История географических карт

После шестнадцати лет неустанного труда и постоянных наблюдений Кассини опубликовал таблицы («Эфемериды») затмений спутников Юпитера на 1668 г. На одной странице он приводил диаграмму вида планеты и расположения ее спутников, а на противоположной – время затмения (погружения) каждого спутника в часах, минутах и секундах и время, когда каждый из них должен был появиться вновь.

Кассини, которому тогда было сорок три года, приобрел широкую известность как знающий и искусный астроном. Когда экземпляр его «Эфемерид» попал в Париж, Кольбер решил, что должен заполучить такого ученого для своей обсерватории и Королевской академии. В данном случае, однако, для достижения этой цели требовалось не только золото, но и немалая дипломатичность, ведь Кассини в то время состоял на службе у папы Климента IX, и ни Кольбер, ни Людовик XIV не хотели оскорбить или разгневать его святейшество. Трое именитых ученых – Вэйан, Озу и граф Грациани – направились в Италию для переговоров с папой и сенатом Болоньи о том, чтобы Кассини «одолжили» Королевской академии на некоторое время. Все то время, которое ученый проведет во Франции, он будет получать 9000 ливров в год. Договоренность была достигнута, и 4 апреля 1669 г. Кассини прибыл в Париж. Через два дня он был представлен королю. Хотя Кассини и не собирался оставаться во Франции навсегда, в 1673 г. он по настоянию Кольбера и несмотря на возражения папы и сената Болоньи натурализовался и стал гражданином Франции. После этого его имя стало звучать как Жан Доминик Кассини.

Когда Кассини занял свое место среди ученых Королевской академии, наблюдения были в самом разгаре. Ученые тогда были не только физиками и математиками, но и искусными механиками. Гюйгенс и Озу отшлифовали новые линзы и зеркала и построили для обсерватории значительно усовершенствованные телескопы. При помощи этих новых инструментов Гюйгенс уже сделал несколько феноменальных открытий. Он сумел измерить период вращения Сатурна, обнаружил вокруг него кольца и первый из спутников. Озу изготовил некоторые другие инструменты и применил в них усовершенствованный филярный микрометр – измерительное устройство, изобретенное Гаскойном около 1639 г. и с тех пор почти забытое. После прибытия Кассини были заказаны новые инструменты, включая наилучшие в Европе телескопы, которые изготавливал Кампани в Италии.

Одним из первых важных шагов для исправления и уточнения морских и сухопутных карт должно было стать новое измерение окружности Земли и установление новой линейной величины углового градуса. Размер Земли все еще оставался достаточно неопределенным, и астрономам не хотелось строить дальнейшие исследования на неопределенной фундаментальной величине, неточность которой способна была перечеркнуть все их усилия. Изучив труды Гиппарха, Посидония, Птолемея и более поздних авторитетных ученых, таких как Снеллиус, и методы, которыми они пользовались, академия разработала детальный план измерения Земли. В 1669 г. Жану Пикару было поручено привести этот план в исполнение.

Измерение Земли по экватору с востока на запад даже не рассматривалось – для этого не было известно никакого удовлетворительного метода. Поэтому был выбран метод Эратосфена, но с несколькими важными модификациями и с использованием оборудования, о котором древние могли только мечтать. Пикар должен был методом триангуляции провести линию примерно в направлении север—юг между двумя пунктами; затем ему следовало измерить дугу между двумя этими пунктами (то есть разницу по широте) при помощи астрономических наблюдений. Рассмотрев окрестности Парижа, Пикар решил, что линию можно провести почти точно на север до границы с Пикардией; при этом на пути не будет серьезных препятствий вроде густых лесов или высоких холмов.

