Как ориентировались древние мореплаватели. Как мореходы научились определять местоположение судна? Углы и расстояния

Навигация в переводе с латинского означает «мореплавание, судоходство». Это составная часть комплекса морских наук, которая выделилась из них в процессе развития мореходства. Сюда входит лоция - делающая акцент на навигационных пособиях, морская астрономия - которая изучает методы определения координат судна по небесным светилам; и средства судовождения, с помощью которых ведется счисление пути и определение местоположения судна.

Сама история людей неразрывно связана с морем и мореплаванием. Останки людей, которым более 30 тысяч лет, найдены в Северной и Южной Америке, многие из этих древних людей переплыли океан. Как это им удалось? Тур Хейердал во время своих океанских экспедиций на прообразах старинных судов доказал, что это возможно. Первые корабли нам известны по древнеегипетским записям, - это достаточно совершенные суда, на которых египтяне осуществляли оживленную торговлю по Нилу и по морю. Этим записям более 4-х тысяч лет. С этой древней поры уже и возникла надобность в навигации.

Какие вопросы стояли перед древними мореходами? Да такие же, как и в наше время. Это определение своего местоположения и направление пути. Вначале оживленные морские торговые пути шли вдоль берегов, и навигацию осуществляли по береговым ориентирам. Если же предстояло плыть через океан, то перед глазами древних путешественников был лишь один ориентир - звезды. Направления сторон света определяли по движению солнца. А долго наблюдая ночью за звездами, можно выделить среди них и неподвижные объекты. Это Полярная звезда в Северном полушарии и звезды в созвездии Южный крест в Южном. Скорее всего, ориентируясь на эти звезды, древние люди осваивали все новые пространства, заселяли материки и острова. Также древние заметили, что хоть звезды и движутся, но расстояния между ними не изменяются. Перед глазами людей стояла ошеломляющая картина движущейся небесной сферы. Это сейчас мы знаем, что двигается Земля и мы вместе с ней. Но эти наблюдения и положили начало астрономии и астронавигации.

Древний финикийский корабль. Изображение на саркофаге

Первые навигационные карты

Чтобы успешно ориентироваться в пространстве, люди стремились построить модель этого пространства, чтобы знать, где они находились и куда все-таки плыть. Некоторые народности пользовались устной традицией, когда в форме рассказов или песнопений передавалась информация о морских путях. Иногда пользовались и узелковой письменностью. Но даже схематичное изображение, план местности был более нагляден. Так стали появляться карты. У полинезийцев, преодолевших огромный Тихий океан, это были плетеные циновки с обозначением островов и рифов. Египтяне рисовали на тростнике. Однако эти карты, несмотря на большую точность в описаниях конкретных местностей и их особенностей, не давали ответа на главный вопрос - в каком именно месте в данный момент находится мореплаватель? Сколько времени ему идти до выбранного порта? Неподвижная точка отсчета уже была - это звезды. Требовалось придумать и решить, как обозначить свое местоположение на карте. Но первоначальные карты были к сожалению неточными, ведь круглую поверхность Земли трудно нанести на плоскость карты без искажений. Тем более что по древним представлениям земля была плоской, что вносило ещё большую неточность. Однако торговля развивалась, особенно сильно в регионе Средиземного моря. Постепенно были накоплены огромные знания по мореходству, астрономии и другим наукам, в дальнейшем они были собраны в античной Греции. Развитие эти науки получили позднее, во времена римской империи. Греки, пользуясь своими наблюдениями и собранной информацией от предшественников, нанесли на карты очертания известных земель. Для обозначения местоположения этих земель и других объектов на карту нанесли сетку координат. Изобретение этой широко нам известной сетки на картах из параллелей и меридианов тоже принадлежит древним грекам. Понятие широты и долготы для определения своего местоположения возникло опять-таки в Греции в результате постоянных наблюдений за положением и высотой Солнца днем и высотой звезд над горизонтом ночью. Мерой измерения было выбрано изменение положения Солнца. Наблюдая за светилами, ещё халдейцы разделили круг на 360 частей, где одной частью - градусом - было перемещение Солнца на небе на величину его диска. Градус разделили на 60 угловых минут, так как этот народ имел шестидесятиричную систему счисления. Эти знания были усвоены и развиты греками. Постепенно в науку вошли такие понятия, как горизонт, эклиптика, небесный экватор. Без этих астрономических понятий невозможно определение точных координат.

Современная трёхмерная карта звездного неба

Уже в третьем веке до н.э. греческий ученый Эратосфен определил не только то, что Земля круглая, но и очень точно вычислил длину окружности и радиус земной сферы. Он применил в своих картах равнопромежуточную цилиндрическую проекцию, что давало большую точность на картах, показывающих небольшие площади земной поверхности. Другой греческий ученый - Гиппарх - в третьем веке до н.э.покрыл всю землю сеткой меридианов и параллелей. Теперь стало понятно, в какой области карты надо находить свои координаты. Немного позднее римский географ Маринус Тирский составляет точные морские карты. Для некоторых областей он очень точно вычисляет долготу и широту и наносит их на сетку из параллелей и меридианов. Его сведениями в дальнейшем пользовался знаменитый ученый Птолемей в своих трудах. Маринус, как и Эратосфен, даже пытался изобразить полную модель Земли - глобус. Его вычисления и карты были настолько точны, что их приняли за основу в 15 веке португальцы.

Труды же более позднего ученого - Птолемея - дали огромный толчок науке географии и мореходства. Птолемей нарисовал карту мира в конической проекции, с параллелями и меридианами, он обозначил сетку координат, исчисляемых в градусах, где широты измерялись от экватора, а долготы — от самой западной точки известного тогда мира. Он опросил огромное количество купцом и моряков и довольно точно описал побережья и страны, даже те, которые не видел. Он описал огромное количество новых мест и дал их координаты. Помимо точных сведений, он записывал на карты и выдумки людей, поэтому в его картах можно найти, например, земли населенные народом песьеголовцев и прочие чудеса. В дальнейшем, после Птолемея, ничего нового в картографии не было придумано, а после крушения римской империи наступили и вовсе темные времена.

Карта Птолемея в современной обработке. На ней достаточно точно указаны известные в то время грекам земли

Древние навигационные инструменты

Самым первым навигационным инструментом были глаза древнего мореплавателя. Но с развитием мореплавания этого стало недостаточно. Для точного определения угла светил над горизонтом потребовались специальные инструменты. Так появился сначала гномон, который представлял из себя высокий столб, по соотношению длин столба и тени от него определяли время и высоту Солнца над горизонтом. Гномон в виде доски с шестом на нем впервые был использован греческим торговцем и мореплавателем Пифеем для определения широты ещё в 4-ом веке до н.э. Купец нарушил существоваший тогда запрет и вышел за Геркулесовы столбы в открытый Атлантический океан, где провел свои наблюдения. Несмотря на примитивный прибор и волнение, путешественник снял показания с точностью в несколько угловых минут. Позднее для астронавигационных наблюдений использовали квадрант. Квадрант представлял из себя обычную доску, вытесанную из камня или дерева. На ее поверхности были нанесены вертикальная и горизонтальная линии и объединяющая их дуга в 90°, разделенная на градусы и их части. В центре дуги помещали линейку, которая могла перемещаться.

Квадрант

Более совершенным инструментом стала астролябия, которой пользовались начиная со второго века до н.э. вплоть до 18-го. Астролябия была по сути моделью небесной сферы с ее важными точками, кругами, полюсами и осью мира, меридианом, горизонтом, небесным экватором и эклиптикой. Выполнять наблюдения таким прибором было непросто. Наблюдая Солнце, Луну или известные звезды, древний астронавигатор приводил круги сложного инструмента в правильное положение, после чего по градуированным на кругах шкалам вычислял долготу и широту по наблюдаемому светилу. Самый известный дощедший до нас механизм - древнегреческий прибор из 32 шестерен "Антикитера", поднятый со дна моря. По сохранившимся надписям на нем можно сделать вывод, что это астронавигационный прибор. Механизм мог вычислять конфигурации движения Солнца, Луны, Марса, Юпитера, Сатурна, лунные и солнечные затмения. Предположительное время изготовления - период между 100 - 150 годами до н.э.

Древний астронавигационный прибор

Ещё один прибор, без которого не могут обходится современные навигаторы - компас - тоже был изобретен в незапамятные времена. Изобретатели компаса - китайцы, если верить записям в их книгах, начали использовать магнитный компас не только для религиозных нужд, но и для мореходства примерно за 300 лет до нашей эры. Однако до нас дошли копии компаса более позднего периода. Он представлял собой подобие намагниченной ложки, черенком показывающий на юг. Китайцы каждой стороне света сопоставляли свой цвет. Например, юг ассоциировался с красным цветом - современные компасы следуют этой традиции.

Китайский компас

Лоция

Начиная с плаваний египтян и финикийцев, были накоплены огромные массивы информации о береговой линии, портах убежищ, якорных стоянках. Эти знания легли в основу карт и в дальнейшем использовались даже европейцами в средние века. Также древние мореплаватели, выходя в океан, столкнулись с таким явлением, как приливы и отливы. В дальнейшем знания были систематизированы, и уже в древнегреческой лоции, к примеру, писали: «Вся индийская страна имеет очень много рек и очень высокий прилив и отлив, которые в новолуние и полнолуние усиливаются в течение трех дней, а в промежуточные фазы бывают слабее».

Определенную сложность в исторические времена представляло собой точное измерение времени и расстояния. Для измерения времени пользовались водяными или песочными часами, а расстояния измеряли на глаз. В Древней Греции для помощи капитанам, была также принята система маяков. Очень известен Александрийский маяк высотой 120 метров. Многие скульптуры, поставленные на берегу, тоже служили береговыми ориентирами для кораблей. Известная статуя Колосса Родосского высотой 36 метров была видна за многие мили. А вход в большие порты по ночам освещался светом - большими кострами.

Первые школы мореплавателей

С развитием торгового мореплавания, с увеличением количества морских путешествий, возникла необходимость передачи знаний. Упоминаний именно о морских школах глубокой древности не сохранилось, скорее всего знания передавались устно и в тесном кругу. Одной из древних известных школ была школа мореплавания в Полинезии. На острове Райатея, было обнаружено место, откуда исходила экспансия полинезийцев на остальные острова Тихого Океана, и место передачи знаний о морском деле и навигации - это и были первые мореходные школы. Представители Центра яхтенной подготовки АМС, побывали в этом сакральном месте на островах . В 2012 году мы планируем совершить туда вторую экспедицию.

"Тапу тапу марае" на острове Райатея. Датируется 1-м тысячелетием до н.э. Это сохранившиеся остатки одной из первых школ океанского плавания. Фото Владимира Ватрунина.

Первые учебники для мореплавателей были написаны, наверное, наравне с изобретением письменности. Один из известных нам астрономических учебников мореплавания был составлен Фалесом Милетским ещё за 600 лет до н.э. В Греции преподавание астрономии, в том числе и астрономии для мореплавания, велось в высших учебных заведениях того времени. Известные же нам классические школы мореплавания были созданы гораздо позднее, в средние века.

Используя звездные светила для определения сторон света, можно определить также и географические координаты, что поможет вам лучше сориентироваться находясь в море. Для определения широты вам понадобятся самодельный транспортир и отвес. Транспортир изготовьте из двух планок прямоугольной формы скрепив их между собой наподобие циркуля. Так чтобы они могли раздвигаться. В центре транспортира закрепить нить отвеса и наведите основание на полярную звезду. Теперь из угла образованного основанием транспортира и отвесом вычтите 900. В результате получите значение угла между горизонтом и полярной звездой. Это значение и будет ваша широта. О близости суши вас могут уведомить птицы, которые не залетают далеко в море. Изменение цвета воды, смена облаков на кучевые и другая конфигурация волн также свидетельствуют о близости суши. Смотрите также раздел об ориентировании на местности.

