Как определяли местоположение мореплаватели в 15 веке. Великие географические открытия

GPS

линям

Помощники мореплавателей

Самое главное для любого судна — это знать свое точное местоположение в море. В любой момент времени. От этого зависит безопасность самого судна, груза так и всего экипажа. Я не открою Америку, если скажу, что в настоящее время судном управляет компьютер. Человек лишь контролирует этот процесс. В этой статье я расскажу о помощниках мореплавателей — о спутниковых навигационных системах, помогающие судам получать точные координаты своего местоположения. Также поведаю, какими приборами пользовались древние мореплаватели. Сейчас на всех судах установлены приемники GPS — global positioning system. Облетая нашу планету, навигационные спутники непрерывно шлют на нее потоки радиосигналов. Эти спутники принадлежат американской военно-морской навигационной спутниковой системе (ВМНСС), а с недавнего времени и американской глобальной системе нахождения местоположения (ГСМ или GPS ). Обе системы дают возможность кораблям на море днем и ночью с огромной точностью определять свои координаты. Практически до метра.

Принцип действия и ВМНСС и ГСМ основан на том, что на борту корабля специальный GPS-приемник ловит радиоволны, посылаемые навигационными спутниками на определенных частотах. Сигналы с приемника непрерывно поступают в компьютер. Компьютер их обрабатывает, дополняя информацией о времени передачи каждого сигнала и положения навигационного спутника на орбите. (Такая информация попадает на ВМНСС- спутники от наземных станций слежения, а ГСМ-спутники у себя на борту имеют приборы отсчета времени и орбиты). Затем навигационный компьютер на корабле определяет расстояние между ними и летящим в небесах спутником. Эти вычисления компьютер повторяет через определенные промежутки времени и в конечном итоге получает данные о широте и долготе, то есть свои координаты.

К началу 15-го века стали пользоваться и «слепым счислением». Для этого бросали за борт лаги, привязанные к данным веревкам — линям . На веревках через определенное расстояние были навязаны узелки. По солнечным или песочным часам отмечали время разматывания линя. Делили длину на время и получали, конечно очень неточно, скорость движения судна.

P.S. Фото принадлежат их законным владельцам. Спасибо, добрые люди.

Еще два столетия назад работа со сложными навигационными приборами была уделом высоких профессионалов. В наши дни любой обладатель продвинутого мобильного телефона может в считанные секунды определить свое место на поверхности земли.

На первом этапе мореплавания лодки и суда от берега далеко не отходили. Пересечь реку или озеро, сократив путь, или обойти занятый враждебным племенем край по морю вдоль берега - дело практическое и понятное, но вот пуститься в плавание по неведомому морю-океану - это уже другой коленкор, согласитесь.

Первыми навигационными ориентирами стали заметные с воды знаки: поморы, например, ставили каменные кресты, поперечные перекладины которых были ориентированы в направлении север - юг. А ночью можно использовать простейшие маяки - сигнальные костры, зажигавшиеся для облегчения ориентирования или предупреждения об опасности (мель, риф, сильное течение и пр.).

О маяках упоминается уже в «Илиаде» Гомера, а самый знаменитый маяк - Александрийский - появился в III веке до н. э. на острове Фарос, в устье Нила на подходе к Александрии. Его высота составляла 120 м. На верхней площадке круглосуточно горел громадный костер, свет которого отражался сложной системой зеркал и был виден, по данным историков, на расстоянии 30 миль (около 55 км). Другой пример навигационного знака древности - статуя Афины, установленная в V веке до н. э. на Акрополе: она была выполнена из бронзы, и в лучах солнца была далеко видна с моря.

С ростом масштабов мореплавания возникла необходимость систематизировать и передавать навигационные знания. И вот уже древние греки создают периплы - описания прибрежных плаваний в разных районах, куда заносилось все, начиная от погоды и заканчивая описанием береговой линии и нравов туземных племен. Самый древний дошедший до нас перипл - карфагенянина Ганнона, он датируется рубежом VI–V веков до н. э. Фактически перипл - это древний вариант современной лоции. Своя лоция была и у неграмотных народов: такие знания они передавали в виде устных сказаний и даже песен. Лишь в XIII веке появились более точные карты-портоланы с нанесенными компасными линиями, расходившимися из отдельных точек, так называемые розы ветров, применявшиеся для прокладки курсов.

Сколько футов под килем?

Для определения, а точнее, опознания места корабля можно использовать и полученную с помощью эхолота глубину. Применяют такой способ, когда во время плавания длительное время нет возможности выполнить обсервацию - скажем, плохая видимость или неисправен приемник спутниковой навигационной системы - и существуют сомнения в правильности счисления.

В этом случае как только на берегу открывается хоть один известный и нанесенный на карту ориентир, на него тут же берут пеленг и одновременно эхолотом замеряют глубину. После исправления компасного пеленга поправкой компаса на карте откладывают обратный истинный пеленг и затем смотрят, где в пределах проведенной линии окажется глубина, полученная по эхолоту. Можно также замерить глубину ручным лотом - в этом случае будет получен еще и образец грунта, что облегчит опознание места. Там, где глубина и тип грунта совпадут с пеленгом, - текущее место корабля.

Первые документальные подтверждения использования замеров глубины для определения места относятся ко времени Геродота - древнегреческие мореплаватели знали, что если при плавании в Египет по Средиземному морю глубина под килем уменьшается до определенного значения, то до Александрии остается день пути.

Углы и расстояния

Координаты корабля могут быть двух типов: относительные (относительно какого-либо хорошо известного ориентира) и абсолютные (географические широта и долгота). Вторыми стали пользоваться не так давно, а относительные координаты применяли уже в незапамятные времена, потому как они просто необходимы даже в ходе непродолжительного плавания вдоль берега - они позволяют прийти в нужное место и сделать это безопасно, не сев на мель или рифы и не пропустив «нужный мыс». Способы определения места, использовавшиеся древними мореходами, в ряде случаев дошли до наших дней без каких-либо изменений.

