«Ночные часы» XVIII в. – простое приспособление, при помощи которого наблюдатель мог определить час ночи и положение Полярной звезды по отношению к полюсу мира

Оставим в стороне способность Малой Медведицы отмерять временные интервалы. Моряков и картографов интересовало в основном положение Полярной звезды относительно небесного полюса, о котором можно судить по положению Стражей в любое время и в любую ночь, если на небе вообще видны звезды. Как определить, находится ли Полярная звезда над полюсом (в верхней кульминации), непосредственно под полюсом (в нижней кульминации) или на одном уровне с полюсом по одну или другую сторону от него? Ведь высота звезды соответствует высоте полюса только в том случае, если Полярная звезда находится в положении на три или на девять часов от него (посередине между верхней и нижней кульминацией).

Древние астрономы наверняка понимали необходимость коррекции угловой высоты Полярной звезды при определении широты места; неизвестно, однако, что они предпринимали в этой связи. Первые письменные данные по этому вопросу мы находим в трудах Раймунда Луллия из Пальмы на Майорке около 1235 г. По всей видимости, именно он изобрел простое приспособление, названное позже «ночными часами» (horologium nocturnum). Это приспособление позволяет в одно действие определить необходимые поправки для вычисления времени и положение Полярной звезды по отношению к небесному полюсу. «Часы» Луллия представляли собой три разграфленных концентрических диска, скрепленные вместе и вращающиеся вокруг центрального отверстия, в которое должен был смотреть наблюдатель. На внешнем кольце были отмечены дни и месяцы года; следующий диск содержал часы и минуты суток; а на внутреннем диске был изображен человечек – эмблема звезды Кохаб – с отверстием посередине. Голова, ноги и раскинутые руки человечка делили круг на четыре четверти, но вместо компасных направлений на них было указано: Голова, Ноги, Восточная рука и Западная рука. Четыре промежуточных направления были обозначены как Восточное плечо, Западное плечо, Линия под восточной рукой, Линия под Западной рукой. Сначала наблюдатель измерял угловую высоту Полярной звезды. Затем, чтобы определить необходимые поправки, он брал инструмент в вытянутую руку и смотрел на звезду через отверстие в середине Кохаба. Диск Кохаба он поворачивал так, чтобы голова человечка смотрела в сторону одного из Стражей, звезды Кохаб. Верхняя точка наружного (календарного) диска должна была находиться непосредственно над Полярной звездой, а средний (часовой) диск поворачивался таким образом, чтобы цифра 12 на нем совпала с текущей датой на внешнем диске. Затем наблюдатель считывал положение Полярной звезды относительно полюса. В более поздних инструментах условное изображение Кохаба на внутреннем диске сменила цифровая градуировка. Мартин Кортес, например, предложил заменить на внутреннем диске фигурку Кохаба изображением самого созвездия в виде горна или рога, так чтобы наблюдатель мог нацеливаться на Стражей при помощи миниатюрного Малого Ковша; при этом каждая звезда находилась бы на своем месте по отношению к Стражам.

Первые из известных письменных инструкций по корректированию угловой высоты Полярной звезды появились в «Правиле астролябии и квадранта» 1509 г. под общим заголовком «Правило Полярной звезды». Все авторы и составители книг по навигации и картографии использовали одни и те же инструкции в различных формах. «Правило» рассказывало простым языком все то, что «ночные часы» автоматически вычисляли при помощи двух дисков. Например:

«Вот правило Полярной звезды:

Когда Стражи находятся на Западной руке, Северная звезда стоит выше полюса на полтора градуса [угловая высота минус 1,5° = широта].

Когда Стражи находятся на Линии под Западной [рукой], Северная звезда стоит выше полюса на три с половиной градуса [угловая высота минус 3,5° = широта].

Когда Стражи находятся в Ногах, звезда стоит на три градуса выше полюса [угловая высота минус 3° = широта].

Когда Стражи находятся на Линии под Восточной рукой, звезда стоит выше полюса на полградуса [угловая высота минус 0,5° = широта].

И когда вы измеряете угловую высоту звезды и Стражи находятся в одном из этих четырех положений, при которых звезда находится выше полюса, вам следует знать, что из измеренной высоты звезды вам следует вычесть столько градусов, на сколько звезда выше; и сколько градусов останется, на столько градусов вы удалены от экватора.

Вот четыре позиции, при которых Северная звезда находится ниже полюса

Когда Стражи находятся на Восточной руке, Северная звезда стоит ниже полюса на полтора градуса.

Когда Стражи находятся на Линии над Восточной рукой, Северная звезда стоит на три с половиной градуса ниже полюса.

Когда Стражи находятся в Голове, звезда стоит на три градуса ниже полюса.

Когда Стражи находятся на Линии над Западной рукой, звезда стоит ниже полюса на полградуса».

Далее следовала аналогичная инструкция по поводу прибавления этих поправок к угловой высоте звезды для получения широты места.

По этому же принципу Бландевиль изготовил собственный прибор для «исправления» Полярной звезды; он только изменил относительное расположение трех дисков. Календарный диск стал у него внутренним; угловой диск, градуированный от нуля до трех с половиной градусов, шел следующим; внешним же был часовой диск. Он также сделал инструмент более долговечным и портативным. По Бландевилю, его следует изготавливать «на гладком куске доски или твердого дерева, или на куске полированной бронзовой или латунной пластины шириной шесть или семь дюймов с ручкой». Вместо того чтобы писать инструкцию в терминах анатомии Кохаба, Бландевиль снабдил свой прибор «небольшой таблицей, изготовленной по правилам мореходов и определяющей восемь главных румбов», через которые проходит Полярная звезда на протяжении двадцати четырех часов.

Принципы, которыми мы сегодня руководствуемся при внесении поправок в высоту Полярной звезды, за шесть столетий не изменились. Радиус окружности, которую описывает эта звезда, за это время стал меньше, поэтому поправки сегодня тоже меньше. В 1492 г. звезда отстояла от полюса на 3°39', в «Правиле» 1509 г. приводится цифра 3°30'. В 1556 г. Мартин Кортес говорит, что эта величина составляет 3°; Бландевиль (1622) дает 2°50'. «Навигатор» Боудитча на 1802 г. приводит величину 1°42'. В 1940 г. угловое расстояние между Полярной звездой и полюсом составляло 1°02'. «Ночные часы» в море больше не используются, но в «Американском морском альманахе» за 1948 г. все еще содержатся четыре таблицы, имеющие отношение к Полярной звезде; из них можно узнать, как найти широту по видимой высоте этой звезды и как, при помощи таблицы азимутов, можно определить ее положение по отношению к полюсу.

Картография как наука – дитя астрономии и математики – родилась во Франции во времена Людовика XIV (1638–1715). Принципы и методы, которые использовались и обсуждались уже больше двух тысяч лет, при этом ничуть не изменились. Цель и идеал Гиппарха и Птолемея – научно определить координаты, то есть широту и долготу, каждой точки Земли – по-прежнему оставалась актуальной. Однако в картине появилось и кое-что новое, два новых прибора – телескоп и хронометр. Результатом стала революция в картографии и начало движения к точному изображению Земли. У человека впервые появилась возможность решить при помощи двух этих механических приспособлений проблему определения долготы, как на суше, так и на море.