Но пожалуй, самым ярким доказательством токсического действия морской воды стал результат работы английских исследователей. Они тщательно изучили и проанализировали 448 случаев катастроф, постигших британские торговые суда во время второй мировой войны. Значительной части матросов и пассажиров из 27 тыс. человек, находившихся на борту этих судов, удалось спастись. Многим помощь была оказана сразу же после катастрофы. Но примерно 5 тыс. человек еще много дней после кораблекрушения носило по волнам в спасательных шлюпках и на плотах. И вот оказалось, что из 977 человек, утолявших жажду морской водой, погибло 387 (38,8%). В тс же время из 3994 моряков, не употреблявших для питья соленую воду, умерло лишь 133 (3,3%). Если даже принять во внимание, что часть людей погибла по другим причинам, что в первой группе некоторые люди не пили морской воды, а во второй находились моряки, соблазнившиеся морской водой, все же приведенные цифры весьма убедительны.

В составе морской воды преобладают хлориды (88,7%), меньшую долю составляют сульфаты (10,8%) и карбонаты (0,3%). На все прочие соединения приходится лишь 0,2%. Общий вес всех солей в граммах, растворенных в одном килограмме воды, называется соленостью. Что поразительно, так это постоянство солевого состава, на которое указывает одно и то же для всех участков океана значение так называемого хлорного коэффициента - отношения общего количества солей, растворенных в воде, к содержанию хлора (Муромцев, 1956). Вместе с тем соленость морских и океанских вод неодинакова. Иногда солей совсем немного, всего 3 -4 г на 1 л воды, как, например, в Финском заливе. В Азовском и Черном морях их несколько больше - 10 - 18 г/л. В океанах содержание солей возрастает до 32 - 35 г/л. Более 40 г соли содержится в каждом литре воды Красного моря.

Одно из удивительных свойств человеческого организма - умение сохранять го-меостаз - постоянство своей внутренней среды. За этим бдительно следят бесчисленные живые датчики - хеморецепторы, баро-рецепторы, терморецепторы. За концентрацией различных веществ, растворенных в жидких средах организма, плазме крови, лимфе, межклеточной жидкости, наблюдают свои дозорные - осморецепторы.

Обычно с пищей человек получает примерно 15-2 5 г соли в день, главным образом хлористого натрия. Этого количества достаточно для удовлетворения его потребностей. Но едва организм получит излишек солей, как осморецепторы немедленно поднимут тревогу и не успокаиваются до тех пор, пока утраченное равновесие не будет восстановлено. Избыточные соли выводятся через почки, на которых лежит обязанность обеспечить осмотический гомеостаз. По данным В. Леделла, прием 500,0 мл 3 - 4%-ного раствора соли увеличивает мочеотделение с 0,36 до 1,56 мл/мин, т. е. почти в 5 раз.

Известно, что на каждый грамм веществ, образующихся в результате процессов обмена, в том числе солей, необходимо не менее 50 мл жидкости (максимальная концентрация мочи - 2%). Следовательно, чтобы удалить 3,5 г солей, поступивших со 100 мл океанской воды, требуется израсходовать примерно 150 мл жидкости, т.е. израсходовать дополнительно к выпитой еще 50 мл из внутренних резервов. Если даже согласиться с мнением А. Гембла, В.Леделла и других ученых, что часть солей усваивается и потому 15 - 20% выпитой воды все же остается в организме, то для удовлетворения его потребностей в жидкости придется ежедневно выпивать 8 - 10 л горько-соленой океанской влаги. Возможно ли это? Справятся ли почки с такой огромной солевой нагрузкой?

Чтобы вывести из организма соли, растворенные в 1 л океанской воды, почки затрачивают 970 кал, значит, на 8 - 10 л потребуется 7760 - 9670 кал. Максимальная же теоретическая работоспособность почек составляет всего 5670 кал/сутки. Кроме того, и это нельзя не учитывать, концентрационная способность почек при длительной солевой нагрузке постепенно снижается. В результате почки рано или поздно перестают справляться с непосильной работой, и тогда концентрация солей в крови и тканях начнет стремительно нарастать. В результате поражаются почки, желудок, кишечник. Но особенно уязвима к действию солей центральная нервная система. Вот почему среди людей, потерпевших кораблекрушение и не выдержавших соблазна утолить жажду океанской водой, так часто наблюдались психические расстройства, сопровождающиеся попытками к самоубийству.

Вот как описывает картину гибели человека от интоксикации, вызванной океанской водой, английский врач М. Кришли:

<Жажда утоляется лишь очень ненадолго, и по истечении короткого промежутка времени человек испытывает еще большую потребность в воде. Затем он затихает, его охватывает апатия, глаза стекленеют, губы, рот и язык высыхают, появляется специфический неприятный запах изо рта. Часа через два у человека начинается бред, сначала спокойный, потом лихорадочный. Сознание затемняется, в уголках губ появляется пена, цвет лица меняется. Агония, как правило, протекает бурно, и человек умирает, не приходя в сознание>.

Несмотря на запреты и неприятный горько-соленый вкус, люди, мучимые жаждой, все же пьют океанскую воду, но то небольшое облегчение, которое они чувствуют вначале, лишь маскирует разрушительное действие солей на клетки и ткани организма.

И все же спор между сторонниками и противниками морской воды продолжался. Более того, после опубликования в печати рекомендаций А. Бомбара и экспериментальных данных Ж. Ори среди моряков стало распространяться убеждение, что вредность питья морской воды преувеличена.

В связи с этим Комитет по безопасности мореплавания в 1959 г. обратился к Всемирной организации здравоохранения с просьбой высказать свое компетентное заключение по этой проблеме.

В Женеву были приглашены видные специалисты по проблеме выживания в океане, биологи и физиологи - Р. А. Маккенс и Ф. В. Баскервиль из Англии, швейцарец Ж. Фабр, француз Ш. Лабори и американец А. В. Вольф. Эксперты обстоятельно изучили материалы многочисленных экспериментов на людях и лабораторных животных, проанализировали случаи использования морской воды терпящими бедствие и пришли к единодушному мнению, что морская вода разрушительно действует на организм человека. Она вызывает глубокие расстройства многих органов и систем.

Поэтому памятками и инструкциями для моряков и летчиков питье морской воды в условиях автономного пребывания на спасательных лодках и плотах запрещено.

Так чем же утолить жажду при отсутствии пресной воды?

Рыбьим соком, советует Ален Бомбар.

Сколько же потребуется рыбы, чтобы влагой, содержащейся в ее мышцах, напоить человека, страдающего от жажды?

Тело рыбы почти на 80% состоит из воды. Но чтобы извлечь ее, необходимо специальное приспособление, нечто вроде портативного пресса. Однако даже с его помощью отжать удается не так уж много воды. Например, из 1 кг морского окуня можно получить лишь 50 г сока, мясо корифены дает около 300 г, из мяса тунца и трески можно нацедить до 400 г мутноватой, пахнущей рыбой жидкости. Возможно, этот <напиток>, не очень приятный на вкус, и помог бы решению проблемы, если бы не одно серьезное <но>-высокое содержание в нем веществ, небезразличных для организма человека. Так, в одном литре необезжиренного рыбьего сока содержится 80 - 150 г жира, 10 - 12 г азота, 5 - 80 г белков и до 450 мэкв солей натрия, калия и фосфора.

Как же будет на них реагировать организм?

Ответ на этот вопрос попытался получить английский ученый С. Хантер. Восемь испытуемых поместили в тепловую камеру и в течение первых двух суток давали по 250 мл воды. На третьи сутки, когда у всех участников эксперимента появились выраженные признаки обезвоживания, четырем из них выдали дополнительно по одному литру рыбьего сока.

Выпитый рыбий сок вызвал значительное (до 1005 мл) увеличение суточного диуреза. Следовательно, почти вся выпитая жидкость была использована организмом на удаление веществ, содержащихся в соке. У четырех испытуемых (контрольной группы) суточное количество мочи составляло лишь 608 мл, однако на ее образование организм затратил дополнительно 358 мл жидкости из своих внутренних резервов. Следовательно, выпитый рыбий сок способствовал некоторому сбережению эндогенных запасов воды, поскольку потоотделение у всех восьми испытуемых осталось на прежнем уровне. Результаты эксперимента, проведенного С. Ханте-ром, показали, что при отсутствии пресной воды рыбий сок может в какой-то мере облегчить положение людей, терпящих бедствие в океане.

Многочисленные памятки и инструкции для терпящих бедствие в океане рекомендуют: собирайте в ночное время росу, пополняйте запасы пресной воды за счет дождя. Дожди нередки в тропиках. В них ваше спасение. Так ли это? Ален Бомбар приветствовал первый дождь лишь на 23 сутки плавания. Уильям Уиллис за 116 дней путешествия на плоту воспользовался небесной влагой один раз, да и то лишь на 76 сутки после выхода из порта Кальяо, а по свидетельству Алена Брэна, соратника Эрика де Бишопа по экспедиции в Тихом океане на плоту <Таити-Нуи>, <против всех ожиданий, за два с половиной месяца плавания не выпало ни одного хорошего дня>.

Итак, дождь, роса, рыбий сок - все это источники, на которые трудно полагаться с уверенностью. Правда, на спасательных шлюпках всегда имеется запас пресной воды. Но в жарком климате вода не может сохраняться подолгу в деревянных бочонках и <зацветает>, приобретая неприятный запах и вкус. Ее часто приходится заменять свежей. Это хлопотно, да к тому же на кораблях, подолгу плавающих в тропиках, запас питьевой воды и без того всегда ограничен.

В последние десятилетия на смену флягам и анкеркам пришли <водяные консервы>. Воду после специальной обработки заключали в запаянные жестяные банки по 300 - 500 мл. Там она могла сохраняться многие месяцы. Но много ли банок можно уложить на маленький спасательный плот?

И снова взоры моряков и ученых обратились к морской воде. Если ее нельзя пить такой, какая она есть, то надо избавиться от того, что делает ее опасной, - от солей. Например, соорудить перегонный куб и гнать опресненную, дистиллированную воду, используя солнечное тепло. Стоило родиться идее, и как грибы после дождя появилось целое семейство разнообразных <перегонных устройств> для терпящих бедствие в океане.

Уже во время второй мировой войны стали выпускаться дистилляторы в виде цилиндров, выстланных изнутри слоем черной губки, которую пропитывали морской водой. Вода нагревалась солнцем, и охлажденный пар стекал в водосборник. Такие устройства давали до 0,7 л воды в сутки.

Один из наиболее распространенных дистилляторов сконструирован в виде шара из прозрачного пластика. Внутри его находится второй шар несколько меньших размеров, сделанный из черного материала. Дистиллятор надо заполнить морской водой, надуть воздухом и, привязав к лодке пустить гулять по волнам. Солнце нагревает воду, пар проходит по системе трубок и, оседая на стенках, каплями пресной воды сбегает в пластиковый резервуар (рис. 129).