Самым простым и древним способом являются визуальные определения: по пеленгам (это направление по компасу, или румб, в котором виден от нас некий объект), расстояниям и горизонтальным углам между направлениями на береговые ориентиры. Есть несколько вариантов подобного способа определять свое местоположение.

По двум пеленгам. Простой способ определения местонахождения по надежно опознаваемым и нанесенным на используемую при плавании карту ориентирам (их подбирают с помощью карты, лоции и пособия «Огни и знаки»). При этом необходимо выбирать ориентиры с разностью пеленгов не менее 30° и не более 150°, чтобы не получать пересечения пеленгов под острыми углами (это увеличивает погрешность). Пеленгование выполняют быстро, начиная с ориентиров, расположенных прямо по курсу или близко к тому (пеленг на них меняется медленнее), а ночью - с огней (маяков), имеющих больший период. Измеренные пеленги исправляют до истинных поправкой используемого для измерений компаса (поправка представляет собой алгебраическую сумму склонения и магнитной девиации) и в обратном направлении прокладывают на карте (так называемый обратный истинный пеленг, отличающийся от истинного на 180°). В месте их пересечения и находится навигатор.

По трем пеленгам. Способ схож с предыдущим, но дает большую надежность и точность - примерно на 10–15%. Обычно откладываемые в таком случае обратные пеленги не пересекаются в одной точке, а образуют треугольник. Если он небольшой, со сторонами менее полумили (около 0,9 км), то считают, что судно находится в его центре или ближе к наименьшей стороне, а если большой - измерения необходимо повторить.

По двум разновременно измеренным пеленгам на один ориентир (крюйс-пеленг). Применяемые в этом случае вычисления выходят за рамки данной статьи, но их подробное объяснение можно найти в любом доступном учебнике по навигации.

По расстояниям. В этом случае на карте от ориентиров проводят окружности с радиусом, равным расстоянию до ориентира. В месте пересечения кругов и находится наблюдатель. Если виден от основания или уреза воды ориентир с известной высотой, то расстояние до него определяют специальной формулой по вертикальному углу, измеряемому секстаном, а высотой глаза наблюдателя над уровнем воды пренебрегают. Естественно, что точность измерений повышается при наличии трех ориентиров.

Сегодня в качестве ориентиров для определения местоположения применяются и радиолокационные станции - здесь чаще всего определяют место по измеряемым радиолокатором расстояниям, это точнее, чем измерение радиолокационных пеленгов. В целом нет никаких принципиальных отличий у обычных визуальных и радиолокационных способов обсервации. Просто нужно хорошо уметь «читать» изображение на экране радиолокатора, чтобы как можно более точно идентифицировать используемые для обсервации ориентиры. Ведь обычная карта «рисуется» как бы с видом сверху, а карта на экране радиолокатора - при помощи радиолокационного луча, «рисующего» карту на уровне моря. Одна ошибка в опознании берегового ориентира может привести (и приводила) к серьезным авариям.

В поисках Гринвича

До конца XIX века точкой отсчета долготы служили разные места, например, остров Родос, Канарские острова, острова Зеленого Мыса. После утверждения в 1493 году папой Александром VI линии раздела сфер влияния Испании и Португалии, проходившей в 100 лигах западнее Азорских островов, многие картографы отсчитывали долготу от нее. А испанский король Филипп II в 1573 году повелел на всех испанских картах вести отсчет долготы от меридиана города Толедо. Попытка установить для Европы единую точку отсчета долготы была предпринята в 1634 году, но потерпела фиаско. В 1676-м начала работу Гринвичская обсерватория, а в 1767-м в Британии был издан «Морской альманах» (с отсчетом меридианов от Гринвича), которым пользовались моряки из разных стран. К началу 1880-х годов «гринвичскую» систему на своих морских картах применяли уже 12 европейских государств. Наконец, по результатам Международной меридианной конференции 1884 года было принято решение вести всем отсчет от Гринвича. Кстати, на конференции предлагались и другие варианты начальной точки - острова Ферро и Тенерифе, пирамида Хеопса или один из храмов Иерусалима.

Путеводные звезды

Береговые ориентиры бесполезны в открытом море. Но уже в древние времена мореплаватели путешествовали по Индийскому океану, а затем и пересекали Атлантический и Тихий с одного континента на другой. Такие плавания стали возможны благодаря новой науке - мореходной астрономии. Осознав, что Солнце совершает постоянное движение по небосводу, а звезды разбросаны по небу отнюдь не в беспорядке, мореплаватели вскоре научились ориентироваться по ним.

Их особое внимание привлекала примечательная звезда в созвездии Малой Медведицы. Ее положение на небе было практически неизменным, это был своего рода небесный маяк, по которому можно было ориентироваться в ночное время. В древние времена звезду называли Финикийской (считается, что именно финикийцы первыми научились ориентироваться по звездам), Путеводной, а затем она стала Полярной. Причем в древности научились не только определять направление по Полярной звезде, но и исходя из ее высоты над горизонтом рассчитывать оставшееся до конца плавания время.

Примерно в VI–V веках до н. э. на кораблях стали применять гномон - вертикальный шест, по соотношению длины и отбрасываемой тени которого определяли время и вычисляли угловую высоту Солнца над горизонтом, что позволяло вычислить широту (но сначала, разумеется, надо вычислить «полдень» - кратчайшую длину тени за солнечный день, то есть при использовании гномона его нельзя перемещать хотя бы день). Предполагают, что для навигационных целей его впервые использовал греческий купец Пифей из Массилии (нынешний Марсель), который в IV веке до н. э. нарушил запрет и вышел за Геркулесовы столбы, отправившись на север. Поскольку на ходу гномон бесполезен, он высаживался на берег и там определял с его помощью широту с точностью до нескольких минут. Аналогичным способом контролировали свое местонахождение на нужной параллели в море и викинги.

