Победа над Хроносом
В погоне за точным временем
Победа над Хроносом Кораблекрушение эскадры Клаудсли Шовелла в 1707 году. Гравюра неизвестного художникаСэр Клаудсли Шовелл (1650—1707). Портрет маслом Майкла ДаляХронометр Джона Гаррисона H1Джон ГаррисонХронометр Джона Гаррисона H2Хронометр Джона Гаррисона H4Сегодня все проще

Текст Сергея Борисова

Точность требовала жертв. И жертвы были принесены.

В ночь с 22 на 23 сентября 1707 года четыре корабля британской эскадры под командованием контр-адмирала Клаудсли Шовелла, возвращавшейся с театра военных действий войны за испанское наследство, разбились на рифах островов Силли, к юго-западу от побережья Корнуэлла. Среди потерпевших крушение был и флагман Association, затонувший со всей командой из 800 человек, на что потребовалось всего три минуты. Вместе с флагманом погиб и сам Клаудсли Шовелл. Общий счет погибшим составил от 1400 до 2000 человек.

В народе судачили, что вина за катастрофу всецело лежит на адмирале, который велел вздернуть на рее матроса, уроженца этих мест, сообщившего об опасности, чтобы неповадно было ставить под сомнение авторитет начальства. Реальная причина бедствия, разумеется, была другой: до самого последнего мгновения – в темноте, в тумане! – никто из офицеров эскадры понятия не имел, что корабли приближаются к скалам. Штурманы неверно определили долготу и потому были уверены, что они намного восточнее, в судоходной зоне Английского канала (читай Ла-Манша). Подвели их и карты, на которых острова Силли находились на расстоянии около 12 миль от своего истинного положения, что стало известно несколько десятилетий спустя, уже в середине XVIII века.

Долее терпеть такое прискорбное положение – невозможность точно определить долготу – было невозможно, и Британский парламент объявил премию размером от 10 до 20 тысяч фунтов стерлингов тому, кто найдет способ точного определения долготы в море.

Старая проблема

Надо сказать, что не только англичане сознавали важность этого вопроса. Еще в 1598 году Филипп III Испанский пообещал за надежный метод определения долготы 6000 дукатов единовременно, 2000 дукатов пожизненной ежегодной пенсии и 1000 дукатов на расходы. Заметим для сравнения и контраста, что один дукат был равен 3,5 г золота, и в 15 тысяч дукатов обходилась постройка боевой галеры.

В Голландии о награде за решение «проблемы долготы» было объявлено в 1600 году. Французская академия наук получила такое задание вообще при своем создании…

В чем, собственно, состояла «проблема»?

Определить широту корабля в открытом море с точностью до угловой минуты сложно, но реально, поскольку широта – это доля расстояния от экватора до полюса, и потому величина абсолютная; угол между земной осью и положением судна можно определить и по солнцу, и по известным звездам с помощью астролябии или секстанта.

Что касается долготы, то она отсчитывается от определенного меридиана и поэтому условна: все точки на земном шаре относительно небесной сферы равны, за ноль можно принять любой пункт. Долгота выражается в градусах, которые варьируются от 0° на нулевом меридиане до +180° на восток и −180° на запад. Имея часы безупречной точности, можно выставить их в полдень, скажем, в Лондоне в начале путешествия и в дальнейшем определять насколько далеко от Лондона находится текущее астрономическое место, вне зависимости от дальности путешествия. К примеру, если часы показывают, что в Лондоне полночь, а по местному времени полдень, значит текущее местоположение находится в противоположной точке Земли, на 180°.

Между тем метод счисления координат, который применялся в те годы мореплавателями, был основан на замерах скорости движения корабля и времени его движения по определенному румбу. Понятно, что этот метод предполагал погрешность, которая накапливалась тем больше, чем дольше корабль находился в открытом море. Ошибки в 40-50 и даже 100 миль при плавании через океан были обычным делом даже у опытных штурманов.

