С.П. Аржанов
Занимательная география
Как и зачем в океанах ловят солнце
Хорошая мореходная карта и хорошо выверенный компас – вот что надо для плавания по морям и океанам.
Но когда берега скрылись из глаз, когда неделями, нередко месяцами приходится быть среди открытого океана, – как ответить тогда на столь простой в условиях суши вопрос: где ты?
В 1915 году колоссальный океанский пароход «Лузитания» был взорван германской подводной лодкой. Почему же, хотя «Лузитания» затонула в течение коротких 20 минут, все же подоспели с разных сторон другие корабли на помощь, могли быстро и точно найти то место, где «Лузитания» была атакована?
«Лузитания» послала по радио: «Торпедирована на 51 градусе северной широты и 9 градусе западной долготы».
51° с. ш. и 9° з. д. Вот точное указание.
Каким же образом моряки узнают широту и долготу того места, где находятся их корабли?
Есть много аппаратов, показывающих пройденное расстояние. Есть, например, шагомер; есть измеритель расстояний, который вы прикрепляете к колесу вашего велосипеда и узнаете таким образом, сколько вы проехали. Есть лаг. Этот инструмент имеет вид небольшого колеса, на бичеве он выбрасывается с кормы идущего по морю корабля и отмечает пройденные кораблем расстояния; а зная это расстояние, вы, конечно, легко вычертите на карте пройденный вами путь. Но ошибки возможны и могут быть очень велики.
Корабль попадает в течение; по своему ходу он идет вперед по прямой, а течением в то же время сносится вбок. И когда вы по показаниям лага считаете себя в точке Б, вы на самом деле находитесь в точке В (см. рис. 13).
Рис. 13. Корабль сносит течением
Рис. 14. Секстант – морской угломерный инструмент
Необходимо, следовательно, уметь точно находить широту и долготу места. По чертежам нетрудно узнать, как это делается.
Рис 15. Как мореплаватели определяют широту места
Пусть корабль находится в точке М (см. рис. 15). Надо узнать широту этой точки. В точке экватора 0 градусов; в точке полюса 90 градусов. Точка М находится между 0 градусов и 90 градусов. Ее отделяет от точки О дуга МО. Эта дуга отвечает углу МАО. Значит, надо узнать, сколько градусов содержит этот угол: число градусов в нем и покажет нам широту точки М.
Предположим, что мы отыскиваем широту в тот день, когда Солнце в полдень стоит прямо над экватором. Точка небесного свода, находящаяся прямо над нашей головой, называется точкой зенита. Итак, солнечный луч на экваторе имеет направление OA (см. статью «Солнце в колодце»).
В точке М направление полуденного солнечного луча пусть будет СА. Это направление СА параллельно направлению OA (ибо Земля ничтожно мала сравнительно с Солнцем; см. также статью «Солнце в колодце»). И если в точке М мы определили: 1) линию полуденного солнечного луча и 2) линию зенита для точки M, мы получим угол ЗМС, который будет равен углу МАО, ибо эти два угла составлены линиями параллельными и, значит, равны. Угол же МАО показывает широту места М.
Надо, следовательно, определить угол ЗМС. Однако точку зенита при плавании на корабле не так-то легко найти. Зато в океане превосходно виден горизонт.
И практически моряки определяют в полдень угол СМГ. Берут угломерный инструмент, одну трубку его направляют на горизонт, а другую – на полуденное солнце. А раз найден угол СМГ, нет ничего проще найти величину угла ЗМС: он равен 90 градусов минус СМГ.
Итак, если приходится определять широту места в тот день, когда полуденное солнце находится в зените на экваторе, поступают так: определяют в градусах высоту полуденного солнца над горизонтом, вычитают полученную величину из 90 градусов и получают широту местности.
Теперь вы сами можете ответить на вопросы:
Какова широта местности, если измерение высоты солнца в полдень над горизонтом показало величину 37 градусов 25 минут?
А если солнце находится на высоте 85 градусов 37 минут? (Ответы – см. в конце книги.)
Еще два вопроса
Значит ли это, что широту местности можно определять лишь в такие дни, когда полуденное солнце находится на экваторе в зените? Как быть в те дни, когда солнце находится в зените не на экваторе, а на других параллелях?
Рис. 16. Способ определения широты при других условиях
Существуют особые альманахи (справочники); они для любого дня в году указывают, на какой именно широте в данный день солнце находится в зените.
