Навигация в эпоху океанских парусных плаваний
Наблюдения, приборы, вычисления и передача мореходного знания.
- Регион
- Европа и океанские маршруты; Полинезия
- Область
- Морская навигация
- Период
- XV-XVIII века
Навигация парусного судна соединяла наблюдение за морем, измерение направления и скорости, астрономию, работу с картами и знание местных условий. В европейских океанских плаваниях XV–XVIII веков эти способы развивались совместно. Компас помогал держать курс, но не сообщал, где находится корабль; астрономический прибор позволял измерить угол, но сам по себе не выдавал координаты. Даже хорошие часы требовали наблюдений, вычислений и проверки. Повседневная задача штурмана состояла в том, чтобы сопоставлять сведения разного происхождения и вовремя замечать их расхождения.[1][2][3]
Дальнее мореплавание стало возможным задолго до появления достаточно надёжных морских хронометров. Моряки учитывали пройденный путь, определяли широту по светилам, выбирали маршруты с подходящими ветрами и узнавали подходы к берегам по глубинам и грунту. Во второй половине XVIII века лунные расстояния и морские часы существенно улучшили определение долготы. Их внедрение, однако, требовало подготовленных наблюдателей, таблиц, исправных инструментов и многолетних испытаний. История навигации поэтому включает и историю корабельного труда, образования, мастерских, обсерваторий и печатных изданий.[4][5][6][7]
Европейская инструментальная традиция не исчерпывала знания о море. В Тихом океане путешественники встречали опытных мореходов, чьи способы ориентирования опирались на иную организацию пространства и передачу сведений. Сотрудничество Тупаи с участниками первого плавания Джеймса Кука показывает, насколько важными могли быть местные знания и посредничество. При этом навигационная компетентность не сводилась к одному прибору или национальной школе: её составляли знания, которые можно было применить на конкретном судне, в конкретном море и при данной погоде.[8][9]
Координаты, курс и место судна
Курс задавал направление, которое выдерживал рулевой; определение места отвечало на вопрос о положении судна. Длительное удержание одного курса не исключало ухода от ожидаемого пути под действием течения и бокового сноса.[1]
Географическая широта отсчитывается к северу или югу от экватора, долгота — к востоку или западу от выбранного начального меридиана. Для широты существует естественная исходная линия, связанная с осью вращения Земли. Выбор нулевой долготы условен. На старых картах встречались разные начальные меридианы; например, на карте мира Виллема Блау 1606 года отсчёт связан с Азорскими островами. Сопоставляя старые координаты, необходимо сначала установить, от какой линии их считали.[10]
Отличалось и само содержание навигационного результата. Определённая по Солнцу широта ещё не означала, что известны обе координаты. Измеренная глубина могла убедительно указывать на приближение к банке, не давая единственной точки на карте. Счислимое место показывало, где судно должно было оказаться согласно принятому расчёту. Все эти сведения были полезны, но полезны по-разному. Ошибку создавало не только плохое измерение, но и чрезмерное доверие к тому, что оно позволяло заключить.[1][5]
Обстановка у берега и в океане предъявляла разные требования к точности. Для подхода к устью реки нужны были подробности, неразличимые на обзорной карте: фарватер, отмели, глубины и заметные с моря ориентиры. В океане прежде всего требовалось удерживать общий маршрут и контролировать накопление ошибки. Масштаб карты определял, сколько подробностей на ней вообще можно было показать; крупный лист мира не заменял подробного плана гавани.[11]
Почему удобный маршрут редко совпадал с прямой линией
Парусное судно двигалось благодаря ветру, поэтому геометрически короткий путь не обязательно был быстрым или доступным. Пассаты в тропических областях Атлантики помогали переходам от Европы и Африки к Америке. Обратный рейс требовал другого сочетания направлений и широт. Устойчивость общей циркуляции делала такие маршруты воспроизводимыми, но не превращала погоду каждого дня в расписание: штиль, шквал и длительное отклонение ветра сохраняли значение.[12]
Португальская практика возвращения из вод Западной Африки хорошо показывает связь маршрута и астрономии. Встречные ветры и течения побуждали уходить от берега в открытый океан. Там привычные наземные ориентиры исчезали, а высота Полярной звезды помогала определить, достигнута ли широта, подходящая для поворота к востоку. Это объясняет, зачем моряку был нужен угломерный инструмент даже тогда, когда точное определение долготы ещё оставалось трудной задачей.[4]
Такое плавание не было движением наугад. В нём использовались сведения о ветрах, представление о взаимном положении районов и контроль широты. Вместе с тем выдерживание широты не сообщало расстояние до желанного берега. Штурману приходилось продолжать счисление и следить за признаками приближения к суше. Успех известного маршрута зависел от согласованного применения нескольких способов, каждый из которых закрывал лишь часть задачи.[4][13]
Разницу между путём на карте и временем перехода можно показать простым условным примером. Если по более длинному маршруту судно способно устойчиво идти вдвое быстрее, умеренный выигрыш в расстоянии на коротком пути может не окупить потери времени. Это арифметическое пояснение, а не восстановление конкретного рейса. Исторические маршруты нельзя оценивать только по длине линии: их смысл раскрывается через ветровую обстановку, возможности судна и условия возвращения.
