История долготы

редактировать
Памятники международной долготы в Обсерватории Шешан, Шанхай

История долготы - это отчет об усилиях астрономов, картографов и мореплавателей на протяжении веков, направленных на открытие средств определения долготы.

Измерение долготы важно как для картографии, так и навигация, в частности, для обеспечения безопасного судоходства в океане. Требовалось знание широты и долготы. На поиски участвующих научных умов в истории человечества участвовали некоторые из величайших научных умов в истории человечества. Сегодня проблема долготы решена с точностью до сантиметра с помощью спутниковой навигации.

Содержание

  • 1 Долгота до телескопа
  • 2 Телескопы и часы
  • 3 Методы определения долготы
    • 3.1 Лунный расстояния
    • 3.2 Спутники Юпитера
    • 3.3 Аппульсы и затмения
    • 3.4 Хронометры
    • 3.5 Магнитное склонение
  • 4 Земля и море
  • 5 Государственные инициативы
  • 6 Лунные расстояния в сравнении с хронометрами
  • 7 Наземная съемка и телеграфия
  • 8 Беспроводные методы
  • 9 См. Также
  • 10 Ссылки
  • 11 Внешние ссылки

Долгота до телескопа

Эратосфен в 3 веке до н.э. впервые система широты и долгота для карты мира. Его нулевой меридиан (линия долготы) проходил через Александрию и Родос, в то время как его параллели (линии широты) располагались равномерно, а проходили через известные места, часто за счет быть прямыми линиями. Ко II веку до н. Э. Гиппарх использовал систематическую систему координат, основанную на делении круга на 360 °, чтобы однозначно указать места на Земле. Таким образом, долготы можно выразить в градусах к востоку или западу от главного меридиана, как мы это делаем сегодня (хотя главный меридиан отличается). Также используется метод определения долготы путем измерения местного времени лунного затмения в двух разных местах. Этот метод был не очень точным, ограничения доступных часов, и его редко использовали - возможно, только один раз, используя затмение Арбелы 330 г. до н. Э. Это надежный метод, и это первое признание того, что долготу можно определить с помощью точного знания времени.

карта Птолемея Средиземноморья накладывается на современную карту, с Гринвич в качестве опорной долготы

Клавдий Птолемей, в 2-СЕ ом столетии, развивали эти идеи и географические данные в систему отображения. До этого на всех картах использовалась прямоугольная сетка с широтой и долготой в виде прямых линий, пересекающихся под прямым углом. Для большой площади это искажение приводит к неприемлемым ограничениям, и для своей карты окружения мира использует проекции (если использовать современные современные) согнутыми параллелями, которые уменьшили. Не существует карт (или рукописей его работ), которые старше 13 века, но в своей Географии он дал подробные инструкции и координаты широты и долготы для сотен мест, которых достаточно для воссоздания карт.. Хотя система Птолемея хорошо обоснована, фактические данные данные очень разного качества, что приводит к множеству неточностей и искажений. Наиболее важным из них является систематическая переоценка разницы в долготе. Таким образом, из таблиц Птолемея разница в долготе между Гибралтаром и Сидоном составляет 59 ° 40 'по сравнению с современным значением 40 ° 23', что примерно на 5,3% больше. Луччио (2013) проанализировал эти расхождения и пришел к выводу, что Птолемей использовал большую оценку размера Земли, чем та, которую дал Эратосфен - 500 стадий, а не 700 (хотя Эратосфен не стал бы использовали степень). Результаты измерений астрономических измерений долготы в классических условиях, если не все значения Птолемея были получены из измерений и преобразованы в долготу с использованием значений 500. Результат Эратосфена ближе к истинному значению, чем результат Птолемея.

Древние индуистские астрономы знали о методах определения долготы по лунным затмениям, предполагая, что Земля сферическая. Этот метод описан в Сурья Сиддханта, санскритский трактате по индийской астрономии, который, как считается, датируется концом 4-го или началом 5-го века нашей эры. Долготы относились к нулевому меридиану, проходящему через Аванти, современный Удджайн. Позиции относительно этого меридиана были увеличены в срок, но не в градусах, которые в то время не использовались в Индии. Неясно, применяется ли этот метод на практике.

