10.12.3. Широта и долгота

We use cookies. Read the Privacy and Cookie Policy

Я думаю, что вы путешествуете и возвращаетесь домой ради того, чтобы найти себя там.

Вы (также Чимаманда Нгози Адичи)

Что это

Способ определять положение любой точки на поверхности планеты с помощью всего двух цифр, сводя таким образом вопрос «Где я?» к простой задаче определения этих двух цифр.

До того как были изобретены

Направления были вещью локальной, а не универсальной, и определялись как «поверни направо у большого дерева» или «плыви на запад, пока не уткнешься в землю», а не «эти координаты описывают ваше местонахождение с точностью до 10 см».

Изобретены

300 до н. э. (первая географическая система координат);

220 до н. э. (квадранты и астролябии);

1675 н. э. (неэффективные морские хронометры);

1761 н. э. (более эффективные морские хронометры);

1904 н. э. (сигналы точного времени, передаваемые по радио).

Предпосылки

Календарь (для солнечной широты), радио (для долготы).

Как изобрести

Если вы предполагаете, что Земля – это сфера (а это не так[170]), то вы можете покрыть эту сферу горизонтальными и вертикальными линиями. Произвольным образом назовите горизонтальные широтой, а вертикальные долготой[171], и все, вы изобрели первую систему географических координат на планете (рис. 37).

Рис. 37. Два кем-то изрисованных сферических отображения Земли

Поскольку Земля вращается, то у нее естественным образом появились верх, низ и середина[172]. Мы взяли и назвали линию, проходящую посередине планеты, экватором, присвоили ему значение в 0 градусов и пометили каждую из других линий широты значением угла, который образует с экватором линия, проведенная от этой широты к центру Земли. Таким образом, значения широты стартуют от 0 на экваторе, достигают 90 на Северном полюсе и – 90 на Южном, хотя обычно говорят просто «северной широты» или «южной широты».

Для линий долготы, которые также именуют меридианами, не существует очевидного вертикального «экватора» в качестве точки отсчета, так что вам придется поступить так, как поступили другие люди, столкнувшиеся с этой проблемой: пожать плечами и выбрать любую из линий. В наше время все используют воображаемую черту, проходящую через Гринвич в Англии, в качестве нулевого меридиана, поскольку в то время, когда этот стандарт появился, с ним было меньше всего возни: в Британской империи печатали огромное количество карт, помеченных именно таким образом.

Но другие нации использовали иные нулевые меридианы, что проходили через их любимые города, и на самом деле не имеет значения, на чем именно вы остановитесь.

Линии долготы мы помечаем немного иначе, чем линии широты, поскольку линии широты представляют собой кольца, каждая из них обходит вокруг планеты, словно пояс. Но линии долготы – это половинки окружности, каждый меридиан занимает место от одного полюса до другого. Это значит, что вместо шкалы от 90 до –90 градусов мы получаем для долготы от –180 до 0 градусов (для точек к востоку от нулевого меридиана) и от 0 до 180 градусов (для точек к западу от него).

Хотя обычно говорят «восточной долготы» и «западной долготы».

В результате получается нечто вроде этого (рис. 38).

Теперь, когда вы присвоили каждой точке на земной поверхности точные координаты[173], вам осталось только придумать способ узнать координаты того места, где вы находитесь. Для широты вы используете звезды, чтобы определить свою позицию. Наверняка вы подумали: «Ага, я слышал, что Полярная звезда используется моряками для навигации, так что я ее и пущу в дело!» – но когда вы попытаетесь, то вам придет следующая мысль: «О нет! Я точно вспомнил, что, хотя Земля и вращается, как волчок, что производит “дни”, она также вихляется, словно волчок, тоже, и от этого возникает цикл в 25 700 лет, который мы именуем прецессией! Из-за этой самой прецессии любые воображаемые линии, проведенные вверх от Северного полюса и вниз от Южного, будут описывать в космосе огромный круг, и это значит, что любая из звезд, что используется для навигации в наше время, наверняка окажется на другом месте в тот самый дурацкий период времени, где я застрял, и это большая проблема, которая усугубляется тем, что звезды с течением времени и сами понемногу перемещаются».

Да, это мысль совершенно правильная.