Рис. 129. Солнечный дистиллятор. 1. Резервуар для заливания морской воды. 2. Внутренняя оболочка испарителя (из черной ткани). 3. Прозрачная пластиковая оболочка. 4. Соединительный зажим. 5. оединительный шнур. 6. Трубка для заполнения балласта. 7. Сифон для пресной воды. 8. Тканевый дренаж для соленой воды. 9. Балластная трубка. 10. Трубка для надувания опреснителя и соединения его с контейнером. 11. Контейнер для сбора пресной воды. 12. Шипы, разъединяющие оболочки.

Однако прибор этот страдает одним весьма существенным недостатком: в пасмурный день и в ночное время он бездействует.

Остроумный выход из положения нашли конструкторы английской фирмы <Дэн-лоп>. Их дистиллятор, выполненный в виде сферы из прозрачного материала, имеет в нижней части специальную чашу, обрамленную тепловым экраном из черной пленки. Когда дистиллятор опускают за борт, между верхней его частью, обдуваемой воздухом, и нижней, находящейся в воде, создается разность температур. Вода в чаше начинает испаряться и, конденсируясь на внутренней поверхности верхней полусферы, стекает в водосборник, из которого ее можно отсасывать через специальную трубку. Новый дистиллятор действует в любую погоду, днем и ночью и дает до 1,5 л воды в сутки.

Химики предложили опреснять морскую воду с помощью препаратов, которые вступали в химическую реакцию с растворенными в ней солями, образуя нерастворимые соединения. Для этой цели широко используются природные минеральные вещества - цеолиты. Они обладают способностью связывать положительно заряженные молекулы солей натрия, калия, кальция, магния, выпадая в нерастворимый осадок. Чтобы избавиться от молекул хлора, к цеолитам, добавляют препараты серебра.

Для получения пресной воды резиновый мешочек заполняют морской водой и, добавив измельченный препарат, встряхивают минут 10-15.

Еще более высокую способность к ионному обмену имеют искусственные высокомолекулярные соединения - ионообменные смолы.

Химическими опреснителями ныне снабжены индивидуальные и коллективные аварийные укладки для летчиков и моряков во всем мире. С помощью одного такого комплекта ХО-2 можно, например, опреснить до 3,5 л морской или 1,5 океанской воды.

Однако ни солнечные дистилляторы, ни химические опреснители не могут кардинально решить проблему водообеспечения терпящих бедствие в океане. Поэтому усилия специалистов разных стран направлены на создание высокоэффективных устройств многоразового действия, которые могли бы снабдить людей необходимым количеством пресной воды в течение всего времени автономного плавания на спасательных плавсредствах. Одним из наиболее перспективных путей является создание так называемых селективных мембран, позволяющих задерживать при фильтрации соленой воды молекулы растворенных в ней солей. Такого рода мембраны в 80-х годах были изготовлены в университете английского города Уорвика из натриевоборосиликатного стекла с порами диаметром до двух миллионных частей миллиметра. С 1 кв. м такого стекла удавалось получать до 3,5 куб. м пресной воды за сутки (<Стекло фильтрует воду>).

Как же должен себя вести экипаж, оказавшийся на спасательной лодке или плоту в тропической зоне океана?

Не пить первые сутки после аварии, экономить пресную воду, помня, что 500 - 600 мл воды в сутки - рацион, которого хватит на 5 - 6 дней без особых последствий для организма. Находясь на открытой шлюпке, необходимо сделать самую примитивную теневую защиту от солнечных лучей. Смачивать в жаркое время суток одежду забортной водой, помогая организму сохранить внутренние резервы жидкости, но не забывать высушить ее до захода солнца. Ограничить до минимума физическую работу в жаркие дневные часы. Никогда, ни при каких обстоятельствах не пить морскую воду.

Поскольку прямые и отраженные солнечные лучи легко поражают чувствительные участки кожи вокруг губ, ноздрей, век, вызывая болезненные ожоги, все эти уязвимые места необходимо в дневное время смазывать солнцезащитным кремом или заклеивать липким пластырем. В яркие солнечные дни надежно защитят глаза от раздражения очки-светофильтры.

В апреле 1912 г. гигантский лайнер <Титаник>, следовавший из Ливерпуля в Нью-Йорк, столкнулся в Атлантическом океане с айсбергом и затонул. Прошло всего 1 час 50 минут, как спасательные суда, приняв сигнал бедствия, уже прибыли на место катастрофы. Они подняли на борт людей, находившихся на шлюпках. Но ни одного из 1489 пассажиров, оказавшихся в воде, спасти не удалось.

Из 720 погибших во время авиационных катастроф американских рейсовых самолетов за 10 лет (с 1954 по 1964 г.) 71 человек стал жертвой холодной воды.

Во время второй мировой войны 42% немецких летчиков, сбитых над арктическим водным бассейном, погибало от переохлаждения за 25 - 30 минут.

Известно, что организм человека, находящегося в воде, охлаждается, если ее температура ниже 33,3°. Однако даже наиболее теплые поверхностные воды Мирового океана в тропической зоне имеют температуру 29 - 30°. При этой температуре, по данным медицинского исследовательского института ВМФ в США, теплопотери обнаженного человека не являются ограничивающим фактором только в течение первых 24 часов. Вместе с тем более 77% поверхностных вод Атлантического океана, 62% - Индийского и 59% - Тихого имеют температуру ниже 25°. Следовательно, в подавляющем большинстве случаев время безопасного пребывания людей, оказавшихся в воде в результате тех или иных коллизий, будет ограничено скоростью охлаждения организма. Поскольку теплопроводность воды почти в 27 раз больше, чем воздуха, процесс охлаждения идет довольно интенсивно. Например, при температуре воды 22° человек за 4 минуты теряет около 100 калорий, т.е. столько же, сколько на воздухе при той же температуре за час. В результате организм непрерывно теряет тепло, и температура тела, постепенно снижаясь, рано или поздно достигнет критического предела, при котором невозможно дальнейшее существование.

Конечно, скорость этого процесса зависит не только от температуры воды. Важное значение будет иметь физическое состояние человека и его индивидуальная устойчивость к низким температурам, теплозащитные свойства одежды на нем, толщина подкожно-жирового слоя. Последнему фактору некоторые физиологи придают большое значение.

Так, путем экспериментальных исследований было установлено, что теплопроводность участка свежевырезанной поверхности ткани человека с жировой прослойкой 1 см составляет 14,4 ккал/кв. м/час/°С, теплопроводность участка, лишенного подкожно-жировой клетчатки, - 39,6 ккал/кв. м/ час/0С. Ученым удалось выявить линейную зависимость между скоростью охлаждения и толщиной подкожно-жировой клетчатки у человека.

Важная роль в активном снижении тепло-потерь организма принадлежит сосудосуживающему аппарату, обеспечивающему уменьшение просвета капилляров, проходящих в коже и подкожной клетчатке (Beck-man,Reevs, 1966).

Достаточно кратковременного пребывания в воде с низкой температурой, чтобы наступили отчетливые нарушения в деятельности организма. Так, у 124 испытуемых, помещенных в ледяную воду, через 240 секунд скорость восприятия снизилась с 4,3 + 0,1 до 2,9 +0,1 бит*. Скорость письма замедлилась с 51,3 + 1,3 до 221,9 + 18 секунд. При этом существенно изменился почерк, увеличилось число пропусков и повторений слов, удлинились разрывы между буквами (Чусов, 1977).

Уже при температуре воды 24° время безопасного пребывания измеряется всего 7- 9 часами, при 5 - 15° оно уменьшается вдвое. Температура 2 - 3° оказывается смертельной через 10 - 15 минут, а при минус 2° - не более 5 - 8 минут. Конечно, эти сроки не абсолютны и могут варьировать в ту или иную стороны. По данным Р. Мак-Кенса, во время морских катастроф, происшедших в районах с низкой температурой воды (минус 1,1-плюс 9°) , гибель матросов и пассажиров наступала в течение 5-2 0 минут. П. Вай-тингем, Е. Ферруджиа и другие считают, что при температурах 0 - 10° время безопасного пребывания ограничивается 20 - 40 минутами. Однако при отсутствии необходимой медицинской помощи жертвы кораблекрушений, добравшиеся до шлюпок, в 17% случаев погибают в последующие 8 - 12 часов от расстройств дыхания и кровообращения.

Основной причиной смерти людей в холодной воде является переохлаждение, так как тепла, вырабатываемого организмом, недостаточно, чтобы возместить теплопо-тери.

Однако смерть настигает человека, оказавшегося в холодной воде, иногда гораздо раньше, чем наступило переохлаждение. Причиной ее может быть своеобразный <хо-лодовый шок>, развивающийся иногда в первые 5 - 15 минут после погружения в воду, или нарушение функции дыхания, вызванное мас-сирным раздражением Холодовых рецепторов кожи. Крайне осложняет спасение человека в холодной воде быстрая потеря тактильной чувствительности. Находясь рядом со спасательной лодкой, терпящий бедствие иногда не может самостоятельно забраться в нее, так как температура кожи пальцев падает до температуры окружающей воды.

И в то же время можно привести примеры поразительной устойчивости человека к холодной воде.

1 марта 1895 г. Фритьоф Нансен и Фридрих Иогансен, покинув дрейфующий во льдах <Фрам>, отправились на лыжах к Северному полюсу. Встреченные на 80° с. ш. непроходимыми льдами, они повернули обратно. Перезимовав на одном из островов Земли Франца-Иосифа, путешественники двинулись на юг. После многодневнего пути по дрейфующим льдам они добрались до края ледяного поля. Между ними и ближайшей сушей лежали десятки миль чистой воды. Спустив на воду нарты-каяки, они только к вечеру пристали к льдине, чтобы поразмяться. Но не успели взобраться на торос, как вдруг Иогансен воскликнул: <Каяки уносит!> Путешественники бросились вниз, но каяки отплыли уже на несколько десятков метров и быстро удалялись.

Держи часы! - крикнул Нансен, сбрасывая с себя на бегу одежду, чтобы легче было плыть.

Вот как описывает Ф. Нансен дальнейшие события:

<Снять с себя все я, однако, не рискнул, боясь закоченеть. Я прыгнул в воду и поплыл. Ветер дул со льда и без труда уносил каяки с их высокими снастями. Они отошли уже далеко и с каждой минутой уплывали дальше. Вода была холодная, как лед, плыть в одежде было очень тяжело, а каяки все несло и несло ветром, куда быстрее, чем я мог плыть. Казалось более чем сомнительным, чтобы мне удалось их догнать. Но вместе с- каяками уплывали все наши надежды: все наше достояние было сложено в каяках, мы не взяли с собой даже ножа. Так не все ли равно: пойду я, окоченев, ко дну или же вернусь назад без каяков?

Я напрягал все силы, устав, повернулся и поплыл на спине... С каждой минутой, однако, руки и ноги коченели, теряли чувствительность. Я понимал, что скоро уже не в силах буду двигать ими. Но теперь было не так далеко. Только бы выдержать еще немного, и мы будем спасены... И я держался. Вот наконец я смог достать одну из лыж, лежавшую поперек кормы. Я ухватился за нее, подтянулся к краю каяка и подумал: <Мы спасены>.

Затем я попытался влезть в каяк, но закоченевшее тело не слушалось меня. Через несколько секунд удалось-таки закинуть одну ногу за край стоявших на палубе нарт и кое-как вскарабкаться наверх. И вот я на каяке. Тело окоченело до такой степени, что я почти не в силах был грести... Я дрожал и стучал зубами, готовый потерять сознание, но продолжал все же работать веслами, смутно понимая, что смогу согреться к тому времени, когда пристану ко льду>.