Компас и несовпадение направлений
Морской компас давал устойчивую систему направлений, доступную и при закрытом облаками небе. В словаре Уильяма Фалконера 1780 года компасная картушка описана как круг, разделённый на 32 румба. Каждый румб составлял 11°15′. Такая система позволяла задавать направление более подробно, чем четыре стороны света. Но само деление картушки не гарантировало одинаковой точности всех компасов: Фалконер отдельно обсуждал недостатки их изготовления.[1]
Магнитное направление не совпадает повсюду с географическим севером. Угол между ними называют магнитным склонением. Для переноса компасных наблюдений на географическую карту это различие следовало учитывать. Сведения о склонении поэтому приобретали практическое значение и становились предметом морских экспедиций. В 1698–1700 годах Эдмонд Галлей плавал на «Парамуре», исследуя магнитные явления в Атлантике; результатом стали карты, показывавшие пространственное распределение склонения.[15]
В 1701 году Галлей опубликовал карту магнитного склонения Атлантического океана, а в 1702-м, привлекая наблюдения других мореплавателей, — карту мира.[16] На ней линии соединяли места с одинаковым склонением; такие линии называют изогонами. Двойная линия обозначала нулевое склонение и разделяла области восточного и западного отклонения стрелки. Карта 1702 года представляла склонение для 1700 года. Её пояснение прямо оговаривало пробел: Галлей не провёл линии через Тихий океан, поскольку ему недоставало наблюдений.[17]
Склонение менялось не только от места к месту, но и со временем в одном месте. Галлей сообщал, что в Лондоне сам наблюдал 2°30′ западного склонения в 1672 году и 6° в 1692-м.[18] Поэтому карта сохраняла сведения для определённого времени, а не давала неизменную поправку на все будущие плавания. Сидни Чепмен в исследовании работ Галлея связывал последующую утрату практической ценности этих карт с вековыми изменениями земного магнетизма: навигаторам требовались новые карты.[16]
Ещё одно различие возникало между направлением носа корабля и его фактическим перемещением. Боковой ветер мог сносить судно относительно линии, которую выдерживал рулевой; течение перемещало воду вместе с кораблём. На уровне расчёта это разные воздействия, хотя итогом обоих могло стать расхождение ожидаемого и действительного места. Поэтому оценка пути требовала учитывать не только команды рулевому, но и условия движения. Уже само устройство счисления предполагало поправки, а не механическое продолжение одной линии.[1][13]
Лаг, время и счисление пути
Чтобы оценить пройденное расстояние, требовалось знать скорость и продолжительность движения. Ручной лаг использовал сопротивление дощечки, опущенной в воду: судно уходило вперёд, а лаглинь разматывался. За определённый промежуток времени учитывали прошедшую длину линя. Песочные часы давали этот промежуток.[19] Связь между лаглинем, узлами и отсчётом времени сохраняют музейные морские песочные часы; длительность их хода могла различаться, поэтому конкретный экземпляр нельзя превращать в стандарт для всех флотов.[20]
Фалконер в словаре 1769 года описывал измерение как совместную работу трёх человек: один держал катушку, второй - полуминутные песочные часы, а вахтенный помощник бросал лаг за корму и стравливал линь. Отсчёт начинали не сразу: сначала за борт должна была уйти начальная часть линя длиной 12 или 15 фатомов, чтобы дощечка оказалась вне водоворотов корабельного следа. Когда проходила соответствующая метка, часы переворачивали. После истечения песка линь останавливали; натяжение высвобождало крепёжный штырёк, дощечка теряла прежнее сопротивление воде, и её легче было подтянуть к судну.[21]
В этой схеме тридцатисекундным часам соответствовали промежутки между узлами в 50 английских футов. При иной продолжительности отсчёта Фалконер требовал пропорционально менять разметку. Он рекомендовал проверять часы по колебаниям маятника, а линь - перемерять: ход песка мог изменяться, верёвка - растягиваться или укорачиваться. По его описанию, на военных и ост-индских кораблях лаг обычно бросали каждый час, на остальных судах - раз в два часа; изменение ветра между измерениями учитывали при подведении итогов вахты. Это свидетельство конкретной практики XVIII века, а не единый норматив для всех морских держав.[21]
Разметка лаглиня зависела и от того, какую длину приписывали морской миле. В исследовании истории морской мили А. Б. Муди приводит спор начала XVIII века: Генри Уилсон в 1715 году исходил из того, что при тридцатисекундном отсчёте промежуток между узлами должен составлять 1/120 мили, но сама длина этой мили оставалась предметом разногласий. Поэтому внешне одинаковые лаги могли давать несопоставимые результаты без проверки меры длины и времени отсчёта.[22]
Скорость можно было оценивать и без лаглиня. При способе, известном как голландский лаг, засекали время прохождения плавающего предмета между двумя отмеченными точками вдоль борта. Известное расстояние и время позволяли определить скорость относительно воды.[23] В варианте Питера Холма расстояние составляло 40 рейнландских футов, а ориентиром могло служить пятно пены. Время отсчитывали в уме с заранее заданным темпом: Холм предписывал 54 отсчёта за полминуты. Поэтому числа в его таблице нельзя читать как обычные секунды. Эрнст Кроне, исследовавший руководство Холма, подчёркивал зависимость результата от темпа счёта и критиковал предписание одного темпа для разных наблюдателей.[24]
Холм облегчил обращение к своей таблице, поместив её на табакерках, которые продавал морякам. На одном небольшом предмете соединялись таблица для определения скорости и календарь. Кроне отделял эту удобную форму справочного пособия от самого способа наблюдения: движение пены или другого предмета вдоль борта использовали задолго до Холма. Табакерка делала расчётные данные доступными на палубе, но точность измерения по-прежнему зависела от наблюдателя.[24][23]
Данные нужно было сохранять до переноса в журнал. Для этого служила вахтенная доска с розой направлений и отверстиями для колышков. В распространённом варианте восемь отверстий вдоль каждого румба соответствовали восьми получасам четырёхчасовой вахты. Отдельные ряды предназначались для записи скорости. По окончании вахты отметки позволяли восстановить последовательность курсов и скоростей.[13]
Устройство таких досок различалось. Французский экземпляр около 1800–1825 годов из Морского музея в Ньюпорт-Ньюсе имеет лишь четыре отверстия на каждый румб, а таблицы скорости находятся над розой направлений. Составители каталога предполагают, что на нём курс отмечали раз в час, а скорость — каждые полчаса. Поэтому общий способ записи нельзя без проверки переносить на любой сохранившийся предмет.[13]
Вахтенные доски применяли в Северной Европе по меньшей мере с начала XVI века; на судах прибрежного плавания они сохранялись и в XIX столетии. Деревянные принадлежности редко берегли после разборки судна, поэтому сохранившиеся экземпляры немногочисленны и в основном относятся к XIX веку. Датировать их трудно; существуют и многочисленные современные воспроизведения.[13]
Счисление соединяло направления отдельных отрезков с оценками их длины. Если в учебном примере судно шло четыре часа со средней скоростью пять морских миль в час, получалось двадцать миль относительно воды. Добавим условное попутное течение в одну милю в час: за те же четыре часа перемещение относительно берега составит двадцать четыре мили. При боковом течении пришлось бы учитывать ещё и изменение направления. Числа здесь выбраны для объяснения арифметики и не описывают исторический переход.