Обратимся к рисунку 16. Моряку нужно определить широту места М, т. е. надо определить угол В. Он поступает так же, как в предыдущем случае:
1) определяет угол Б;
2) вычитает его из 90 градусов и таким образом находит угол А. В центре Земли угол А равен углу В плюс угол Г. Но что такое угол Г? Это не что иное, как широта места З, т. е. того места, где в данный день солнце стоит в полдень в зените. Этот угол моряк находит в альманахе.
Итак, нужно определить угол В; он равен углу А минус угол Г. Моряк, найдя угол Л, вычитает из него угол Г. Широта места М найдена.
В данном случае полуденное солнце находилось в зените в точке южнее экватора. Но ведь оно в другие времена года находится и севернее экватора. Как быть тогда?
Тогда, найдя по альманаху соответствующую широту, ее прибавляют к найденному углу А.
Отдайте две минуты для чертежа, и вы убедитесь в этом наглядно.
А в заключение две задачи.
1. Полуденное солнце стоит над горизонтом на 25 градусов 25 минут. Справка показывает, что в этот день полуденное солнце находится в зените на 20 градусах и 12 минутах южной широты. На какой широте находится корабль?
2. Полуденное солнце стоит над горизонтом на 53 градусах и 30 минутах. Справка показывает, что в этот день полуденное солнце находится в зените на 12 градусах и 20 минутах северной широты. На какой широте находится корабль?
(Ответы – в конце книги.)
Хронометры
Когда в одном из рассказов Джека Лондона в южной части Великого океана[7] пиратами была затоплена шхуна, капитан ее не был особенно огорчен ни пробоиной в корпусе шхуны, ни поломанной мачтой. Однако он все время почему-то горестно вздыхал.
– В чем дело, капитан? – спросил владелец шхуны. – На острове без конца леса; заделать пробоину и поставить мачту сущие пустяки.
– Конечно, пустяки, – ответил капитан. – Но мои хронометры! Они погибли. Мы должны будем долго плыть без них.
И долго капитан грустно со вздохом повторял:
– Мои хронометры! Мои хронометры!..
Почему же при плавании так важны хронометры?
Потому что Земля вращается вокруг своей оси и делает полный оборот за 24 часа. А окружность Земли, как всякая окружность, делится на 360 частей. Каждая такая часть составляет 1 градус. Отсюда следует, что в каждые 4 минуты времени окружность Земли пробегает 1 градус. И если два пункта на океане (или на суше) отличаются по часам на 4 минуты времени, то это значит, что расстояние между ними равно 1 градусу.
Таким образом, по хронометрам определяется долгота местности.
Составим руководящую табличку. В 24 часа каждая параллель Земли пробегает с запада на восток 360 градусов. Следовательно, 1 градус дуги Земля пробегает в 4 минуты времени, в 1 час времени Земля пробегает 15 градусов окружности, в 1 минуту времени Земля пробегает 15 минут окружности, в 5 минут времени Земля пробегает 1¼ градуса окружности, в 10 минут времени Земля пробегает 2½ градуса окружности.
При измерении долгот на морях всегда считают начальным меридиан, проходящий через Гринвич (обсерватория близ Лондона).
Итак, на корабле имеются хронометры, с безукоризненной точностью выверенные по гринвичскому времени. Хронометр – это весьма точные часы, такие, которые не уходят вперед, не отстают. Понятно, что на кораблях они хранятся с осторожностью; для них отводится особое помещение, они лежат в особо устроенных футлярах и т. д.
Вот где-нибудь в океане определяют местный полдень (12 часов). Это делается по солнцу; солнце в полдень достигает своей высшей точки. Итак, местный полдень определен. Смотрят на хронометр; он показывает по гринвичскому времени 9 часов 40 минут. Значит, местное время впереди гринвичского на 2 часа 20 минут. Посмотрите в табличку. 2 часа времени отвечают 30 градусам земной окружности; 20 минут отвечают 5 градусам, 2 часа 20 минут отвечают 35 градусам. Но местное время впереди гринвичского; по местному времени 12 часов, а по гринвичскому еще только 9 часов 40 минут. Стало быть, мы находимся восточнее Гринвича. Окончательный вывод: мы находимся на 35-м градусе восточной долготы.
Еще пример. Определяем местный полдень. Смотрим на хронометр: он показывает 1 час дня.
Вывод: мы находимся на 15-м градусе западной долготы.
Местный полдень приходится в 4 часа утра по гринвичскому времени. Где мы находимся?
