Как стать автором
Обновить

О звездном непостоянстве. Геодезия и Отвага

Научно-популярное Астрономия

Это продолжение истории Экваториальной Градусной экспедиции, в XVIII веке отправившейся к, как следует из названия, экватору, чтобы уточнить форму Земли.

Измерение широты

Осенью 1739 года, несмотря на раны и гибель товарища, французские ученые предвкушали скорое возвращение. Оставался последний этап работ: определение широты северной и южной точки измеряемого меридиана.  Но вот незадача: поскольку наборы треугольников у бригад Годена и Буге были разными, широтных определений предстояло выполнить не два, а три. С одной стороны, это обеспечивало контроль результатов. С другой - обрекало команду на дублирование работ, а значит, и инструментов. 

Беда в том, что зенитный сектор (для измерения широты) был заказан Луи Годеном в единственном экземпляре. Поэтому осенью 1739 года (как раз после корриды в Куэнке) экспедиционный мастер Теодор Гюго приступил к изготовлению второго зенитного сектора. Работа требовала особых материалов: муфт, линз, микрометров, которые в Кито отсутствовали, так что выписывать их пришлось из самой портовой Картахены. За время вынужденного простоя, у Пьера Буге появилась возможность окончательно оправиться, от ран, полученных на корриде. Помните, его там чуть не убили?

Зенитный сектор Грэхема (Брэдли)

Работа с зенитным сектором (из журнала Лакондамина).
Работа с зенитным сектором (из журнала Лакондамина).

Прибор изобрел известный британский мастер Джон Грэхем в 1725 году для астронома по фамилии Брэдли. В 1734 году Луи Годен попросил Грэхема изготовить экземпляр для миссии в Перу. Тот добавил несколько усовершенствований и обещал инструмент с точностью до 7” дуги. 

Для справки: В конце XVIII века более чем приемлемой была сходимость измерений в 20-30 секунд. Так что сектор Грэхема был наиточнейшим. 

И снова казус: мы не можем определить, с какой точностью измеряет углы самый точный прибор в мире. У нас попросту нет эталона, с которым можно было бы его сравнить. Практически погрешность измерения углов зенитным сектором можно определить только по сходимости многократных измерений одного и того же угла: у ученых был этот угол, располагался он в горизонтальной плоскости. Но нельзя без последствий взять и положить на бок целую обсерваторию. От этого, как потом окажется, она портится.

зенитный сектор Грэхема (1727 год). Музей Гринвичской обсерватории.
зенитный сектор Грэхема (1727 год). Музей Гринвичской обсерватории.

Напомню, как выглядел зенитный сектор. Инструмент представлял из себя 12-футовую (3,5 метровую) зрительную трубу, крепящуюся к потолочным балкам обсерватории так, чтобы иметь подвижность в плоскости меридиана (север-юг). В трубу наблюдали за кульминацией звезды, а потом определяли угол между отвесной линией (буквально отвесом с грузом) и самым верхним положением звезды. В измерениях участвовали двое: наблюдатель, следивший за звездой в окуляр, и ассистент, отмечавший время наблюдений по точным маятниковым часам, чтобы потом определить, какому из наблюдений соответствует наивысшая точка светила. Следует упомянуть, что это все происходило ночью, при свете свечей, наблюдатель часами лежал с затекшей шеей под окуляром. Увы, при всей свой высокотехнологичности сектор не являлся портативным. Его монтировали во временной обсерватории, а потом неделями настраивали.

К концу октября 1739 года второй (18-футовый, еще больше, чем прежний) зенитный сектор был готов. Ученые заняли свой наблюдательный пост в одной из городских церквей Куэнки. Предстояло очень много работы: установка, поверка и юстировка совершенно нового прибора. Это был процесс кропотливый, капризный и не терпящий спешки. А спокойно работать не удавалось. Местные жители, в особенности, дамы, имели память долгую и недобрую (это все после корриды). Завидев ученых на улице, они налетали на них со скалками, метлами и бранью, вынуждая прятаться, защищать инструменты, лица и журналы. Вскоре ученым дали понять, что из города им лучше убраться, иначе зарежут.

Вот как выглядело звездное небо в Кито в ноябре 1739 года, когда Орион пересекал меридиан.
Вот как выглядело звездное небо в Кито в ноябре 1739 года, когда Орион пересекал меридиан.