Исламские ученые знали работы Птолемея по крайней мере с 9 века н.э., когда был сделан первый перевод его Географии на арабский язык. Его уважали, хотя его ошибки были известны. Одним из их достижений было создание таблиц географических положений с указанием широты и долготы, которые добавили материал, предоставленный Птолемеем, а в некоторых случаях улучшали его. В большинстве случаев методы, используемые для определения долготы, не приводятся несколько отчетов, в которых приводятся подробности. Одновременные наблюдения двух лунных затмений в двух местах были записаны ал-Баттани в 901 году, сравнив Антакья с Раккой. Это позволяет определить разницу долготы между городами с погрешностью менее 1 °. Это может быть достигнуто с помощью доступных на тотальные методы - наблюдение затмения невооруженным глазом и определения времени с помощью астролябии для измерения высоты подходящей "часовой звезды". Аль-Бируни, в начале XI века н.э., также использовал данные о затмениях, но разработал альтернативный метод, включающий раннюю форму триангуляции. Для двух местоположений, различающихся по долготе, так и по широте, если известны широта и расстояние между ними, а также размер Земли, можно вычислить разницу в долготе. С помощью этого метода аль-Бируни оценил разницу долготы между Багдадом и Газни, используя оценки от путешественников по двум разным маршрутам (и с некоторой произвольной поправкой на извилистость дорог).. Его результат для разницы долготы между городами примерно на 1 ° отличается от современного значения. Мерсье (1992) отмечает, что это существенное улучшение по сравнению с Птолемеем, и что сопоставимое дальнейшее улучшение точности не достигнуто до 17 в Европе.

В то время как знания о Птолемее (и в целом о греческой науке и философии) росли в исламском мире, в Европе они уменьшались. Резюме Джона Киртланда Райта (1925) мрачно: «Мы можем пройти мимо математической географии христианского периода [в Европе] до 1100 лет; никаких открытий не было, и не было никаких попыток применить результаты более ранних открытий. [...] Птолемей был забыт, и труды арабов в этой области были еще неизвестны ». Не все было потеряно или забыто - Беде в своей De naturum rerum подтверждает сферичность Земли. Но его аргументы - аргументы Аристотеля, взятые из Плиния. Беда ничего оригинального не реп. В более поздний средневековый период есть еще примечательные моменты. Райт (1923) цитирует описание Валчера из Малверна лунного затмения в Италии (19 октября 1094 г.), которое произошло незадолго до рассвета. По возвращении в Англию он сравнил записи с другими монахами, чтобы установить время их наблюдения, было до полуночи. Сравнение было слишком случайным, чтобы можно было измерить разницу долгот, но отчеты показывает, что принцип все же был понят. В XII веке были составлены астрономические таблицы для европейских городов на основе работы аз-Заркали в Толедо. Их нужно было адаптировать к меридианам каждого города, и записано, что лунное затмение 12 сентября использовалось 1178 лет для разницы долготы между Толедо, Марселем и Херефордом. В таблицы Херефорда также добавлен список из более чем 70 населенных пунктов, многие из которых находятся в исламском мире, с их долготой и широтой. Они представляют собой значительное улучшение аналогичных таблиц Птолемея. Например, долгота Сеута и Тир даны как 8 ° и 57 ° (к востоку от меридиана Канарских островов), то есть разница в 49 ° по сравнению с современными значениями 40,5 °, завышение менее 20%. В целом период позднего средневековья. периода работы Птолемея стали доступны благодаря переводам, сделанным во Флоренции в конце XIV - начале XV веков.

XV век и 16 века были временем португальских и испанских путешествий открытий и завоеваний. В частности, прибытие европейцев в Новый Свет вызвало вопросы о том, где они на самом деле находились. Христофор Колумб сделал две попытки использовать лунные затмения, чтобы определить свою долготу. Первый был на острове Саона, теперь в Доминиканской территории, во время его второго плавания. Он писал: «В 1494 году, когда я был на острове Саона, который находится на восточной оконечности острова Эспаньола (т.е. Эспаньола ), 14 сентября произошло лунное затмение, и мы заметили, что между этим местом [Саона] и мысом Сан-Винсенте в Португалии была разница более чем на пять с половиной часов ". Он не мог сравнить свои наблюдения с европейскими, и судом, что он использовал астрономические таблицы для справки. 29 февраля 1504 г. (во время его четвертого плавания). Randles (1985) документирует измерения долготы португальцами и испанцами в период с 1514 по 1627 год как Телескопы колебались от 2 до 25 °.

Телескопы и часы

Фреска Джона Флемстида установлен на раме радиусом около 2 метров. прикреплен к стене, выровненной по меридиану. торые не показаны

В 1608 году правительство Нидерландов было подан патент на рефракторный телескоп. Идея была подхвачена, в частности, Галилеем, который сделал свой первый телескоп в следующем году и начал серию своих астрономических открытий, включая спутники Юпитера, фазы Венеры и разрешение Млечного неба. Путь в отдельные звезды. За следующими полвека усовершенствования оптики и использование калиброванных опор, оптических сеток и микрометров для регулировки положения превратили телескоп из устройства наблюдения в точный измерительный инструмент. Это также значительно увеличило диапазон событий, которые можно было наблюдать для определения долготы.