Иогансен сделал все, что мог, чтобы согреть товарища, и скоро горячий суп из кайры изгладил все следы происшествия, чуть было не ставшего роковым для героических норвежцев.

В литературе описано немало случаев длительного пребывания человека в холодной воде при температуре, близкой к нулю, без каких-либо серьезных последствий от переохлаждения.

В ноябре 1962 г. летчик И. Т. Куницын, катапультировавшийся после аварии самолета над Баренцевым морем, в течение 12 часов греб руками, добираясь до ближайшего островка на спасательной надувной лодке. Не обнаружив на нем никаких средств для поддержания жизни, он снова отправился в путь, продолжавшийся около 40 часов. Несмотря на низкую температуру воздуха и воды (4 - 6°) , мокрую одежду, у него на третьи сутки после спасения было установлено лишь умеренное общее охлаждение организма, ознобление и отморожение первой степени верхних и нижних конечностей.

Еще более поразительным является случай с летчиком Валентином Смагиным, который академик АМН СССР Г.Сидоренко отнес к <исключительным в медицинской практике. И исключительность эта, без сомнения, следствие необычайных волевых качеств офицера>.

Заполярная осень уже вступила в свои права. Экипаж, выполнив задание, возвращался на свой аэродром. Вдруг в наушниках коротко, как удар хлыста, прозвучал дважды повторенный приказ командира:

<Второму штурману покинуть самолет!> Часы показывали 21 час 40 минут, когда катапультное кресло вышвырнуло летчика из теплой уютной кабины самолета в промозглый мрак сентябрьской ночи. Отошло кресло. С шелестом раскрылся парашютный купол.

Смагин пристально всматривался вниз, пытаясь различить хоть единый огонек. И лишь когда до <земли> остались считанные метры, он понял: под ним - море. Это было Белое море - суровое, безжалостное.

Смагин погрузился в его студеные волны. От обжигающего холода захватило дыхание. Захлебываясь горько-соленой водой, он выплыл на поверхность, поддул спасательный жилет и, нащупав коченеющими руками замок подвесной системы, нажал фиксатор. Порыв ветра сорвал подвесную систему. Стало легче держаться на воде. Отдышавшись, он подтянул за фал спасательную лодку. Но взобраться в нее в намокшей, ставшей скользкой кожаной куртке оказалось непросто. Пришлось снять с себя надувной жилет, сбросить куртку, оставшись в легком комбинезоне. Лишь после этого удалось влезть в маленькую резиновую лодочку. Сильный порывистый ветер гнал ее по бурному морю к еще невидимому во мраке берегу. Крутые волны то и дело переворачивали лодку, и ему каждый раз приходилось взбираться в нее. Два, пять, десять. Смагин уже потерял счет этим ледяным купаниям. Он уже почти не чувствовал холода. Но решил: не сдаваться, бороться за жизнь, пока есть хоть капля сил, и без перерыва греб и греб онемевшими от холода руками. Неожиданно огромная волна опрокинула лодку и унесла в темноту. Казалось, теперь - конец. Но вдруг ноги зацепили дно. Значит, берег где-то совсем близко (впоследствии определили, что до него оставалось еще 200 м) .

Он продвигался вперед, то стараясь плыть, то отталкиваясь от дна ногами. Перед глазами вспыхивали белые круги, он почти терял сознание, но, собрав в комок всю волю, приказывал себе: вперед!

Неподалеку приветливо светился желтый глаз рыбацкой избушки. Он дополз до порога и упал без памяти.

Супруги Гундаревы сделали все возможное, чтобы спасти героя-летчика. Почти семь часов находился Смагин в воде, температура которой была всего шесть градусов выше нуля, а воздуха - плюс пять. Семь часов борьбы со стихиями! Каким беспримерным мужеством должен обладать человек, чтобы выдержать это страшное испытание холодом и ежеминутным ожиданием гибели!

Какие же могучие резервы таит в себе организм, если вызвать их к жизни несгибаемой человеческой волей!

Как себя вести, оказавшись в холодной воде: стараться сохранить неподвижность или согреваться активными плавательными движениями? Основываясь на экспериментальных данных, некоторые ученые рекомендуют активную физическую деятельность, считая, что этим можно в течение определенного времени компенсировать теплопотери за счет увеличения теплопродукции. Другие полагают, что поддержание теплового баланса таким способом можно рекомендовать только людям, одетым в специальное защитное снаряжение - скафандры, спасательные гидрокостюмы и тому подобное. При этом уровень физической активности должен создавать прирост теплопродукции примерно 190 ккал/час за счет мышечного напряжения. В ином случае происходит быстрое охлаждение периферических отделов организма, и в первую оче-редь конечностей. Теоретически такая физическая нагрузка может предотвратить падение температуры тела за счет увеличения теплопродукции. Однако исследования показали, что при активных плавательных движениях наряду с увеличением теплопродукции нарастают и теплопотери. В результате энергетические резервы организма окажутся израсходованными значительно быстрее. Особенно интенсивно этот процесс протекает у людей худощавых, со слаборазвитой подкожно-жировой клетчаткой.

Одна из причин быстрого понижения температуры тела - перемещение прилежащего к телу, подогретого им слоя воды и замена его новым, холодным. Кроме того, при движениях нарушается дополнительная изоляция, создаваемая водой, пропитавшей одежду. Вот почему активные плавательные движения рекомендуются лишь в тех случаях, когда расстояние до берега или до спасательного средства можно преодолеть минут за 20 - 40 без полного истощения тепловых резервов.

Людям, оказавшимся в результате морской или воздушной катастрофы в холодной купели, придется нелегко. И все же выполнение некоторых правил может несколько замедлить наступление гипотермии и этим способствовать увеличению сроков безопасного пребывания в воде с низкими температурами, а следовательно, повысить вероятность спасения. Находясь на плаву, следует голову держать как можно выше над водой, ибо известно, что более 50% всех теплопотерь организма, а по некоторым данным, даже 75% приходится на ее долю. Удерживать себя на поверхности воды, стараясь затрачивать на это минимум физических усилий. Активно плыть к берегу, плоту или шлюпке, если они находятся на расстоянии, преодоление которого потребует не более 40 минут. Добравшись до плавсредства, надо немедленно раздеться, выжать намокшую одежду и снова надеть. Для согревания использовать любые пригодные для этой цели вещи. Летчик, например, может воспользоваться тканью парашютного купола, предварительно отжав ее. По возможности дно надувной лодки или плотика застилают парашютной тканью или укладывают что-либо из снаряжения, чтобы лучше изолировать себя от охлаждающего действия воды. Время от времени рекомендуется разогреваться, выполняя физические упражнения или напрягая попеременно мышцы ног, живота, рук.

Для расчета времени безопасного пребывания человека в воде с различной температурой американские физиологи Г.Смит и Е. Хэмс составили номограмму (рис. 130), учитывающую массу человека, величину теплообразования, площадь тела, погруженного в воду, теплоизоляцию одежды и, наконец, температуру воды.

В примере, обозначенном на номограмме сплошной линией, человек (Кт-0,3 кло), находящийся в воде с температурой 4°, теряет 610 ккал/кв. м/час (Кк/а). При теплопродукции (М/А) 400 ккал /кв. м/час дефицит тепла (Ц/А) составит 210 ккал/кв. м/час. При массе (В) 80 кг и площади тела (А) 1,75 кв. м уменьшение теплосодержания организма (Д) должно составлять 365 ккал/кв. м/час, а температура тела будет снижаться на 6° за один час. Если считать предельно допустимой температурой температуру тела 31°, то время безопасного пребывания будет около часа.

Для прогнозирования физиологических реакций организма и теплового состояния человека в условиях холода французские ученые разработали оригинальную математическую модель. Экспериментальная проверка модели показала, что она хорошо учитывает взаимосвязь между температурой воздуха и воды, влажностью и скоростью движения воздуха, барометрическим давлением и морфологическими особенностями организма - толщиной жировой складки, ростом и весом.

Первая помощь людям, извлеченным из воды, направлена в первую очередь на быстрейшее восстановление температуры тела, активное согревание всеми имеющимися средствами.

Пострадавших следует растереть спиртом до покраснения кожи и тщательно укутать в любую имеющуюся под руками сухую одежду. Если есть возможность согреть хоть немного воды, резиновые фляги, заполненные ею, кладут на грудную клетку и живот.

Как указывалось выше, прием алкоголя внутрь нецелесообразен, поскольку он угнетает высшие отделы центральной нервной системы.

Если помощь оказывается медицинским персоналом поисково-спасательной команды, имеющим в своем распоряжении резиновые ванночки (в качестве ванночек можно использовать надувные спасательные лодки) и запас горячей воды, самым эффективным способом является быстрое отогревание охлажденных в горячей ванне с температурой 36 - 40°. Таким методом было спасено 70 из 73 человек, доставленных в клинику в состоянии тяжелого охлаждения. Отогревать пострадавшего начинают в воде с температурой 34-36° , постепенно повышая ее до 40°. Процедура прекращается после того, как температура тела поднялась до 34°.

Для ускорения согревания тела пострадавшего кожные покровы необходимо растирать мягкими мочалками. Одновременно проводится интенсивная медикаментозная терапия. Внутривенно вводятся: 60 - 80 мл 40%-ного раствора глюкозы для восполнения энергетических ресурсов организма; 10 мл 10%-ного раствора хлористого кальция и 1 - 2 мл 20%-ного раствора димедрола для предупреждения электролитных расстройств и десенсибилизации организма; 200 - 230 мл 5%-ного раствора бикарбоната натрия, витамины В1, В2 и другие для предупреждения нарушений и корреляции кислотно-щелочного равновесия (Инструкция по оказанию медицинской помощи..., 1982).

Во время автономного плавания на спасательной лодке или плоту нередко у людей в результате долгого пребывания в вынужденной позе, постоянного охлаждения появляются судороги мышц живота, нижних конечностей. Они болезненны, но безопасны и легко устраняются быстрым растиранием сведенных мышц, активными движениями пальцев, стоп.

Аварийные пищевые рационы, предназначенные для экипажей, совершающих полеты над акваториями, так же как и рационы, используемые моряками, должны не только компенсировать часть энерготрат, но и способствовать экономии жидкости в организме. По мнению гигиенистов и физиологов, в наибольшей степени этому требованию соответствуют рационы, состоящие из одних углеводов - сахара, леденцов, мармелада и т. п.

Например, американский физиолог М.Хо-кинс считает, что 100 г углеводов в сутки обеспечивают без каких-либо обменных нарушений экономию белков и воды в течение пяти суток.

По данным Всемирной организации здравоохранения, рацион из 100 г углеводов и 500 мл воды в сутки обеспечивает жизнедеятельность организма в условиях плавания на спасательной шлюпке в течение пяти суток.

Co времени второй мировой войны аварийные пищевые рационы для морской авиации создавались главным образом из продуктов, содержащих углеводы. На этом принципе был скомплектован аварийный паек для немецких летчиков, состоявший из шоколада, сухарей и таблеток декстрозы, а также голландский, включавший в себя 760 г концентрата кексовой муки в таблетках и 350 г таблетированной глюкозы. А например, в английский пятисуточный морской рацион входят 500 г карамели, 50 г конфет с 30%-ной добавкой жира, 500 г сгущенного молока и 500 г галет.

Интересные данные получили Л. Н. Кома-ревцев и другие, изучавшие влияние малокалорийного углеводного питания на организм человека в условиях четырехсу-точного автономного плавания на плотах ПСН-6.

