Наука про пошук орієнтиру: коротка історія виникнення навігації (частина 1)

Людська історія навігації сходить своїм початком на той час, коли люди тільки почали заселяти Землю, залишивши африканську саванну. Як орієнтири біля наші предки використовували постійні у просторі географічні об'єкти: русла річок, гірські масиви і, звичайно ж, зірки. Саме потяг людини до останніх і дав поштовх старту ери глобальної супутникової навігації. Але до цього моменту ще чекала довга дорога.

У першій частині матеріалу про історію навігації ми розповімо, які рішення стояли біля витоків знань про орієнтування біля, починаючи від античних часів і до ХIХ століття включно.

Проблематика орієнтування у просторі

Навігація - це сукупність знань та методів у визначенні просторового становища об'єктів щодо заданих орієнтирів. Під навігацією розуміють і побудову найкоротшого маршруту з однієї точки координат до іншої. Ця галузь знань називається маршрутизацією.

Для орієнтування біля необхідно враховувати кілька змінних: час, становище тіла у просторі і розуміння ландшафті, у якому належить орієнтуватися. Стародавні люди стикалися з низкою серйозних проблем у визначенні цих змінних. Проте більшість питань вирішувалися емпіричним шляхом.

Час. Давні люди мали слабке уявлення у тому, що таке час. Проте вимірювали його інтервально — за допомогою коротких, але однакових за своєю тривалістю тимчасових проміжків.Спочатку для цієї мети використовувався сонячний годинник (кам'яне або мідне коло з нанесеними на нього поділами, в центрі якого під нахилом встановлювався покажчик). Поділи на шкалі годинника розбивалися на інтервали. Під час руху Сонця по небосхилу тінь від покажчика переміщалася по колу, показуючи приблизний час на циферблаті. Поряд із сонячним годинником існували і пісочні. Однак і тим, і іншим був притаманний досить високий рівень похибки.

Ландшафт. Починаючи з античних часів, застосовувалося картографування - примітивне візуальне відображення місцевості з її основними географічними об'єктами-орієнтирами на двомірній площині: глиняних табличках, дерев'яних дощечках, обрізках шкіри, а потім і на пергаментах.

Положення у просторі. Глобальною була проблема визначення координат біля. І якщо на суші її можна було вирішити за допомогою природних або рукотворних орієнтирів, то на морі це ставало справжнім викликом. Для виконання цього завдання людина покладалася на зірки, а пізніше, з розвитком картографування та першими уявленнями про те, що Земля кругла, використовувалася сітка координат. Вона являла собою точку перетину паралелей та меридіанів — ліній широти та довготи Землі. Прямі обчислювалися по відношенню до чотирьох основних сторін світла.

Орієнтування за зірками: астролябії та секстанти

Орієнтуватися у просторі древнім мореплавцям допомагало і розташування небесних тіл на небосхилі. У Північній півкулі головним орієнтиром дороги служила найбільш яскрава точка нічного неба — Полярна зірка. У денний час доби судноходи звірялися з небесним розташуванням Місяця та Сонця.

В античній Греції для визначення часу використовувалися астролябії - мідна округла страва, всередині якої був рухомий диск (тимпан), з нанесеною на нього картою сузір'їв.

Розмістивши астролябію у підвішеному стані та вирівнявши диск по лінії горизонту, елліни звіряли карту сузір'їв з небозводом, а потім переміщали диск згідно з ходом зоряного неба. Таким чином греки, а пізніше араби могли відстежувати тривалість дня і ночі, а також цикл зміни сезонів.

Моряки XVII століття модифікували античну астролябію, отримавши можливість орієнтування у часі, а й у просторі. Пристрій був названий секстант і був кутомір, який вимірював кут розташування Сонця стосовно лінії горизонту. Завдяки цьому мореплавці навчилися визначати свою географічну широту, знаючи кут розташування Сонця на небі щодо поточної дати.

Квартирмейстер вимірює географічну широту з навігаційного містка USS Alaska, 1945 рік
джерело: www.usni.org

Секстанти активно використовувалися мореплавцями протягом XVII-XIX століть. Але для більш досконалої навігації моряки потребували точного обліку часу доби — щоб уникнути похибок у вимірах. До того ж, небо не завжди було ясним.

Перші магнітні компаси та картографування

В умовах підвищеної хмарності або туману моряки вдавалися до ще одного способу орієнтування: магнітним полюсом Землі. Як навігаційний прилад застосовувався перший прообраз компасу - блюдо, заповнене маслом або водою, в центрі якого розташовувалась намагнічена стрілка (металева голка, яку попередньо терли об магніт). Голка встромлялася в шматочок легкої деревини або соломинку, завдяки чому не тонула в рідині.За відсутності сильної хитавиці намагнічена стрілка завжди вказувала в одному напрямку — на північ.