Расхождение счисления с наблюдением требовало выяснить, где возникла ошибка. В девятом издании «Практического навигатора» 1791 года Джон Гамильтон Мур перечислял возможные причины: изменение скорости между бросаниями лага, рыскание судна, течения, волнение и внезапные шквалы. Он предлагал проверить поправки на дрейф и течение, работу рулевого, разметку лаглиня и полуминутные песочные часы. В его методике широта, полученная наблюдением, служила опорой для исправления счисления; поправки зависели от предполагаемой причины расхождения. Таким образом, наблюдение ставило перед штурманом новую задачу - разобраться в накопленных записях и условиях плавания.[25]
Карты, лоции и морской атлас
Морская карта выделяла сведения, нужные для плавания: очертания берегов, опасности, названия мест, направления и, по мере накопления промеров, глубины. Портоланные карты особенно тесно связаны со средиземноморской традицией. Их характерные признаки — названия, написанные поперёк береговой линии, и пересекающаяся сеть направлений. Однако среди сохранившихся портоланов есть как рабочие пособия, так и дорогие предметы для собраний. Богатая отделка или хорошая сохранность сами по себе не доказывают, что карта побывала в море.[26]
Содержание карт не было равноценным для всех районов. На произведениях семьи Олива уверенно изображённое Средиземноморье соседствовало с гораздо менее надёжной географией северной Атлантики. В музейном разборе отмечены вымышленные острова, в том числе Бразил к западу от Ирландии. Для историка это свидетельство границ доступного знания; для морехода подобная ошибка могла означать неверное ожидание суши. Карта накапливала опыт, но вместе с ним могла наследовать непроверенные сведения.[26]
«Зеркало мореплавания» Лукаса Янсзона Вагенера, выходившее в 1584–1585 годах, соединяло карты европейских побережий с текстовыми указаниями и видами берегов с моря. В нём были показаны глубины, проходы, маячные знаки и заметные здания. Карта и береговой профиль решали разные задачи: первая показывала взаимное положение мест, второй помогал узнать видимый берег. Рядом размещались описания плавания, то есть сведения, которые невозможно было полностью выразить одной линией или условным знаком.[27]
Устройство атласа показывает, что печатная книга была рабочим инструментом. Для участка побережья предусматривались текст и разворот с картой; после первого тома последовал второй, охватывавший другие европейские берега. Произведение переиздавали на разных языках. Распространялась не только картинка, но и способ организовать сведения для использования в плавании. При этом набор данных оставался неоднородным: подробности входа в гавань могли быть важнее формальной координатной сетки, которой на этих листах не было.[27]
Береговые профили составляли и при обследовании незнакомых побережий. В журнале экспедиции Абеля Тасмана сохранились виды западного берега Новой Зеландии в районе нынешнего мыса Фаулуинд, зарисованного в декабре 1642 года.[28] Эти изображения дополняли записи наблюдений. Под 14 декабря Тасман отметил, что облака скрывали горные вершины; вдоль берега измеряли глубины и определяли грунт — липкий песок. На следующий день он описал выступавшие из воды скалы, похожие на шпили или паруса. Журнал соединял такие приметы с наблюдённой широтой, направлениями и промерами, позволяя сопоставлять внешний вид суши с другими сведениями о месте судна.[29]
Проекция Меркатора, представленная в 1569 году, решала другую задачу. На ней линия постоянного направления относительно географических меридианов — локсодромия — изображается прямой. Это облегчало работу с курсом на плоской карте. Но удобство изображения направлений не означало отсутствия искажений расстояний и площадей и не делало все прямые линии кратчайшими путями по земной поверхности. Преимущество проекции следует оценивать по той задаче, ради которой её применяли.[11]
Печатная карта, компас и измерительный циркуль составляли связанный набор. Циркуль помогал переносить расстояния и работать с положением точек. На месте гибели «Мести королевы Анны» найден такой инструмент; исследователи сравнивают его с экземпляром с пиратского корабля «Уайда». Эти находки важны тем, что возвращают пиратское мореплавание в общую техническую среду эпохи. Оно также зависело от карт, измерений и навыков обращения с инструментами.[30]
Лот и чтение морского дна
При приближении к берегу глубина приобретала непосредственное значение. Ручной лот представлял собой груз на размеченном лине. Он позволял определить расстояние до дна, а углубление в основании груза, заполненное липким веществом, могло принести образец грунта. Песок, ил и другие донные материалы помогали сопоставлять место с известным описанием подхода. Само измерение глубины и получение образца — разные, но взаимодополняющие функции одного инструмента.[5][31]
В морском словаре Уильяма Фалконера 1769 года описана техника такого промера на ходу. Матрос бросал груз вперёд, чтобы к моменту касания дна лотлинь оказался почти вертикальным. На лине чередовались различимые метки: например, пяти фатомам соответствовал белый лоскут, семи - красный; глубину между метками оценивали и выкрикивали. Фатом здесь - английская морская мера в шесть футов. Для работы более тяжёлым глубоководным лотом ход судна предварительно уменьшали. Фалконер предписывал записывать в судовой журнал и глубину, и характер грунта: эти сведения служили также для уточнения наблюдений прежних лоцманов.[32]
Джон Кемп и Брайан Д’Ольер обращают внимание на недооценённую роль лота в истории навигации. В ранней английской лоции, датируемой примерно 1470 годом, описывались признаки грунта на подходах к Ла-Маншу. Позднее значение промеров отражалось и в изображениях: на титульном листе атласа Вагенера 1584 года показана работа с лотами. Такие свидетельства позволяют увидеть важность обычного практического действия, которое значительно реже становилось героем истории изобретений, чем часы или астрономический прибор.[5]