Рис. 38. Куча линий, неожиданно превратившихся в ясную систему широты и долготы

Да, вы можете вспомнить, что в той жизни, что была до путешествия во времени, вы могли поднять глаза ночью и обнаружить Полярную звезду (если вы в Северном полушарии) или Южный Крест (если в Южном), но невозможно точно определить позиции тех же самых звезд в том периоде времени, где вы оказались. Тем не менее есть одна звезда, прекрасно различимая с Земли, и она всегда находится там, где мы ожидаем, вне зависимости от того, в каком временном периоде вы находитесь.

Если вы еще не догадались, то это Солнце.

Измерьте угол между вами и Солнцем в полдень, в тот момент, когда светило находится выше всего в небе и вы все еще вычисляете широту, используя звезды. Осуществить подобное измерение можно с помощью квадранта, который представляет собой четверть круга с угловыми отметками на ней: другими словами, это не более чем половина транспортира, изобретенного вами в разделе 4.

Вот вам лекало, изготовьте свой прибор из дерева или металла (рис. 39).

Рис. 39. Лекало для квадранта

Привяжите к углу квадранта камень на веревке, это ваша линия отвеса, что всегда указывает точно вниз (предполагая, что вы можете уберечь ее от воздействия ветра). Линию взгляда с каждого из концов отметьте небольшим ушком, так чтобы, когда вы смотрите на Солнце через оба ушка, линия отвеса показывала угол, под которым вы держите прибор и который совпадает с вашей широтой.

Повторите измерение несколько раз, чтобы взять среднее и получить более точное значение, и вот она, ваша широта!

Только помните, смотреть на Солнце долго опасно, можно ослепнуть.

Квадрант, который вы только что изобрели, отлично подходит для навигации по звездам, но если вы используете солнце, то вам придется слегка усовершенствовать ваш инструмент, чтобы не глядеть на светило прямо. И вот как: замените ушко рядом с линией отвеса на небольшой кусочек дерева с отверстием в центре, а другое ушко – на такой же кусочек, но с отметкой посередине.

Теперь, вместо того чтобы таращиться на Солнце, вам просто нужно расположить ваш квадрант так, чтобы лучик света, проходящий через отверстие, попал точно на метку. Ура! Больше никто не должен будет ослеплять себя лишь для того, чтобы вести корабль по морю.

Осталось внести еще одну маленькую поправку.

Если вы используете звезды, то они достаточно далеко от Земли, чтобы выглядеть неподвижными с нашей перспективы, так что вам не нужно делать поправки на осевой наклон нашей планеты. Но этот наклон влияет на то, как солнце выглядит в небе, так что вам понадобится уточнить свои измерения, внеся поправку по табл. 14.

Таблица 14. Поправки при измерении широты, которые требуются, когда вы используете Солнце. И находитесь на Земле, кстати. Мы забыли об этом упомянуть, но любая машина времени может применяться при необходимости и как машина пространства, поскольку любое путешествие во времени без перемещения в пространстве оставит вас где-то посреди космоса, ведь наша планета движется через пространство внутри галактики, ну а та перемещается тоже. Если вы обнаружили себя в месте, отличном от Земли, тогда вы каким-то образом ухитрились удрать не только из хватки нашей собственной планеты, но и из зоны ответственности нашего руководства. Удачи!

i Как можно определить, какое на дворе число, если мы не сообщили вам, как изобрести календарь?

Ответ очень прост – постройте свой календарь вокруг упомянутых в таблице опорных точек. Измеряйте длину дня и ночи в вашей местности (раздел 10.7.1), и вы узнаете, когда наступают равноденствия и солнцестояния, и это позволит вам создать календарь на следующий год. Если у вас есть определенные склонности, вы можете даже сделать свой календарь визуальным, установив камни так, чтобы Солнце восходило точно между ними утром солнцестояния, и создав свой собственный маленький Стоунхендж.

