Как определяли местонахождение корабля
Представьте себе, что корабль находится в открытом море. Его со всех сторон окружают только небо и вода; вокруг не видно ни берега, ни островка. Плыви куда хочешь! Как определяли местонахождение корабля, когда не было ни спутников Земли, ни радиосвязи?
Параллели и меридианы
Вся поверхность земного шара покрыта рядом воображаемых взаимно перпендикулярных линий, которые называются параллелями и меридианами, а их совокупность составляет так называемую градусную сетку.
Линия, которая образуется сечением земного шара плоскостью, проходящей через центр Земли перпендикулярно к оси её вращения, называется экватором. Экватор одинаково удалён как от Южного, так и от Северного полюсов.
Долготой называется расстояние в градусах от некоторого «нулевого» меридиана к западу (западная долгота) и к востоку (восточная долгота). Долгота отсчитывается от 0 до 180 градусов по земному экватору.
Широтой называется расстояние в градусах от экватора до некоторой точки, лежащей либо между Северным полюсом и экватором (северная широта), либо между Южным полюсом и экватором (южная широта). Широта отсчитывается от 0 до 90 градусов.
Введение понятия долготы и широты имеет громадное значение: оно позволило отмечать, фиксировать местопребывание той или иной далекой экспедиции в малоизведанных районах земной поверхности или определять местонахождение корабля в открытом море. Широта и долгота вместе с тем служат основой любой географической карты. Долгота и широта любого места определяются при помощи астрономических наблюдений.
На этих наблюдениях было основано безопасное плавание в открытых морях и океанах.
Морская миля
Координаты местонахождения корабля в открытом море определялись только путём астрономических наблюдений. Отсюда взята и величина морской мили - основной единицы измерения расстояний, пройденных кораблем. Морская миля соответствует изменению положения какого-либо светила ровно на одну минуту дуги.
Для наглядности представим себе, что Солнце находится в меридиане и его наблюдают с двух кораблей. Если при этом разность высот Солнца составит одну минуту дуги, то, следовательно, расстояние между этими кораблями будет равно одной морской миле.
Наука мореходства
Отсутствие точных знаний о движении небесных тел и неумение производить астрономические наблюдения долго служили громадным препятствием для развития мореходства. Итак, возникала настойчивая необходимость совершенствовать науку мореходства и мореходную астрономию.
Английский парламент в 1714 году назначил премию в 20 тысяч фунтов стерлингов тому, кто предложит метод для определения долготы места в море, хотя бы с точностью до половины градуса. Много людей работало над этим вопросом десятилетия.
Заманчиво было стать автором такого важного изобретения, не менее заманчиво было получить право на столь солидную премию. Прошло более полстолетия, а задача, поставленная парламентом, всё ещё не была решена.
Метод определения долготы
Наконец, в 1770 году часовщик Арнольд предложил парламенту метод определения долготы в открытом море. Этот метод был основан на перевозке хронометров. Первые пригодные для этого хронометры были построены Гаррисоном ещё в 1744 году. Этот метод заключался в следующем.
Отправляясь в море из какого-нибудь порта, долгота которого известна, пользуются правильно идущим хронометром, который показывает время отправного пункта. Находясь в открытом море, путешественники по наблюдению небесных светил определяли местное время. Из сравнения местного времени с показанием хронометра находили разность времён.
Эта разность времён и является разностью долгот отправного пункта и пункта нахождения. Этим методом в 1843 году с большой точностью (до сотой доли секунды) была определена долгота Пулковской астрономической обсерватории.
Положение точки на земной поверхности
Итак, положение какой-либо точки на земной поверхности определяется долготой и широтой. Величина дуги меридиана от земного экватора до данного места определяет его широту. Величина дуги экватора от нулевого (главного) меридиана до меридиана данного места определяет его долготу.
Главным, или нулевым, меридианом принято считать тот, который проходит через знаменитую Гринвичскую астрономическую обсерваторию, находящуюся в Англии, неподалёку от Лондона. Чтобы определить долготу какой-либо точки на Земле, достаточно знать показания часов в этом месте и в Гринвиче в один и тот же момент.