Примерно в III–II веках до н. э. появляется астролябия (от греческих слов άστρου - «звезда» и λαβή - «взятие, схватывание»), пока в сухопутном, весьма громоздком и сложном варианте. Настоящая морская, или, как ее еще называют, «новая», астролябия была изобретен а лишь на рубеже 1000 года н. э. Она представляла собой кольцо с приспособлением для подвешивания, где отвес от точки подвеса фиксировал вертикальную линию - по ней определяли горизонтальную линию и центр. Вокруг центральной оси вращался поворотный визир-алидада с диоптрами (маленькими отверстиями) на концах, на кольце со стороны алидады наносились градусные деления. Наблюдения вели втроем: один держал инструмент за кольцо, второй измерял высоту светила, становясь при этом к Солнцу спиной и поворачивая алидаду так, чтобы верхняя визирная нить бросала тень на нижнюю (это означало, что визир точно направлен на Солнце), а третий моряк снимал отсчет. Ночью по астролябии определяли высоту Полярной звезды.

В XV–XVI веках появились новые навигационные инструменты - астрономическое кольцо и градшток. Первое (одна из разновидностей астролябии) вместо алидады имело коническое отверстие, попадавшие в него солнечные лучи отражались в виде зайчика на градусной шкале, помещенной на внутренней стороне кольца - место зайчика соответствовало высоте Солнца. Градшток (посох Иакова, астрономический луч, золотой жезл, геометрический крест и пр.) - наиболее удобный при качке инструмент - два взаимно перпендикулярных стержня: длинный (80 см, шток) и короткий (брусок), последний плотно прилегал к длинному под прямым углом и мог свободно скользить вдоль него. На штоке наносились деления, на концах бруска - диоптры, а на конце штока - мушка для глаза. Определить высоту звезды можно было, глядя в глазную мушку, передвигая брусок и добиваясь такого положения, чтобы в верхнем диоптре была видна звезда, а в нижнем - горизонт. Для наблюдения за Солнцем навигатор вставал к нему спиной и передвигал брусок, пока тень его верхнего конца не падала на маленький экран, устанавливаемый вместо мушки на конец длинного штока (середина экрана направлялась на линию видимого горизонта). С помощью одного короткого бруска нельзя было измерить все высоты светил, поэтому к градштоку прилагалось несколько брусков, обычно три, для измерения высот: 10–30°, 30–60° и более 60°. Применяли градшток только в море, точность была не
выше 1–2°.

Наконец, в XVIII веке появляется один из самых известных навигационных приборов - секстан, наследник градштока. После ряда последовательных «мутаций» - квадрант Дэвиса (1594), октант Джона Хэдли (1731), дававший погрешность всего 2–3 минуты, - на свет появился (1757) прибор Джона Кэмпбелла, увеличившего в октанте Хэдли сектор с 45 до 60°: так октант стал секстантом, или секстаном (от латинского sexstans, шестая часть окружности). В секстане центральный диоптр заменен зеркалом, которое позволяет визировать сразу два предмета, расположенных по разным направлениям, скажем, горизонт и Солнце (звезду). Секстан благодаря большей точности измерений более 200 лет назад вытеснил на судах другие угломерные инструменты и продолжает службу в качестве основного ручного прибора.

«Убийственная» долгота

Если с широтой мореплаватели разобрались еще в древние времена, то проблема определения в море долготы места оказалась более серьезной, и ее сколько-нибудь удовлетворительного решения не удавалось найти вплоть до конца XVIII века. Скажем, возвратившийся домой после открытия Америки Колумб обнаружил, что ошибка в измерениях на его корабле долготы составила целых 400 миль. Не избежал ошибки и французский гидрограф Ив-Жозеф де Кергелен. Он отправился в январе 1772 года из Порт-Луи на Маврикии без хронометра, а потому открытый и названный в его честь архипелаг был нанесен на карту с ошибкой в 240 миль (около 450 км)! Определить же долготу по небесным светилам (как в случае с широтой) не представлялось возможным: при движении на запад или восток картина звездного неба практически не меняется.

Конечно, принцип определения долготы был известен еще Гиппарху - разность долгот двух точек на земной поверхности соответствует разнице местного времени при одновременном наблюдении момента какого-либо одного события в двух данных точках. Гиппарх предлагал считать таким событием затмение Луны, происходившее в один и тот же момент времени для всех его наблюдателей на Земле. Но затмения случаются редко, фиксация затмения тоже дело непростое, поскольку границы тени очень нечетки.

Нельзя было реализовать на судах в открытом море и принцип определения долготы по методу «лунных расстояний», предложенному в середине XV века профессором Венского университета Иоганном Мюллером, более известным под псевдонимом Региомонтан. Он издал знаменитые «Эфемериды», содержащие полные и точные астрономические сведения, в том числе и данные для определения широты и долготы в море по методу «лунных расстояний». По составленным им таблицам для любого угла, измеренного в градусах и минутах, можно было непосредственно получить значение синуса. Это означало, что, измерив угол светила с точностью до 1", можно было определить широту с точностью до двух километров. Однако известные тогда угломерные инструменты такой точности не давали, да и теми, что были, нельзя было пользоваться при морской качке. Наконец, в 1530 году астроном и математик Гемма Фризий предложил метод определения долготы, основанный на использовании часов: надлежало брать с собой из пункта отправления часы с местным временем и «хранить» это время во время плавания, а при необходимости вычислять долготу - астрономическим способом определить местное время и, сравнив его с «хранимым», получить искомую долготу. Совет всем хорош, но точных механических часов тогда попросту не было, а ошибка часов на широте экватора всего в минуту давала ошибку по долготе в 15 миль.