В качестве первой точки Пикар выбрал «Павильон» в Мальвуазине под Парижем, а в качестве второй – часовую башню в Сурдоне возле Амьена, на расстоянии примерно тридцати двух французских лиг. Для измерения расстояния между двумя точками на местности было построено тринадцать огромных треугольников; при съемке Пикар пользовался усиленным металлическим квадрантом с тридцативосьмидюймовым радиусом, закрепленным на тяжелой раме. Обычные алидады с маленькими отверстиями он заменил на две зрительные трубы с нитяными прицелами – несколько улучшенный вариант прибора, которым пользовался в Дании Тихо Браге. Лимб квадранта был разделен на минуты и секунды. Для измерения высоты звезд вблизи зенита, где углы достаточно острые, Пикар использовал высокий зенитный сектор, изготовленный из меди и железа. Его измерительный диапазон составлял всего около 18 градусов. К одному из радиусов сектора была прикреплена зрительная труба длиной 10 футов. Кроме того, в его снаряжение входили двое маятниковых часов, причем одни из них были отрегулированы так, что отбивали секунды, а вторые – полусекунды. Для общих наблюдений и наблюдений спутников Юпитера Пикар возил с собой три телескопа: малый, около 5 футов длиной, и два больших, 14 и 18 футов. Своим снаряжением Пикар был доволен. Он говорил, что его специально оборудованный квадрант настолько точен, что за два года, которые потребовались для измерения дуги земного меридиана, при пробном измерении окружности горизонта ни разу не было получено ошибки больше одной минуты, а во многих случаях прибор показал абсолютно точный результат. Что касается его маятниковых часов, то Пикар с удовольствием указывал, что они «отмечают секунды точнее, чем большинство часов отмечает получасовые интервалы».

Когда результаты Пикара были занесены в итоговую таблицу, выяснилось, что расстояние между двумя пунктами составляет 68 430 туазов и 3 французских фута. Затем была измерена разница широт между этими двумя пунктами – не при помощи измерения высоты Солнца, а через измерение угла между зенитом и звездой на «наколеннике» Кассиопеи, сначала в Мальвуазине, затем в Сурдоне. Разница составила 1 градус 11 минут 57 секунд. Из этих данных была рассчитана длина одного градуса долготы, которая составила 57 064 туаза 3 французских фута. Однако после проведения аналогичных измерений по второй линии, проложенной примерно в том же направлении, что и первая, эту величину скорректировали до 57 060 туазов, и было объявлено, что диаметр Земли составляет 6 538 594 туаза. Все дальнейшие измерения долгот, проведенные Королевской академией, базировались именно на этой величине. В милях это составляет около 7801 мили – замечательно близкий к истинному значению результат.

В 1676 г., после того как астрономы проверили и расширили «Эфемериды» Кассини 1668 г., он предложил употребить эти исправленные данные для определения долготы и использовать Юпитер в качестве небесных часов. Коллеги одобрили это предложение; были начаты экспериментальные наблюдения по разработанной в обсерватории методике; небесполезным оказался и опыт, полученный во время недавнего путешествия в Кайенну для наблюдения планеты Марс. В начале этого проекта ученые были полны оптимизма, один из них даже написал в приступе редкого энтузиазма: «Если это не есть истинное решение проблемы долготы, то, по крайней мере, очень хорошее к нему приближение». Кассини к тому времени благодаря своей неуемной энергии, мастерству и терпению стал лидером среди работавших в обсерватории ученых, хотя и не имел титула директора. Он вел обширную переписку с астрономами других стран, особенно Италии, где делали лучшие астрономические инструменты и где хорошо знали его самого и его работу. Зарубежные астрономы с энтузиазмом встретили известие о новом проекте Парижской обсерватории. Новые данные буквально хлынули потоком; они поступали быстрее, чем их успевали упорядочивать и обрабатывать. При помощи телескопов и спутников Юпитера удалось впервые определить координаты сотен крупных и мелких городов по отношению к нулевому меридиану и друг к другу. Казалось, что всю стандартную карту Европы придется вычерчивать заново.

