История географических карт

Астрономический квадрант и полукруг пользовались при измерении угловых высот меньшей популярностью, чем астрономическое кольцо. Однако и то, и другое, и третье использовалось для измерения высоты Солнца даже в XVIII в.

Многие французские штурманы полагались при определении широты места на градшток, но Бугер считал этот прибор не слишком удачным, так как обычно его градуировка не отличалась точностью, а поперечина, изнашиваясь, начинала болтаться, вызывая серьезные ошибки. Сам Бугер предпочитал английский квадрант Дэвиса и Райта; он показал, что нужно всего лишь слегка усовершенствовать этот инструмент, чтобы сделать его идеальным для использования в море. Например, он считал, что две дуги окружности – это излишнее усложнение конструкции. На настройку диоптров и прицеливание уходило слишком много драгоценного времени, и часто случалось, что полуденное измерение высоты Солнца на самом деле происходило на несколько минут позже. Почему бы не объединить обе дуги в одну? – спрашивает Бугер. Даже если инструмент от этого станет немного громоздким, его будет проще градуировать и гораздо легче использовать. Он предложил проградуировать свою четверть окружности на градусы и минуты при помощи поперечных линий.

Плавающее астрономическое кольцо и ванна на карданном подвесе были придуманы для использования в море. Французский ученый Пьер Бугер указал на недостатки этого устройства

Предложенный Бугером прибор представлял собой бэкстаф в форме квадранта с небольшими дополнительными новшествами. Квадрант должен был иметь три диоптра, из них два неподвижных – в точках С и Е. Всю настройку угла следовало проводить при помощи одного-единственного подвижного диоптра F на градуированной дуге ED. Скрещивающиеся перекладины внутри квадранта должны были придать инструменту дополнительную прочность и жесткость. Два диоптра на инструменте Бугера – Е и F – были снабжены маленькими выпуклыми линзами, отшлифованными таким образом, чтобы фокусироваться на диоптре С. Диоптр С вообще очень важен, так как именно здесь находится новая деталь – отражатель. С точки зрения наблюдателя, P представляет собой прорезь, посредством которой диоптр закрепляется на вершине инструмента, как прежде в английском квадранте. MN представляет собой щель для фиксации горизонта длиной около 1 ²/₃ дюйма. C – точка, в которой солнечные лучи должны сойтись в фокусе, а прямоугольник QRTO – тень, отбрасываемая диоптром, который обозначен на большой диаграмме как E. Таким образом, в области размером примерно 2 на 3 дюйма наблюдатель может, не переводя взгляда, поймать горизонт в щель и настроить подвижный прицел так, чтобы резкое маленькое пятнышко солнечного света оказалось на одной линии с горизонтом в пределах прямоугольника тени. Бугер предупреждал, что для работы прибора в точке Е абсолютно необходима линза с надлежащим фокусным расстоянием; если поставить там обычный прицел с отверстием, то возникнет область полутени, которая ухудшит точность измерений.

Квадрант Бугера устроен таким образом, что позволял спустить Солнце к горизонту. Наблюдатель мог одновременно видеть и Солнце, и горизонт

Проследить происхождение современного секстанта от примитивного градштока совершенно невозможно. В конце XVII и начале XVIII в. в Европе так широко развернулась научная деятельность, да и сами задачи были настолько универсальны и просты, что одновременно делалось множество аналогичных открытий и изобретений. Активно работали научные общества, такие как Королевское общество в Англии, Королевская академия наук во Франции, Королевская академия Бельгии и Американское философское общество, причем члены одного общества зачастую являлись членами-корреспондентами нескольких других. Каждое научное общество достаточно хорошо представляло себе, что происходит в остальных, и одинаковые идеи неизбежно возникали и разрабатывались параллельно. Международная конкуренция была очень острой и, хотя временами возникали неприятные ситуации, в целом оказывала на прогресс науки благоприятное влияние.