Например, в 1707 году также в результате штурманской ошибки на камнях вблизи островов Силли погиб 21 корабль эскадры адмирала Клаудисли Шовела - вместе с адмиралом утонули около 2000 человек! Одной из причин этого было неумение определять долготу. 8 июля 1714 года британский парламент принял постановление, которое в том числе гарантировало вознаграждение тому, кто решит проблему определения долготы в море: с точностью не менее 0,5° или 30 миль - 20 000 фунтов (на сегодня это более полумиллиона фунтов). Два года спустя специальный приз «определителю долготы» был установлен и во Франции.

В британский совет «по вопросам долготы» поступила масса заявок - разбогатеть мечтали многие, но ни одна одобрена не была. Были и курьезы. Математики Хамфри Диттон и Уильям Уистон еще в 1713 году предложили такой способ: на наиболее оживленных морских путях установить через определенные интервалы на якорях суда, измерив их географические координаты. Ровно в полночь по местному времени острова Тенерифе суда должны были производить залп из мортир вверх с таким расчетом, чтобы снаряды взрывались точно на высоте 2000 м. Проплывавшие мимо суда должны были измерять пеленг на такой сигнал и дальность, определяя тем самым свое место. Охотников «освоить бюджет» было вдоволь и в те годы.

А получил большую часть суммы, причитающейся за решение проблемы долготы, в 1735–1765 годах 72-летний механик, сын сельского плотника Джон Харрисон, прозванный Джон Долгота, который создал высокоточные часы-хронометр, позволявшие надежно «хранить время» (в них уже не было маятника, а были балансиры, и они могли работать на борту корабля) и, соответственно, достаточно точно измерять долготу. Во Франции королевский приз «за хронометр» был вручен Пьеру Леруа, королевскому часовщику. Хронометры даже получили второе название - «долготные часы». Их массовый выпуск был начат только на рубеже XVIII–XIX веков, что и можно считать временем решения «долготной» проблемы.

Велики заслуги перед человечеством мореплавателей Средних веков и эпохи Великих географических открытий. При этом методы, которыми они пользовались в своих плаваниях для определения места положения судна, для картирования очертаний берегов и определения их протяженности, мягко говоря, оставляли желать лучшего. Как память о некоторых из этих приемов, в морской навигации до настоящего времени сохранились специфические термины.

Устройство для измерения скорости судна и сегодня называется «лаг» – от английского слова «log» – бревно, деревянная чурка. Эти чурки привязывались к веревке с узелками и бросались с носа корабля за борт. По песочным часам засекалось время, за которое лаг перемещался до кормы, а затем подсчитывалось количество узелков, прошедших при этом через руки стравливающего веревку матроса. Отсюда произошел морской термин – «узел» (по-английски – «knot»), мера скорости движения судна (одна морская миля в час или 1,85 км/час).

Европейские мореходы XV-XVI веков, как и арабские «синдбады» IX-XII веков, понятием «широта» не пользовались, так как ее можно было определить только в моменты лунных и солнечных затмений, которые происходили вовсе не часто. Определения же долготы в открытом море по пройденному кораблем расстоянию, которое рассчитывалось исходя из курса судна и скорости его хода, были настолько приблизительными, что многие тихоокеанские острова и архипелаги успешно «открывались» португальцами и испанцами по нескольку раз. Один из кормчих Магеллана, например, ошибся при определении долготы Филиппин на 52° 55" (!).

К середине XVIII века мореплавателям были известны очертания всех основных материков и островов Атлантического, Тихого и Индийского океанов, за исключением Антарктиды. Однако их положение определялось очень неточно, и большинством карт того времени пользоваться было практически невозможно. В этой связи многие острова и архипелаги, например, Тихого океана, после открытия «терялись» на многие годы.

Только в 1750 году на базе усовершенствованного «квадранта» был создан новый прибор «секстант», впервые позволивший с борта судна определять градус широты. Долгота же, из-за отсутствия возможности точно определять время в морских условиях, при этом вообще не определялась. Точные маятниковые часы, изобретенные в 1657 году Христианом Гюйгенсом, в море были ненадежными. В 1707 году из-за грубой ошибки флагманского штурмана при определении долготы английский флот напоролся на скалы островов Силли, в результате чего бессмысленно погибло много английских моряков. Только после этого, в 1714 году, английский парламент объявил премию в размере 20 тысяч фунтов стерлингов изобретателю точных морских часов. Критерием их точности было условие, чтобы за время рейса от Англии до Вест-Индии и обратно ошибка хода не превысила две минуты.

В 1729 году комиссии парламента был предложен первый образец таких часов, изготовленный английским мастером Джоном Гаррисоном и выдержавший испытания на точность хода в плавании до Лиссабона. Еще тридцать лет понадобилось автору первого «хронометра», чтобы довести свое детище до совершенства. Четвертый образец часов Гаррисона, предложенный им в 1761 году в Бюро долгот при правительстве Великобритании, в рейсе до Ямайки и обратно отстал менее чем на две минуты, а в рейсе до Барбадоса и обратно (156 суток) отставание составило всего 15 секунд. После этого в спорах и судах прошло еще почти пятнадцать лет, в течение которых Джон Гаррисон отстаивал свои авторские права на изобретение. Наконец, в 1775 году восьмидесятидвухлетний бедолага-изобретатель получил все-таки премию, после чего через год умер. Судьбы гениев, как видим, во все времена не отличались легкостью.

Таким образом, на рубеже XVIII и XIX веков морская наука, наконец-таки, получила часы, которые, невзирая на качку, устойчиво показывали точное время, необходимое для измерения географической долготы. После этого началась точная «привязка» открытых земель к карте, что дало возможность определить реальные границы и размеры отдельных частей Мирового океана.

