В звёздных лабиринтах: Ориентирование по небу
Шрифт:
Самолет на большой высоте, над облаками, непроницаемая серовато-беловатая пелена скрывает от летчиков поверхность Земли. Но пилот все время должен знать, над какими пунктами он пролетает и привести машину к заданной точке...
Орбитальная космическая станция. Ведутся астрофизические наблюдения. Космонавты должны сориентировать станцию таким образом, чтобы измерительный прибор, например, рентгеновский телескоп, был направлен в определённую точку неба и в течение всего времени наблюдений удерживать станцию в соответствующем положении...
Все эти внешне разнородные ситуации роднит одна общая черта. Во всех перечисленных и многих других сходных случаях
Решить эту задачу, очевидно, можно только в том случае, если имеется некоторая система отсчёта. Иными словами, определить положение в пространстве «вообще» нельзя, а можно только по отношению к каким-либо определённым объектам. Если речь идёт о наблюдателе, который находится на поверхности Земли, то такими объектами могут явиться те или иные точки или линии, неподвижно «закреплённые» на её поверхности. Именно такую роль играет хорошо всем известная система земных географических координат.
Географические координаты — это два числа, единственным образом фиксирующие положение точки на земной поверхности. Одно из них — широта — угловое расстояние (т. е. расстояние в градусах) между плоскостью земного экватора, которая делит поверхность нашей планеты на два полушария: северное и южное, и отвесной линией, проходящей через данную точку. Направление отвесной линии в данной точке Земли определяется направлением нити с грузиком на конце. Второе — долгота — угловое расстояние в плоскости экватора от некоторого меридиана, условно принятого за начальный, до меридиана, проходящего через данную точку. Обычно таким меридианом считается гринвичский меридиан, который проходит через Гринвичскую обсерваторию в Англии.
Построение системы географических координат неразрывно связано с выделением некоторых преимущественных направлений, выбор которых определяется особенностями Земли как небесного тела. Эти направления — «север — юг» и перпендикулярное к нему «восток — запад». Первое из них связано с расположением в пространстве оси вращения нашей планеты, второе — с направлением этого вращения.
Таким образом, для наблюдателя, расположенного на поверхности Земли, полная задача ориентирования заключается в определении направления «север — юг» и географических координат данной точки. Как известно, эта задача возникла перед людьми ещё в отдалённом прошлом, когда у человека появилась необходимость заниматься торговлей и мореплаванием.
Если же говорить о современной нам эпохе, то ориентирование в пространстве является неотъемлемым звеном в таких важнейших областях человеческой деятельности, как морская и воздушная навигация, космонавтика, геодезия, строительство, метеорология, всякого рода экспедиции, а также путешествия и туризм.
В частности, обеспечением движения кораблей и самолетов в соответствии с заданным курсом занимаются особые специалисты — Штурманы. Штурманская служба — одна из самых важных и ответственных профессий человечества. Первые штурманы, сведущие в астрономии, сопровождали корабли ещё в IV в. до н. э., когда египетские и финикийские папирусные корабли осваивали пути вдоль африканских берегов по Атлантическому океану. Забирались отважные мореплаватели и далеко на север к загадочной земле Туле — современной Великобритании, и эти морские экспедиции сопровождали опытные штурманы-астрономы.
Не обходился без помощи звёзд и легендарный Одиссей:
Вверившись, поплыл. Сидя на корме и могучей рукою
Руль обращая, он бодрствовал; сон на очи его не спускался
И их не сводил он с Плеяд, с нисходящего поздно
В море Боота, с Медведицы, в людях ещё колесницы
Имя носящей, и близ Ориона свершающей вечно
Круг свой, себя никогда не купая в водах Океана.
С нею богиня повелела ему неусыпно
Путь соглашать свой, её оставляя по левую руку».
Позднее астрономический способ определения координат высоко оценил великий испанский мореплаватель Христофор Колумб (1451—1506), авторитетно заявивший, исходя из собственного опыта: «Существует лишь одно безошибочное корабельное исчисление — это астрономическое. Счастлив тот, кто с ним знаком».
На первый взгляд может показаться, что нет смысла определять местоположение наблюдателя на поверхности Земли путем наблюдений за внеземными объектами. Однако в действительности это не так: некоторые особенности положения и движения Земли в мировом пространстве делают небесные светила исключительно удобными объектами наблюдений для решения задач на ориентирование.
«Единственно точной и неизменно безотказной мы считали лишь воздушную астрономию, и это целиком подтвердилось в перелёте: только она выручала нас в трудные минуты, вела и точно привела к намеченной цели»,— писал в своей книге «Покорение Северного полюса» известный штурман полярной авиации И. Т. Спирин.
А в книге А. В. Белякова «Из Москвы в Америку через Северный полюс» сказано: «... Самый важный прибор на нашем самолете — солнечный указатель курса».
Не случайно люди стали пользоваться астрономическим способом ориентирования с незапамятных времен. На протяжении многих веков небесные светила служили людям единственным средством ориентирования на местности, определения географических широт и долгот, а также измерения точного времени.
Первые таблицы положения светил были составлены Гиппархом (II в. до н.э.) — в его каталоге по некоторым данным было 850 звёзд. Птолемей (II в. н.э.) составил таблицы положений планет. Существенный вклад в развитие практической астрономии внесли арабы в XIII—XV вв. Как известно, в этот период арабские учёные много и успешно работали в области математики и её приложений. Альфонсовы таблицы, которыми пользовался Колумб в своих путешествиях, составлены в 1252 г. Толедские таблицы — в 1551 г. В том же году составлены Прусские таблицы, а Рудольфинские таблицы Кеплера в 1627 г.
Однако в более широких масштабах таблицы стали составляться в XVII в. учёными Испании, затем Англии и Голландии.
Искусство астрономического ориентирования издавна называется навигацией. Одним из первых мероприятий Петра I, мечтавшего вывести Россию на уровень передовых европейских стран, было основание в Москве, в знаменитой Сухаревой башне, школы «математических и навигацких хитростно искусств учения». Поручил он это дело одному из своих сподвижников, математику и астроному Я. В. Брюсу. Среди первых учителей этой школы был Л. Ф. Магницкий, учебник которого «Арифметика, сиречь наука числительная» стал одним из «врат учёности» М. В. Ломоносова.