Дабы справиться с задачей, пытались привлечь на помощь Солнце, Луну, звезды – и не без успеха. Но лишь на земле! В море, да в непогоду, да на качающейся палубе – нет, тут никто ни за что не ручался. Нужны были именно часы, чтобы (см. выше) принять какой-нибудь меридиан за нулевой и от него вести отсчет.  

А вот с часами были сложности. Да, к тому времени, когда корабли адмирала Шовелла отправились на дно, в Европе уже появились башенные часы с маятниками, ошибавшиеся примерно на 15 секунд в сутки. Совершенствовались и пружинные часы с балансиром. Однако вторые не обладали достаточной точностью хода, а первые были непригодны для использования на кораблях, поскольку для дальних путешествий маятник оказался не пригоден, так как на его длину влияют влажность и температура, качка сбивает частоту колебаний, и кроме того, частота колебаний маятника постоянной длины по мере приближения к экватору падает – это явление обнаружил француз Жан Рише в 1673 году.

В общем, проблема определения долготы настоятельно требовала решения, и британский парламент не поскупился – по рекомендации Исаака Ньютона (сомневавшегося, что такие часы вообще можно создать) была назначена награда 10 тысяч фунтов за точность 1 градус, 15 тысяч фунтов за точность 40 угловых минут, 20 тысяч фунтов за точность 30 угловых минут. Для определения победителя парламент учредил Комиссию по определению долготы на море, она же Комиссия долготы.

Размер суммы произвел сенсацию, и в Комиссию потянулись мошенники и прожектеры, которых вскоре стали насмешливо называть «искателями долготы», а Джонатан Свифт даже упомянул «долготу» наряду с «вечным двигателем» и «панацеей» в своих «Путешествиях Гулливера». Достаточно сказать, что один из проектов предполагал наличие кораблей, стоявших на якоре в открытом море в точках с известными координатами и регулярно стреляющих в воздух сигнальными ракетами.

Так продолжалось до 30-х годов XVIII века, когда в деле поиска методов определения долготы появился абсолютный лидер – Джон Гаррисон.

Часовых дел мастер

Джон Гаррисон родился в 1693 году в семье сельского плотника. Поначалу, как и все в его роду, он начал осваивать семейное ремесло, однако любовь к часовому делу взяла верх над традицией.

Свои первые часы Гаррисон создал в 1713 году, когда ему было 20 лет, причем материалом для механизма послужило… дерево. Для часовых подшипников он подобрал древесину бакаута (гваякового дерева) – твердую, износостойкую, не реагирующую на сырость, а главное – выделяющую естественную смазку, не меняющую свои свойства в морском воздухе (кстати, в XIX–XX веках бакаут прекрасно зарекомендовал себя в подшипниках для гребных винтов). Несколько экземпляров часов Гаррисона из дерева сохранились до наших дней – и они идут!

Также Гаррисон создал биметаллический маятник в виде параллельных штанг из стали и латуни. Коэффициент температурного расширения этих материалов различается, благодаря чему при повышении или понижении температуры общая длина не меняется. Биметаллический маятник мог перемещаться из умеренных широт в тропики, не меняя частоты колебаний, кроме как вследствие изменения гравитационного поля.

В 1730 году Джон Гаррисон обосновался в Лондоне. Узнав о размере вознаграждения, обещанного Комиссией долготы, он решил побороться за него. Гаррисон заручился поддержкой королевского астронома Эдмунда Галлея, взял в помощники своего младшего брата Джеймса и приступил к делу.

Пять лет спустя он собрал свои первые морские часы (H1 по номенклатуре, предложенной в 1920-е годы). H1 были представлены членам Комиссии. Качество изготовления, сборки и хода были настолько очевидны и высоки, что немедленно была провозглашена победа над Хроносом – мифическим божеством, ответственным за время, породившим и землю, и воду, и воздух. Однако требовалась проверка практикой, и через год Джон Гаррисон и H1, ставший уже не часами – хронометром, отправились в контрольное плавание до Лиссабона на корабле Centurion. Лучшей характеристикой изделию Гаррисона стало то, что на обратном пути измерения создателя хронометра позволили кораблю избежать опасности оказаться на скалах у мыса Лизард.