Вторая техническая разработка для долготы стали маятниковые часы, запатентованные Христианом Гюйгенсом в 1657 году. Это дало повышение эффективности примерно в 30 раз по сравнению с предыдущими. механические часы - лучшие часы с маятником были точны примерно до 10 секунд в день. С самого начала Гюйгенс намеревался использовать свои часы для определения долготы в море. Однако маятниковые часы недостаточно хорошо переносили движение, и после серии испытаний сделан вывод о необходимости других подходов. Будущее маятниковых часов будет на суше. Вместе с телескопическими инструментами они в ближайшие годы произведут революцию в наблюдательной астрономии и картографии. Гюйгенс также был первым, кто использовал пружину баланс в генераторе в рабочих часах, и это использовал изготавливать точные портативные часы. Но только благодаря работе Харрисона такие часы стали достаточно точными, чтобы их можно было использовать в морских хронометров.

Методы определения долготы

Относительная долгота местоположения (по Гринвичу) может быть вычислена с помощью местоположения. солнца и отсчета времени (UTC / GMT).

развитие телескопа и точных часов увеличили спектр методов, которые могут быть использованы для определения долготы. За одним исключением (магнитное склонение) все они зависят от общего принципа, который заключен в определении абсолютного времени по протоколу или измерению и типу местного времени в двух разных местах. (Абсолютное здесь означает время, одинаковое для наблюдателя в любой точке Земли.) Каждый час разницы местного времени соответствует изменению долготы на 15 градусов (360 градусов, разделенные на 24 часа).

Транзитный инструмент 1793 года

Местный полдень определяется как время, когда солнце находится в самой высокой точке неба. Это трудно определить напрямую, поскольку в полдень видимое движение солнца почти горизонтально. Обычный подход заключался в том, чтобы взять середину между двумя временами, когда солнце находилось на одной и той же высоте. При открытом горизонте можно использовать середину между восходом и заходом солнца. Ночью местное время может быть по внешней вращению вокруг полюса неба, измеряя высоту подходящей звезды с помощью секстанта или проходя звезды по меридиану с помощью транзитного прибора.

Для определения абсолютного времени продолжали 1 лунные затмения. Другие предложенные методы включали:

Лунные расстояния

Лунное расстояние - это угол между подходящей звездой и луной. Пунктирными линиями показаны расстояния между Альдебараном и луной на расстоянии 5 часов. Луна не в масштабе.

Это самое раннее предложение, которое впервые было предложено в письме Америго Веспуччи со ссылкой на наблюдения, сделанные им в 1499 году. Метод был опубликован Йоханнесом Вернером в 1514 г. и подробно обсуждался Петрусом Апианом в 1524 г. Метод зависит от движения луны относительно «неподвижных» звезд, которое завершает круговой оборот на 360 ° за 27,3 дня в среднем (лунный месяц), что дает наблюдаемое движение чуть более 0,5 ° / час. Таким образом, требуется измерение угла, поскольку разница в 2 угловые минуты (1/30 °) угла между луной и выбранной звездой соответствует разнице в долготе в 1 ° - 60 морских миль на экваторе. Для этого метода также требуются точные таблицы. В начале 16 века ни измерительные приборы, ни астрономические таблицы не были достаточно точными. Попытка Веспуччи использовать этот метод поместила его на 82 ° к западу от Кадиса, тогда как на самом деле он находился менее чем в 40 ° к западу от Кадиса, на северном побережье Бразилии.

Спутники Юпитера

В 1612 году, определив орбитальные периоды четырех самых ярких спутников Юпитера (Ио, Европа, Ганимед и Каллисто ), Галилей предположил, что с достаточно точным знанием орбит можно было бы использовать их положение в качестве универсальных часов, которые могли бы сделать это определение долготы. Он работал над этой проблемой от времени в течение оставшейся части своей жизни.

Для этого метода требовался телескоп, поскольку луны не видны неоруженным глазом. Для использования в морской навигации Галилей использует celatone, устройство в виде шлема с телескопом, установленным так, чтобы приспособиться к движению наблюдателя на корабле. Позже это было заменено идеей пары вложенных полусферических раковин, разделенных ванной с маслом. Это обеспечит платформу, которая способствует наблюдателю в неподвижном состоянии, когда корабль катится под ним, на платформе на шарнире. Чтобы определение времени по определению положения наблюдаемых лун, был предложен Джовилаб - это был аналоговый компьютер, который получил свое название из-за его сходства с астролябией .. Практические проблемы были серьезными, и этот метод никогда не использовался в море.

На суше этот метод оказался полезным и точным. Ранним примером было измерение долготы места бывшей обсерватории Тихо Браге на острове Хвен. Жан провел Пикар на Хвене и Кассини в Париже наблюдения в 1671 и 1672 годах и получил значение 42 минуты 10 секунд (время) к востоку от Парижа, что соответствует 10 ° 32 '30 ", что примерно на 12 угловых минут (1/5 °) выше современного значения.