Рассмотрим пример – изобретение отражательного квадранта. Никто не знает, кому принадлежала первоначальная идея. Известно, что в 1669 г. Жан Пикар пользовался квадрантом со зрительными трубками («телескопами») вместо привычных отверстий-диоптров, но сам по себе его инструмент был лишь чуть усовершенствованным вариантом того, которым пользовался датский астроном Тихо Браге. Что же касается отражательной способности квадранта и секстанта, то в плавильный котел науки было брошено несколько независимых идей, прежде чем из этого получилось хоть что-то практически применимое. В докладе, прочитанном перед Королевским обществом 23 марта 1691 г., Эдмунд Галлей сказал: «Ясно сознавая великие преимущества зрительных труб при наблюдении объектов на суше, я давно думал, нельзя ли придумать инструмент, который позволил бы применить эти преимущества в наблюдениях, которые моряки проводят при определении широты, поскольку нет ничего более желательного, нежели добиться в этом деле достаточной достоверности. Тешу себя надеждой, что мне наконец удалось сделать то, что поможет проводить необходимые действия со всей возможной точностью: а именно морской квадрант, в котором и объект, и горизонт видны четко и в увеличенном виде, как можно наблюдать в фокусе обычной зрительной трубы».

Далее Галлей описал устройство, которое можно назвать складным отражательным квадрантом, а в заключение сделал интересное замечание. «Инструмент, который я предложил некоторое время назад для наблюдения на море при помощи зрительных трубок и в котором, как я обнаружил, доктор Хук [Роберт Гук] меня обошел». По всей видимости, Гук действительно обошел Галлея, так как в журнале общества имеется следующая запись: «Доктор Гук сказал, что он давно уже изобрел такой инструмент, как этот, что он тоже использовал один и тот же объектив для обоих объектов…» Более того, в 1678 г. ничего не подозревающий Галлей с гордостью привез в Данциг двухфутовый квадрант, чтобы показать астроному Яну Гевелию, как хитро он приспособил к нему зрительные трубки, не зная, что Гук и Гевелий уже некоторое время спорят о том, кому принадлежит приоритет в этом вопросе. Интересная, должно быть, вышла встреча!

Известно также, что на собрании Королевского общества 11 марта 1672 г. в ряды общества был принят некий Исаак Ньютон, профессор кафедры Святого Луки в Кембридже, – ему было тогда тридцать лет. Новый член прочел перед собравшимися доклад об одном из своих изобретений – отражательном телескопе. Ни изобретение Ньютона, ни его дальнейшая работа не встретили всеобщего одобрения. Он начал конфликтовать с учеными коллегами, чьи самые серьезные претензии к этому человеку заключались в том, что он молод, а они – в преклонных годах; а превосходство в возрасте часто путают с умственным превосходством. Одним из самых яростных его оппонентов стал Люка, профессор математики из Льежа; Ньютон стойко защищался, но оказался прижатым к стенке. Он писал Ольденбургу, одному из секретарей общества, который в то время вел протоколы: «Если я освобожусь от дела мистера Люка, то решительно распрощаюсь с [исследованиями] навсегда, исключая те, что я провожу для собственного удовлетворения или оставляю их результаты неопубликованными; ибо я вижу, что человек должен либо отказаться от изобретения чего-то нового, либо становиться рабом, чтобы только защитить свое изобретение».

Более трети палубного пространства на этом корабле XVI в. выделено навигатору и его качающемуся креслу, изобретенному для измерения широты в море. В реальности такое устройство никогда не использовалось

Учитывая возникшие у Ньютона многочисленные проблемы, неудивительно, что мир ничего не знал о том, что он изобрел отражательный угломерный инструмент до смерти Эдмунда Галлея. В 1742 г. в бумагах Галлея было обнаружено описание такого инструмента, октанта, написанное рукой Ньютона. Позже оно было напечатано в «Философских протоколах» Королевского общества. Основным интересом Ньютона в тот момент было измерение расстояний до звезд и расстояний между звездами и Луной; его октант хорошо подходил для этой цели. «И хотя инструмент трясется из-за движения вашего судна в море, – писал он, – все же Луна и звезда движутся вместе, как если бы они действительно были скреплены друг с другом на небесах; так что наблюдение можно так же точно провести в море, как и на суше. И этим же инструментом, – добавлял он, – можно с точностью наблюдать высоты Луны и звезд, посредством приведения их к горизонту; и таким образом широту и время наблюдения можно определить более точно, чем теми способами, которые используются сейчас».