На месте крушения «Мести королевы Анны» в 1996 году подняли крупный свинцовый лот с обозначением XXI, соответствующим массе в 21 фунт. Его связывают с измерением глубины и определением характера дна. Два меньших свинцовых предмета имеют менее определённую интерпретацию: они могли выполнять сходную функцию, но рассматриваются также другие назначения. Сопоставление показывает, почему нельзя одинаково уверенно подписывать все похожие археологические находки.[31]
Одна глубина не давала уникального положения: требовалось сопоставлять последовательность промеров и наблюдаемую обстановку. Приливы и течения дополнительно усложняли подход. Лоцманский опыт поэтому сохранял значение и при наличии астрономической навигации.[5]
Широта по звёздам и Солнцу
В северном полушарии удобным ориентиром служила Полярная звезда. Она расположена близко к северному полюсу неба, и её высота над горизонтом приближённо соответствует широте наблюдателя. Слово «приближённо» здесь существенно: звезда не находится точно на полюсе, а положение небесного полюса относительно звёзд меняется на больших временных промежутках. Для грубой ориентировки достаточно общего соотношения; более точное определение требует учитывать отличия реального неба от упрощённой схемы.[34]
Эта связь имеет геометрический смысл. Чем дальше наблюдатель перемещается к северу, тем выше над горизонтом оказывается северный полюс неба. На экваторе он лежит у горизонта, на Северном полюсе — в зените. Поэтому измерение высоты близкой к нему звезды содержит сведения о положении наблюдателя. В южных широтах этот конкретный ориентир становится недоступен; распространение океанских маршрутов требовало работать и с другими светилами.[34]
Для наблюдений Солнца требовалось знать не только его измеренную высоту, но и положение на небесной сфере в данное время года — склонение. Полуденная высота изменяется с сезоном, даже если наблюдатель остаётся на одном месте. Поэтому правило «измерить высоту Солнца и назвать её широтой» неверно. Между показанием инструмента и координатой стояли геометрическое соотношение, календарные данные и соответствующие поправки. В истории астрономической навигации таблицы столь же существенны, как сами угломеры.[2][35]
Морская астролябия была приспособлена к измерению высоты светил. Тяжёлая конструкция помогала удерживать её отвесно, а вырезы уменьшали воздействие ветра. Поворотная линейка с визирами — алидада — задавала направление наблюдения. При солнечном измерении можно было совмещать проходящий через отверстие свет с другим отверстием, не глядя прямо на Солнце. Градусную величину считывали со шкалы. Это измерение ещё предстояло превратить в навигационный результат.[37]
Астролябия с острова Валентия, хранящаяся в Гринвиче, была найдена в 1845 году возле района гибели кораблей Испанской армады. В музейной карточке отмечено отсутствие числовой разметки, что допускает незавершённость изготовления. Связь с событиями 1588 года рассматривается в контексте места находки, а не как известная биография каждого использования предмета. Такая вещь сообщает и о технологии, и о вопросах, которые остаются открытыми даже после её изучения.[37]
От поперечного посоха к зеркальным приборам
Поперечный посох, или кросс-стафф, использовал продольную шкалу и перемещаемую поперечину. Наблюдатель совмещал её края с горизонтом и светилом. Метод позволял измерять угол без сложного металлического механизма, но требовал одновременно контролировать два направления. При наблюдении Солнца существовал риск для зрения. Морское применение инструмента широко распространилось в XVI веке, а использование продолжалось и позднее: музейный экземпляр из Амстердама датирован даже 1804 годом.[38]
Квадрант Дэвиса, относящийся к приборам обратного визирования, позволял стоять спиной к Солнцу и использовать его тень. Разработка связана с Джоном Дэвисом и концом XVI века. Наблюдатель совмещал тень с элементом прибора, одновременно ориентированным на горизонт. Это облегчало солнечные наблюдения, но зависимость от достаточно отчётливой тени ограничивала применение к другим светилам. Такой инструмент нельзя без оговорок считать универсальным ночным угломером.[39]
Сохранившиеся приборы показывают, сколько внимания уделялось шкалам и материалам. Один из гринвичских квадрантов выполнен из бакаута с самшитовыми дугами и латунными заклёпками. На нём имеются разные угловые шкалы и вспомогательные обозначения для солнечных наблюдений. Некоторые детали позднее заменяли. Поэтому музейный предмет может сохранять несколько этапов использования и ремонта, а не только первоначальную конструкцию. Точность навигации зависела и от такой ремесленной работы.[40]
В 1731 году Джон Хэдли представил Королевскому обществу отражательный октант. Зеркала позволяли совместить отражённое изображение светила с непосредственно наблюдаемым горизонтом. Вместо перевода взгляда между двумя разнесёнными целями наблюдатель работал с их совмещением. Почти одновременно сходное решение предложил Томас Годфри в Пенсильвании. Этот пример предостерегает от слишком простой истории, в которой все элементы прибора обязательно возникают в одной мастерской.[41]
В начале своего сообщения 1731 года Хэдли объяснял, что прибор предназначен для наблюдений, которым мешают движение объектов или неустойчивость обычных инструментов.[42]
При двойном отражении измеряемый угол вдвое больше угла поворота зеркала.[42] Поэтому октант с дугой в восьмую часть окружности мог измерять углы до четверти окружности, а секстант — до трети. Больший диапазон был полезен, в частности, при измерении угловых расстояний между Луной и другими светилами. Названия приборов относятся к геометрии дуги, а не к числу координат, которые они определяют. Ни октант, ни секстант не выдавали долготу без последующей обработки наблюдений.[41]