Страница 2 из 2

Так были ли достоверными сведения, содержавшиеся в портуланах? Думаю, что это зависело от возлагаемых на них задач. Для решения «местных» прикладных задач - попадания из точки А в точку Б - они вполне подходили. Навигация по Средиземному морю была довольно неплохо изучена, поскольку постоянно поддерживалась крупными лоцманскими школами, такими как генуэзская, венецианская или лагушская. Для познания же всего мира портуланы совершенно не годились, больше путая исследователей, нежели помогая им.

Только с конца XIII века первые попытки океанского плавания, а также более широкое использование компаса выявили необходимость реального отображения на плоском листе бумаги рельефа берегов с указанием ветров и основных координат.

После XIV века портуланы часто сопровождаются приблизительными контурными рисунками средиземноморского побережья и атлантических берегов Западной Европы. Постепенно корабли, уходящие в океанские плавания, начинают включаться в работу по составлению более точных портуланов и рисунков.

Где-то к началу XV века появляются уже настоящие навигационные карты . Они представляют собой уже полный набор сведений для лоцмана: рельеф берегов, перечень расстояний, указания широты и долготы, ориентиры, названия портов и местных обитателей, указываются ветра, течения и морские глубины.

Карта, наследница математических знаний, полученных древними, все более точных сведений об астрономии и тысячелетнего опыта навигации из порта в порт, становится одним из главных плодов научной мысли первооткрывателей: отныне во время длительных плаваний требуется составлять отчеты, необходимые для полного отображения знаний о мире. И более того, появились первые судовые журналы ! Конечно, морские путешествия описывались и ранее, но теперь это начинает носить регулярный характер. Первым ввел обязательный судовой журнал для капитанов своих каравелл. Капитаны должны были ежедневно записывать сведения о берегах с указанием координат - дело чрезвычайно полезное для составления достоверных карт.

Несмотря на стремление уточнять и проверять, двигавшее наиболее знаменитыми картографами (Фра Мауро в 1457 году утверждал, что ему не удалось вместить в свою карту всех сведений, которые ему удалось собрать), фантазии, легенды, вымысел окружали любой картографический труд неким «фольклорным» ореолом: на большинстве карт, датированных до XVII века, мы видим, как на месте малоизвестных или недостаточно исследованных регионов возникают изображения различных чудовищ, почерпнутых из античной и раннехристианской мифологий.

Достаточно часто составитель, описывая обитателей отдаленных уголков, прибегал к домыслам. Районы, исследованные и попавшие под власть европейских королей, отмечались гербами и флагами. Однако великолепно разрисованные обширные розы ветров не могли принести пользы, если они неправильно ориентированы или размечены в ошибочных линиях «ромбов» (примитивная система ориентации, предшествовавшая системе меридианов и параллелей). Часто работа картографа становилась настоящим произведением искусства. При дворах королей разглядывали планисферы, словно полотна, за ними угадывались пустившиеся в дальние путешествия мореплаватели, чудовища вызывали дрожь, пройденные расстояния и интригующие названия завораживали. Потребовалось немало времени, прежде чем обычай делать карту декоративной уступил место действительно полезной картографии, лишенной всяческого вымысла.

Этим объясняется та недоверчивость, с которой великие мореплаватели, и в первую очередь Христофор Колумб , относились к разукрашенным картам XV века. Большинство моряков предпочитало доверяться своему знанию ветров, рельефа дна, течений и наблюдениям за небесной сферой, или отслеживанию движения косяков рыб или птичьих стай, для того чтобы ориентироваться в бескрайних просторах океана.

Несомненно, именно в XV веке благодаря португальским мореплавателям, а затем путешествию Колумба и, наконец, кругосветному путешествию Магеллана в 1522 году человечество смогло на практике проверить расчеты древних греков и представления о сферичности Земли. Многие мореплаватели теперь на практике получали конкретные знания, свидетельствующие о шаровидности нашей планеты. Кривая линия горизонта, перемещение относительной высоты расположения звезд, рост температуры по мере приближений к экватору, смена созвездий в южном полушарии - все это делало очевидной истину, которая противоречила христианской догме: Земля - это шар! Оставалось только измерить расстояния, которые необходимо было преодолеть в открытом море, чтобы добраться до Индии, в южном направлении, как это сделали португальцы в 1498 году, или в западном, как казалось Колумбу, когда он в 1492 году встретил на своем пути непреодолимое препятствие в лице обеих Америк.

Колумб был хорошо знаком с космографической литературой того времени. Его брат был картографом в Лиссабоне, и он сам попытался построить глобус на основе имевшихся атласов, современных и античных трактатов по космографии. Он, правда, допустил, вслед за и его «Имаго Мунди» (1410 год), грубую ошибку в оценке расстояния между Португалией и Азией, занизив его (есть гипотеза, что он сделал это преднамеренно). Тем не менее, он внял советам именитых картографов, таких как (который верил в морской путь на запад), (будущий папа Пий II) и (впоследствии автора довольно точного глобуса).

Начиная с 1435 года португальские и итальянские моряки взяли за правило плыть на расстоянии от африканского берега, чтобы избежать опасных зон и переменчивости ветров. Прибрежная зона, изобилующая рифами и отмелями, и впрямь являла собой очевидную опасность кораблекрушения.

Однако столь значительное удаление от берега, что он теряется из виду, предполагает умение ориентироваться в открытом море на плоском однообразном пространстве без маяков, ограниченном лишь линией горизонта. А морякам XV века не хватало теоретических познаний в области математики и геометрии, необходимых для точного определения своего местонахождения. Что же касается измерительных приборов, с ними дела обстояли еще хуже. До XVI-XVII веков ни один из них не был по-настоящему хорош в деле. На картах, хотя и постоянно уточняемых, имелись существенные пробелы.