Заключительное обследование показало, что, несмотря на существенную потерю массы тела (3,7-4,0 кг) , испытуемые, питавшиеся рационом из 150 г карамели и сахара (600 ккал/сутки) с добавкой витаминного комплекса при водопотреблении 0,5 л/сутки, сохраняли удовлетворительное самочувствие. У них отмечался также более нормализованный белковый обмен по сравнению с группой, получавшей концентраты, хлеб и масло (1700 ккал/сутки).

Однако данные, полученные отечественными и зарубежными исследователями, все же не дают четкого ответа на ряд вопросов, имеющих существенное значение для всесторонней сравнительной оценки углеводного и смешанного питания. В связи с этим в 1977 г. нами были проведены специальные эксперименты.

Две группы испытуемых находились в течение 7 суток на надувных плотах при t воздуха 15 - 26° и влажности воздуха 46 - 95%. I группа питалась смешанным рационом, II - состоящим из одних углеводов (карамели).

Быть моряком – это настоящий культ жизни, желание открывать и исследовать, покорять и достигать. Но кроме того, что практически каждый моряк, наполнен романтикой дальних странствий, ремесло моряка – сложный труд. В особенности это касается старые времена. Ныне практически все автоматизировано и любое морское дело, становится всего лишь профессией! Раньше ловили попутный ветер, боролись с яростным штормом, вели корабли по звездам и стремились исследовать мир, открыть новые земли, познать неизведанное. Сегодня корабли безопасный способ преодолевать расстояния, спутниковая связь обеспечивает верным курсом, а автопилот самостоятельно способен довести корабль к любым берегам.

И все-таки, даже в нашу современную эпоху, хватает безумцев! К немногим из них я отношу людей, что покоряют океаны на парусных яхтах. В этой статье я хочу поведать вам о том, как правильно ориентироваться в море, когда нет спутниковой связи, компаса и секстанта. Кто ведает, что может приключиться в нашей необычной жизни: корабли могут идти ко дну, шлюпку рыбака может отнести в шторм далеко от берега или вы просто захотите испытать свои знания, передать их детям и отдать память морским храбрецам, которые веками шли по морю за солнцем и звездами.

Самый надежный способ ориентирования в море, это несомненно звездное небо. На протяжении тысячелетий, моряки шли за звездами и открывали новые земли: от папуасов в Новой Гвинее до викингов с прибалтийского региона, будь то плот или быстрый драккар, ориентировались именно по звездам. В северном полушарии как правило ориентироваться следует на Полярную звезду, которая стоит над северным полюсом. Если провести линию через две самые яркие звезды созвездия Большой Медведицы, мы сможем увидеть так называемую Малую Медведицу. Полярная звезда является частью этого созвездия. Попробуйте ночью на звездном небе мысленно пробежаться по звездам. Найдите ковш большой медведицы, от двух самых ярких звезд проведите линию и увидите ковш маленькой медведицы, здесь и будет Полярная звезда. Она всегда там! Если у вас нет навигационных таблиц и секстанта, то получить точные координаты вам не удастся, но несмотря на это, вы сможете получить приблизительные данные о широте, в которой находитесь, путем измерения угла, под которым находится Полярная звезда относительно горизонта. Нужно очень внимательно проводить линии. Невнимательность, даже с ошибкой в 10 градусов, может стать причиной отклонения курса на 600 морских миль (свыше 1 000 км). Жители Южного полушария, ориентируются в море по созвездию Южный Крест. Здесь есть четыре крайне яркие звезды, которые образуют своеобразный крест в небе, правда наклонившийся в сторону. Если провести мысленно ось между двумя самыми отдаленными звездами друг от друга и на пятикратную длину продолжить линию этой оси, то там, где заканчивается мысленная линия и будет юг. Имея представление о том, где находится юг или север, мы можем представить компас и определить стороны запада, востока, севера и юга.

Единицы современных моряков умеют ориентироваться в море по звездам и солнцу. Мы живем в безопасном мире, в зоне комфорта и удобств. Но все-таки, владеть правильной информацией и познавать этот мир, куда интереснее и правильнее, чем попусту изживать свой век. Однажды оказавшись на спасательном плоту в открытом море с группой людей, каждый из нас, был бы рад, если бы на плоту оказался тот, кто может постоять за себя, вывести плот к земле. Так почему бы не быть готовым к этому? Станьте тем, кто знает, что делает.

Теперь требовалось точно определить время дня. Фесс поднял астролябию над лицом, направил на солнце, и до тех пор поворачивал подвижный бегунок, пока в щели визира не показалась тень... Обычное дело, мореходы, купцы, астрологи проделывали это регулярно.
Ник Перумов «Одиночество мага»

Истории о дерзких морских путешествиях с давних пор поражали воображение людей. Мало кто из авторов приключенческих романов обошёл стороной романтику волн и скрипящей мачты - вспомним хотя бы «Морского волка» Джека Лондона. Но то, что нам кажется приключениями, для штурмана тяжёлая работа, ведь одна ошибка в расчётах координат и курса может стоить всей команде жизни.

Небесные маяки

В древности мореплаватель, удалившийся от берега, мог ориентироваться только по Солнцу и звёздам. Но Солнце почти нигде и почти никогда не восходит строго на востоке, так что этот способ не годился для дальних плаваний, пока не были составлены подробные таблицы для всех широт и дней года. Гораздо надёжнее Полярная звезда: она лежит практически на линии оси вращения Земли и потому всегда показывает направление на север. В южном полушарии мореплаватели ориентировались по созвездию Южный Крест. К началу новой эры появился каталог с положениями 850 звёзд, составленный древнегреческим ученым Гиппархом, который известен также тем, что ввёл понятия долготы и широты и рассчитал первые таблицы движения Солнца и Луны. Однако трудно полагаться на небесные светила, когда небо может неделями быть затянуто облаками.

Волшебный металл

Покорить океаны позволили европейцам не столько манёвренные каравеллы, сколько компас, остающийся в истории мореплавания самым значимым изобретением. Само слово произошло от итальянского compasso, что означает «спутник». Компас стал неотъемлемым спутником мореплавателей.

Магнитный железняк был известен ещё древним грекам, задолго до начала нашей эры. Его находили вблизи города Магнезия, от которого магнит и получил название. Однако сделать магнитную стрелку первыми догадались китайцы. От них же пошло деление окружности на градусы. Изначально они делили горизонт на 365 делений по числу дней в году, а позже европейцы округлили число делений до 360.

В Европу компас попал, видимо, через арабских торговцев, плававших в Китай. В качестве стрелки сначала стали использовать намагниченную швейную иголку: её втыкали в кусочек пробки, который опускали в воду. Но вскоре европейцы начали делать сухие компасы, где стрелка свободно вращалась, опираясь на вертикальный стержень. Китайцы же ещё пять столетий, до 17-го века, продолжали использовать «отсталые» водяные компасы.

У тебя кардан гнутый

Важнейшее усовершенствование компаса сделал Джероламо Кардано, фамилия которого хорошо известна каждому автослесарю. Его именем назван не только карданный вал, используемый в заднеприводных автомобилях, но и карданов подвес - система колец, которая обеспечивает горизонтальное положение предмета, закреплённого в центре, даже в сильнейшую качку. На создание этого устройства изобретателя подвигло желание сделать королевское кресло в карете устойчивым и комфортным. Применение же оно нашло в мореплавании - для стабилизации компаса, а с 18-го века - и пружинного хронометра.

А всё-таки она отклоняется

Все лаги со времён Рима и до середины 20-го века имели один существенный недостаток: они мерили скорость судна относительно воды и не учитывали сноса судна от ветра или течения. Ситуацию изменило создание гидроакустического лага, или гидролокатора, в 1970-е годы. Устройство определяет скорость судна относительно морского дна, излучая импульсы определённой частоты и принимая отражённый сигнал. По сдвигу частоты на основе эффекта Допплера автоматически вычисляется скорость судна. К сожалению, и этот способ далёк от совершенства: на глубинах более 300 метров работа гидролокатора становится неустойчивой, поскольку сигналы отражаются не только ото дна, но и от границы между слоями воды с разной температурой и плотностью, что создает помехи.

Христофор Колумб во время своего знаменитого плавания 1492 года открыл явления магнитного склонения. Он обнаружил, что стрелка компаса иногда указывает не на Полярную звезду, а отклоняется на несколько градусов к западу или к востоку. Наблюдения последующих столетий показали, что склонение меняется и от места к месту, и в одной и той же точке с течением времени. Особенно сильно это проявляется в полярных широтах, ведь магнитные полюса не совпадают с географическими и находятся в постоянном движении. Так, за 100 лет магнитное склонение в районе Лондона изменилось на 35 градусов: с 11 восточного до 24 западного. Ученые до сих пор не могут с полной уверенностью объяснить, почему магнитное поле земли неравномерно и изменчиво. Большинство из них склоняется к гипотезе о том, что это связано с течениями магмы в недрах Земли.

Со временем появились карты, по которым можно было довольно точно определить склонение в той или иной точке, но никакие карты не могли решить другую проблему: уже Джон Кабот, современник Колумба, заметил, что стрелка компаса «врёт», если вблизи есть железные предметы. В 19-м веке, когда появились линейные корабли с корпусами из стали, это свойство из проблемы превратилось в бедствие. На таких кораблях стрелка отклонялась от направления север-юг то так, то эдак. Обычный компас в подобных условиях был бесполезной побрякушкой. Способ борьбы с явлением, названным девиацией, нашли довольно быстро: чтобы погасить девиацию, нужно поместить вокруг компаса так называемые «компенсационные магниты», представляющие собой массивные куски железа, например, чугунные чушки или ящики с гвоздями. Принцип борьбы с девиацией магнитного компаса не изменился до наших дней, зато появился принципиально иной тип компаса, который сделал ненужными борьбу с девиацией и постоянные поправки на склонение.

Новое устройство получило название гирокомпаса, и основано оно на свойстве гироскопа - массивного вращающегося тела - сохранять направление своей оси, несмотря на внешние воздействия. Чтобы представить в общих чертах, что такое гироскоп, вспомните юлу, с которой вы играли в детстве. Гирокомпас - устройство более сложное, чем просто гироскоп. Его работа завязана на вращение Земли, и он всегда указывает на географический полюс планеты. Корабельные гирокомпасы 20-го века - массивные устройства: один только ротор в них может весить 25 кг. Атомные крейсеры и подводные лодки второй половины века стали снабжаться ещё более сложным оборудованием - так называемыми инерциальными системами, которые вычисляют направление и скорость судна, исходя из постоянно меняющихся ускорений, и отличаются высокой точностью.

Узелок завяжется...

Древние римляне были ушлыми ребятами, когда дело касалось всякого рода изобретений. К примеру, они опускали за борт колесо, соединённое с механизмом, который при каждом полном обороте отстреливал камушек в счётную кружку, а время замеряли по водным часам (кстати, именно от использования водных часов пошло выражение «время истекло»). Какой скорости (в римских милях) соответствует то или иное число камушков, определяли, что называется, эмпирически, то есть из опыта - по наблюдениям с берега.