Аппульсы и затмения

Два предложенных метода зависят от относительного движения Луны и звезды или планеты. аппульс - это наименьшее видимое расстояние между двумя объектами, затмение возникает, когда звезда или планета проходит за луной - по сути, это тип затмения. Эдмонд Галлей описал использование этого метода определения долготы Баласора, используя наблюдения звезда Альдебаран (Глаз быка) в 1680 году с ошибкой чуть более половины градуса. Он опубликовал более подробное описание этого метода в 1717 году. n использование затене ния планеты Юпитер было описано Джеймсом Паундом в 1714 году.

Хронометры

Первый, кто предложил путешествовать с часами для определения долготы в 1530 году была Джемма Фризиус, врач, математик, картограф, философ и приборостроитель из Нидерландов. Часы будут установлены на местное время отправной точки, долгота которой известна, а долгота любого другого места может быть определена путем сравнения местного времени с часами. Хотя этот метод совершенно надежен и отчасти был стимулирован недавним улучшением точности механических часов, он все же требует гораздо более точного хронометража, чем был во времена Фризиуса. Термин хронометр не использовался до следующего столетия, и прошло более двух столетий, прежде чем он стал стандартным методом определения долготы в море.

Магнитное склонение

Этот метод основан на наблюдении, что стрелка компаса обычно не указывает точно на север. Угол между истинным севером и направлением стрелки компаса (магнитный север) называется магнитным склонением или вариацией, и его значение варьируется от места к месту. Некоторые авторы предложили использовать величину магнитного склонения для определения долготы. Меркатор предположил, что северный магнитный полюс был островом на долготе Азорских островов, где магнитное склонение в то время было близким к нулю. Эти идеи были поддержаны Мишелем Куанье в его Морской инструкции.

Галлей провел обширные исследования магнитной вариации во время своих путешествий на розовом Paramour. Он опубликовал первую карту, показывающую изогонические линии - линии равного магнитного склонения - в 1701 году. Одна из целей карты заключалась в том, чтобы помочь в определении долготы, но в конечном итоге метод потерпел неудачу из-за изменений магнитного склонения. со временем оказался слишком большим и слишком ненадежным, чтобы служить основой для навигации.

Земля и море

Современная контурная карта (синяя), наложенная на карту Германа Молля. Карта мира 1718 года. Южная часть Южной Америки находится намного западнее на карте Молла, но западное побережье Америки обычно находится в пределах 3 ° долготы.

Измерения долготы на суше и на море дополняли друг друга. Как указывал Эдмонд Галлей в 1717 году: «Но поскольку нет нужды спрашивать, какой именно долготы находится корабль, то когда местоположение порта, к которому он направлен, еще неизвестно, было бы желательно, чтобы князья земли заставляют проводить такие наблюдения в портах и ​​на основных головах их владений, каждый для своего, чтобы раз и навсегда установить истинные границы суши и моря ". Но определение долготы на суше и на море не развивалось параллельно.

На суше в период от развития телескопов и маятниковых часов до середины 18 века наблюдалось неуклонное увеличение количества мест, долгота которых была определена с разумной точностью, часто с ошибками менее 1 градус, и почти всегда в пределах 2–3 °. К 1720-м годам ошибки стабильно составляли менее 1 °.

На море в тот же период ситуация была совсем другой. Две проблемы оказались неразрешимыми. Во-первых, необходимость немедленных результатов. На суше астроном, скажем, в Кембридже, штат Массачусетс, может дождатьс я следующего лунного затмения, которое будет видно как в Кембридже, так и в Лондоне; установить маятниковые часы на местное время за несколько дней до затмения; время событий затмения; отправить детали через Атлантику и ждать недели или месяцы, чтобы сравнить результаты с результатами лондонского коллеги, сделавшего аналогичные наблюдения; рассчитать долготу Кембриджа; затем отправьте результаты для публикации, что может произойти через год или два после затмения. И если в Кембридже или Лондоне не будет видимости из-заоблаков, дождитесь следующего затмения. Морскому штурману нужны были результаты быстро. Вторая проблема - это морская среда. Провести точные наблюдения на волнах океана намного сложнее, чем на суше, и маятниковые часы в этих условиях не работают. Таким образом, долготу в море можно оценить с помощью точного исчисления (DR) - с использованием оценок скорости и курса из начальной позиции - в то время, когда определение долготы на суше становилось все более точным.

Во избежание проблем, связанных с отсутствием точного определения своего местоположения, навигаторы полагались на то, что они знали о широте. Они будут плыть до широты пункта назначения, повернуть к пункту назначения и следовать линии постоянной широты. Это называлось бегом на запад (в противном случае - на запад). Это не позволяет кораблю выбрать наиболее удобный прямой маршрут (большой круг ) или маршрут с наиболее благоприятными ветрами и течениями, что увеличило плавание на дни или даже недели. Это увеличивало вероятность нехватки пайков, что могло привести к ухудшению здоровья или даже смерти экипажа из-за членовги или цинода, что влечет за собой опасность для корабля.

