Боги, короли и дохлые моряки: очень краткая история навигации

Палки, камни и память предков

Человеку всегда нужно было куда-то идти. Не потому, что он такой неугомонный путешественник, а потому, что жрать хочется. И жить. За мамонтом, за кореньями, подальше от злого соседа с дубиной потяжелее — причин масса. А когда ты куда-то ушёл, неплохо бы иметь возможность вернуться обратно, к своей пещере и женщине. Так что проблема навигации стара как мир, просто решали её без особых затей. Первыми картами были, по сути, зарубки на собственном мозгу. Вот большое кривое дерево, вот скала, похожая на морду тестя, а вот река — если пойти вдоль неё, то через три дня выйдешь к стоянке другого племени, где можно выменять блестящие камушки на вяленое мясо. Это была навигация по принципу «глаза видят — ноги идут». Работало, но с ограничениями. Уйдёшь за горизонт, и твои знакомые скалы уже не помогут.

Особенно интересно выкручивались ребята, которым не повезло жить на большом и удобном континенте. Возьмём, к примеру, полинезийцев. Вокруг только бескрайний океан, острова — мелкие точки, которые ещё найди. У них не было ни бумаги, ни компаса. Зато у них была наблюдательность и полное отсутствие страха перед водой. Они создали то, что сегодня называют «палочными картами». Это не карта в нашем понимании, с точным контуром береговой линии. Это, скорее, схема океанских течений и волн. Изогнутые палочки показывали основные направления зыби, которая образуется, когда волны огибают острова. Ракушки, привязанные к палочкам, обозначали сами острова. Молодого полинезийца с детства учили не смотреть на воду, а чувствовать её. Он ложился на дно каноэ и всем телом ощущал малейшие изменения в движении волн, понимая, что где-то там, за много миль, есть земля, которая вносит помехи в ровный ритм океана. Это была целая наука, передаваемая из уст в уста, от отца к сыну, завёрнутая в мифы и легенды. Знание было элитарным, доступным не всем. Потерять такого навигатора в шторм означало обречь на гибель весь экипаж.

На суше всё было одновременно и проще, и сложнее. Древние цивилизации Месопотамии, которым надо было как-то собирать налоги и отправлять армии, тоже чесали репу над созданием карт. Самая древняя из известных нам «карт мира» — вавилонская глиняная табличка Imago Mundi, созданная где-то в VI веке до н.э. Смотрится она, конечно, наивно. В центре — Вавилон, ясен пень. Вокруг него концентрическими кругами расположены другие земли — Ассирия, Урарту. Всё это окружено «Горькой рекой», то есть океаном. А за рекой — семь или восемь мифических островов, на которых живут чудовища и герои. Это была не столько карта для путешествий, сколько политическая и религиозная декларация: «Мы — центр мира, а всё остальное — непонятная дичь на отшибе». Пользоваться ей для прокладки торгового маршрута было бы самоубийством. Но она отлично показывала, кто тут главный.

Греки пошли дальше. Эти ребята любили геометрию и философию, поэтому к вопросу подошли с научной точки зрения. Анаксимандр из Милета ещё в VI веке до н.э. начертил первую, как считается, карту известного мира, основанную не на мифах, а на сведениях, полученных от моряков и торговцев. А потом пришёл Эратосфен Киренский и в III веке до н.э. вообще устроил революцию. Он не просто рисовал карты, он вычислил окружность Земли, и сделал это с поразительной точностью, имея в своём распоряжении лишь колодец в Сиене (древний город на юге Египта, ныне Асуан) и гномон — по сути, обычный шест — в Александрии. Он заметил, что в Сиене, расположенной почти на Северном тропике, в день летнего солнцестояния солнце освещает дно самых глубоких колодцев, то есть находится прямо над головой. В тот же самый момент в Александрии, что значительно севернее, вертикально воткнутый в землю шест отбрасывал чёткую тень. Измерив её длину и зная высоту шеста, Эратосфен смог вычислить угол падения солнечных лучей. Сопоставив этот угол с уже известным расстоянием между городами, он, применив простую геометрию, и вычислил длину земного меридиана. Его результат отличался от современного всего на пару процентов. Казалось бы, вот он, прорыв! Но нет. Знания Эратосфена были достоянием узкого круга учёных. Обычный капитан торгового судна, плывущий из Афин в Египет, по-прежнему ориентировался по береговой линии и звёздам, и ему было глубоко плевать на окружность Земли. Ему нужно было не врезаться в скалы и не быть съеденным пиратами.