Схожий опис і пристрій першого китайського компасу середини ХI століття. У Європі також знали про магнітне орієнтування: середньовічні скандинавські мореплавці використовували примітивну версію компаса, яка називалася «Сонячний камінь» (Solar Stein). Таким чином вже в часи раннього середньовіччя людина мала уявлення про чотири основні сторони світу: півночі, півдні, заході та сході.

Справжній розвиток компасної навігації припав на XVI століття - епоху великих мореплавців та географічних відкриттів. На той час на флоті вже відчували гостру необхідність у картографуванні місцевості, особливо у створенні карти глибин. Крім цього, на судноплавних картах минулого наносилися покажчики шляху до всіх значних портів у регіоні. Ця техніка напрямних ліній отримала назву «троянда вітрів». Вона вказувала напрям векторів руху і ділилася на вісім ключових сторін світла: чотири основні (N, S, E, W: північ, південь, схід, захід) та чотири проміжні (NW, NE, SW, SE: північний захід, північно- схід, південний захід, південний схід).

Хоча корабельний компас і допомагав визначити напрямок руху корабля, він не давав жодної інформації щодо його положення на географічній сітці координат. Для цього потрібно було спочатку навчитися точно обчислювати градус широти та довготи судна у просторі.

Стеження за часом та розрахунок довготи

Встановлювати широту за допомогою кута нахилу Полярної зірки (або Сонця) стосовно лінії горизонту навчилися ще в давнину.Зовсім інакше відносини були з визначенням градуса довготи, оскільки він обчислювався шляхом зіставлення різниці у часі. Необхідно було знати точний час початкового розташування корабля і його поточного географічного розташування просторі.

Однак навіть найкращий механічний годинник початку XVIII століття був не в змозі йти точно і безперервно протягом хоча б однієї доби. Середня похибка перших механічних годинників становила 10-15 хвилин на день, що в умовах тривалих трансконтинентальних морських переходів було форменою катастрофою. За добу похибка у визначенні просторового становища судна могла досягати 240 км (150 миль).

Важливим винаходом XVIII століття, що повністю змінило саму концепцію морської навігації, став морський хронометр — аналог механічного годинника, який у 1764 році винайшов британський годинникар Джон Гаррісон. Інноваційний годинник англійця вмів компенсувати механічний момент (через який збивався хід звичайного механічного годинника) за допомогою спеціального балансиру. Завдяки цій особливості добова похибка морського хронометра варіювалася в межах 5-15 секунд.

Озброївшись морським хронометром Гаррісона, в 1779 Джеймс Кук здійснив свою навколосвітню подорож. Після повернення мореплавець виявив, що його розрахунки довготи за допомогою хронометра мали похибку, що дорівнює всього 13 км (7 миль).

Таким чином, до кінця XIX століття людство підійшло з якісно новим рівнем розуміння навігаційних принципів орієнтування у просторі. Проте всі технології минулого лише допомагали людям розраховувати маршрут вручну, не дозволяючи відстежувати його зміну в режимі реального часу.Для того, щоб це стало можливим, у галузі електрофізики мала статися справжня революція. Але на обрії виднілося ХХ століття.

Коли не було годинника, як стародавні люди вимірювали час?

Наше життя розписане за хвилинами: встаємо по дзвону будильника, до призначеного часу йдемо на роботу, їсть по режиму, зустрічі проводимо у конкретний годинник. Важко уявити сучасну людину без доступу до часу. Але механічний годинник винайшов лише в 10-11 століттях нашої ери, а попит на них з'явився ближче до 19 століття. Але як жили люди без годинника?

Більшість стародавніх цивілізацій користувалися годинником, головним "механізмом" якого було Сонце. Сонячний годинник був спеціальним постаментом, поділений на частини, куди, в міру пересування Сонця, падала тінь. Стародавні жерці, дивлячись на тінь, дізнавалися, яка частина доби настала. Подібні споруди були рідкістю, звичайні люди визначали час на око. Такий метод мав багато мінусів. По-перше, точного часу ніхто не знав, по-друге, у похмуру погоду чи вночі — сонячний годинник не працював. По-третє, щоб визначити зразковий час, потрібно було враховувати пору року, адже рух Сонця багато в чому залежить від сезону. Народ таких тонкощів не знав.

Прославлені астрономи античності жили у Вавилоні, вони використовували сонячний годинник, але у вдосконаленому вигляді. Астрономи враховували пору року. Для цього використовували гномон — велику споруду у формі кола, поділену на секції (схожий на циферблат), по центру встановлена ​​жердина з металу, тінь від якої падала на коло, вказуючи час. Центральна жердина астрономи скрупульозно нахиляли до потрібного градуса залежно від сезону.

Тільки до кінця 10 століття, щоб дізнаватися точний час ранкових та вечірніх служб у церкві, винайшли механічний годинник. Імовірно, це сталося 996 року. Творцем годинника став монах Герберт з німецького міста Магдебург.

У 15 столітті з'являється настільний годинник з однією стрілкою, ділити годину на шістдесят відрізків стали пізніше. Годинникові механізми довго були великою рідкістю, люди продовжували призначати зустрічі по Сонцю.