В апреле 1741 года произошла известная ошибка долготы, которая имела место катастрофические последствия. Джордж Энсон, командующий Х.М.С. Центурион, огибал мыс Горн с востока на запад. Полагая, что миновал мыс, он направился на север только для того, чтобы найти землю прямо впереди. Особенно сильное восточное течение произошло его к востоку от позиции DR, и ему пришлось вернуться на западный курс в течение нескольких дней. Наконец, миновав Рог, он направился на север к Хуану Фернандесу, чтобы взять припасы и помочь своей команде. Достигнув широты Хуана Фернандеса, он не знал, находится ли остров на востоке или на западе, и провел 10 дней в плавании сначала на восток, а на запад, чем наконец достиг острова. За это время от цинги умерло более половины команды корабля.

Инициативы правительства

В ответ на проблемы судоходства европейских держав предложили призы за методы определения долготы на море. Испания была первой, предложившей награду за решение проблемы в 1567 году, а в 1598 году она была увеличена до постоянной пенсии. В начале 17 века Голландия предложила 30 000 флоринов. Ни один из этих призов не дал решения.

Карта Франции, представленная Академия в 1684 году, показывающая контур предыдущей карты (Sanson, светлый контур) по сравнению с новым обзором (более жирный,ненный контур).

во второй половине 17 века были основаны две обсерватории, одна в Париже, другая в Лондоне. Парижская обсерватория была первой, основанной как ответвление Французской Академии наук в 1667 году. Здание обсерватории к югу от Парижа было завершено в 1672 году. Среди первых астрономов были Жан Пикар, Христиан Гюйгенс и Доминик Кассини. Обсерватория не была создана для какого-либо конкретного проекта, но вскоре была задействована в исследовании Франции, которое произошло после многих задержек из-за войн и недоброжелательных министерств к первой карте Франции Академии в 1744 году. В исследовании использовалась комбинация триангуляция и астрономические наблюдения с использованием спутников Юпитера для определения долготы. К 1684 году было получено достаточно данных, чтобы показать, что предыдущие карты Франции имели большую ошибку долготы, показывающую Атлантическое побережье слишком далеко на западе. На самом деле Франция оказалась значительно меньше, чем считалось ранее.

Лондонская обсерватория в Гринвиче была открыта годами позже в 1675 году и создана специально для решения проблемы долготы. Джон Флемстид, первый королевский астроном, получил указание «с величайшей осторожностью и усердием исправлять таблицы движений небесных и мест неподвижных звезд, чтобы найти из столь желанной долготы мест для совершенствования искусства мореплавания». Первоначальная работа заключалась в каталогизации звезд и их положения, и Флемстид создал каталог из 3310 звезд, который лег в основу будущей работы.

Хотя каталог Флемстида был важен, сам по себе он не предлагал решения. В 1714 году британский парламент принял «Акт о предоставлении публичной награды для такого человека или лиц, которые откроют долготу в море», и учредил Правление для управления наградой. Награды зависели от точности метода: от 10 000 фунтов стерлингов за точность в пределах одного градуса широты (60 морских миль на экваторе) до 20000 фунтов стерлингов за точность в пределах половины градуса.

Эти приз со временем были получены два работоспособных решения. Во-первых, это лунные расстояния, которые требовали внимательного наблюдения, точных таблиц и довольно объемных вычислений. Тобиас Майер составил таблицы, основанные на его собственных наблюдениях за Луной, и представил их Совету в 1755 году. Было обнаружено, что эти функции обеспечивают длительную работу, хотя требуются длительные интервалы времени (до четырех часов), препятствие для повседневного использования. Вдова Майера в свое время получила награду от Совета. Невил Маскелин, недавно назначенный Королевский астроном, входивший в Совет по долготе, начал с таблиц Майера и после своих экспериментов в море, пытаясь определить расстояние до Луны. метод, предлагающий предварительную оценку прогнозов лунного расстояния в официальном морском альманахе с целью определения долготы в море. С большим энтузиазмом относясь к методу лунного расстояния, Маскелайн и его команда компьютеров лихорадочно работали в течение 1766 лет, готовя таблицы для нового физического альманаха и астрономических эфемерид. Впервые опубликованные данные за 1767 год, он включал ежедневные таблицы положений Солнца, Луны и планет и другие астрономические данные, а также таблицы лунных расстояний с указанием расстояния Луны от Солнца и девяти звезд, подходящих для лунных наблюдений (десять звезд за первые несколько лет). Позже это издание стало стандартным альманахом для моряков всего мира. Так как он был основан на Королевской обсерватории, он помог столетием принять во всем мире Гринвичский меридиан в качестве международного стандарта.

Хронометр Джереми Такера.

