюдатель измерял угловую высоту Полярной звезды. Затем, чтобы определить необходимые поправки, он брал инструмент в вытянутую руку и смотрел на звезду через отверстие в середине Кохаба. Диск Кохаба он поворачивал так, чтобы голова человечка смотрела в сторону одного из Стражей, звезды Кохаб. Верхняя точка наружного (календарного) диска должна была находиться непосредственно над Полярной звездой, а средний (часовой) диск поворачивался таким образом, чтобы цифра 12 на нем совпала с текущей датой на внешнем диске. Затем наблюдатель считывал положение Полярной звезды относительно полюса. В более поздних инструментах условное изображение Кохаба на внутреннем диске сменила цифровая градуировка. Мартин Кортес, например, предложил заменить на внутреннем диске фигурку Кохаба изображением самого созвездия в виде горна или рога, так чтобы наблюдатель мог нацеливаться на Стражей при помощи миниатюрного Малого Ковша; при этом каждая звезда находилась бы на своем месте по отношению к Стражам.
Первые из известных письменных инструкций по корректированию угловой высоты Полярной звезды появились в «Правиле астролябии и квадранта» 1509 г. под общим заголовком «Правило Полярной звезды». Все авторы и составители книг по навигации и картографии использовали одни и те же инструкции в различных формах. «Правило» рассказывало простым языком все то, что «ночные часы» автоматически вычисляли при помощи двух дисков. Например:
«Вот правило Полярной звезды:
Когда Стражи находятся на Западной руке, Северная звезда стоит выше полюса на полтора градуса [угловая высота минус 1,5° = широта].
Когда Стражи находятся на Линии под Западной [рукой], Северная звезда стоит выше полюса на три с половиной градуса [угловая высота минус 3,5° = широта].
Когда Стражи находятся в Ногах, звезда стоит на три градуса выше полюса [угловая высота минус 3° = широта].
Когда Стражи находятся на Линии под Восточной рукой, звезда стоит выше полюса на полградуса [угловая высота минус 0,5° = широта].
И когда вы измеряете угловую высоту звезды и Стражи находятся в одном из этих четырех положений, при которых звезда находится выше полюса, вам следует знать, что из измеренной высоты звезды вам следует вычесть столько градусов, на сколько звезда выше; и сколько градусов останется, на столько градусов вы удалены от экватора.
Вот четыре позиции, при которых Северная звезда находится ниже полюса
Когда Стражи находятся на Восточной руке, Северная звезда стоит ниже полюса на полтора градуса.
Когда Стражи находятся на Линии над Восточной рукой, Северная звезда стоит на три с половиной градуса ниже полюса.
Когда Стражи находятся в Голове, звезда стоит на три градуса ниже полюса.
Когда Стражи находятся на Линии над Западной рукой, звезда стоит ниже полюса на полградуса».
Далее следовала аналогичная инструкция по поводу прибавления этих поправок к угловой высоте звезды для получения широты места.
По этому же принципу Бландевиль изготовил собственный прибор для «исправления» Полярной звезды; он только изменил относительное расположение трех дисков. Календарный диск стал у него внутренним; угловой диск, градуированный от нуля до трех с половиной градусов, шел следующим; внешним же был часовой диск. Он также сделал инструмент более долговечным и портативным. По Бландевилю, его следует изготавливать «на гладком куске доски или твердого дерева, или на куске полированной бронзовой или латунной пластины шириной шесть или семь дюймов с ручкой». Вместо того чтобы писать инструкцию в терминах анатомии Кохаба, Бландевиль снабдил свой прибор «небольшой таблицей, изготовленной по правилам мореходов и определяющей восемь главных румбов», через которые проходит Полярная звезда на протяжении двадцати четырех часов.
Принципы, которыми мы сегодня руководствуемся при внесении поправок в высоту Полярной звезды, за шесть столетий не изменились. Радиус окружности, которую описывает эта звезда, за это время стал меньше, поэтому поправки сегодня тоже меньше. В 1492 г. звезда отстояла от полюса на 3°39', в «Правиле» 1509 г. приводится цифра 3°30'. В 1556 г. Мартин Кортес говорит, что эта величина составляет 3°; Бландевиль (1622) дает 2°50'. «Навигатор» Боудитча на 1802 г. приводит величину 1°42'. В 1940 г. угловое расстояние между Полярной звездой и полюсом составляло 1°02'. «Ночные часы» в море больше не используются, но в «Американском морском альманахе» за 1948 г. все еще содержатся четыре таблицы, имеющие отношение к Полярной звезде; из них можно узнать, как найти широту по видимой высоте этой звезды и как, при помощи таблицы азимутов, можно определить ее положение по отношению к полюсу.