Чтобы оценить чрезвычайное мужество мореплавателей, которые осваивали ближнюю, а затем и дальнюю Атлантику, надо вспомнить, какими жалкими средствами они располагали для определения своего местонахождения в открытом море. Перечень будет краток: моряки XV века, в том числе и Христофор Колумб, не обладали практически ничем, что помогло бы им решить три главных задачи любого мореплавателя, отправляющегося в дальнее плавание: держать курс, измерять пройденный путь, знать с точностью свое настоящее местоположение.

У моряка XV века в распоряжении имелись всего лишь примитивная буссоль (в различных вариациях), грубые песочные часы, кишащие ошибками карты, приблизительные таблицы склонения светил и, в большинстве случаев, ошибочные представления о размерах и форме Земли! В те времена любая экспедиция по океанским просторам становилась опасной авантюрой, часто со смертельным исходом.

В 1569 году Меркатор составил первую карту в равноугольной цилиндрической проекции , а голландец Лука Вагенер ввел в обиход атлас . Это был крупный шаг в науке навигации и картографии, ведь даже сегодня, в двадцать первом веке, современные морские карты составлены в атласы и выполнены в меркаторской проекции!

В 1530 году голландский астроном Гемма Фризий (1508-1555) в своем труде «Принципы астрономической космографии» предложил способ определения долготы с помощью хронометра, но отсутствие достаточно точных и компактных часов надолго оставили этот метод чисто теоретическим. Этот способ был назван хронометрическим . Почему же способ оставался теоретическим, ведь часы появились много ранее?

Дело в том, что часы в те времена редко могли идти без остановки в течение суток, а их точность не превышала 12-15 минут в сутки. Да и механизмы часов того времени не были приспособлены для работы в условиях морской качки, высокой влажности и резких перепадов температуры. Конечно, кроме механических, в морской практике долгое время использовались песочные и солнечные часы, но точность солнечных часов, время «завода» песочных часов были совершенно недостаточными для реализации хронометрического метода определения долготы.

Сегодня считается, что первые точные часы были собраны в 1735 англичанином Джоном Гаррисоном (1693-1776). Их точность составляла 4-6 секунд в сутки! По тем временам это была просто фантастическая точность! И более того, часы были приспособлены для морских путешествий!

Предки наивно считали, что Земля вращается равномерно, лунные таблицы грешили неточностями, квадранты и астролябии вносили свою погрешность, поэтому итоговые ошибки в вычислениях координат составляли до 2,5 градусов, а это около 150 морских миль, т. е. почти 250 км!

В 1731 году английский оптик усовершенствовал астролябию. Новый прибор, получивший название октант , позволял решить проблему измерения широты на движущемся судне, так как теперь два зеркала позволяли одновременно видеть и линию горизонта и солнце. Но октанту не досталась слава астролябии: за год до этого Хадли сконструировал секстант - прибор, позволявший с очень большой точностью измерять местоположение судна.

Принципиальное устройство секстанта, т. е. прибора, использующего принцип двойного отражения объекта в зеркалах, было разработано еще Ньютоном , но было забыто и только в 1730 году было заново изобретено Хэдли независимо от Ньютона.

Морской секстант состоит из двух зеркал: указательного и неподвижного полупрозрачного зеркала горизонта. Свет от светила (звезды либо планеты) падает на подвижное зеркало, отражается на зеркало горизонта, на котором одновременно видны и светило и горизонт. Угол наклона указательного зеркала и есть высота светила.

Поскольку этот сайт по истории, а не по кораблевождению, то я не буду вдаваться в подробности и особенности различных навигационных приборов, но хочу сказать несколько слов о еще двух приборах. Это лот () и лаг ().

В заключение, мне хотелось бы вкратце остановиться на некоторых исторических датах в истории развития навигации в России.

Тысяча семьсот первый год - это, пожалуй, самая знаменательная дата в отечественной навигации, поскольку в этом году император Петр I издал указ об учреждении «Математических и Навигацких, то есть мореходных хитростно наук учению».Год рождения первой отечественной навигационной школы.

Через два года, в 1703 году, преподаватель этой школы составил учебник «Арифметика». Третья часть книги носит заглавие «Обще о земном размерении, и яже мореплаванию принадлежит».

В 1715 году старшие классы школы преобразовали в Морскую Академию.

1725 год - это год рождения Петербургской Академии Наук, где преподавали такие светила науки, как, Михаил Ломоносов (1711-1765). Например, именно астрономические наблюдения и математическое описание движения планет Эйлера легли в основу высокоточных лунных таблиц для определения долготы. Гидродинамические исследования Бернулли позволили создать совершенные лаги для точного измерения скорости судна. Работы Ломоносова касались вопросов создания ряда новых навигационных приборов, послуживших прообразами приборов, которые используются и в настоящее время: курсопрокладчики, самописцы, лаги, кренометры, барометры, бинокли...