Еще до того, как было опубликовано описание ньютоновского отражательного квадранта, Джон Хэдли, деревенский джентльмен и вице-президент Королевского общества, изготовил инструмент «для измерения углов», которому суждено было стать прообразом современного секстанта. Послание обществу, в котором он описал свой прибор, датировано 13 мая 1731 г. Брат Хэдли Джордж позже засвидетельствовал, что инструмент был изготовлен летом 1730 г. Для чего потребовалось такое свидетельство и почему так важна эта дата? Дело в том, что по другую сторону Атлантики «бедный стекольщик из Филадельфии» по имени Томас Годфри в том же году закончил работу над аналогичным квадрантом; его прибор был готов к морским испытаниям в ноябре.

Джеймс Логан из Филадельфии прочел о новом инструменте Хэдли в «Протоколах» Королевского общества и внезапно вспомнил юного Годфри с его морским квадрантом, «к которому он приспособил два оптических стеклышка таким образом, чтобы совместить две звезды, разделенные почти любым расстоянием». Этот инструмент практически точно совпадал с первым вариантом прибора Хэдли. В мае 1732 г. Логан написал Эдмунду Галлею – тогдашнему королевскому астроному – и детально описал инструмент Годфри.

Вопрос был вынесен на заседание Королевского общества 31 января 1734 г. К этому моменту Логан успел прислать два свидетельства, сделанные под присягой, которые и были представлены членам общества. Документы доказывали, что квадрант Годфри был передан в руки Дж. Стюарта, помощника капитана шлюпа «Трумэн» Джона Кокса 28 ноября 1730 г. Помощник капитана взял его в рейс на Ямайку, а в августе 1731 г. те же капитан с помощником взяли прибор в рейс на Ньюфаундленд. Логан приносил обществу извинения за то, что не поднял этого вопроса раньше, и объяснял это тем, что был очень занят и не знал, что в этой области у Годфри есть конкуренты. Однако все обошлось миром, и общество любезно согласилось признать заявление Годфри и позволить ему разделить честь изобретения с Хэдли. Вот еще один пример тех непостижимых совпадений, когда два человека, работая независимо друг от друга – по разные стороны океана, – практически одновременно пришли к одним и тем же выводам.

Отражательный квадрант, октант или секстант не был и не мог быть, строго говоря, изобретением одного или двух человек. Этот инструмент, позволявший измерять небесные углы при любых условиях, на суше и на море, с достаточной точностью, стал логическим развитием древнего градштока. Годфри и Хэдли просто объединили лучшие черты множества инструментов в одно измерительное устройство и применили законы оптики. В новом приборе отразились усовершенствования, сделанные Галлеем и Гуком, Гевелием и Пикаром, Ньютоном, Бугером, Дэвисом и, вероятно, десятками других людей. Просто пришло время инструмента, способного переносить любые погодные условия, ярость моря и человеческие слабости. Инструменты, созданные Хэдли и Годфри, на долгое время решили проблему угловых измерений.

Описывая свое изобретение, Хэдли отмечал, что инструмент создан, «дабы быть полезным там, где движение объектов или любые другие обстоятельства, вызывающие неустойчивость обычных инструментов, делают наблюдения трудными или сомнительными». Хэдли назвал его, по образцу прежних инструментов, октантом (то есть восьмой частью круга), «поскольку он имеет на своем лимбе… дугу в 45 градусов, разделенную на 90 частей или полуградусов; каждый из них соответствует при наблюдении полному градусу». У прибора есть указатель, или радиус, который «поворачивается вокруг центра, чтобы отмечать деления», то есть фиксировать измеряемый угол. Возле оси поворота подвижного радиуса перпендикулярно плоскости инструмента закреплено плоское зеркальце (speculum) под углом, «наиболее удобным для тех применений, для которых придуман этот инструмент». Когда подвижный радиус показывает на градуированном лимбе 00°00'00", зеркало стоит под углом около 65° к нему. Второе зеркальце крепится к раме октанта также перпендикулярно к его плоскости, причем таким образом, что, когда указатель стоит на 00°00'00", второе зеркало оказывается параллельно первому и направлено в противоположную сторону, то есть к глазу наблюдателя.