Дерек Хауз Гринвичское время и открытие долготы

Предисловие редактора перевода

С незапамятных времен вся деятельность человека регулировалась естественной шкалой времени, задаваемой суточным вращением Земли вокруг своей оси, которое приводит к последовательному чередованию света и темноты - дня и ночи. По мере развития человеческого общества возникала потребность во все более точном измерении времени, и сегодня мы как о совершенно реальном говорим об измерениях времени с точностью до одной десятимиллиардной (!) доли секунды. Сейчас, в конце XX в., абсолютно немыслима жизнь без знания точного времени - этого требуют и наука, и вся практическая деятельность человека. Потребителями точного времени в наши дни являются железнодорожный транспорт, авиация, а также различные организации, занимающиеся картографическими съемками, астрономией, сейсмологической службой, космическими исследованиями, навигацией и многими другими вопросами.

Проблема определения времени оказала огромное влияние на многие стороны научной и культурной истории человечества. Не без основания можно считать, что начало научного мышления человека, побудившего его пытливо изучать тайны природы, было связано с измерением времени. Этот многотрудный, никогда не прекращавшийся процесс в конце концов привел к установлению того факта, что Земля вращается вокруг своей оси неравномерно и поэтому не может служить основой для точного измерения времени. По существу эта неравномерность не так велика и выражается главным образом в том, что период вращения Земли в июле-августе на тысячную долю секунды меньше суток, а в марте - на столько же больше. Однако весьма вероятны случайные флуктуации в скорости вращения Земли и постепенное, вековое ее замедление. Пока еще трудно судить обо всех возможных последствиях этого факта, но значение данного открытия, несомненно, весьма велико.

Наряду с измерением времени одной из первых задач, поставленных перед человеком жизнью еще в глубокой древности, была задача ориентировки на местности. Попытка решить эту проблему привела к развитию астрономии как науки. Зарождение практической астрономии в современном понимании ее целей следует относить к эпохе великих географических открытий (XVI-XVII вв.). Важнейшей научной задачей того времени было определение положений на суше и на море и составление карт открываемых и осваиваемых земель. Решение этой задачи не только обеспечивало нужды мореплавания, но и помогало закрепить новое научное представление о фигуре и размерах Земли, об очертаниях континентов и взаиморасположении геоморфологических образований.

Большая заслуга в осуществлении этих исследований принадлежит Гринвичской обсерватории. Основанная во второй половине XVII в., эта обсерватория была призвана в первую очередь обеспечить мореплавание необходимыми астрономическими данными (таблицами движения тел Солнечной системы и каталогами неподвижных звезд). В задачи обсерватории также входило совершенствование навигационных методов и определение координат пунктов на суше и на море.

Помимо проблем мореплавания толчком к развитию практической астрономии явилась научная дискуссия о форме и размерах Земли, начатая в конце XVII в. последователями Ньютона и Кассини и стимулировавшая проведение градусных измерений в разных частях Земли.

Как известно, разность долгот двух точек на земной поверхности равна разности значений местного времени в этих точках в один и тот же физический момент (который определялся по наблюдению какого-либо астрономического явления). Таким образом, задача определения долготы сводится к получению в некоторый момент разности значений местного времени в определяемом пункте и пункте, долгота которого известна. Для решения этой задачи необходимо производить определение местного времени в обоих пунктах (т.е. нужны часы-хранитель времени и астрономические наблюдения) и каким-либо образом передавать значение местного времени пункта с известной долготой в пункт с определяемой долготой (т. е. нужна какая-то связь между пунктами, часто весьма удаленными). Поэтому понятно, какое значение для науки имело изобретение часов-хранителя времени и прибора для измерения его интервалов. К. Маркс в «Капитале» указывает: «... ремесленный период ... оставил нам великие открытия: компас, порох, книгопечатание и автоматические часы». Значение часов, конечно, не ограничивалось нуждами науки. Маркс далее пишет: «Что было бы без часов в эпоху, когда решающее значение имеет стоимость товаров, а потому и рабочее время, необходимое для их производства?».

С изобретением в 1765 г. морского хронометра появилась возможность перевозки часов из одного места в другое без существенного нарушения их хода. Хронометр, поправка (показаний часов относительно местного времени) которого была определена в пункте с известной долготой, перевозили в пункт с измеряемой долготой; определив затем его поправку относительно местного времени, находили искомую разность долгот. Интересно отметить, что способ перевозки хронометров применялся и на суше - для определения долгот обсерваторий. В середине прошлого века с этой целью организовывались специальные «хронометрические экспедиции». Во время таких экспедиций для повышения точности результатов перевозились десятки хронометров. Этим способом, например, в 1843 г. были определены разности долгот между Пулковом, Альтоной и Гринвичем.

Изобретение проволочного телеграфа положило конец «хронометрическим экспедициям». Для определения разности долгот стали теперь использовать линии телеграфной связи. Сигнал, передаваемый из обсерватории с известной долготой, принимался в некоторый момент по местному времени в определяемом пункте. Зная момент подачи сигнала и показания часов в определяемом пункте в этом момент, можно было получить поправку часов относительно местного времени опорной обсерватории.

В настоящее время для определения долгот используются сигналы точного времени, передаваемые по радио.

Вообще говоря, проблема измерения времени и определения разностей долгот является составной частью одного из разделов астрономии - астрометрии. Цели их идентичны, приборы и методы - тоже, а для решения их задач необходимо точное знание координат звезд. В настоящее время все большее распространение в астрономии получают новые методы определения параметров вращения Земли: доплеровские и светодально-метрические наблюдения, проводимые специальными искусственными спутниками Земли, а также наблюдения квазаров с помощью радиоинтерферометров.