Наблюдали Эпсилон Ориона, Альнилам, среднюю звезду в поясе Ориона. Он проходил через меридиан около часа ночи по местному времени (если речь идет о ноябре 1739). Пояс Ориона выбрали, потому что он находится практически над экватором, а значит, проходит рядом с зенитом (т.е. хорошо виден) и, главное, он хорошо знаком французским астрономам.

Немного о терминах: я намеренно сохраняю терминологию современников: во всех книгах Ульоа, Лакондамин, Буге, Хуан упоминают zenith sector. Сектор является частным случаем “зенитного телескопа” - телескопа, предназначенного для наблюдения звезд, близких к зениту (прямо над нашей макушкой). Существует более поздний и куда более известный у нас термин “зенит-телескоп”, однако выглядит он совсем иначе, поэтому я продолжаю именовать инструмент "сектором".

Наблюдения перенесли в сельскую местность. Погода долго не радовала: рядом были горы, которые притягивали облачность. В дневниках Буге приводит единственное светлое воспоминание за этот период. Фигуры ученых на горных вершинах стали неотъемлемой частью местного пейзажа и фольклора. На одном из индейских праздников-карнавалов французы наблюдали… самих себя. Индейцы изображали (довольно похоже) пришлых ученых со штативами из веток и зрительными трубами из бумаги. 

Как бы ни хмурилось небо (помните, зима, сезон дождей), измерение широты на юге и севере закончили к маю 1740 года (и то хорошо, потому что Орион теперь не был виден, заслоненный солнцем). Пьер Буге написал в своем дневнике, что «счел свою миссию выполненной». Измерения были прошиты и заверены нотариально (что, вероятно, немало удивило местного нотариуса). Партия паковала багаж и готовилась к скорому отплытию. Оставалось только все перепроверить и вычислить значение длины дуги меридиана.

О недостатке коммуникации

Нежелание участников экспедиции общаться друг с другом и разговаривать словами через рот, с самого начала волновало окружающих. Вот что писал по этому поводу Пьер Моро де Мопертюи своему помощнику Андреасу Цельсию (и вы прекрасно знаете, кто это такой). Кстати, сплетни о ходе перуанской миссии ему предоставлял его старый друг Шарль де Лакондамин, участник нашей экваториальной экспедиции. Он вообще старался ни с кем не ссориться: мало ли как жизнь обернется.

"...конфликт между ними не оставляет мне надежды на успешное завершение чего-либо. После нескольких отвратительных скандалов, они на полгода перестали общаться… Боюсь, что все закончится тем, что один из них погибнет, а двое других вернутся ни с чем, да еще один обогнет Землю с Запада, а другой - с Востока. Или они перережут друг другу глотки. Что же касается наклона эклиптики, которую они мерили своим 12-футовым сектором, то результаты у них разнятся на 16 секунд. Если так пойдет и дальше, то одна часть команды заключит, что Земля вытянутая, а другая - сплюснутая".

Замечу, что Мопертюи был предубежден. Это ведь были его соперники. Ему необходимо было выставить Экваториальную миссию в самом непривлекательном свете, чтобы выделить значимость своих собственных результатов, уже привезенных в Париж.

Сомнения

Да, работу выполняли разными инструментами и разными бригадами. Зато такой подход давал возможность проконтролировать результаты. Маленькая деталь: для контроля следовало предоставить друг другу журналы измерений. Отправлять сырые необработанные журналы на суд недоброжелателей? Легко ли это? Вот Луи Годену этого отчаянно не хотелось. Когда Буге предложил “объединить данные”, тот ответил ему следующее:

“...что же касается того, чтобы вы мне передали свои измерения, то полагаю, я уже имел честь вам сказать, что не желаю этого и, ни в малейшей степени, в них не нуждаюсь. Если бы вы были тут, то я бы сообщил вам свои измерения с Южной точки, как я и собирался, чтобы мы могли сравнить наши наблюдения. Теперь же я сначала намерен проверить свои результаты и на время их отложить. Когда наступит время, мы сравним наблюдения с Северных точек".