Даже хорошее совмещение изображений давало лишь наблюдённый угол. Атмосферная рефракция изменяет видимую высоту, а наблюдение края солнечного или лунного диска требует учитывать его угловой радиус. Для близкой Луны особенно существенно различие направления с поверхности и из центра Земли — параллакс. Современные астрономические пояснения помогают понять физический смысл этих поправок; конкретные таблицы и способы их применения в XVIII веке восстанавливаются уже по историческим руководствам.[2][35]
Почему долгота требовала знания времени
Связь долготы и времени вытекает из вращения Земли. За двадцать четыре часа она совершает полный оборот, поэтому часу соответствует 15° долготы, а четырём минутам — 1°. Сравнив местное время с одновременным временем в точке известной долготы, можно получить разницу долгот. Трудность заключалась в том, как узнать время далёкого исходного места, находясь в море. Обычный отсчёт корабельных вахт этой задачи не решал.[3]
Условный пример показывает масштаб требований. Ошибка эталонного времени в четыре минуты соответствует одному градусу долготы. На экваторе такой угол составляет приблизительно шестьдесят морских миль; на других широтах расстояние вдоль параллели меньше. Здесь используется геометрическое приближение, а не утверждение о стандарте мили на любом старом корабле. Даже сравнительно небольшое расхождение часов могло заметно изменить расчёт подхода к берегу.[3]
Местное время также приходилось определять наблюдением. Мур описывал способ равных высот Солнца: утром измеряли его высоту над горизонтом и записывали показание часов, затем повторяли отсчёт, когда после полудня Солнце оказывалось на той же высоте. Середина промежутка между наблюдениями давала показание часов в местный солнечный полдень. Автор сразу оговаривал необходимость поправок на изменение склонения Солнца и на перемещение судна между отсчётами. Чтобы облака не лишили наблюдателя нужной пары измерений, он советовал брать несколько утренних высот; при нескольких удачных парах - усреднять найденные моменты полудня.[43]
Другой способ позволял вычислить время по одной высоте Солнца. В изложении Мура сначала следовало довести счисление до момента наблюдения, затем исправить измеренную высоту нижнего края солнечного диска с учётом его полудиаметра, понижения видимого горизонта, преломления света в атмосфере и параллакса. Исправленную высоту сопоставляли с широтой судна и склонением Солнца из морского альманаха. Расчёт давал часовой угол, который переводили во время из соотношения 15° на час. Здесь счисление обеспечивало исходные данные для астрономического расчёта.[43]
Развитие астрономических способов потребовало длительных наблюдений на суше. Гринвичская обсерватория была основана в 1675 году именно в связи с задачами навигации и астрономии. Джон Флемстид и его преемники уточняли положения светил и создавали материал для расчётов. На корабле использовался результат труда, выполнявшегося далеко от океана. Наблюдения в обсерватории, изготовление точных приборов и морские испытания составляли разные части одной работы.[44]
Британский акт 1714 года о наградах за определение долготы прямо связывал задачу с сохранением кораблей и людей, скоростью плаваний и выгодами торговли. В его преамбуле признавалось, что некоторые методы уже верны теоретически, но трудны на практике. Это важное свидетельство постановки проблемы самими современниками: требовалась не просто идея, а способ, пригодный для моря. Государственное поощрение поддерживало проверку решений, от которых ожидали коммерческой и военной пользы.[45]
Луна как средство сравнения времени
Метод лунных расстояний использовал движение Луны относительно звёзд и Солнца. Измеренное угловое расстояние сравнивали с рассчитанным заранее для определённых моментов в исходном меридиане. Таким образом получали временную привязку, которую затем сопоставляли с местным временем. Часы можно было заменить небесным явлением, но это не устраняло требований к точности. Луна перемещается относительно звёзд сравнительно медленно, поэтому небольшая ошибка угла заметно отражалась на найденном времени.[35]
Непосредственно измеренный угол нуждался в обработке. Видимое положение Луны зависело от точки наблюдения, а атмосфера меняла направления на светила. Перед сравнением с таблицей расстояние приводили к сопоставимому виду — выполняли его «очистку». Для этого использовали дополнительные измерения и вычисления. Наличие секстанта поэтому не означало владения методом: требовались подготовка, время и подходящие условия наблюдений.[35]
Таблицы Тобиаса Майера и их проверка Джеймсом Брэдли помогли превратить астрономическую идею в практический способ. Невил Маскелайн испытывал лунные расстояния во время экспедиции к острову Святой Елены в 1761 году. Его деятельность включала не только личные наблюдения, но и организацию справочных данных. Первый выпуск Nautical Almanac был рассчитан на 1767 год и подготовлен к печати в конце 1766-го. Для штурмана это означало получение заранее выполненной части вычислительной работы.[7]
Подготовка таких данных имела французских предшественников. Никола Луи де Лакайль предложил заранее вычислять расстояния Луны от Солнца и выбранных звёзд через каждые три часа. В выпуске Connaissance des temps на 1761 год, подготовленном Жеромом Лаландом, были изложены его приёмы определения долготы по лунным расстояниям. Маскелайн взял этот выпуск и эфемериды Лакайля в плавание к Святой Елене. Исследование историка астрономии Ги Буастеля показывает, что эти работы стали одним из источников британской программы морского альманаха.[46]