Мы используем грегорианский календарь и римские месяцы, с которыми вы хорошо знакомы, но никто не заставляет вас брать их за образец. Назовите ваши месяцы так, как вам захочется, и сделайте их такой длины, которая вас порадует. Подобно нулевому меридиану все эти вещи совершенно произвольны. Единственное точное ограничение, что лежит на вашем календаре – он должен в среднем укладываться в 365,256 дней в год, но этой средней вы можете добиться любым способом. Мы справляемся, назначив на каждый год 365 дней и добавляя один день каждому четвертому году, и еще несколько секунд там и сям, чтобы убрать слабину, но могут быть и другие решения.

ii Определить, в каком вы полушарии находитесь, очень легко: просто сконструируйте большой маятник – 12 метров или больше подойдет – и позвольте ему качаться несколько часов. Инерция маятника влияет на него отличным от земной образом, и это значит, что при достаточно длинном (как вы сделали) маятнике вы можете сделать видимым эффект вращения нашей планеты! Траектория, на которой остановится маятник через некоторое время, будет эллиптической, по часовой стрелке в Северном полушарии и против часовой в Южном, а вот на экваторе он будет перемещаться по прямой линии. Джентльмен по имени Леон Фуко пришел к этой идее в 1851 н. э., но теперь она целиком ваша!

Если вы читаете это не в день солнцестояния или равноденствия, то можете примерно рассчитать поправку, которая позволит вам учесть осевой наклон. Всего лишь нужно решить следующее уравнение и добавить то, что вышло, к тому, что получилось в результате измерений:

Поправка = t ? cos [(360o) / 365 ? d + 10]

d здесь представляет день вашего года, если 1 января мы определим как 0, 2 января как 1 и так далее, 10 мы добавляем, чтобы учитывать дни после зимнего солнцестояния. Схожим образом t – наклон земной оси в градусах (см. раздел 10.7.1, где описан способ измерения этого самого наклона).

И вот теперь наконец широта для нас больше не является проблемой.

Осталось посчитать долготу, а это много проще!

Долгота всего лишь определяет, насколько далеко к востоку или западу вы находитесь от вашего нулевого меридиана. Поскольку вы уже знаете, что Земля делает полный оборот в 360° в сутки, двигаясь с запада на восток (так дело и обстоит, поскольку мы вам об этом сказали), ясно, что 1° долготы соответствует 1/360 суток, или 4 минутам[174].

Ваша долгота – это разница между полуднем там, где вы находитесь, и полуднем на нулевом меридиане[175]. Например, если ваш полдень наступает восемью минутами ранее полудня на нулевом меридиане, то вы находитесь в 2° на восток от него. Схожим образом, если полдень случается 20 минутами позже, чем он возник на нулевом меридиане, то вы на 5° западной долготы.

Долгота очень банальна, ведь для вас не проблема то, с чем человечество не могло разобраться тысячи лет, – отследить, сколько сейчас времени на нулевом меридиане. Тут мы с сожалением вынуждены проинформировать вас, что эта проблема абсолютно точно будет напрягать человечество еще не одну тысячу лет.

Причина проста: часы обычно полагаются на некий сорт ритмичного движения, на качание маятника, капанье воды, вращение шестеренок, что угодно. Все эти виды движения прекрасно работают на суше, но совершенно не годятся для использования на корабле. Одна большая волна способна выбить маятник из равновесия, а ведь судно может качать постоянно.

Чтобы справиться с этим, кораблю придется иметь на борту буквально дюжины часов, и пусть они теряют синхронность – каждые в своем направлении, чтобы мы могли надеяться, что в среднем они покажут то время, что нам нужно. Но это решение так себе, и использовавшие его суда часто терялись в море и в конечном счете тонули[176].

Проблема стояла настолько остро, что уже около 1567 н. э. разные государства начали предлагать денежные призы тому, кто отыщет надежный способ определять долготу в море. К 1707 н. э. Великобритания была готова заплатить 20 тыс. фунтов, в сегодняшних ценах это эквивалент многих миллионов долларов.

Если вы угодили в ту эпоху, то мы вас обрадуем: скоро вы разбогатеете!

В неизмененной истории решение было тем, которого можно ожидать: талантливейшие часовщики посвящали проблеме целую жизнь и придумывали невероятно умные, невероятно дорогие и невероятно сложные морские хронометры, те самые, которые вы не будете изготавливать, поскольку это невероятно, невероятно сложно. Взамен вы совершите творческий прорыв и перескочите прямиком в наши дни. Ваша задача – отправлять время по воздуху на невидимых волнах, что путешествуют со скоростью света.

Вы собираетесь изобрести радио.

И сохранить тем самым жизни миллионов еще не родившихся моряков.