Пала Римская империя, а тёмная Европа не смогла сохранить знание. И главным инструментом штурмана на несколько столетий стал его острый глаз. Наконец, в 17-м веке появилось устройство, названное ручным лагом. Он состоял из свободно вращающейся катушки, намотанного на неё троса (лаглиня) с узлами на равных расстояниях и деревянной дощечкой на конце, которая получила название сектор, поскольку представляла собой как бы четвертинку круга. Благодаря такой форме дощечка с грузилом, погружаясь, принимала вертикальное положение. Получался отличный поплавок, который, упав в воду, оставался стоять на месте, в то время как корабль двигался. Чем быстрее двигался корабль, тем больше верёвки успевало смотаться с катушки за полминуты. Узлы на верёвке были навязаны через каждые 50 футов, что равнялось 1/120 мили, времени всегда засекалось 30 секунд, то есть 1/120 часа. Посчитав, сколько узлов сошло с катушки, нетрудно определить скорость. Отсюда и пошла используемая доныне мера скорости «узел», равная одной морской миле в час.

Боремся с лагами

О возможности мерить скорость судна, используя вертушку, писал ещё Леонардо да Винчи, но первые такие устройства стали появляться только в начале 18-го века. По-настоящему широкое распространение получил только гакабортный лаг, изобретённый англичанином Томасом Уокером в 1878 году. Этот лаг устанавливался на гакаборте судна (верхней части кормы), за борт на всю длину спускался трос с вертушкой на конце, вертушка начинала вращаться от движения, трос передавал вращение на счётчик оборотов, и для снятия показаний не нужно было вытаскивать лаг из воды. Гакабортный лаг показывал число пройденных миль с точностью до 1/6 и пищал через каждый такой промежуток, чтобы по сигналам можно было отмечать время на часах и рассчитывать скорость.

В 1936 году появился гидравлический лаг - Г-образная труба, опущенная за борт отверстием навстречу потоку воды. Чем быстрее двигалось судно, тем больше было давление воды в трубе, а по давлению автоматически определялись скорость и пройденное расстояние.

Семь футов под килем

Устройство для измерения глубины - лот - самое древнее навигационное средство. О нем упоминает ещё Геродот. Немудреный механизм, состоявший из груза, привязанного к верёвке, - лотлиню - позволял определять глубину под днищем, чтобы обходить мели, а по грунту, прилипшему к грузу, судить о положении судна (например, илистый грунт - свидетельство близости реки).

Вплоть до Нового времени при плавании в неглубоких морях ручной лот служил часто единственным навигационным средством. На карте Фра Мауро 1458 года есть запись о Северном и Балтийском морях: «На этих морях плавают без карты и компаса, а при помощи лота».

Несколько футов чистой воды под килем считались вполне достаточной гарантией безопасности. Пожелание «семи футов под килем» (чуть больше двух метров), зародившееся, видимо, в начале 16-го века, во времена Магеллана, стало добрым напутствием каждому моряку.

Обычные лоты становились бесполезны на скоростях больше пяти узлов, поскольку матросу-лотовому не удавалось засечь момент, когда лотлинь принимал вертикальное положение. И, разумеется, обычные лоты не годились для измерения океанических глубин, и дело не только в том, что верёвки не напасешься, но и в повышенном давлении в толще воды и подводных течениях - не удается заметить момент, когда гиря касается дна.

Попытки решить вторую проблему стали более или менее успешными в 19-м веке, когда появились лот с потерянным грузом (при касании дна основной груз отцеплялся, что мог почувствовать лотовой) и спусковой станок с автоматическим стопором, который реагировал на такое изменение в натяжении лотлиня, какое не смог бы ощутить человек.

Но кардинально проблема была решена только в 1920-е, когда стали применять лоты, работающие по принципу эхолокации. Эхолоты посылают ультразвуковые волны вертикально вниз и отсчитывают время до получения отражённого сигнала. Скорость распространения акустических волн в определённой среде известна, так что автоматически рассчитать глубину несложно.

Что говорят звёзды

Румбы на компасной картушке. Итальянец Флавий Джой сделал отсчёт показаний компаса намного удобнее, создав компасную картушку (деления, нанесённые на диске компаса). С тех пор направление стали отсчитывать румбами. Итальянцы ввели деление окружности на 32 румба. Слово пошло от греческого rhombos, означавшего три различных понятия: юла, круговое движение и геометрическую фигуру ромб. В то время Голландия была передовой морской державой, она раньше других поставила на широкую ногу использование румбовой системы, и долгое время румбы назывались голландскими словами Ost (восток), Sud (юг), West (запад) и Nord (север). Так, румб NNO читался как норд-норд-ост и означал северо-северо-восток. В конце 20-го века буква O в обозначениях румбов была заменена на E (английское east).

Стрелка компаса отклоняется то туда, то сюда, а лаг ничего не говорит о движении самой воды. В результате через несколько дней плавания корабль будет уже совсем не там, куда должен прибыть по расчётам, а это может стоить команде жизни.

Уточнять координаты, когда виден берег с известными ориентирами, несложно, и этот способ применяли с древних времён: с помощью угломерного устройства берется пеленг на два-три объекта. Пеленг - это то же, что азимут, то есть угол между направлением на север и на объект. По двум пеленгам вычисляется угол между объектами. Зная расстояние между объектами на берегу, можно вычислить, где находится корабль.

Тяжелее приходится в открытом море. Здесь приходится мерить углы между горизонтом и Солнцем или между звёздами.

Первым навигационным инструментом для этих целей, который нашёл широкое применение в мореходстве, стала астролябия. Она была известна ещё в античности, европейцы же узнали о ней в позднее средневековье от арабов, которые оказались бережными хранителями античных познаний. Навигационная астролябия отличалась о той, которую использовали звездочёты, более простым устройством: к ней не прилагалось дисков со звёздными картами. Она представляла собой диск с кольцом для подвешивания, с градусными делениями по окружности и с осью в центре, на которую была надета алидада - что-то вроде прицела: рейка, на концах которой торчат планки с прорезями. Если приложить глаз к одному концу алидады, а другой повернуть так, чтобы в прорезях стало видно какое-нибудь светило, то остается замерить угол между алидадой и горизонтальной поверхностью, чтобы узнать, как высоко светило висит над горизонтом. Именно для измерения угла и предназначен диск астролябии: когда один человек наводил «прицел» на светило, другой засекал угол по меткам на диске. Астролябию подвешивали, чтобы она под действием силы тяжести не меняла своего наклона даже во время качки. Точность измерений была тем больше, чем больше была окружность и, соответственно, градусные деления. Поэтому диски астролябий тяжёлые и большие.

У астролябии было два недостатка. Во-первых, её точность была недостаточна: ошибка при определении широты могла составлять несколько градусов, а один градус широты - это более 100 километров. Во-вторых, наблюдателю приходилось смотреть непосредственно на небесные светила, что в случае с Солнцем весьма болезненно.

Свет мой, зеркальце, скажи...

Обе проблемы решило изобретение секстанта. Прибор был назван так потому, что его шкала составляла 60 градусов - шестую часть окружности. Секстант позволяет наблюдать не само светило, а его отражение. Он снабжён комплектом затемнённых стёклышек, которые можно выставить перед зеркальцем, чтобы уменьшить яркость. Это само по себе увеличивает точность, ведь наблюдатель может смотреть на затемнённое отражение сколько угодно, а потому выставить прицел ровно по самому краю Солнца несложно. Точности добавляет специальный винт, вращением которого можно сдвигать шкалу прибора на мизерные расстояния, чего не сделаешь голыми руками. В результате точность измерений составляет 10 секунд, то есть 1/360 часть градуса. Но главное новшество, благодаря которому секстант востребован до сих пор, это принцип совмещения отражений. Искомый угол на шкале достигается, когда наблюдатель видит в окуляр, как линия горизонта перед ним оказывается на одном уровне с краешком солнца, отражённого через два зеркальца. Одно из зеркал неподвижно и находится прямо перед объективом наблюдательной трубы, а второе меняет свой угол, когда наблюдатель двигает градусную шкалу. В какой-то момент угол становится таким, что отражение светила с подвижного зеркальца попадает на неподвижное, и тогда «цель захвачена».

С точностью до секунды

Надо сказать, что у изобретателей в 17-19 веках был огромный стимул придумывать точные навигационные приборы. Морские державы страдали от неточности измерений. Например, испанским галеонам, гружёным золотом, не всегда удавалось встретиться с вооружённым конвоем, посланным навстречу, и их часто грабили пираты. Поэтому правители Голландии, Испании, Франции, Англии учреждали баснословные премии за изобретение точных приборов. Так, в 1714 году английская королева Анна установила премию в 20 тысяч фунтов (несколько миллионов евро по современным меркам) тому, кто найдёт способ определять долготу с точностью до полградуса. Единственным, кто получил её в полном объёме, правда, не всю сразу, стал простой часовой мастер Джон Гаррисон.

Он собрал пружинный хронометр, который, в отличие от маятниковых часов, сбивавшихся при качке, «уходил» за несколько месяцев всего на пару минут. С хронометром можно было даже в многолетнем кругосветном путешествии всегда знать время по Гринвичу (нулевому меридиану, установленному по городу Гринвич вблизи Лондона). Теперь, чтобы вычислить долготу, нужно было по секстанту определить, когда солнце в наивысшей точке, а по хронометру засечь этот момент. А дальше - примитивная арифметика. Ведь Земля делает полный оборот вокруг оси за 24 часа, а значит, 15 градусов за один час. И если, например, в Гринвиче только два часа ночи, а у нас в открытом океане, по солнцу, уже полдень, значит, у нас он на десять часов раньше, чем в Гринвиче, то есть мы на 150 градусах восточной долготы - где-то в Тихом океане, болтаемся между Камчаткой и Соломоновыми островами.

Глобальность во всём

Мореплавание начиналось с путешествий вблизи берега, не требовавших особого арсенала навигационных приборов. А вот знание признаков местности в таких походах очень ценилось. Сохранился документ 4 века н. э., где сообщается о небывалом мастерстве индийского лоцмана Супараги: «Он различал районы океана по цвету воды и характеру дна, по рыбам и птицам, по горам на берегу и другим признакам...» Понятно, что не все были такими наблюдательными, как Супарага, и в помощь мореплавателям уже в древние века сооружались маяки. Некоторые из них были просто-таки громадными. Александрийский маяк на острове Фарос, построенный в 290 г. до н.э., - одно из семи чудес древнего мира. Он, возможно, достигал высоты 160 метров, что примерно соответствует высоте здания Министерства иностранных дел в Москве.

К концу второго тысячелетия мир изменился до неузнаваемости, в том числе для навигаторов. В первую очередь благодарить за это надо военных. Точное наведение ядерных баллистических ракет - дело серьёзное, поэтому сверхдержавы в разгар холодной войны решили создать систему, которая давала бы точные координаты любого приёмника на поверхности планеты независимо от времени дня и даже в случае уничтожения наземных радиомаяков. Для достижения этой цели необходимо было иметь около двух десятков спутников на орбите с приёмником-передатчиком и сверхточными атомными часами, мощные компьютерные центры на Земле для выполнения огромных вычислений в реальном времени и, собственно, приёмник у вас на ладони, которому нужен контакт хотя бы с четырьмя спутниками одновременно. Всё это вместе получило название Система глобального позиционирования (GPS), а американская система NAVSTAR оказалась в девяностые годы единственной действующей, поскольку советская система ГЛОНАСС, почти завершённая, быстро пришла в негодность после распада СССР. В 2000-х восстановление ГЛОНАСС стало приоритетной задачей государства, и запуски новых спутников идут в ускоренном темпе.

Пока же автомобилисты, моряки и лётчики всего мира пользуются услугами американского созвездия спутников, и точность составляет для гражданских порядка 20 метров, а для американских военных, не обременённых преднамеренными ограничениями точности, около 3 метров. GPS позволяет моряку определять свои координаты и скорость с высокой точностью, а также видеть пройденный маршрут и прокладывать курс прямо на экране приёмника.