После положительных отчетов капитана и штурманов корабля Адмиралтейство потребовало вручить Гаррисону полагающуюся награду, однако у членов Комиссии оставались сомнения и претензии – хронометр был громоздким и тяжелым (35 кг), и потому Гаррисону было выдано только 250 фунтов с формулировкой «для дальнейшей работы». Впоследствии ему было выделено еще 500 фунтов.

Новая модель (Н2) была создана в 1739 году, но Гаррисон был не слишком доволен результатами своей работы, как и следующей «версией» – Н3. Зато следующий вариант – Н4 – кардинально отличался от своих предшественников. Этот хронометр был изготовлен в форме карманной «луковицы», имел не бакаутовые, а рубиновые и алмазные подшипники, получил ремонтуар (механизм подзаводки) и биметаллический балансир. H4 шли со скоростью пять колебаний в секунду – намного быстрее, чем любые часы XVIII века. Контролировать медленные колебания было значительно проще стремительных, но Гаррисон специально задумал задать часам частоту колебаний намного выше, чем частота колебаний судна, чтобы нейтрализовать вибрации корпуса и качку, и не ошибся.

Новый хронометр прошел серьезное испытание в плавании на судне Deptfort из Портсмута до Ямайки, куда корабль прибыл 19 января 1762 года. Накопленная за 81 день ошибка составила около 5.1 секунды, что означало точность 1,25 минуты – примерно 1 морская миля для этих широт. Отличный показатель!

Торжествующий Гаррисон явился в Комиссию долготы за причитающимся вознаграждением и… встретил отказ. Объяснение было таким: удача может быть случайной, а сам хронометр чересчур дорог, чтобы быть практичным. В итоге Гаррисон получил 1500 фунтов и обещание получить еще 1000, если повторное испытание тоже окажется удачным.

Награду победителю!

Деньги Гаррисон взял, но вне себя от ярости начал публичную кампанию против Комиссии. Повторное испытание, впрочем, состоялось в виде плавания из Лондона в Бриджтаун на Барбадосе. В финальном отчете точность хронометра H4 составила 9,8 морской мили (15 км), или 40 секунд долготы.

В 1765 году Комиссия постановила выдать Гаррисону 10 тысяч фунтов, и гарантировала еще 10 тысяч, если стоимость хронометра будет снижена, а технология его изготовления описана так, чтобы другие часовщики могли его воспроизвести. Парламент, который утверждал решения комиссии, из награды Гаррисона вычел 2500 фунтов уже полученных грантов.

Джон Гаррисон был уверен, что премия в полном объеме ускользает от него исключительно из-за интриг завистников, однако передал Комиссии чертежи своих хронометров. Их изучали почти год, и тут уж часовщик не выдержал, обратившись напрямую к молодому королю Георгу III. Монарх, забрав хронометр, лично заводил его ежедневно в течение полугода, после чего предложил Гаррисону обратиться с петицией непосредственно в парламент, минуя Комиссию долготы, и потребовать свои деньги, а если парламент откажет, то он, король, лично явится в парламент и потребует справедливости. Так Джон Гаррисон и поступил, и хотя парламент упирался еще несколько лет, в 1773 году создателю хронометра было выплачено 8750 фунтов (за вычетом расходов и затрат на материалы). Меньше, чем предполагалось изначально, но все же старость свою Джон Гаррисон обеспечил – он скончался 24 марта 1776 года.

К слову, одним из хронометров четвертой модификации пользовался капитан Кук во втором своем плавании, и этот хронометр, по его признанию, оказал ему неоценимую помощь. Кук так назвал его в своих дневниках: «Наш верный гид через все превратности погоды».

Точка отсчета

Прорыв Британии в решении задачи определения долготы помогла ей не только завоевать и удержать статус «владычицы морей», но и утвердить Гринвич, где находилась знаменитая обсерватория, как нулевой меридиан.