О “пляске звезд”

Есть подозрение, что на самом деле столь резкий тон был вызван не высокомерием ученого, а его тревогой. Во время обработки журналов он заметил, что высота звезды, которой, вообще-то полагалось быть неподвижной на небосклоне, ночь от ночи менялась. Самым очевидным было заподозрить в дефекте самодельный 18-футовый зенитный сектор. Для контроля ученый заказал Гюго изготовить еще один, поменьше, а сам тем временем бросил все силы на поиски закономерностей в «движении» звезды. Доверяй он коллегам - вынес свои сомнения на обсуждение, взял бы их результаты для сравнения. Но Годен “закрылся”, перепроверяя свои журналы и рассчитывая разобраться самостоятельно. Кстати, именно “беспрецедентная точность” сектора Грэхема пустила Годена по ложному следу: он полагал, что, используя самый точный телескоп в мире, наблюдает мало изученные, но уже открытые английскими астрономами "собственные движения звезд”.

Редуцирование измерений

А что же его коллеги? В это время Лакондамин был целиком поглощен судебным процессом по привлечению к ответственности виновных в смерти Синьержи. Он считал это личной первостепенной задачей. Ну и на самом деле - попробовав себя в работе с людьми, Лакондамин несколько охладел к астрономии, в которой смелое и отважное закончилось, а оставалось муторное и долгое.

Пьер Буге шел своим путем: он готовился к поездке на западное побережье (в ту самую Манту, куда они когда-то самовольно высадились для определения долготы) Зачем? Ученые отправились в Перу для того, чтобы привезти “достоверные” сведения о длине дуги меридиана. При этом за годы неудач экспедиция здорово растеряла кредит доверия у парижской публики. Буге осознавал, что, если один участник привезет одну цифру, а другой - другую (как в письме выше боялся Мопертюи), ни одному из них не поверят. Поэтому измерения нужно было уточнить настолько, насколько это возможно. 

Редуцирование  - это “перенос” измеренных величин (сторон и углов треугольников) на единую поверхность. Чтобы сравнение французских и перуанских результатов было корректным. 

ртутный барометр из иллюстраций Х.Хуана
ртутный барометр из иллюстраций Х.Хуана

Этой поверхностью является уровень моря. Необходимо ввести поправку за то, что треугольники измерялись в горном массиве. Средняя высота его над морем: 5 км, немало, прямо скажем. Первоначально поправку за высоту планировали определять барометрическим нивелированием. Ученые замеряли атмосферное давление на каждой наблюдаемой точке и знали, что давление тем меньше, чем точка выше. Но на барометры, кроме высоты, влияли температура и влажность, более того, из них испарялась ртуть, а ртуть местного производства давала нестабильные результаты. Так что к 1740 году Пьер Буге отправился к побережью определить высоту гор и вулканов, видимых также с пунктов триангуляции. Это называют тригонометрическим нивелированием: когда вычисляют превышение, измеряя вертикальный угол между горизонтом и объектом. Кстати Буге проследовал той самой дорогой, которую построили по мотивам лакондаминовых маршрутов «через лес». 

Если дорога была отменной, то измерения у Буге вышли не очень. За целый месяц ежедневных наблюдений вулкан Пичинча показался из облаков лишь раз, и то на пару минут, «так что я не успел выполнить необходимые измерения», - сетовал Буге в письме, адресованном Лакондамину – «Между тем мы перебиваемся рыбой и фруктами, поскольку половина припасов испортилась, а вторую половину съели тигры» (так он называл ягуаров). Только к концу августа измерения удалось завершить и, вернувшись осенью в Кито, ученый обнаружил город в необычном положении. Знакомые узкие улицы оказались запружены мулами и людьми, преимущественно военными. Готовились к войне за ухо Дженкинса. Похоже, возвращение откладывалось на неопределенный срок.

Война за ухо Дженкинса

Помните, что Испания терпеть не могла контрабанду? Почему это было так? Да потому что по закону торговать в Карибском регионе мог только один английский корабль в год. Там были квоты, аналогичные квотам на добычу нефти и газа сейчас. Но практически английские (разумеется, пираты и контрабандисты) привозили огромное количество товаров сверх квоты. Чтобы с этим бороться, испанцы придумали зеркальную меру: гвардакостасов («охраны побережья») — наёмные сторожевые корабли, которые покупали лицензию на право останавливать и досматривать (конфисковывать) груз с любого иноземного корабля. Что для одних охрана - для других грабеж. Это с какой стороны посмотреть.

Британская сатира времен войны: "Spain builds castles in the air, Britain makes commerce her care".
Британская сатира времен войны: "Spain builds castles in the air, Britain makes commerce her care".