Небесная механика для самых отчаянных

Когда люди окончательно убедились, что плавать вдоль берега — это долго и не всегда безопасно, пришлось поднимать голову к небу. Звёзды и Солнце были единственными надёжными ориентирами в открытом море. Полярная звезда в Северном полушарии — вообще подарок судьбы. Она почти не движется и всегда указывает на север. Определив её высоту над горизонтом, можно было понять свою широту. Чем выше Полярная звезда — тем ты севернее. Всё просто и гениально. Днём ту же операцию можно было проделать с Солнцем в момент его наивысшего положения на небе — в полдень. Для этого придумали несложные инструменты. На суше эту задачу решали с помощью гномона — той самой палки, воткнутой в землю, по длине тени от которой и определяли широту. Втыкать палку в палубу корабля было, очевидно, бессмысленно, поэтому для моряков этот же принцип воплотили в портативных приборах. Так появились квадрант, а за ним и астролябия — красивый и сложный прибор, похожий на медный блин с кучей шкал и линеек. С её помощью можно было измерять высоту небесных светил над горизонтом с приличной точностью.

Но был один нюанс, который превращал всю эту небесную механику в рулетку. Все эти измерения работали только при ясной погоде. Затянуло небо тучами на неделю — и всё, ты понятия не имеешь, где находишься. Плывёшь наугад, надеясь на интуицию и на то, что боги сегодня в хорошем настроении. А интуиция — штука ненадёжная.

Настоящий переворот, сравнимый с изобретением колеса, произошёл, когда европейцы наконец додумались нормально использовать компас. Саму идею, что намагниченная железка указывает на север, придумали китайцы ещё в глубокой древности. Правда, использовали они её поначалу не для навигации, а для гаданий и фэн-шуй — искали правильное место для постройки дома, чтобы энергия ци текла как надо. Первые компасы выглядели как ложка из магнетита, вращающаяся на гладкой медной пластине с символами. В Европу знание о магнетизме пришло где-то в XII веке, и тут уж практичные европейцы быстро сообразили, как приспособить его для дела. Ранний морской компас был до смешного прост: иголка, натёртая магнитом, насаживалась на щепку и опускалась в плошку с водой. Конструкция хлипкая, на волнах пляшет, но это было лучше, чем ничего. Теперь даже в пасмурную погоду можно было хотя бы примерно понимать, где север, а где юг.

Венцом картографии античности и Средневековья стала «География» Клавдия Птолемея, написанная во II веке н.э. в Александрии. Это был титанический труд. Птолемей собрал все доступные ему сведения о мире, систематизировал их и, что самое важное, впервые применил систему координат — широту и долготу. Он нанёс на карту более 8000 географических объектов с их координатами. На полторы тысячи лет его работа стала библией для всех картографов. Проблема была в том, что Птолемей, при всей своей гениальности, сильно ошибался. Он считал, что Евразия простирается гораздо дальше на восток, чем на самом деле, а окружность Земли у него получилась примерно на треть меньше реальной. Именно эта ошибка, как ни странно, и подтолкнула Колумба плыть на запад в поисках Индии. Он был уверен, что плыть недалеко, ведь карта Птолемея не врёт! Если бы он знал реальное расстояние, он бы, возможно, никогда не решился на это путешествие. Так величайшая ошибка в истории картографии привела к величайшему географическому открытию. Хотя сам Колумб до конца жизни был уверен, что приплыл в Азию, и умер, доказывая всем, что нашёл не новый континент, а просто какой-то задний двор Китая.

Карты, деньги и проклятая долгота

С началом эпохи Великих географических открытий карты перестали быть просто философским осмыслением мира или подспорьем для каботажного плавания. Они превратились в стратегический ресурс, в инструмент колониальной экспансии и большого бизнеса. Португальцы, испанцы, а за ними голландцы и англичане начали лихорадочно составлять новые, куда более точные карты. Появились так называемые портоланы — морские навигационные карты, испещрённые сеткой линий, расходящихся из нескольких точек. Эти линии, румбы, показывали направления по компасу. Капитан мог приложить линейку к карте, определить курс и стараться его придерживаться. Береговые линии на портоланах изображались с поразительной для того времени детализацией, наносились все известные порты, бухты, мели и опасные рифы. Это были карты, созданные не учёными в тиши кабинетов, а самими моряками в солёной воде и под палящим солнцем. Информация на них была буквально оплачена кровью и потом. Такие карты были секретными, их прятали в сундуках с тремя замками, за их кражу могли и казнить. Ведь тот, кто владел картой, владел торговым путём, а значит — и прибылью.