Британские хронометры также считались эталоном качества у моряков всех стран, хотя были были далеко не на всех кораблях из-за своей дороговизны. К тому же, моряки быстро разобрались, что хронометров на судне должно было быть не меньше трех, чтобы можно было обнаруживать и устранять ошибки в их показаниях. Если из трех хронометров два показывают одно и то же время, ясно и то, что ошибается третий, и то, на сколько он ошибается. Но даже и в этом случае показания хронометров сверялись с астрономическими данными.

К началу XX века хронометры достигли точности 0,1 секунды в день благодаря открытиям в металлургии и материаловедении. В 1880 году Пьер и Жак Кюри открыли пьезоэлектрические свойства кварца, а в 1921 году был разработал кварцевый резонатор. Отсюда был один шаг до создания кварцевых часов, которые изначально применялись как источники сигналов точного времени, а с 1960-х годов стали массовыми приборами. Морские хронометры стали вытесняться электронными часами. Потом появились атомные часы – за пять миллиардов лет «атомный хронограф» не уйдет вперед и не отстанет ни на секунду! А на орбитах засуетились спутники GPS, российской ГЛОНАСС, европейской Galileo, китайской Beidou. Казалось бы, надобность в старых добрых хронометрах должна исчезнуть. Ан нет! А что, если на судне откажет электроника? Что ж, мореплаватель сможет определить свои координаты, если на запястье у него пусть и не настоящий хронометр, то хотя бы его подобие.

Опубликовано в журнале YACHT Russia №11-12 (143), 2022 г.

Популярное
Мотылек с острова Дьявола
Он был преступником. Арестантом. Заключенным. И бежал снова и снова. Его ловили, а он опять бежал. Потому что... Жить, жить, жить! Каждый раз, находясь на грани отчаяния, Анри Шарьер повторял: «Пока есть жизнь, есть надежда».
Очень опасный кораблик
Что такое физалия, и почему ее надо бояться
Снежные паруса. Секреты зимнего виндсерфинга

Мороз, ветер, поземка. Случалось ли вам видеть парусные гонки в такую погоду? По белой равнине, поднимая снежную пыль, летят десятки разноцветных крыльев...

Борода - краса и гордость моряка

Издавна считается, что борода моряка - символ мужской силы, отваги, воли, мудрости, гордости. Особенно если эта борода шкиперская, фирменная.

Мурены: потенциально опасны
Предрассудки, связанные с ложными представлениями о муренах, стали причиной повсеместного истребления их в Средиземноморье. Но так ли уж они опасны?
Мотосейлер. Нестареющая концепция

Объемные очертания, надежная рубка и много лошадиных сил – вот что отличает мотосейлер от других яхт. Когда-то весьма популярные, сегодня они занимают на яхтенном рынке лишь узкую нишу. Собственно, почему?

Мыс Горн. 400 лет испытаний

«Если вы знаете историю, если вы любите корабли, то слова «обогнуть мыс Горн» имеют для вас особое значение».
Сэр Питер Блейк

Навигация на пальцах
Звездные ночи в море не только невероятно красивы – яхтсмены могут (и должны) использовать ночное небо для навигации. Чтобы точно знать свое положение, порой можно обойтись без компаса или секстанта
Блуждающие огни

Каждый яхтсмен должен быть «на ты» с навигационными огнями – судовыми и судоходными. Но есть огни, которые «живут» сами по себе, они сами выбирают время посещения вашего судна, а могут никогда не появиться на нем. Вы ничего не в силах сделать с ними, кроме одного – вы можете о них знать. Это огни Святого Эльма и шаровая молния.

Питер Блейк. Легенда на все времена

Питер Блейк… Он вошел в историю не только как талантливый яхтсмен, но и как признанный лидер, ставший «лицом» целой страны Новой Зеландии, показавший, что значит истинная забота и настоящая ответственность: на самом пике спортивной он оставил гонки и поднял парус во имя защиты Мирового океана – того океана, который он так сильно любил