(Ответ – в конце книги.)
Так вот зачем в морях ловят солнце: по нему узнают широту и долготу, а стало быть, точное местоположение на земном шаре той точки, на которой в данное время находятся.
Вопросы невероятны, а ответы утвердительны
1. Самый простой факт на всех местах земного шара: если встать лицом к северу, то направо будет восток, налево – запад, сзади – юг.
А нет ли на Земле такого места, откуда, куда ни повернись, везде будет юг? Ни севера, ни востока, ни запада, один юг?
Нельзя ли найти такое место, где по всем сторонам горизонта будет только север?
2. Ничего не может быть проще и такого факта: если идешь на север, то, чтобы изменить свой путь и пойти на юг, необходимо повернуться «налево кругом» (на 180 градусов) и пойти в противоположном направлении.
Существует ли на Земле такое место, где человек может идти по одному и тому же направлению, ни на шаг не отклоняясь, и вдруг оказывается, что одну часть пути он шел прямо на север, а другую – прямо на юг?
3. Где бы человек на Земле ни находился, он непременно находится на какой-нибудь широте и на какой-нибудь долготе.
А нельзя ли вообразить себе человека, который одновременно находился бы на всех долготах?
4. У каждого меридиана свое время (см. статью «Хронометры»).
А не имеется ли такое место на Земле, где никакого времени нет?
Два путешественника встречаются. Хотят проверить часы.
Первый. Уж 8 часов утра!
Второй. Вы хотите сказать – 8 часов вечера?
Первый. Почему вечера? Я вам верно говорю: 8 часов утра!
Второй. Уверяю вас: 8 часов вечера!
Первый. Как вечера? Позвольте! Вы спутали! Не спутали ли вы, кстати, и числа? Какое, по-вашему, сегодня число?
Второй. 10 марта!
Первый. Поздравляю вас: сегодня, дорогой мой, 11 марта!
Разговор, конечно, воображаемый. Но вот что невоображаемо, а действительно: оба путешественника говорят сущую правду. В одно и то же время действительно и 8 часов вечера 10 марта, и в то же время 8 часов утра 11 марта.
Где на Земле может быть такое место?
5. Наконец, еще один последний вопрос.
В году 365 дней; в високосном году 366 дней. Где на Земле только один день в году?
Маковое зернышко на арбузе
Велики ли наши горы?
Вопрос недостаточно ясен. Конечно, горы очень велики по отношению к человеку. Высота среднего человека (1,7 метра) составляет всего 0,00018 (восемнадцать стотысячных) доли величайшей горы на Земле (гора Эверест в Гималаях – 8840 метров).
На рис. 17 группа людей в шесть человек поднимается на вершину Монблана (высочайшая вершина Альп; 4810 метров). Путники уже почти подошли к самой вершине, им осталось идти не больше четырех часов. Рисунок, стало быть, изображает только очень небольшую часть горы, и все же – как мал, как ничтожно мал кажется человек! Направо от группы поднимающихся людей видна трещина в снегу. По отношению ко всему склону горы она, конечно, не велика; но посмотрите на фигуры людей: сколько сотен людей может поглотить эта трещина?
Рис. 17. Путники почти дошли до вершины Монблана
Безнадежно сравнивать высоту гор с высотой человека.
Но что получится, если мы сравним высоту гор с величиной всей Земли?
Займемся необходимыми вычислениями.
Величайшую вершину Земли мы уже назвали: высота Эвереста – 8840 метров; величайшая глубина океана – 9780 метров (она находится в Тихом океане к востоку от Филиппинских островов).
Простое деление покажет вам, что величайшая гора составляет всего 0,0014, а максимальная глубина – 0,0015 земного радиуса.
Если вы хотите конкретнее представить себе эти величины, вообразите шар, радиус которого 1 метр, на шаре такого радиуса Эверест изобразится столбиком в 1,4 миллиметра, а Филиппинская впадина – чертой с глубиной в 1,5 миллиметра.
Но 1,5 миллиметра – меньше, чем толщина обыкновенной спичечной соломки!
Если взять шар с радиусом в 10 сантиметров, величайшая гора будет размером всего в 0,14 миллиметра, а величайшая глубина – царапиной в 0,15 миллиметра.
Арбуз средней величины есть шар с радиусом в 10 сантиметров. Толщина макового зерна больше чем 0,1 миллиметра. Маковое зерно на хорошем арбузе достаточно точно изобразит Эверест на нашей Земле.