Навигация в море

Мореплавателям, оказавшимся в открытом океане, необходимо знать, где находится и в каком направлении плывет судно. Направление может указать компас. Но для тонного выяснения местонахождения корабля нужно определить широту и долготу, а эта задача намного труднее.

Географическая широта указывает, на каком расстоянии к северу или к югу от экватора находится данная точка. Это расстояние измеряется в градусах. Например, Филадельфия расположена в 40° к северу от экватора. Широту можно определить с помощью измерения угла между линией горизонта и высотой небесного светила и сверки этого угла со справочными астрономическими таблицами (альманахами). В полночь можно измерить угол какой-нибудь яркой звезды, в полдень - угол Солнца и сравнить их с таблицами. У древних мореплавателей были различные инструменты для измерения углов. Так, используя алидаду («посох Иакова»), моряк смотрел вдоль угломерной рейки, одновременно двигая поперечину - ригель, - пока нижний конец ригеля не совпадал с линией горизонта, а верхний конец - с положением звезды или Солнца. Рейка была градуированной, поэтому по ней моряк мог определить угол. Этот прибор, впервые описанный ок. 1330 г. еврейским ученым Леви бен Гершо-мом, использовался в Европе вплоть до XVIII в.

В 1594 г. английский моряк Джон Дейвис изобрел бэкстафф. Этот инструмент направлялся в обратную сторону от Солнца, что позволяло беречь зрение. Похожим инструментом был квадрант, использовавшийся не только астрономами, но и артиллеристами для улучшения прицела. В 1731 г. английский математик Джон Хэдли изобрел октант, в то время ошибочно называвшийся квадрантом Хэдли. Англо- американский изобретатель Томас Годфри из Филадельфии изобрел почти такой же инструмент самостоятельно. В октанте большое зеркало крепилось на поворачивающемся стержне, что позволяло совместить изображение Солнца с малым зеркалом. В малом зеркале также видна линия горизонта. Максимальный угол, который можно было измерить с помощью октанта, составлял 45 °. От октанта оставался один шаг до секстанта (позволявшего измерять углы до 60°), изобретенного шотландским морским офицером Джоном Кэмпбеллом в 1757 г. Секстант оставался стандартным навигационным инструментом 250 лет и использовался даже в авиации, пока не был заменен радиомаяками и системами глобального позиционирования.

В 1884 г., по международному соглашению, за начальный (нулевой) меридиан был принят Гринвичский, проходящий через Гринвичскую лабораторию под Лондоном. Однако определить долготу любого другого места - его положение к востоку или западу от Гринвичского меридиана - оказалось труднее, чем определить широту. Веками моряки измеряли угол между Луной и другим небесным телом, а потом сверялись с таблицами - эфемеридами, - указывавшими ежедневное положение Луны. Такие таблицы составил в 1471 г. немецкий астроном Иоганн Мюллер, известный как Региомонтан. Они были опубликованы в 1766 г. в «Морском альманахе» английским астрономом Невилом Маскелайном и каждый год пересматривались.

Определение долготы зависело от точности измерения времени, которое с изменением долготы меняется. Например, когда в Лондоне полдень, в Филадельфии (75° западной долготы) еще только 7 часов утра. Зная местное время тогда, когда в Лондоне стоит полдень, можно вычислить свою долготу. Но для этого был необходим хронометр - точные часы. В 1714 г. британское правительство предложило премию в 20 тыс. фунтов тому, кто сумеет создать такой инструмент. Условие было одно: чтобы «морские часы» убегали или отставали не больше чем на 2 мин. за шестинедельное плавание в Вест-Индию и обратно. Английский часовщик Джон Гаррисон принял участие в конкурсе и в 1735 г. изобрел свой первый хронометр. Но условию конкурса соответствовал лишь его четвертый инструмент, созданный в 1759 г. Погрешность пятого хронометра составляла всего 4,5 секунды за десять недель. Однако ждать выплаты всей премии Гаррисону пришлось 14 лет.

В 1600-х гг. (до изобретения секстанта) морякам, для того чтобы определить широту местонахождения корабля, приходилось долго прицеливаться, наблюдая за Солнцем или звездой. Задача усложнялась килевой качкой судна.