Первый инструмент для измерения угловой высоты Солнца появился ещё в древнем Египте. Называется он гномон и представляет собой колышек известной длины, строго вертикально воткнутый в землю. В разное время дня отмечалась длина тени, которую отбрасывал колышек, бралась самая короткая, и по двум сторонам треугольника - длине колышка и длине тени - по тригонометрическим формулам вычислялись углы треугольника, один из которых равнялся высоте Солнца над горизонтом. А высоты Солнца в полдень в известную дату достаточно, чтобы рассчитать широту. На море метод, к сожалению, неприменим из-за качки..

История мореплавания, а, стало быть, и пиратства, тесным образом связана с историей навигации и картографии. История мореплавания, а, стало быть, и пиратства самым тесным образом связана с историей навигации и картографии. Когда появились морские карты? Как люди в древности ориентировались в море? Ответить на эти вопросы не так просто, как может показаться вначале.

Конечно, плавание вдоль берегов не требует карт или каких-то специальных способов ориентации. Достаточно изучить береговую линию. Большинство древних мореплавателей так и поступало, это, кстати, значительно упрощало и снаряжение судна: не требовалось иметь значительного запаса провианта и пресной воды. А раз так, то, казалось бы, и приспособления для навигации должны были бы появиться совсем недавно. Но штука вся в том, что длительные плавания совершались уже тысячелетия назад, в то время, как первые сведения о каких-либо навигационных приборах относятся к довольно позднему времени.

Современная наука считает, что индейцы обеих американских континентов, также как и папуасы островов Океании, происходят от сибирских племен, мигрировавших через океан. Сибиряки оставили свой «след» в местах проживания майя, инков, ацтеков и других племен. Впрочем, есть и другие гипотезы на этот счет. Например, учеными не исключаются миграции финикийцев или других народов, населявших Средиземноморье, через Атлантический океан. Известным путешественником и ученым Туром Хейердалом было предпринято несколько успешных экспедиций на «Кон-Тики» и «Ра» с целью подтвердить это предположение.

Как бы то ни было, речь, безусловно, идет о плаваниях через океан, вдали от берегов, где единственным ориентиром могло быть звездное небо, солнце и луна. Сегодня считается, что первые мореплаватели пользовались антретным ориентированием (т. е. на глаз) по небесным светилам. Восток и запад определяли по восходу и заходу солнца, а север и юг - по положению Полярной звезды или звезд из созвездия Южный крест.

Часто древние мореплаватели брали с собой клетки с птицами . Если корабль терялся в море, то моряки периодически выпускали птицу (часто - черного ворона). Если птица возвращалась назад, значит суши поблизости нет, а если же она улетала в определенном направлении - то корабль следовал за ней, полностью доверяя пернатому: значит, птица летит на сушу. Такой прием был особенно популярен у скандинавов.

Карта Птолемея (II век н. э.) Благодаря опросу купцов и мореплавателей, а также чтению всех отчетов античных путешественников, ему удалось нарисовать карту мира в конической проекции, с параллелями и меридианами

Вероятно, это дало толчок к появлению портулан, хотя точное время зарождения этих карт я бы не рискнул назвать даже приблизительно. Что же такое портуланы?

Средиземноморские мореплаватели испытали необходимость иметь точные путеводители, которые помогли бы вести торговлю на очень больших расстояниях от родных портов. Из-за непостоянства ветров удаляться от берегов в Средиземном море можно было не всегда, так как капризная погода Средиземноморья делала эти путешествия весьма опасными. Даже в средневековье большинство передвижений в этом регионе по-прежнему совершалось в пределах видимости берегов.

Во времена критских, финикийских и египетских мореплавателей Средиземноморье бороздило множество кораблей, но из-за необходимости держаться берега, в год можно было успеть совершить только одно путешествие с востока на запад. С октября по март торговля практически прекращалась, а некоторые маршруты с севера на юг (Греция - Египет, Галлия - Северная Африка), при встречном ветре, занимали целые месяцы.

Таким образом, в античные времена и в раннем средневековье первые карты становились скорее путеводителями для перехода из порта в порт, нежели точным описанием берегов. Лоцманы были больше заинтересованы в точном знании рельефа побережья, наличия мелей, постоянства ветров, местоположения портовых городов, нежели в научном представлении о поверхности Земли. Не имея для управления кораблем компаса, не обладая никакими средствами для определения широты (особенно когда облака прикрывали небо), лоцману - будь он египетским, греческим, венецианским или каталонским, оставался единственный выход - нарисовать карту! Ему необходим был портулан (от итальянского «портолано», то есть «путеводитель по портам»). Иначе говоря, требовался путеводитель, объединяющий в себе сведения о берегах, портах, ветрах, глубинах и течениях, собранные профессионалами мореплавания со времен античности, сведения с помощью которых в средневековье осуществлялась торговля в средиземноморских портах.

Первые сведения о непосредственно морских картах Марина Тирского относят ко II веку до н. э., хотя, карты вообще существовали уже у древних полинезийцев в V веке до н. э. и представляли собой сплетенные из растений циновки с изображением островов и рифов.

Карты того периода мало отличались от весьма схематичных планов, и чем большие территории изображались, тем меньше была точность карт: ведь Земля-то круглая, и большие участки ее поверхности нельзя показать на плоскости без искажений!

Одно из решений этой проблемы было найдено еще две тысячи лет назад Эратоcфеном (276–196 г. до н. э.), который начал применять при создании карт квадратную равнопромежуточную цилиндрическую проекцию. Кстати говоря, именно Эрастофен, наблюдая за полуденной высотой солнца в Александрии и Асуане, определил радиус Земли (6366,7 км) с такой высокой точностью, что этому поражаются до сих пор! А в качестве измерительного инструмента «выступил» верблюд! Эрастофен определил расстояние между двумя точками методом подсчета среднего числа шагов, и, зная разницу в длине солнечной тени, провел несложные вычисления. Сейчас это элементарная задачка по геометрии о подобии двух треугольников, но в те времена это было чудом.

Чтобы лучше читать карту нужна лоция. Лоция (от голл. loodsen - вести корабль) - руководство для плавания в определенном водном бассейне с подробным описанием его навигационных особенностей. Древнейшая из сохранившихся лоций - грека Скилака (VI век до н. э.) которая подробно описывала расстояния между портами, их оборудовании, о якорных местах, навигационных опасностях…

Вообще, задолго до средневековых космографов человек совершал попытки изобразить Землю в форме глобуса. Такими были уже упомянутые Эратосфен и Марин Тирский, таким был и Птолемей: они дерзко рисовали карты, основываясь на своих собственных расчетах. Когда Палла Строцци привез в Константинополь полный экземпляр «Географии» Птолемея, то его перевод на латинский язык стал, как сказали бы сегодня, одним из «бестселлеров» зарождавшегося книгопечатания! Птолемей - греческий ученый из Александрии, живший примерно с 90 по 160 года нашей эры. Благодаря опросу купцов и мореплавателей, а также чтению всех отчетов античных путешественников, ему удалось нарисовать карту мира в конической проекции, с параллелями и меридианами, то есть сетку координат, исчисляемых в градусах, где широты измерялись от экватора, а долготы - от самой западной точки известного тогда мира. Частично ошибочная, очень неточная во многих своих местах, «География» тем не менее, являла собой ощутимый этап в математическом осмыслении мира.

Квадрант — примитивный инструмент для измерения высоты звезд и определения широты.

Как уже стало ясно, понятия географической широты и долготы для однозначного определения местоположения на поверхности Земли, впервые возникли в Древней Греции. Днем (в полдень) широту определяли по длине солнечной тени, ночью - по высоте определенных звезд над горизонтом. Сегодня пальма первенства в использовании широты и долготы присуждается Гиппарху из Никеи (ок. 190–125 гг. до н. э.), который предложил метод определения долготы разных точек по измерению местного времени при наблюдении лунного затмения. Кроме того, Гиппархом была изобретена астролябия (греч. astron - «звезда», и labe - «схватывание») - угломерный инструмент, служивший с древнейших времен до начала XVIII века для определения положения небесных светил. Раньше для тех же целей использовался квадрант.

В 1342 году математиком Леви Бен Гершоном впервые был описан прибор впоследствии названный «Палочка Леви». Называемая также «арбалет», она являлась простым, но хитроумным приспособлением, с помощью которого можно измерять относительную высоту солнца в зените по отношению к линии горизонта. Благодаря таблицам Закуто и Визиньо (1465 год), используемым одновременно, можно было определить с точностью до одного или двух градусов широты свое местоположение.

Палочка Леви — средневековый инструмент для определения широты местоположения.

Эволюция европейской картографии вплоть до XVI века отражает собой гигантский коллективный труд во имя того, чтобы составить представление о мире, почерпнув сведения из грубого эмпиризма портуланов. Так моряки мало-помалу получают возможность пользоваться всеми плодами научного познания Земли. На место описаний, даже достаточно точных, но всегда неполных, приходят карты, способные дать геометрически верное представление о нашей планете. Но для этого требовалось избавиться от предрассудков мифологизированного сознания, а заодно обзавестись некоторыми навигационными и топографическими инструментами.

Одним из первых навигационных «приборов» можно считать соларстейн (в переводе с древнескандинавского - «солнечный камень») . С его помощью можно было определить положение солнца в туманную погоду. Он несколько раз упоминается в текстах древних викингов. Предполагается, что речь идет о кристалле исландского полевого шпата (кордиерита), обладавшего магнитными свойствами.

Явление магнетизма было подмечено людьми еще в глубокой древности. История магнетизма богата наблюдениями и фактами, различными взглядами и представлениями.

Сегодня считается, что впервые свойства магнитного железняка описал Фалес Милетский в VI веке до н. э. Это были чисто теоретические выкладки, не подтвержденные опытами. Фалес дал маловразумительное объяснение свойствам магнита, приписывая ему «одушевленность». Через столетие после него Эмпедокл объяснял притяжение железа магнитом некими «истечениями» из него какой-то нематериальной субстанции. Позднее подобное же объяснение в более определенной форме было представлено в книге Лукреция «О природе вещей». Высказывания о магнитных явлениях имелись и в сочинениях Платона, где он описывал их в поэтической форме. Представления о существе магнитных действий были у ученых более позднего времени - Декарта, Гюйгенса и Эйлера, причем эти представления в некоторых отношениях не слишком отличались от представлений древних философов.

В морской навигации магнитные явления использовались со времени раннего средневековья. В конце XII века в трудах англичанина Некаме и француза Гио де Провенс впервые описана простейшая буссоль (фр. boussole)- устройство, позволяющее определять магнитный азимут в море. Хотя в Китае буссоль применялась для навигации еще до нашей эры. В Европе же она приобрела распространение лишь в XIII веке.

Первым экспериментатором, занявшимся магнитами, был Петр Перегрин из Марикура (XIII век). Он опытным путем установил существование магнитных полюсов, притяжение разноименных полюсов и отталкивание одноименных. Разрезая магнит, он обнаружил невозможность изолировать один полюс от другого. Он выточил сфероид из магнитного железняка и пытался экспериментально показать аналогию в магнитном отношении между этим сфероидом и землей. Этот опыт впоследствии (в 1600 году) еще более наглядно воспроизвел Гильберт.

Первые компасы, изобретенные независимо друг от друга в Азии и в Скандинавии около XI века, пришли на Средиземноморское побережье Европы в XII веке и представляли собой плавающую в наполненной водой раковине дощечку. К одному из ее концов был прикреплен кусочек каламита - камня, обладающего природными магнитными свойствами, привозимого из Магнезии в Греции, где он очень распространен. Такой компас хорошо действовал лишь при незначительной качке на корабле.