Дело было так: 9 апреля 1731 года (еще до начала нашей истории с экспедицией, прошу заметить) бриг капитана Дженкинса, нелегально торговавший ромом в карибских владениях Испании, был остановлен для таможенного досмотра испанским военным кораблём. Как впоследствии заявил Дженкинс, его под дулами мушкетов заставили встать на колени, а, когда он попытался возмутиться, испанский офицер отрезал ему ухо, издевательски рекомендовав отвезти этот «трофей» королю Георгу, после чего добавил: «То же самое случится и с королём, если он будет пойман на контрабанде».

Сразу по прибытии в Англию Дженкинс подал на имя короля официальную жалобу по поводу этого инцидента. Но целых девять лет ничего не происходило. А потом звезды сошлись (никак, астрономическая аномалия), и в 1739 году (наши герои тогда завершили триангуляцию и оплакивали гибель доктора Синьержи) Англия достала заспиртованный "казус белли". Можно ведь отомстить за честного человека, и, если повезет, отжать несколько портов в Карибском море. К колониям отправились две эскадры: эскадра адмирала Вернона должна была напасть на испанцев со стороны Мексиканского залива, а коммодор Ансон — обогнуть мыс Горн и помогать ему со стороны Тихого океана.

Маршрут Вернона красный, маршрут Ансона - розовый.
Маршрут Вернона красный, маршрут Ансона - розовый.

Война сказалась на экспедиции самым непосредственным образом - а именно на испанских офицерах Антонио Ульоа и Хорхе Хуане. Их отозвали от дел измерений послужить отечеству.

Слушаюсь, но не повинуюсь 

По этому поводу Лакондамин едко выскажется, что, видимо, "в этой стране обученные морские офицеры встречаются еще реже, чем астрономы". Сам, он, правда, развлекался затянувшимися судами в Куэнке и еще кое-чем, а не определением широты.

В сентябре 1740 года испанские офицеры получили приказ безотлагательно явиться в Лиму: прибытие британской эскадры ожидали со дня на день. Это должен был быть Ансон, который отправился обогнуть мыс Горн (южная оконечность Южной Америки). Ульоа и Хуан ответили на зов и предоставили себя в полное распоряжение вице-короля Вильягарсиа.

Однако шли недели и месяцы, а неприятель так и не появлялся. Из-за штормов в у мыса Горн эскадра потеряла часть кораблей, и адмирал Ансон почти год ждал сбор в условленном месте. Так и не дождался, кстати. А все потому, что не умел хорошо определять долготу, и в итоге заблудился.

Вот вам еще одна ирония судьбы:

Прототип хронометра Харрисона, который стоял на Центурионе.
Прототип хронометра Харрисона, который стоял на Центурионе.

Когда наша экспедиция в 1735 году отправилась в Перу определять разность широт, в Великобритании за долготный приз (в 20 000 фунтов, это около 4 млн долларов на сегодняшний день) сражался Джон Харрисон. Он изобрел хронометр, работавший на основе пружин, а не на основе маятников. Деньги на работу, кстати, ему выделил Джордж Грэхем, тот самый, который Годену делал зенитный сектор. И первый прототип хронометра Харрисон установил на судно “Центурион” в 1736 году. Однако потом демонтировал, для усовершенствования конструкции. И вот теперь Центурион-без-хронометра шел в составе эскадры Ансона и не мог никак определить свою долготу в районе мыса Горн. Потому и заблудился.

Через восемь месяцев бесплодного ожидания неприятеля Ульоа и Хуан отпросились из Лимы назад в Кито «заниматься своей астрономией». Они вернулись в геодезическую миссию к сентябрю 1741 года, а в декабре эскадру Ансона «неожиданно» обнаружили в испанских территориальных водах.

«Ну вот, опять», - подумали офицеры и честно без купюр, как умели, высказали все, что думают о талантах командования. Куда-то тащиться под Рождество совершенно не хотелось. В городе готовились к свадьбе: племянник Годена женился на очаровательной Исабель Касамайор. К тому же, вызов на этот раз исходил не от вице-короля, а всего лишь от начальника порта Гуякиль, который в приказном тоне предлагал явиться срочно и занять место в гарнизоне. Последнее, учитывая особый статус, гордость и богатый боевой опыт офицеров, звучало несколько оскорбительно. Как мы помним, для испанца нет ничего дороже чести, поэтому вызов Ульоа и Хуан проигнорировали.