Информация поступала настолько быстро, что у Кассини появилась идея составить крупномасштабную карту мира (планисферу) и наносить на нее всю уточненную географическую информацию по мере ее поступления из разных уголков мира – особенно это касалось долгот, которые прежде были очень неточны или просто неизвестны. Для этой цели был выбран третий этаж западной башни обсерватории. Места там было достаточно, а восьмиугольные стены при закладке башни были сориентированы по сторонам света при помощи компаса и квадранта. Планисферу в азимутальной проекции с Северным полюсом в центре выполнили под бдительным оком Кассини чернилами на полу башни Седило и Шазель. На круглой карте диаметром 24 фута меридианы радиально расходились из центра к краям, подобно спицам в колесе, с интервалом в 10 градусов. Начальный меридиан (проходящий через остров Ферро) был проведен из центра под углом «посередине между двумя южными окнами башни» до точки, где он пересекал земной экватор. Карту проградуировали от 0 до 360 градусов по кругу против часовой стрелки. Параллели провели концентрическими окружностями через каждые 10 градусов, начиная от экватора в обе стороны. Для удобства и быстрого нахождения точки по координатам к столбику в центре был прикреплен шнур с маленьким бегунком; шнур следовало повернуть на нужный меридиан и поставить бегунок на нужную широту, – и любую точку на карте можно было отыскать почти мгновенно. Очертания земель на этой огромной планисфере, разумеется, были сильно искажены, но это не имело значения. Академию интересовало точное положение по широте и долготе важных точек на поверхности Земли, мест, которые в будущем можно будет использовать в качестве базы для дальнейшей съемки. По этой причине важнее было отметить на карте несколько точек, стратегически расположенных в разных частях света, чем нанести на нее множество незначительных – с научной точки зрения – пунктов. По той же причине большинство городов и городков, которые могли похвастать астрономической обсерваторией, хотя бы небольшой, на этой карте присутствовали.

Все, кто видел планисферу, отзывались о ней восторженно. Даже король пришел посмотреть на нее в сопровождении Кольбера и всего двора. Его величество милостиво позволил Кассини, Пикару и де ла Гиру продемонстрировать ему различные астрономические инструменты, которыми пользовались члены академии для изучения неба и определения долготы на расстоянии. Они показали ему свою планисферу и объяснили, каким образом положение на ней различных мест можно было установить на основании данных, присылаемых издалека. Этого оказалось достаточно, чтобы произвести сильное впечатление даже на Людовика.

Сложно судить, как отразился королевский визит на дальнейших событиях, но уже в следующем году начались активные геодезические работы. Обсерватория высылала множество топографических экспедиций, и сами астрономы начали выезжать все дальше «в поле». Жан Рише возглавил экспедицию в Кайенну, а Жан Матье де Шазель отправился в Египет. Миссионеры-иезуиты проводили наблюдения на Мадагаскаре и в Сиаме. Эдмунд Галлей, внимательно следивший за всем, что происходило во Франции, провел серию наблюдений на мысе Доброй Надежды. Тевено, историк и исследователь, передал информацию о нескольких лунных затмениях, которые он наблюдал в Гоа. Примерно в это же время Луи-Абель Фонтеней, иезуит и профессор математики в коллеже Людовика Великого, готовился к отъезду в Китай. Услышав о работе, которую вели Кассини и его коллеги, Фонтеней сам предложил свои услуги. Он готов был проводить столько наблюдений, сколько сможет без ущерба для своих миссионерских обязанностей. Кассини обучил его всему, что было необходимо, чтобы он мог внести свой вклад в копилку знаний о долготах Востока. Европейские ученые теперь убедились в надежности метода, разработанного Королевской академией, и многие иностранцы изъявили готовность поделиться своими данными. Тем временем Кольбер выделил еще денег, а Кассини послал в поле еще людей.

Одной из самых долгих и сложных стала экспедиция господ Варэна и де Ге, двух инженеров-гидрографов его величества, на остров Горе и в Вест-Индию. Эта экспедиция была одновременно одной из самых важных, так как предполагала определение долгот в Западном полушарии, включая и Атлантический океан – тот промежуток, где были сделаны самые вопиющие ошибки в определении долготы. Первоначальный план Кассини, одобренный королем, предусматривал отправку экспедиции с острова Ферро на крайнем юго-западе Канарских островов. Меридиан этого острова картографы часто использовали в качестве нулевого. Но поскольку с транспортом для экспедиции возникли некоторые сложности, решено было отправиться с Горе, маленького островка возле Кабо-Верде, мыса на западном побережье Африки, где недавно Королевская компания Африки основала французскую колонию [31] .

31

Еще в 1880-х гг. большинство картографов считали первичным меридиан, проходящий через остров Ферро – самый юго-западный из группы Канарских островов. Считалось, что именно он разделяет Восточное и Западное полушария!