Но оставалась одна фундаментальная проблема, которая сводила на нет все ухищрения и превращала дальние плавания в смертельно опасное предприятие. Проблема долготы. Широту, как мы помним, определять научились довольно легко — по высоте Солнца или Полярной звезды. А вот с долготой была полная беда. Чтобы определить свою долготу, то есть положение к востоку или западу от некоего начального меридиана, нужно было знать две вещи: местное время и точное время в порту отправления (например, в Лондоне или Лиссабоне). Местное время определить просто — полдень наступает, когда Солнце достигает высшей точки. А вот как узнать, который час сейчас в Лондоне, находясь посреди Атлантики? Часов в современном понимании не было. Песочные и водяные часы были неточны, а маятниковые часы, изобретённые в XVII веке, на качающемся корабле превращались в бесполезный кусок металла.

От невозможности определить долготу происходили чудовищные трагедии. Корабли, гружённые сокровищами, месяцами блуждали в океане, экипажи умирали от цинги и голода. Или, что ещё хуже, капитан, считая, что до земли ещё далеко, ночью на полном ходу врезался в скалы, которые, по его расчётам, должны были быть на сотню миль восточнее. В 1707 году у островов Силли (архипелаг у юго-западной оконечности Англии) из-за такой навигационной ошибки затонула целая британская эскадра адмирала Клаудсли Шовела. Погибло четыре корабля и почти полторы тысячи человек, в том числе и сам адмирал. Эта катастрофа переполнила чашу терпения. Британский парламент, поняв, что на кону не только жизни моряков, но и военно-морское господство и баснословные прибыли от колониальной торговли, в 1714 году учредил «Longitude Act». За простой и надёжный способ определения долготы в море была обещана премия в 20 000 фунтов стерлингов — по нынешним меркам, это несколько миллионов долларов.

Началась настоящая гонка умов. Какие только методы не предлагались! Самые серьёзные учёные мужи, астрономы, делали ставку на «метод лунных расстояний». Идея была в том, чтобы использовать Луну как небесную часовую стрелку. Измеряя угол между Луной и определёнными звёздами, можно было по заранее составленным таблицам вычислить время по Гринвичу. Метод был теоретически верным, но на практике — адски сложным. Моряку в шторм, на скользкой палубе, нужно было с помощью секстанта произвести несколько точнейших измерений, а потом выполнить длинные и нудные вычисления, в которых легко было ошибиться. Как сказал один из современников, «для этого метода на каждом корабле нужно было держать по астроному». Астрономов на всех не хватало, да и стоили они дорого. Нужен был способ проще и надёжнее.

Часовщик против астрономов: как запереть время в ящик

И тут на сцену вышел человек, которого никто не принимал всерьёз. Джон Гаррисон, плотник и часовщик-самоучка из йоркширской деревушки. Он не был членом Королевского общества, не имел университетского образования и говорил с густым провинциальным акцентом. Но у него была гениальная и простая идея. Он решил, что не нужно смотреть на звёзды и мучиться с таблицами. Нужно просто создать часы, которые будут идти идеально точно, несмотря на качку, перепады температур и влажности. Нужно было создать идеальный морской хронометр. Вся учёная элита, заседавшая в Совете по долготе, крутила пальцем у виска. Они, светила науки, бьются над сложнейшими астрономическими задачами, а какой-то деревенщина хочет решить проблему с помощью тикающего механизма. Это казалось абсурдом.

Гаррисон потратил на это всю свою жизнь. Он был одержим. Десятилетиями, в своей маленькой мастерской, он строил один хронометр за другим. Его первый образец, H1, весил 34 килограмма и был похож на диковинный латунный сундук. Но он работал. Чтобы компенсировать качку, Гаррисон использовал не маятник, а два соединённых пружинами балансира, которые колебались в противофазе. Чтобы бороться с влиянием температуры, он изобрёл биметаллические пластины из стали и латуни, которые, расширяясь по-разному, компенсировали друг друга. Он придумал новые сплавы, новые формы зубьев для шестерёнок, подшипники, не требующие смазки. Каждая его модель была совершеннее предыдущей.

Совет по долготе водил его за нос почти сорок лет. Ему устраивали унизительные испытания, выдавали деньги мелкими частями, заставляли раскрывать все секреты конструкции, а потом отдавали его чертежи другим часовщикам. Астрономы, особенно глава Гринвичской обсерватории Невил Маскелайн, ярый сторонник лунного метода, делали всё, чтобы Гаррисон не получил премию. Для них это был вопрос престижа — не мог же какой-то ремесленник решить задачу, над которой бились лучшие астрономы мира!