Але як бути, якщо потрібно стати в конкретний час? Винахід будильника стався лише 1847 року, а масове виробництво з'явилося кілька десятиліть. Тому, щоб не проспати, люди користувалися старими методами: перед сном ставили посудину, в яку повільно стікала вода. У певний час посудина від води падала, видаючи шум, що пробуджує. Хтось прокидався під дзвін церковних дзвонів. З появою фабрик і заводів робітників будили гучним гудком чи свистком. У містах з'являлися професійні будильники. У селах і селах прокидалися під крик півнів та перші промені сонця. Існувала й така версія: люди, які хотіли рано встати, випивали на ніч багато води та під ранок прокидалися від природних потреб організму.

Ще за темою:

Вбудуйте Головну тему у свій інформаційний потік, якщо хочете отримувати оперативні коментарі та новини:

Також будемо раді вам у наших спільнотах у ВКонтакті, Однокласниках.

Як у середні віки люди орієнтувалися у часі?

Нам здається цілком звичайним, що ми можемо подивитися на годинник, визначити, скільки ще часу до тієї чи іншої події. Годинник - за ним ми звіряємося щодня, знаємо, скільки годин на добу, скільки доби на місяць, днів на рік і так далі.Але ж колись цього не було? Хтось просто взяв і вигадав годинник? Як це було?

Наприклад, у давнину людина відраховувала час своїми методами, сонячний годинник допомагав орієнтуватися по тіні. Вони мали жердину, це ще називається гномоном, який відкидає тінь, також там був циферблат із позначками, по ньому й рухалася тінь. Тобто - годинник цілком і повністю залежить від сонця, значить у ніч, навіть просто в похмурий час ви не змогли б ними скористатися. У кожного народу був свій годинник, всі вони мали відмінності по конструкції, але залежали від сонця. Наприклад, Єгипет, Рим, Китай, Греція, Індія - всі вони вигадали свій годинник.

Був у давнину і такий метод визначення часу, як водяний годинник. Це якийсь посуд у формі циліндра, з нього вода випливала по краплях. Час визначили саме за краплями, які стікали, користувалися конструкцією в Єгипті, Вавилоні та Римі. А ось в Азії теж був водяний годинник, але свій - це була посудина, наповнена водою, яка заповнювала його потихеньку, там був маленький отвір.

А ось пісочний годинник ми з вами використовуємо і сьогодні, наприклад, як настільний таймер. Їх придумали ще до нашої ери, у середні віки люди змогли покращити пісочний годинник. Для досягнення вищої точності тепер пісок виготовляли спеціально, також досягли його рівномірної сипкості. Стали застосовувати дрібний порошок, а виготовляли його з чорного мармуру, ще для годинника вибирали свинцевий або цинковий пісок, спочатку він проходив обробку.

Ще один спосіб – вогонь. Так, був і вогняний годинник, він виготовлявся у вигляді свічок, ґнотів, лампад. Першими це вигадали в Китаї, основою був горючий матеріал, його прикріплювали до металевих кульок. Коли певний проміжок палички згоряв, кульки падали, і відбивався час.У Європі в більшості застосовували саме свічковий годинник, вони допомагали зрозуміти, скільки часу пройшло за кількістю воску, що вилився. Такий годинник став популярним у церквах і монастирях.

Є ще й такий спосіб визначення часу як орієнтування зірок. Так, у Стародавньому Єгипті були навіть спеціальні зіркові карти, був у вчених і спеціальний пасажний інструмент для роботи з карткою.

Саме в Єгипті стали ділити день і ніч на 12 годин, а ось годинник тоді був не рівної довжини. Влітку день був довшим, уночі - коротшим. 30 днів на місяці були вже в Єгипті, рік тоді становив 3 сезони, кожен тривав 4 місяці, тобто все, як сьогодні. А ось основа життя для єгиптян на той час - Ніл. Саме річка говорила про сезони своїми розливами, низькою водою тощо. Новий рік там відзначали у вересні, це було з появою в небесах зірки Сіріус.

А ось уже у Стародавньому Римі рік складався з 10 місяців, це були 304 дні, починалося все з березня. 1 січня - початок року, так стало за Юлії Цезаря. Так і виник юліанський календар, всі назви місяців ми взяли з Риму.

Не у всіх країнах світу літочислення йде так, як у нас. Ми ведемо рахунок від Різдва Христового, у нас григоріанський календар (раніше був юліанський). А ось є країни, що ведуть відлік часу від створення світу, воно датується 3761 до н.е., наприклад, така система в Ізраїлі. Іудеї мають три види року: один правильний, який має 354 дні, другий - достатній, у ньому 355 днів, а третій недостатній, у ньому, як ви могли здогадатися, 353 дні.

Вбудуйте Головну тему у свій інформаційний потік, якщо хочете отримувати оперативні коментарі та новини:

Також будемо раді вам у наших спільнотах у ВКонтакті, Однокласниках.