Определение географической долготы в древности.
Или почему в сутках 24 часа?
А действительно, почему в сутках 24 часа, а не 20 или 30? Ну могло бы быть и 25 для удобства счета. По этому поводу есть много рассуждений и объяснений. Вот еще одна версия.
Начнем с конкретных вопросов. Кому, да с такой точностью было надо разделить сутки на столь малые и ровные отрезки в чуть ли не доисторические времена? Деления суток на день и ночь или более подробное деление суток на день, вечер, ночь и утро не хватало что-ли? Для всех хватало. В русском языке есть еще понятия полночь, заполночь, под утро, рассвет, закат, полдень, что еще больше расширяло разделение времени суток на меньшие отрезки времени. Подобное разделение суток на более мелкие отрезки времени суток, пусть и на разные по продолжительности, есть практически во всех языках и у всех народов. К примеру, договорившиеся о встрече любовники, в те времена, уже довольно точно знали когда приходить на встречу и сколько ожидать запоздавшего партнера придется по максимуму. Ответ достаточно прост, сутки на 24 часа разделили те кому это было необходимо по профессиональной надобности. И лишь много позже это профессиональное деление суток стало обычным и привычным для всего остального населения.
Так кто же эти профи разделившие сутки на 24 часа? Это моряки из далекой древности. Именно они придумали разделить сутки на 24 часа, но по порядку. Для определения своего место нахождения морякам нужна была привязка к каким-то глобальным ориентирам в пространстве и времени. Всем известно, что планета Земля выглядит как шар. Этот шарик крутится вокруг своей оси и еще движется вокруг Солнца. Земля совершает один оборот в сутки вокруг своей оси и за год совершает оборот вокруг Солнца. Если очень упрощенно, то будем считать, что Солнце «висит» строго над Экватором, а ось (или полюса) Земли находятся под прямым углом к линии Земля-Солнце. Еще в древности было замечено, что северный полюс (или ось) Земли смотрит на Полярную звезду в созвездии Малая Медведица, а южный полюс направлен в созвездие Южный Крест. Для удобства земной шарик разделили на Северное полушарие и на Южное. Ночью в северном полушарии по Полярной звезде можно определить где находится Север, а в южном по созвездию Южный Крест находят Юг. Встав лицом на Север, можно определить где будут и другие стороны света. За спиной будет Юг, правое плечо укажет на Восток, левое плечо укажет Запад. Самым древним навигационным прибором стал магнитный Компас. По компасу в любое время суток и при любой погоде можно определить стороны света.
На суше путник уйдя на Запад, например, знает, что возвращаться ему надо двигаясь на Восток. В море моряк может отплыть на тот же Запад от какого-то островка, но ветры, течения и прочие факторы занесут его неизвестно куда и если остров не виден, то в какую сторону надо направить свое суденышко чтобы вернуться на тот же остров? Тут знаний лишь сторон света уже недостаточно. Верное направление лишь одно, все остальные стороны уведут моряка прочь от родного острова.
Вернемся снова к упрощенной модели Земля-Солнце. На Земле есть очень удобное место, это Экватор. На Экваторе Солнце в полдень, находящееся в Зените (в самой верхней точке), должно светить прямо над головой и если сойти с экватора на северную сторону, то Солнце будет светить уже с Юга. Если перейти на южную сторону, то Солнце будет светить уже с северной стороны. Сойдя с Экватора достаточно просто определить в какую сторону пойти чтоб вернуться на линию Экватора. На нашей модели можно также увидеть, что двигаясь от Экватора, например к Северному Полюсу, Солнце постепенно будет смещаться из Зенита к Югу и на Полюсе будет светить на самом краю горизонта. Стоя на полюсе можно увидеть не заходящее за горизонт Солнце, передвигаясь над самым горизонтом оно будет светить круглыми сутками.
Кстати, зная под каким углом к горизонту было Солнце в Зените над родным островом (вчера, позавчера) можно довольно точно определить на юг или север унесло судно за время плавания. Соответственно если Солнце поднялось в полдень выше чем над родным островом, то остров где-то на Юге. Если Солнце ниже положенного, то остров где-то на Севере.
Тут надо сделать пояснение и внести дополнение. Попробуем посмотреть как меняется длина тени от Солнца в течении дня. Для этого на ровной площадке воткнем в землю палку и будем отмечать ближе к полудню конец тени от палки. Например, маленькими колышками. Лучше начать отмечать длину тени не позднее половины одиннадцатого. Самая короткая тень от палки и укажет на Истинный полдень. Проведя этот эксперимент вы убедитесь, что Истинный (или Астрономический) полдень в данной местности совсем не совпадает с полднем по часам или двенадцатью часами дня Местного времени. Заодно узнаете угол возвышения Солнца над горизонтом в вашей местности в Истинный, только для вашей местности Полдень. Угол земля-конец палки-колышек можно измерить. Это будет угол Широты вашей местности. Теперь давайте нарисуем окружность и отметим на окружности Экватор. Далее разделим окружность от Экватора к полюсам на 90 градусов от центра окружности. Нанесем на окружности метки с шагом в 10-15 градусов. Где нулевой градус будет Экватор, а 90 градусов Северный или Южный полюса. Заодно отметьте угол широты вашей местности и посмотрите где вы находитесь на модели Земного шара. Самая большая широта на Экваторе. Остальные широты параллельными линиями опоясывают весь Земной шар, поэтому широты еще называют параллелями. Как бы разрезая весь шарик на постепенно уменьшающиеся по диаметру дольки. Зная свою широту можно перейти на широту или параллель острова, но тут возникнет новая проблема, куда плыть на Восток или на Запад чтобы найти остров. Для этого надо еще узнать Долготу острова.
Что такое Долгота? Представьте себе очищенный апельсин. Дольки этого апельсина от одного полюса через Экватор до другого полюса и будут линиями Долготы или Меридианами. Вся планета разделена на 360 градусов по окружности Экватора. Есть нулевая долгота или нулевой меридиан, Гринвичский. От нулевого меридиана долгота идет и на Запад, это будут Западные долготЫ, и на Восток. Там соответственно будут Восточные долготЫ. Максимальная долгота хоть на Востоке, хоть на Западе будет равна 360:2 =180 градусов. На 180 градусе долготы начинается отсчет времени на всем Земном шаре. Именно на 180 долготе начинается новый день или новые сутки. Но отсчет долгот идет с нулевого меридиана. И когда определяют место какой-то точки на планете говорят: Столько-то градусов Южной (или Северной) широты. Это значит на Юг или Север от Экватора. И столько-то градусов Восточный (или Западной) долготы. Соответственно на Восток или Запад от Гринвичского меридиана. При обозначении могут указать на такой-то параллели и на таком-то меридиане, что одно и тоже. Но всегда указывается сначала широта (параллель) и лишь потом указывается долгота (меридиан). Для примера:
Координаты Москвы Широта: 55°45;07; с.ш. Долгота: 37°36;56; в.д. Высота над уровнем моря: 144 м
Координаты моей Казани Широта: 55°47;19; с.ш.
Долгота: 49°07;19; в.д.
Высота над уровнем моря: 61 м
Координаты Парижа 48° 51’ 12" (48° 51’ 20) северной широты
2° 20’ 55" (2° 20’ 92) восточной долготы
Высота над уровнем моря 40;60 м
Если 360 градусов разделить на 24 часа, это время вращения Земли за одни сутки, то получится 15 градусов на час. Зная Долготу в какой-то точке на планете можно определить отставание или опережение времени от времени Нулевого меридиана. И наоборот, зная разницу во времени от времени Нулевого меридиана можно определить Местную Долготу. Например, как это делается сегодня?
Включаем приемник и по звуковому сигналу сверяем свои часы со Всемирным временем. По приемнику звучат сигналы времени местной столицы. В России это Москва. Московское время (МСК) отличается от Всемирного времени (по Гринвичу) на плюс 2 часа. Потом по Всемирному времени и Астрономическому полдню в конкретном месте своего места нахождения определяем разницу по времени и по этой разнице определяем долготу своего местонахождения. Как вы помните Широту можно определить прям на месте и в итоге получаем Координаты своего местонахождения. Можно еще определить координаты с помощью навигаторов. Не спорю, что быстрее и проще. Но не так точно. С помощью обычного приемника определяют координаты с точностью до 20 сантиметров.
В Эпоху Исторических Открытий (это 15-19 века) радиоприемников, навигаторов и даже радиовещания не было. Корабли уплывали на годы без всякой связи со своим начальством. Для определения точного времени мореплаватели возили с собой целую кучу очень точных часов «Хронометров». Естественно даже самые точные часы могут слегка спешить или отставать, поэтому и брали сразу несколько хронометров чтобы по среднеарифметическому времени вычислить более-менее точное время и тогда можно было наносить на карты сравнительно точные Координаты открытых земель и узнать свое местонахождение.
Есть маленькая неувязка в выше рассказанном. А что до этого никто и никуда не плавал? В смысле, что пока не утвердили 24 часа в сутках, Всемирное время, Нулевой или Гринвичский меридиан, не изобрели высокоточные часы и достаточно надежные мореходные корабли, плавали только вдоль побережий «в виду видимости Земли» и жители островов в океанах дальше чем «по колено в воде» от своего острова не отходили? Тогда как эти островитяне на свои острова попали и как рыбаки на своих судах находили обратную дорогу к своим островам? Мало того еще до изобретения всех выше описанных новинок уже существовали подробные карты планеты с материками и островами, даже с теми что заново открыли намного позже изобретения хронометров и Всемирного Времени. Звучит неправдоподобно, но это было. Значит и до того были какие-то надежные способы определения координат без сказок нынешних ученых «О береговых лоциях для дальнего плавания». Нужны примеры? Да сколь угодно.
Поморы с Русского Севера через Белое море ходили на кочах к островам архипелага Шпицберген. А оттуда материковые земли не видно, но это не мешало поморам возвращаться обратно. На островах Океании местные рыбаки на своих утлых пирогах могли неделями плыть к нужному острову и точно также возвращаться к своей семье обратно. Но умные ученые ссылаются как на образец мореплавателя далеких времен на некого морехода Одиссея, что скитался по Средиземному морю 25 лет, пока не нашел свой родной остров. За это время Одиссей постарел, его жена чуть замуж не вышла, сын вырос… Вот ведь как прославленный герой торопился домой с войны на соседнем острове. Что интересно, на ту войну союзники со всего Средиземноморья собрались в один миг, никто не опоздал к запланированной битве на двадцать пять лет по причине незнания дороги. Наверное спутникам Одиссея и ему самому на войне память отшибли, потому так долго и возвращались.
Существует версия, что древние мореплаватели как-то ориентировались по звездам. Версия красивая, но как конкретно ориентировались никто не знает. По моей версии древние мореплаватели ориентировались по Луне. Известно, что Луна совершает один оборот вокруг Земли за 28 суток. Следовательно за сутки Луна проходит 360 градусов: 28=12,857 градусов. Теперь разделим 12,857 градусов на градусный размер Луны (0,53) получаем 24,258 диаметров Луны. Вот те самые 24 часа или отрезка времени, которые Луна проходит за сутки по небосводу. Звезды на небосводе также движутся навстречу Луне со скоростью 30 градусов в месяц, но это движение можно учесть и найти для Луны ориентир места где эта Луна должна быть завтра или через неделю, месяц. Суть определения долготы по Луне в следующем: На неподвижной в пространстве площадке Луна на следующие сутки в то же время передвинется на 24 диаметра. Если мы за сутки переместимся на восток (или запад) на 1000 километров, то Луна соответственно не дойдет на один диаметр (или перейдет лишний диаметр), что отметить не сложно.Само собой подобный способ определения долготы пригоден на любом удалении точки определения по широте, хоть на другом краю планеты. Чем ближе к полярным областям, тем точнее будут измерения. У поморов севера был самодельный прибор «солнечный компас Матка», так вот по этому прибору поморы запросто могли БЫ определять и широту, и долготу. А также составлять подробные карты и побережий и островов. Есть предположения, что Русские поморы заселяли Дальневосточное побережье и земли Восточной Сибири еще до Рождества Христова. То есть Северным морским путем добирались до Тихого океана и знали как по суху добраться обратно.
Какими самодельными приборами или даже, возможно, просто на пальцах определяли широту и долготу жители Океании мне не известно, но вряд ли это было очень сложно и заумно. Главное это все-таки было!
Любая техническая задачка имеет множество решений. Надо лишь найти самое выгодное или простое.
Был бы очень признателен если мои рассуждения по определению долготы по Луне просчитали и довели до практического применения профи от Астрономии или другие специалисты знакомые физикой движения астрономических тел. Соавторство обещаю.