Начальник Гуякиля был наслышан об истории с президентом Араухо (и его убитыми охранниками). В следующем письме фигурировала просьба принять на себя уже командование гарнизоном, выраженная в безупречно вежливой манере. В самый канун Рождества Ульоа и Хуан отправились к побережью во главе отряда из 300 человек, набранных по дороге. Стоит ли упоминать, что флот в Гуякиле так и не появился?

19 января 1742 года Антонио Ульоа заехал в Кито полюбопытствовать, как прошла свадьба, втайне надеясь поучаствовать в научных исследованиях. Однако вместо журналов его ждал срочный вызов в Лиму, снова от вице-короля.

The wedding of Kloris and Roosje: a couple dance to the music of a fiddler, other people sit at a table eating and drinking. Engraving by P. Tanjé after C. Troost, 1734. Troost, Cornelis, 1697-1750.
The wedding of Kloris and Roosje: a couple dance to the music of a fiddler, other people sit at a table eating and drinking. Engraving by P. Tanjé after C. Troost, 1734. Troost, Cornelis, 1697-1750.

Весь 1742 и 1743-й год Хуан и Ульоа выкупали торговые суда, вооружали их и учили наспех сколоченные команды военному делу. История с войной, которая вот-вот должна начаться, но все никак не начнется, продлилась аж до декабря 1743 года. Шел четвертый год их отсутствия в миссии, а миссия, как ни странно, никуда особенно не продвинулась.

Про потерянное время

Когда Луи Годен убедился в «ходе» звезды на небосклоне, он никому ничего не сказал, помните? Пьер Буге, по возвращении из своей экспедиции к морю, бросился методично перепроверять журналы наблюдений и тоже заметил необъяснимое движение звезды. Что же он сделал? Тоже никому ничего не сказал. Чтобы зря не сеять панику, тайно арендовал домик на окраине Кито, где и устроил свою маленькую обсерваторию с 12-футовым английским зенитным сектором. Звезда действительно «гуляла» по небосклону. В ход пошли различные теории, вплоть до того, что, возможно, на нее действует притяжение окружающих планет.

В какой-то момент на пороге обсерватории появился сам Луи Годен и предложил совместно наблюдать «убегающую» звезду: с северной и южной части меридиана. Даже если она убегает, в разности широт это не будет иметь значения, так как измерения будут одновременными. 

В начале 1741 года Буге отправился на юг, Годен на север. а Лакондамин должен был страховать последнего на тот случай, если ему понадобится отъехать (ходили слухи, что Годен недавно стал отцом). Надо сказать, телефонов тогда не было, поэтому синхронные наблюдения можно было обеспечить только упорной ежедневной, точнее, еженощной работой.

Получилось как обычно: в конце весны Годен без предупреждения отбыл в Кито, Лакондамин в журналах отмечал большую часть ночей, как ночи “без видимости”. Только Буге трудился в обсерватории до конца 1741 года. К сожалению, удалось установить, что «врал» английский 12-футовый зенитный сектор Грэхема, тот, которому доверяли больше всего. Вероятно, в какой-то момент он не выдержал трудного путешествия и многочисленных «сборок-разборок».

Теперь Теодору Гюго, экспедиционному механику,  придется изготовить еще один инструмент, третий по счету, а остальным  - повторить работу последних двух лет.

Вы, вероятно, зададитесь вопросом: зачем нужен был третий сектор, если уже есть два: тот, что Гюго изготовил в 1739 году и в 1740-м году, по просьбе Годена? Тут имеется еще одна история о неприятностях. О ней - в следующий раз (и это будет заключительная часть рассказа об экваториальной экспедиции). 

Все статьи этого цикла:

  1. О форме Земли: тыква или дыня?

  2. Как набрать команду к экватору?

  3. Планирование экспедиции.

  4. Приборы и инструменты.

  5. Дорога на Запад.

  6. Базисные измерения и политика.

  7. Триангуляция и коррида.

  8. О звездном непостоянстве.

  9. Нельзя просто так взять и вернуться из экспедиции.

Теги:
Хабы:
Всего голосов 33: ↑32 и ↓1 +31
Просмотры 5.2K
Комментарии Комментарии 24