Перелом наступил, когда хронометром Гаррисона заинтересовался капитан Джеймс Кук. Человек практичный и далёкий от академических интриг. Он взял с собой во второе кругосветное плавание (1772–1775) копию четвёртой, самой совершенной модели Гаррисона — H4. Это были уже не огромные часы, а большой карманный хронометр диаметром 13 сантиметров. После трёх лет плавания в самых суровых условиях, пересекая все океаны, хронометр отстал всего на несколько секунд. Кук был в восторге. Он писал, что хронометр был их «неизменным проводником» и «верным другом». Благодаря ему Кук смог составить невероятно точные карты тысяч миль побережья Австралии, Новой Зеландии и бесчисленных островов Тихого океана. Он доказал, что хронометр работает. После такого отзыва игнорировать Гаррисона было уже невозможно. В итоге, после личного вмешательства короля Георга III, 80-летний часовщик всё-таки получил свои деньги. Он победил. Его изобретение навсегда изменило мореплавание, сделав его на порядок безопаснее. Теперь любой капитан, имея на борту точный хронометр и секстант, мог определить своё местоположение в любой точке мирового океана с точностью до нескольких миль.

Линейка и теодолит: как измерили всю планету

Пока часовщики и астрономы бились над проблемой долготы в море, на суше разворачивалась не менее эпическая битва за точность. Государствам, которые становились всё более централизованными, нужны были точные карты своих территорий. Не для путешествий аристократов, а для вполне прозаических целей: чтобы эффективно собирать налоги, строить дороги и каналы, планировать военные операции. Старые карты, нарисованные на глазок, для этого не годились. Нужен был системный подход.

И такой подход был найден — триангуляция. Метод гениальный в своей простоте, но требующий адского терпения и труда. Суть его в том, чтобы покрыть всю территорию страны сетью воображаемых треугольников. Сначала с помощью цепей и стержней с максимальной точностью измеряется одна сторона первого треугольника — базис. Его длина могла составлять несколько километров. Затем с помощью специального угломерного инструмента, теодолита, с концов базиса измеряются углы на некую третью точку (например, шпиль церкви или вершину холма). Зная одну сторону и два угла, можно вычислить все остальные параметры треугольника. Одна из вновь вычисленных сторон становится базисом для следующего треугольника, и так далее, пока вся страна не покроется этой невидимой паутиной.

Пионерами в этом деле были французы. Династия астрономов и геодезистов Кассини посвятила этому делу больше ста лет. Начиная с Людовика XIV, четыре поколения семьи Кассини методично опутывали Францию триангуляционной сетью. Это была каторжная работа. Геодезисты таскали на себе тяжёлые теодолиты, взбирались на колокольни и горные вершины, рубили просеки в лесах, чтобы обеспечить прямую видимость между точками. Местные крестьяне часто принимали их за чернокнижников или, что ещё хуже, за сборщиков налогов, и норовили побить или сломать инструменты. Но Кассини упорно продолжали свою работу. В 1793 году, в разгар Французской революции, была опубликована первая в мире полная и точная карта целой страны, основанная на геодезических измерениях. Карта Кассини стала эталоном для всего мира.

По их стопам пошли и другие. В Британии было создано Картографическое управление (Ordnance Survey), которое изначально занималось составлением карт Шотландии для подавления восстаний якобитов, а затем покрыло точной съёмкой все Британские острова. В Индии британцы затеяли Великую тригонометрическую съёмку — один из самых амбициозных научных проектов XIX века. Десятилетиями, в условиях невыносимой жары, джунглей и болезней, тысячи людей тащили по всему субконтиненту гигантские теодолиты весом в полтонны, чтобы измерить «Великую дугу» меридиана. Именно в ходе этой съёмки была вычислена высота высочайшей вершины мира, которую назвали в честь руководителя проекта, Джорджа Эвереста.

Так, шаг за шагом, треугольник за треугольником, планету методично измеряли, обсчитывали и переносили на бумагу. От примитивных зарубок на памяти и схем океанских волн на палочках человечество пришло к точным картам, основанным на астрономии и геометрии. Это был долгий путь, полный гениальных прозрений, горьких ошибок, человеческих трагедий и тихого, упорного труда тысяч безымянных геодезистов, моряков и картографов. Они создали мир, в котором мы живём, задолго до того, как над нашими головами появились спутники GPS, сделавшие ориентирование до неприличия простым делом.