Вторым методом было использование хронометра. Многие, в том числе Исаак Ньютон, были пессимистичны по поводу того, что нужно потребой точности когда-либо могут быть созданы. Половина градуса долготы эквивалентна двум минутам времени, поэтому требуемая точность составляет несколько секунд в день. В то время не существовало часов, которые могли приблизиться к такому точному времени, находясь в условиях движущегося корабля. Джон Харрисон, плотник и часовщик из Йоркшира, верил, что это возможно, и потратил более трех десятилетий, доказывая это.

Харрисон построил пять хронометров, два из которых были испытаны в море. Его первый, H-1, не проходил испытания в условиях, требуемых Советом по долготе. Вместо этого Адмиралтейство потребовало, чтобы оно отправилось в Лиссабон и обратно. Он потерял время на обратном пути, но отлично показал себя на обратном пути, что не входило в официальные испытания. Перфекционист из Харрисона помешал ему отправить его на необходимое испытание в Вест-Индию (и в любом случае он считался слишком большим и непрактичным для использования в служебных целях). Вместо этого он приступил к постройке H-2. Этот хронометр никогда не выходил в море, за ним сразу же последовал H-3. Во время постройки H-3 Харрисон понял, что потеря времени H-1 в путешествии по Лиссабону, что механизм терял время каждый раз, когда корабль появлялся во время лавирования Ла-Манша. Харрисон произвел H-4 с совершенно другим механизмом, который прошел морские испытания и удовлетворял всем требованиям для тестирования программы Премия Долготы. Однако он не был награжден премией Правлением и был вынужден бороться за свою награду, наконец, получив оплату в 1773 году после вмешательства парламента.

Французы также очень интересовались проблемой долготы, и Академия изучила предложения, а также предложила денежные призы, особенно после 1748 года. Первоначально в асессорах преобладали астроном Пьер Бугер, который был противником идеи хронометров, но после его смерти в 1758 году рассматривались как астрономический, так и механический подходы. Доминировали два часовщика: Фердинанд Берту и Пьер Ле Руа. Между 1767 и 1772 годами состоялись четыре ходовых испытания, на которых оценивались расстояния до Луны, а также различные хронометры. По мере проведения испытаний результаты для обоих подходов неуклонно улучшались, и оба метода были признаны подходящими для использования в навигации.

Лунные расстояния в сравнении с хронометрами

Хотя и хронометры, и лунные расстояния оказались практичными методами определения долготы, прошло некоторое время, прежде чем они стали широко использоваться. В первые годы хронометры были очень дорогими, а вычисления лунных расстояний по-прежнему были сложными и требовали много времени, несмотря на работу Маскелайна по их упрощению. Оба метода изначально использовались в основном в специализированных научных и изыскательских рейсах. Судя по бортовым журналам и руководствам по навигации, обычные мореплаватели начали использовать расстояние до Луны в 1780-х годах и стали обычным явлением после 1790 года.

Хотя хронометры могут работать в условиях плавания корабля в море, они могли быть уязвимы в более суровых условиях наземных исследований и съемки, например, на северо-западе Америки, а расстояние до Луны было основным методом, используемым геодезистами, такими как Дэвид Томпсон. В период с января по май 1793 г. он провел 34 наблюдения в Камберленд-Хаус, Саскачеван, получив среднее значение 102 ° 12 'з.д., примерно в 2' (2,2 км) к востоку от современного значения. Для каждого из 34 наблюдений потребовалось бы около 3 часов вычислений. Эти вычисления лунного расстояния стали значительно проще в 1805 году, когда Йозеф де Мендоса-и-Риос опубликовал таблицы с использованием метода Хаверсина.

. Преимущество использования хронометров состояло в том, что, хотя астрономические наблюдения все еще были необходимы для определения местного времени, наблюдения были более простыми и менее требовательными к точности. После того, как было установлено местное время и внесены все необходимые поправки в хронометр, вычисление долготы стало несложным. Недостаток стоимости постепенно уменьшался, поскольку хронометры стали производиться в большом количестве. Использованные хронометры не принадлежали Харрисону. Другие производители, в частности, Thomas Earnshaw, который разработал пружинный спусковой механизм, упростили конструкцию и производство хронометров. По мере того, как хронометры становились более доступными и надежными, они, как правило, вытесняли метод лунного расстояния между 1800-1850 годами.

Карта 1814 года, показывающая часть Южной Австралии, включая Порт-Линкольн. На основании исследования Флиндерса 1801-2

Хронометры необходимо периодически проверять и сбрасывать. Во время коротких путешествий между местами известной долготы это не было проблемой. Для более длительных путешествий, особенно для разведки и исследования, астрономические методы продолжали иметь значение. Примером того, как хронометры и луны дополняли друг друга в геодезических работах, является «кругосветное плавание Мэтью Флиндерса» вокруг Австралии в 1801-1803 гг. Изучая южное побережье, Флиндерс начал с пролива Кинг-Джордж, известного места из более раннего исследования Джорджа Ванкувера. Он проследовал вдоль южного побережья, используя хронометры для определения долготы объектов по пути. Прибыв в залив, он назвал Порт-Линкольн, он основал береговую обсерваторию и определил долготу на основе тридцати наборов лунных расстояний. Затем он определил ошибку хронометра и пересчитал все долготы промежуточных местоположений.