Это основано на том, что разность показаний часов в один и тот же момент каких-нибудь двух мест равна разности долгот этих мест. Вся окружность, как известно, составляет 360 градусов, что соответствует 24 часам; одному часу соответствует 15 градусов, а одной минуте времени соответствует 1/4 градуса, или 15 минут дуги.
Так, например, разность показаний часов для одного и того же момента времени в Ленинграде и Гринвиче составляет 2 часа и 1 минуту. Следовательно, Ленинград находится к востоку от Гринвича на 30 градусов и 15 минут. Или, как принято говорить, Ленинград имеет 30 градусов и 15 минут восточной долготы. Широта - дуга меридиана от земного экватора до какого-либо определённого места.
Или, иначе говоря, широта точки на земной поверхности равна угловой высоте полюса над горизонтом. Поэтому для определения широты местонахождения корабля в море проводили ряд астрономических наблюдений. Эти наблюдения обычно вели при помощи угломерного инструмента, называемого секстаном. Днём при помощи этого инструмента измеряют высоту Солнца, а ночью высоту Луны, Полярной или какой-нибудь другой звезды.
В связи с изобретением радио определение долготы в море производится гораздо проще.
Международная комиссия времени
Была создана специальная Международная комиссия времени, которая весь земной шар условно разделила на девять зон. Выработана специальная схема, обязательная для всех стран мира, передачи точных, так называемых ритмических, сигналов времени, основанных на наблюдениях звезд.
Ритмические сигналы времени передавались несколько раз в сутки по радио с девяти наиболее мощных радиостанций в различные часы гринвичского времени. Наиболее известны из этих радиостанций были ЭйРегби в Англии и станция имени Коминтерна в Москве.
Поэтому, в каком бы пункте земного шара ни находился корабль, он при помощи радио, хотя бы с одной из девяти станций, получал сигнал точного времени и, следовательно, знал показание часов для главного меридиана в данный момент. Затем при помощи астрономических наблюдений определялось точное местное время и по разности этих двух времён - долгота местонахождения корабля.
О перемещении континентов
Известный геолог Вегенер когда-то высказал предположение, что континенты постоянно несколько перемещаются. Это перемещение, по его мнению, столь значительно, что оно при помощи астрономических наблюдений может быть обнаружено через небольшой сравнительно срок. Отсюда следовало, что долгота места тоже меняется, и это изменение можно заметить на протяжении сравнительно небольшого отрезка времени.
Предположение, высказанное Вегенером, вызвало большой интерес у специалистов. Комиссия из представителей Международного астрономического и Международного геодезического союзов разработала проект определения мировых долгот по радио через каждые несколько лет.
Впервые это определение долгот было проведено в 1926 году. Вершинами основного полигона были избраны три группы обсерваторий. Первая группа - в Алжире (Африка), Зи-Ка-Вей (Китай) и Сан-Диего (Калифорния); вторая группа - в Гринвиче, Токио, Ванкувере и Оттаве (Канада); третья группа - Манилла (Филиппины), Гонолулу (Сандвичевы острова), Сан-Диего и Вашингтон.
Эти обсерватории имели связь с рядом обсерваторий, ведущих работу по службе времени. Вместе с тем долготные наблюдения велись многими обсерваториями и временными станциями. Работа была проведена успешно. Радиосигналы принимались на огромных расстояниях.
Так, например, радиосигналы станций Бордо (Франция) принимались в Америке и Австралии. Долготы определялись с исключительно высокой точностью, и ошибка замыкания основного полигона не превышала 0,007 секунды. В 1933 году это предприятие было повторено в ещё более грандиозных масштабах, а технический уровень проведенных работ был ещё выше, чем в 1926 году.
В результате оказалось, что предположение, высказанное Вегенером, не вполне подтвердилось. Если и имеет место вековое смещение Америки относительно Европы, то его величина, во всяком случае, не может превышать трёх сантиметров в год.
Небезынтересно, однако, отметить, что из сравнения приёма сигналов времени, проводимых систематически обсерваториями Европы и Америки, обнаружено заметное (около 18 метров) колебание долгот с периодом примерно в 11 лет, почти совпадающим с периодом солнечных пятен.