В письме о плавании 1761 года Маскелайн описал согласованную работу трёх наблюдателей. Сам он измерял расстояние звезды от Луны; по его сигналу один помощник определял высоту звезды, другой - высоту верхнего или нижнего края лунного диска. Маскелайн прямо связывал этот порядок с рекомендациями Лакайля и считал, что дополнительные наблюдения упрощают последующие вычисления.[47]
За ежегодными таблицами стояли люди, переводившие наблюдения и теорию в огромный объём численных значений. Среди вычислителей была Мэри Эдвардс; позднее она участвовала и в подготовке других исполнителей, включая дочерей. История альманаха расширяет представление о морской технике: навигационный результат создавался не только наблюдателем на палубе. Его качество зависело от работы вычислителей и организации издания, на которое наблюдатель мог положиться.[7]
Альманах задавал вычисленный небесный ориентир для сравнения. Карта описывала земное пространство, инструмент давал угол, таблица связывала его со временем. Для определения места требовалось согласовать эти сведения.[2][7]
Морские часы и проверка их надёжности
Джон Гаррисон искал механический способ сохранить достаточно точное время в морском плавании. Его H1 был представлен в Лондоне в 1735 году и испытан в рейсе к Лиссабону в 1736-м. Позднейший H4, выполненный в форме крупных часов, прошёл испытания в плаваниях к Ямайке в 1761 году и к Барбадосу в 1764-м. Эти опыты проверяли способность прибора работать после перевозки и длительного пребывания в условиях, отличавшихся от неподвижной мастерской.[6]
Успех отдельного экземпляра ещё не решал вопрос снабжения флота. Споры о награде включали требования раскрыть устройство и показать, что другие мастера способны воспроизвести результат. Поэтому история Гаррисона не сводится к одному моменту «победы часов над астрономией». Испытания, финансирование и обсуждение воспроизводимости были частью превращения изобретения в доступное средство мореплавания. Первые хорошие морские часы оставались дорогими, и распространение заняло десятилетия.[6]
Заметным шагом стал K1 Ларкума Кендалла, заказанный как воспроизведение H4 и завершённый в 1769 году. Его отправили с Куком во второе плавание 1772–1775 годов, а затем использовали и в третьем. Сохранившийся прибор и история его выдачи позволяют проследить переход от экспериментального механизма к длительной работе в экспедициях. Самостоятельное изготовление часов другим мастером имело не меньшее значение, чем очередная проверка исходного образца. После плаваний Кука K1 отправились с Артуром Филлипом и Первым флотом к Австралии, затем служили у Джона Джервиса на «Виктори»; в 1802 году их вернули в Комиссию по долготе.[48]
![Морские часы K1 Ларкума Кендалла, 1769 год. Раскрытый серебряный корпус и эмалевый циферблат диаметром 102 мм.[48] Фотография из издания Национального морского музея «James Cook:…](/%D0%A4%D0%B0%D0%B9%D0%BB:%D0%9C%D0%BE%D1%80%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B5_%D1%87%D0%B0%D1%81%D1%8B_K1_%D0%9B%D0%B0%D1%80%D0%BA%D1%83%D0%BC%D0%B0_%D0%9A%D0%B5%D0%BD%D0%B4%D0%B0%D0%BB%D0%BB%D0%B0_1769.jpg)
Хронометр переносил время исходного меридиана, а не показывал непосредственно географическое место. Чтобы извлечь долготу, это время требовалось сопоставить с местным, определённым астрономически. Устройство K1 показывает, насколько сложным было сохранение точного хода: в механизме применялись драгоценные камни в опорах и биметаллический компенсатор. Сочетание тонкой обработки деталей и компенсации внешних воздействий превращало морские часы в результат специализированного ремесла.[3][48]
Во втором плавании Кука на двух судах испытывали K1 Кендалла и три морских хронометра Джона Арнольда. Для определения долготы требовалось учитывать поправку к показаниям часов, а во время береговых стоянок астрономы проверяли их ход. Приведённые историком навигации Дереком Хаузом графики показывают результаты таких проверок в разных пунктах маршрута. В письме секретарю Адмиралтейства от 22 марта 1775 года Кук высоко оценил часы Кендалла, одновременно указав, что их время периодически уточняли по лунным наблюдениям. Практический успех часов, таким образом, опирался и на астрономическую проверку.[49]
Испытания зависели и от сохранности механизмов, и от порядка обращения с ними. Как показывает исследование Алекси Бейкер по журналам участников экспедиции, ящики с часами запирали несколькими ключами: присутствие их держателей обеспечивало свидетелей при испытаниях. Однако поломка замка или отсутствие одного из держателей ключей могли потребовать вскрытия ящика даже для завода часов. Астроном Уильям Уэйлс записал и другой случай: 27 октября 1772 года у мыса Доброй Надежды, когда часы везли обратно на корабль, шлюпка ударилась о его борт. Уже поднявшись на судно, Уэйлс обнаружил, что часы Арнольда остановились. Надёжность морского прибора проверялась не только длительностью хода, но и обычными операциями перевозки и обслуживания.[50]
Лунные расстояния и хронометры продолжали сосуществовать. Наблюдения позволяли проверять время, часы — использовать результат между наблюдениями. Доступность механизмов росла постепенно: успешное испытание ещё не означало оснащения всего флота.[6][35]
Кто создавал и передавал навигационное знание
Навигация требовала навыков, которые приобретались и на борту, и в обучении на суше. Исследование Маргарет Шотте об учебной культуре 1550–1800 годов показывает моряков, работавших с математикой, помечавших печатные пособия и составлявших собственные рукописи. Учебники, преподаватели и способы записи наблюдений пересекали государственные границы. Это позволяет точнее представить практику: между «учёным теоретиком» и «моряком, действующим по привычке» существовало множество людей, соединявших опыт и вычисление.[51]
Печать делала знания более переносимыми, однако прочитать правило и уверенно применить его на качающейся палубе — разные достижения. Ученик должен был узнавать нужные данные, обращаться со шкалой и замечать неправдоподобный результат. В свою очередь, практики предлагали упрощения и передавали замечания изготовителям и учёным. Шотте описывает именно это движение знаний между морем, классом и книгой. Навигация развивалась через такую обратную связь, а не только через указания сверху.[51]
За пределами европейских школ существовали другие системы обучения и ориентирования. Тупаи с острова Раиатеа принадлежали знания маршрутов и островов Полинезии; в плавании «Индевора» он выступал также посредником в общении с маори. Его значение для экспедиции нельзя ограничить ролью переводчика отдельных слов: языковая близость и понимание местных порядков помогали общению, от которого зависели стоянки и дальнейший путь. Европейское судно было включено в уже существовавший мир морских связей.[9]
Карта, созданная при участии Тупаи и европейских путешественников в 1769–1770 годах, представляет сложное свидетельство встречи разных способов описывать пространство. Ларс Экштейн и Аня Шварц предложили читать её через систему направлений и маршрутов, а не оценивать исключительно как неточную европейскую координатную карту. Их реконструкция стала предметом научного обсуждения и последующих уточнений. Поэтому конкретные расшифровки следует представлять как исследовательскую интерпретацию, а не как окончательно установленный смысл каждой линии.[8]
К концу XVIII века океанская навигация располагала гораздо более сильными средствами измерения, чем в начале дальних европейских плаваний. Но её надёжность по-прежнему определялась согласованностью действий: вести записи, проверять приборы, сопоставлять расчёт с наблюдением и учитывать особенности района. Штурману было недостаточно получить число; следовало понимать, какие наблюдения за ним стоят и насколько они подходят для ближайшего решения. Именно эта способность объединять разнородные сведения связывает простейший промер глубины с наиболее сложными астрономическими методами.[13][5][2]
Общепринятая сегодня нулевая долгота также не должна переноситься в прошлое без проверки. Международное решение в пользу Гринвичского меридиана было принято в 1884 году, уже за хронологическими пределами описанного периода. Для чтения старого журнала или карты необходимы их собственные правила отсчёта. Историческая навигация становится понятнее, когда прибор, вычисление и запись рассматриваются в системе, которой действительно пользовался мореход.[10]
См. также
- Королевская эталонная морская карта
- Навигационный трактат Медины
- Корабельный журнал русского флота
- Морское образование и навигация
Примечания
- ↑ 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 Falconer W. An Universal Dictionary of the Marine. London: T. Cadell, 1780. Статьи Compass, Dead-Reckoning, Log, Lee-way. Другое издание словаря: исправленное лондонское издание 1776 года.
- ↑ 2,0 2,1 2,2 2,3 2,4 U.S. Naval Observatory. Celestial Navigation Data for Assumed Position and Time. Пояснения к данным.
- ↑ 3,0 3,1 3,2 3,3 Royal Museums Greenwich. What is longitude?
- ↑ 4,0 4,1 4,2 Royal Museums Greenwich. What is a mariner’s astrolabe?
- ↑ 5,0 5,1 5,2 5,3 5,4 5,5 Kemp J., D’Olier B. Early Navigation in the North Sea: The Use of the Lead and Line and other Navigation Methods // The Journal of Navigation. 2016. Vol. 69, no. 4. P. 673–697. DOI: 10.1017/S0373463315000934.
- ↑ 6,0 6,1 6,2 6,3 Royal Museums Greenwich. Longitude found: the story of Harrison’s timekeepers.
- ↑ 7,0 7,1 7,2 7,3 Royal Museums Greenwich. Longitude found: Nevil Maskelyne and the lunar method.
- ↑ 8,0 8,1 Eckstein L., Schwarz A. Tupaia’s Map. Авторская исследовательская страница, Universität Potsdam; о статье The Making of Tupaia’s Map // The Journal of Pacific History. 2019. Vol. 54, no. 1. P. 1–95. DOI: 10.1080/00223344.2018.1512369.
- ↑ 9,0 9,1 Druett J. Tupaia // Dictionary of New Zealand Biography. Te Ara, 2017.
- ↑ 10,0 10,1 Royal Museums Greenwich. What is the Prime Meridian, and why is it in Greenwich?
- ↑ 11,0 11,1 NOAA, Office of Coast Survey. Nautical Cartography.
- ↑ NOAA / NASA JPL. What Are Trade Winds? NESDIS.
- ↑ 13,0 13,1 13,2 13,3 13,4 13,5 The Mariners’ Museum. Helmsman’s Traverse Board. Accession no. 2000.0032.000001.
- ↑ Bowen E. A Circle of Winds; The Artificial Sphere. Каталог Geographicus Rare Antique Maps, CircleofWinds-bowen-1747. В описании: недатированный лист № 2 из издания «Complete System of Geography» 1747 года; заголовок каталожной карточки содержит другую дату — 1748.
- ↑ Royal Museums Greenwich. Research guide Q1: Exploration and discovery. Captain Edmond Halley.
- ↑ 16,0 16,1 Chapman S. Edmond Halley and Geomagnetism // Terrestrial Magnetism and Atmospheric Electricity. 1943. Vol. 48, no. 3. P. 131–144, здесь p. 143.
- ↑ Halley E.; Mount & Page. A new and correct sea chart of the whole world shewing the variations of the compass as they were found in the year M.D.CC. 1702. Royal Museums Greenwich, G201:1/1A. Описание карты и текст пояснения над Тихим океаном.
- ↑ Halley E. An Account of the Cause of the Change of the Variation of the Magnetical Needle, with an Hypothesis of the Structure of the Internal Parts of the Earth // Miscellanea Curiosa. Vol. I. 2nd ed. London, 1708. P. 45.
- ↑ Cotter C. H. A Brief History of Nautical Logs to A.D. 1800 // The Journal of Navigation. 1970. Vol. 23, no. 2. P. 187–195; принцип измерения изложен на с. 187.
- ↑ National Museum of American History, Smithsonian Institution. Marine Sandglass, 34-second. NMAH 1203339.
- ↑ 21,0 21,1 Falconer W. An Universal Dictionary of the Marine. London: T. Cadell, 1769. Статья «Log».