Корабли часто имели более одного хронометра. Два обеспечивают двойное модульное резервирование, позволяя выполнять резервное копирование, если один из них должен перестать работать, но не разрешая никакого исправления ошибок, если два отображают разное время, поскольку в случае противоречия между ними хронометров, было бы невозможно узнать, какой из них был неправильным (полученное обнаружение ошибки было бы таким же, как если бы был только один хронометр и периодически его проверяли: каждый день в полдень по точному счёту ). Три хронометра обеспечивали тройное модульное резервирование, позволяя исправлять ошибки, если один из трех был неправильным, поэтому пилот брал среднее из двух с более близкими показаниями (средняя точность голосования). На этот счет есть старая пословица: «Никогда не выходите в море с двумя хронометрами; возьмите один или три». Некоторые суда имели более трех хронометров - например, HMS Beagle нес 22 хронометра.

К 1850 году подавляющее большинство океанских мореплавателей во всем мире перестали использовать метод определения расстояния до Луны. Тем не менее, опытные навигаторы продолжали изучать лунные языки вплоть до 1905 года, хотя это было упражнением по учебнику. Литтлхейлз отмечал в 1909 году: «Таблицы лунных расстояний были исключены из Connaissance des Temps за 1905 год, так как они сохраняли свое место во французских официальных эфемеридах в 131 год; и из Британского морского альманаха за 1907 год, после того, как они были представлены ежегодно, начиная с 1767 года, когда были опубликованы таблицы Маскелайна ».

Геодезическая съемка и телеграфия

При съемке на суше продолжалось использование методов триангуляции и астрономии, к которому было добавлено использование хронометры, как только они стали доступны. О раннем использовании хронометров при топографической съемке сообщил Симеон Борден в своем исследовании Массачусетса в 1846 году. Проверив значение Натаниэля Боудитча для долготы Дома государства в Бостон он определил долготу Первой конгрегационной церкви в Питтсфилде, перевезя 38 хронометров в 13 экскурсиях между двумя местами. Хронометры также перевозили на гораздо большие расстояния. Например, Обследование побережья США организовала экспедиции в 1849 и 1855 годах, в которых происходит между Ливерпулем и Бостоном было отправлено в общей сложности более 200 хронометров, но не для навигации, а чтобы получить более точное определение долготы обсерватории в Кембридже, Массачусетс и, таким образом, привязать обсерваторию США к гринвичскому меридиану.

Первые рабочие телеграфы были установлены в Великобритании Уитстон и Кук в 1839 году, а в США - Морс в 1844 году. Идея использования телеграфа для передачи сигнала времени для определения долготы была предложена Франсуа Араго Морзе в 1837 году, и первая проверка этой идеи была сделана капитаном. Уилкс ВМС США в 1844 году над линией Морса между Вашингтоном и Балтимором. Два хронометра были синхронизированы и доставлены в два телеграфных офиса для проведения теста и проверки точности передачи времени.

Этот метод работы стал первой практикой в ​​использовании в Береговой службе США и все большие расстояния по распространению телеграфной сети по Северной Америке. Было решено множество технических проблем. Первоначально операторы отправляли сигнал вручную и отслеживали щелчки на линии и сравнивали их с тактами часов. Для этого процесса в 1849 году были введены часы с размыканием цепи и ручные самописцы, что привело к значительному увеличению как точности, так и производительности.

Телеграфная сеть долготы в США и восточной Канаде, 1896 год. Данные Schott (1897). Пунктирными линиями показаны два трансатлантических телеграфных соединения с Европой.

Большое расширение «телеграфной сети долготы» произошло благодаря успешному завершению трансатлантического телеграфного кабеля между S.W. Ирландия и Новая Шотландия в 1866 году. Кабель из Бреста во Франции в Даксбери, штат Массачусетс, был завершен в 1870 году и дал возможность проверить результаты другим маршрутом. За это время были улучшены наземные части сети, в том числе устранены повторители. Сравнение разницы между Гринвичем и Кембриджем, штат Массачусетс, показало разницу между измерением времени в 0,01 секунды с вероятной ошибкой ± 0,04 секунды, что соответствует 45 футам. Подводя итоги сети 1897 года, льз Шотт представил таблицу основных местоположений на всей территории Соединенных Штатов Америки, определения местоположения были телеграфом, с датами и парами и вероятной ошибкой. Сеть была расширена на северо-запад Америки с телеграфной связью с Аляской и западной Канадой. Телеграфные связи между Доусон-Сити, Юкон, Форт-Эгберт, Аляска, и Сиэтлом и Ванкувером использовались для двойного определения положения 141- го меридиана, где он пересекал рекуперацию Юкон, таким образом обеспечить отправную точку для обзора границы между США и Канадсом на севере и юге в течение 1906-1908 гг.