а). Один из первых компасов, представлявший собой плавающую в наполненной водой раковине дощечку. К одному из ее концов был прикреплен кусочек магнитного камня;
б). Обычная буссоль, состоящая из стальной магнитной стрелки, вращающейся на острие, расположенном в центре небольшой круглой или четырехугольной коробочки (по-итальянски - «боссола»), была наиболее распространена на борту первых каравелл.
в). Компас или сухая буссоль со стрелкой, усовершенствованная в Сагрской школе, изготавливался из картонного диска, на котором была нарисована роза ветров. Под северной точкой розы ветров закреплялась небольшая намагниченная стальная полоска. Это уже более точный инструмент, чтобы держать правильный курс.

Так были ли достоверными сведения, содержавшиеся в портуланах? Думаю, что это зависело от возлагаемых на них задач. Для решения «местных» прикладных задач - попадания из точки А в точку Б - они вполне подходили. Навигация по Средиземному морю была довольно неплохо изучена, поскольку постоянно поддерживалась крупными лоцманскими школами, такими как генуэзская, венецианская или лагушская. Для познания же всего мира портуланы совершенно не годились, больше путая исследователей, нежели помогая им.

Только с конца XIII века первые попытки океанского плавания, а также более широкое использование компаса выявили необходимость реального отображения на плоском листе бумаги рельефа берегов с указанием ветров и основных координат.

После XIV века портуланы часто сопровождаются приблизительными контурными рисунками средиземноморского побережья и атлантических берегов Западной Европы. Постепенно корабли, уходящие в океанские плавания, начинают включаться в работу по составлению более точных портуланов и рисунков.

Где-то к началу XV века появляются уже настоящие навигационные карты. Они представляют собой уже полный набор сведений для лоцмана: рельеф берегов, перечень расстояний, указания широты и долготы, ориентиры, названия портов и местных обитателей, указываются ветра, течения и морские глубины.

Карта, наследница математических знаний, полученных древними, все более точных сведений об астрономии и тысячелетнего опыта навигации из порта в порт, становится одним из главных плодов научной мысли первооткрывателей: отныне во время длительных плаваний требуется составлять отчеты, необходимые для полного отображения знаний о мире. И более того, появились первые судовые журналы! Конечно, морские путешествия описывались и ранее, но теперь это начинает носить регулярный характер. Первым ввел обязательный судовой журнал для капитанов своих каравелл инфант Генрих. Капитаны должны были ежедневно записывать сведения о берегах с указанием координат - дело чрезвычайно полезное для составления достоверных карт.

Несмотря на стремление уточнять и проверять, двигавшее наиболее знаменитыми картографами (Фра Мауро в 1457 году утверждал, что ему не удалось вместить в свою карту всех сведений, которые ему удалось собрать), фантазии, легенды, вымысел окружали любой картографический труд неким «фольклорным» ореолом: на большинстве карт, датированных до XVII века, мы видим, как на месте малоизвестных или недостаточно исследованных регионов возникают изображения различных чудовищ, почерпнутых из античной и раннехристианской мифологий.

Достаточно часто составитель, описывая обитателей отдаленных уголков, прибегал к домыслам. Районы, исследованные и попавшие под власть европейских королей, отмечались гербами и флагами. Однако великолепно разрисованные обширные розы ветров не могли принести пользы, если они неправильно ориентированы или размечены в ошибочных линиях «ромбов» (примитивная система ориентации, предшествовавшая системе меридианов и параллелей). Часто работа картографа становилась настоящим произведением искусства. При дворах королей разглядывали планисферы, словно полотна, за ними угадывались пустившиеся в дальние путешествия мореплаватели, чудовища вызывали дрожь, пройденные расстояния и интригующие названия завораживали. Потребовалось немало времени, прежде чем обычай делать карту декоративной уступил место действительно полезной картографии, лишенной всяческого вымысла.

Этим объясняется та недоверчивость, с которой великие мореплаватели, и в первую очередь Христофор Колумб, относились к разукрашенным картам XV века. Большинство моряков предпочитало доверяться своему знанию ветров, рельефа дна, течений и наблюдениям за небесной сферой, или отслеживанию движения косяков рыб или птичьих стай, для того чтобы ориентироваться в бескрайних просторах океана.

Несомненно, именно в XV веке благодаря португальским мореплавателям, а затем путешествию Колумба и, наконец, кругосветному путешествию Магеллана в 1522 году человечество смогло на практике проверить расчеты древних греков и представления о сферичности Земли. Многие мореплаватели теперь на практике получали конкретные знания, свидетельствующие о шаровидности нашей планеты. Кривая линия горизонта, перемещение относительной высоты расположения звезд, рост температуры по мере приближений к экватору, смена созвездий в южном полушарии - все это делало очевидной истину, которая противоречила христианской догме: Земля - это шар! Оставалось только измерить расстояния, которые необходимо было преодолеть в открытом море, чтобы добраться до Индии, в южном направлении, как это сделали португальцы в 1498 году, или в западном, как казалось Колумбу, когда он в 1492 году встретил на своем пути непреодолимое препятствие в лице обеих Америк.

Колумб был хорошо знаком с космографической литературой того времени. Его брат был картографом в Лиссабоне, и он сам попытался построить глобус на основе имевшихся атласов, современных и античных трактатов по космографии. Он, правда, допустил, вслед за Пьером Айи и его «Имаго Мунди» (1410 год), грубую ошибку в оценке расстояния между Португалией и Азией, занизив его (есть гипотеза, что он сделал это преднамеренно). Тем не менее, он внял советам именитых картографов, таких как Тосканелли (который верил в морской путь на запад), Пикколомини (будущий папа Пий II) и Мартин Бехайм (впоследствии автора довольно точного глобуса).

Начиная с 1435 года португальские и итальянские моряки взяли за правило плыть на расстоянии от африканского берега, чтобы избежать опасных зон и переменчивости ветров. Прибрежная зона, изобилующая рифами и отмелями, и впрямь являла собой очевидную опасность кораблекрушения.

Однако столь значительное удаление от берега, что он теряется из виду, предполагает умение ориентироваться в открытом море на плоском однообразном пространстве без маяков, ограниченном лишь линией горизонта. А морякам XV века не хватало теоретических познаний в области математики и геометрии, необходимых для точного определения своего местонахождения. Что же касается измерительных приборов, с ними дела обстояли еще хуже. До XVI–XVII веков ни один из них не был по-настоящему хорош в деле. На картах, хотя и постоянно уточняемых, имелись существенные пробелы.

Чтобы оценить чрезвычайное мужество мореплавателей, которые осваивали ближнюю, а затем и дальнюю Атлантику, надо вспомнить, какими жалкими средствами они располагали для определения своего местонахождения в открытом море. Перечень будет краток: моряки XV века, в том числе и Христофор Колумб, не обладали практически ничем, что помогло бы им решить три главных задачи любого мореплавателя, отправляющегося в дальнее плавание: держать курс, измерять пройденный путь, знать с точностью свое настоящее местоположение.

У моряка XV века в распоряжении имелись всего лишь примитивная буссоль (в различных вариациях), грубые песочные часы, кишащие ошибками карты, приблизительные таблицы склонения светил и, в большинстве случаев, ошибочные представления о размерах и форме Земли! В те времена любая экспедиция по океанским просторам становилась опасной авантюрой, часто со смертельным исходом.

В 1569 году Меркатор составил первую карту в равноугольной цилиндрической проекции, а голландец Лука Вагенер ввел в обиход атлас. Это был крупный шаг в науке навигации и картографии, ведь даже сегодня, в двадцать первом веке, современные морские карты составлены в атласы и выполнены в меркаторской проекции!

В 1530 году голландский астроном Гемма Фризий (1508-1555) в своем труде «Принципы астрономической космографии» предложил способ определения долготы с помощью хронометра, но отсутствие достаточно точных и компактных часов надолго оставили этот метод чисто теоретическим. Этот способ был назван хронометрическим. Почему же способ оставался теоретическим, ведь часы появились много ранее?

Дело в том, что часы в те времена редко могли идти без остановки в течение суток, а их точность не превышала 12–15 минут в сутки. Да и механизмы часов того времени не были приспособлены для работы в условиях морской качки, высокой влажности и резких перепадов температуры. Конечно, кроме механических, в морской практике долгое время использовались песочные и солнечные часы, но точность солнечных часов, время «завода» песочных часов были совершенно недостаточными для реализации хронометрического метода определения долготы.

Сегодня считается, что первые точные часы были собраны в 1735 англичанином Джоном Гаррисоном (1693-1776). Их точность составляла 4–6 секунд в сутки! По тем временам это была просто фантастическая точность! И более того, часы были приспособлены для морских путешествий!

Предки наивно считали, что Земля вращается равномерно, лунные таблицы грешили неточностями, квадранты и астролябии вносили свою погрешность, поэтому итоговые ошибки в вычислениях координат составляли до 2,5 градусов, а это около 150 морских миль, т. е. почти 250 км!

В 1731 году английский оптик Джон Хэдли усовершенствовал астролябию. Новый прибор, получивший название октант, позволял решить проблему измерения широты на движущемся судне, так как теперь два зеркала позволяли одновременно видеть и линию горизонта и солнце. Но октанту не досталась слава астролябии: за год до этого Хадли сконструировал секстант - прибор, позволявший с очень большой точностью измерять местоположение судна.

Принципиальное устройство секстанта, т. е. прибора, использующего принцип двойного отражения объекта в зеркалах, было разработано еще Ньютоном, но было забыто и только в 1730 году было заново изобретено Хэдли независимо от Ньютона.

Морской секстант состоит из двух зеркал: указательного и неподвижного полупрозрачного зеркала горизонта. Свет от светила (звезды либо планеты) падает на подвижное зеркало, отражается на зеркало горизонта, на котором одновременно видны и светило и горизонт. Угол наклона указательного зеркала и есть высота светила.

Поскольку этот сайт по истории, а не по кораблевождению, то я не буду вдаваться в подробности и особенности различных навигационных приборов, но хочу сказать несколько слов о еще двух приборах. Это лот (лотлинь) и лаг (лаглинь).

В заключение, мне хотелось бы вкратце остановиться на некоторых исторических датах в истории развития навигации в России.

Тысяча семьсот первый год - это, пожалуй, самая знаменательная дата в отечественной навигации, поскольку в этом году император Петр I издал указ об учреждении «Математических и Навигацких, то есть мореходных хитростно наук учению».Год рождения первой отечественной навигационной школы.

Через два года, в 1703 году, преподаватель этой школы Магницкий составил учебник «Арифметика». Третья часть книги носит заглавие «Обще о земном размерении, и яже мореплаванию принадлежит».

В 1715 году старшие классы школы преобразовали в Морскую Академию.

1725 год - это год рождения Петербургской Академии Наук, где преподавали такие светила науки, как Леонард Эйлер, Даниил Бернулли, Михаил Ломоносов (1711-1765). Например, именно астрономические наблюдения и математическое описание движения планет Эйлера легли в основу высокоточных лунных таблиц для определения долготы. Гидродинамические исследования Бернулли позволили создать совершенные лаги для точного измерения скорости судна. Работы Ломоносова касались вопросов создания ряда новых навигационных приборов, прообразы которых используются и в настоящее время: курсопрокладчики, самописцы, лаги, кренометры, барометры, бинокли…