- ↑ Moody A. B. The Nautical Mile // The International Hydrographic Review. 1950. Vol. 27, no. 1. P. 77–85. Электронное переиздание 2023 года, раздел 3.
- ↑ 23,0 23,1 National Museum of Ireland. The Dutchman’s Log Box. Предмет DM:1971.365; раздел «How do you use this nautical instrument?».
- ↑ 24,0 24,1 Crone E. Pieter Holm and His Tobacco Box / translated by D. Brouwer; introduction by E. Pugsley. Mystic, Connecticut: The Marine Historical Association, 1953. Publication no. 24. P. 9, 11, 13.
- ↑ Moore J. H. The Practical Navigator, and Seaman’s New Daily Assistant. 9th ed. London: B. Law and Son; G. G. J. and J. Robinson; the author, 1791. P. 173: «Rules for correcting the Dead Reckoning by an Observation».
- ↑ 26,0 26,1 Barford M., Heard S. Early charts from the Mediterranean. Royal Museums Greenwich, 2022.
- ↑ 27,0 27,1 Utrecht University Library. Spieghel der Zeevaerdt by Waghenaer. Описание издания 1584–1585 годов.
- ↑ Nathan S. Cape Foulwind, 1642 // Te Ara — the Encyclopedia of New Zealand. Раздел «West Coast region». 2009, обновлено 2016. Описание береговых профилей и их местоположения.
- ↑ Tasman A. J. Abel Janszoon Tasman’s Journal of His Discovery of Van Diemens Land and New Zealand in 1642 / ed. J. E. Heeres; English translation by J. de Hoop Scheffer and C. Stoffel. Amsterdam: Frederik Muller & Co., 1898. Раздел «Translation of the Journal», p. 17–18, записи за 14–15 декабря 1642 года.
- ↑ Queen Anne’s Revenge Project. Dividers.
- ↑ 31,0 31,1 Queen Anne’s Revenge Project, Office of State Archaeology, North Carolina. Sounding Weight.
- ↑ Falconer W. An Universal Dictionary of the Marine. London: T. Cadell, 1769. Статьи «Sounding», «Fathom».
- ↑ Rijksmuseum. Dieplood uit het wrak van de Oost-Indiëvaarder Hollandia. NG-1979-292-H. Датировка: 1700 - не позднее 13 августа 1743 года.
- ↑ 34,0 34,1 Royal Museums Greenwich. Ursa Minor (Little Bear) and Polaris.
- ↑ 35,0 35,1 35,2 35,3 35,4 de Grijs R. A (not so) brief history of lunar distances: Lunar longitude determination at sea before the chronometer. 2020. Авторская версия исследовательского обзора, arXiv:2007.14504.
- ↑ Portuguese Astrolabe. The Mariners’ Museum, Ages of Exploration. Атрибуция: Nicholao Ruffo, Portugal, 1645; № 2000.52.1.
- ↑ 37,0 37,1 Royal Museums Greenwich. Greenwich (Valentia) Astrolabe. Object 42234.
- ↑ The Mariners’ Museum. Cross-Staff. Ages of Exploration.
- ↑ The Mariners’ Museum. Backstaff / Davis Quadrant. Ages of Exploration.
- ↑ Royal Museums Greenwich. Backstaff. Object 42248.
- ↑ 41,0 41,1 Linda Hall Library. John Hadley. Scientist of the Day, 2023.
- ↑ 42,0 42,1 Hadley J. The Description of a New Instrument for Taking Angles // Philosophical Transactions. 1731. Vol. 37, no. 420. P. 147–157, здесь p. 147–148. Факсимиле в Hydrographic Review, «Hadley’s Octant (A. D. 1731)».
- ↑ 43,0 43,1 Moore J. H. The Practical Navigator, and Seaman’s New Daily Assistant. 9th ed. London, 1791. P. 218–219: определение местного истинного солнечного времени по равным высотам и по одной высоте Солнца.
- ↑ Royal Museums Greenwich. History of Royal Observatory Greenwich. Why is there an Observatory in Greenwich?
- ↑ An Act for Providing a Publick Reward for such Person or Persons as shall Discover the Longitude at Sea. 1714. Преамбула. Cambridge University Library, RGO14/1:11r; транскрипция RMG.
- ↑ Boistel G. From Lacaille to Lalande: French Work on Lunar Distances, Nautical Ephemerides and Lunar Tables, 1742–85 // Navigational Enterprises in Europe and its Empires, 1730–1850 / ed. R. Dunn, R. Higgitt. Basingstoke: Palgrave Macmillan, 2015. P. 47–64. Здесь использована авторская версия, с. 8–9, 17–18.
- ↑ Maskelyne N. A Letter … Containing the Results of Observations of the Distance of the Moon from the Sun and Fixed Stars, Made in a Voyage from England to the Island of St. Helena … // Philosophical Transactions. Vol. 52 (1761–1762). P. 558–577, здесь p. 564. DOI: 10.1098/rstl.1761.0095. Письмо датировано 1761 годом; прочитано в Королевском обществе в 1762 году.
- ↑ 48,0 48,1 48,2 Royal Museums Greenwich. K1, Larcum Kendall’s marine timekeeper. Object 79143.
- ↑ Howse D. Navigation and Astronomy in the Voyages // Background to Discovery: Pacific Exploration from Dampier to Cook / ed. D. Howse. Berkeley; Los Angeles; Oxford: University of California Press, 1990. P. 171–173, fig. 5.4–5.5; примечание 5 к главе V — письмо Кука от 22 марта 1775 года. Письмо приводится по исследованию Хауза.
- ↑ Baker A. “Precision,” “Perfection,” and the Reality of British Scientific Instruments on the Move During the 18th Century // Material Culture Review. 2012. Vol. 74–75. P. 14–29; §§ 23, 26.
- ↑ 51,0 51,1 Schotte M. Sailing School: Q&A with Author Margaret Schotte. Hopkins Press, 2019. О результатах книги Sailing School: Navigating Science and Skill, 1550–1800.