Фрагмент морской карты Пайта, Перу, с указанием телеграфного определения долготы, сделанного в 1884 году.

Военно-морской флот США расширил сеть на Вест-Индию, а также Центральную и Южную Америку в четырех экспедициях в 1874-90 годах. Одна серия наблюдений связала Ки-Уэст, Флорида, с Вест-Индией и Панама-Сити. Второй охватывается местоположениями в Бразилии и Аргентине, а также связан с Гринвичем через Лиссабон. Третий пролегал из Галвестона, Техас через Мексику и Центральную Америку, включая Панаму и далее в Перу и Чили, соединяясь с Аргентиной через Кордову. Четвертый добавил местоположения в Мексике, Центральной Америке и Вест-Индии и расширил цепочку до Кюрасао и Венесуэлы.

к востоку от Гринвича, были проведены телеграфные определения долготы местоположений в Египте, включая Суэц, как часть наблюдений за прохождением Венеры 1874 года под руководством сэра Джорджа Эйри, британского королевского астронома. Телеграфные наблюдения, сделанные в Великого тригонометрического исследования Индии, включая Мадрас, были связаны с Аденом и Суэцем в 1877 году. В 1875 году долгота Владивостока в восточной Сибири определено телеграфной связью с Санкт-Петербургом. Военно-морской флот США использовал Суэц, Мадрас и Владивосток в качестве опорных пунктов для цепочки определений, сделанных в 1881–1881 гг., Которая простиралась через Японию, Китай, Филиппины и Сингапур.

Телеграфная сеть обошла земной шар в 1902 году, соединив Австралию и Новую Зеландию с Канадой через All Red Line. Это позволяет определить долготы с востока и запада, которые согласовываются в пределах одной угловой секунды (1/15 секунды времени).

Телеграфная сеть долготы была менее важна в Западной Европе, которая уже была большей частью были подробно обследованы с помощью триангуляции и астрономических наблюдений. Но «американский метод» использовался в Европе, например, в серии измерений для определения разницы долготы между обсерваториями Гринвича и Парижа с большей точностью, чем это было доступно ранее.

Беспроводные методы

Маркони получил патент на беспроводной телеграф в 1897 году. Вскоре стала очевидна возможность использования беспроводных сигналов времени для определения долготы.

Беспроводная телеграфия использовалась для расширения и улучшения телеграфной сети долготы, что дает потенциально большую точность и достигает мест, которые не были подключены к проводной телеграфной сети. Первым делом было установлено, что между Потсдамом и Броккеном в Германии, на расстоянии около 100 миль, в 1906. В 1911 году французы определили разницу долготы между Парижем и Бизерта в Тунисе, на расстоянии 920 миль, и в 1913-1914 годах между Парижем и Вашингтоном было проведено трансатлантическое сообщение.

Первые беспроводные сигналы времени для использования кораблей в море начались в 1907 году с Галифакс, Новая Шотландия. Сигналы времени передавались с Эйфелевой башни в Париже, начиная с 1910 года. Эти сигналы позволяли мореплавателям часто проверять и настраивать свои хронометры. На международной конференции 1912 года различным беспроводным станциям по всему миру было выделено время для передачи своих сигналов, что обеспечило практически всемирное покрытие без помех между станциями. Беспроводные сигналы времени также использовались наземными наблюдателями в полевых условиях, в частности геодезистами и исследователями.

Радионавигационные системы стали широко использоваться после Второй мировой войны. Было разработано несколько систем, включая Decca Navigator System, береговую охрану США LORAN-C, международную систему Omega и советскую Alpha и ЧАЙКА. Все системы зависели от передач от стационарных навигационных маяков. Судовой приемник вычислил местоположение судна по этим сообщениям. Эти системы были первыми, которые обеспечивали точную навигацию, когда астрономические наблюдения не могли проводиться из-за плохой видимости, и стали общепринятым методом коммерческого судоходства до появления спутниковых навигационных систем в начале 1990-х годов.

в 1908 году Николас Тесла предсказал: «В густом тумане или в темноте ночи, без компаса, других инструментов ориентации или часов, можно будет направить судно по кратчайшему или ортодромному пути. путь, чтобы мгновенно считывать широту и долготу, час, расстояние до любой точки, а также истинную скорость и направление движения ". Его предсказание было выполнено частично с помощью радионавигационных систем и полностью с помощью современных компьютерных систем, основанных на GPS.

См. Также

Ссылки

Внешние ссылки

Последняя правка сделана 2021-05-23 14:49:18
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте