10. Мореходство и вопросы практической астрономии

Ко времени заведования Географическим Департаментом относится особый интерес Ломоносова к процветанию российского мореходства и забота об улучшении и развитии навигационного дела. В это время Ломоносов создает ряд работ, посвященных этому вопросу; таковы, например: «Рассуждение о большей точности морского пути» (1759) и «Краткое описание разных путешествий по Северным морям и показание возможного проходу Сибирским океаном в Восточную Индию» (сентябрь 1763)¹; в последней работе на основании анализа «натуральных обстоятельств» подробно развита давно уже занимавшая Ломоносова мысль о возможности северо-восточного морского пути в Азию². Об изучении Ледовитого океана и о северном пути в Индию говорится в ряде других сочинений Ломоносова. Природный помор, он хорошо знал Север и с гениальной проницательностью предсказал развитие судоходства по тому кратчайшему пути из Белого моря к Берингову проливу в Тихий океан, который неоднократно проходили и прочно освоили отечественные моряки-полярники лишь в наши дни, при советской власти:

«Напрасно строгая природа
От нас скрывает место входа
С брегов вечерних на восток
Я вижу умными очами:
Колумб российский между льдами
Спешит, и презирает рок»³.

В поэме «Петр Великий»⁴ (1760) он пишет:

«Колумбы Росские, презрев угрюмый рок,
Меж льдами новый путь отводят на восток,
И наша досягнет в Америку держава».

Для громадной Российской империи, что простиралась от Балтийского моря до Тихого океана, проблема связи со своими дальневосточными окраинами была весьма жизненной. Заманчивой была мысль заменить многомесячный путь через весь евразийский материк или обходный морской путь с объездом Европы и Африки через Индийский океан в тихоокеанские воды Приморья прямым и коротким северным морским путем.

Описывая историю плавания экспедиций М. Фробишера, Гудсона, Баренца по Ледовитому океану и попыток пройти на восток вдоль берегов Сибири, Ломоносов высказал убеждение, что вдали от берега море может быть свободным ото льда благодаря морскому течению. Хотя эта идея и не оправдалась позднейшими исследованиями и мореходные пути пошли почти вблизи берегов Ледовитого океана, заслуга Ломоносова в изучении и освоении Арктики огромна. Под влиянием этих сочинений Ломоносова и благодаря его настойчивости Адмиралтейств-коллегией, заведовавшей всем морским делом России, были организованы полярные экспедиции и возобновлены поиски северного прохода в Азию.

Рис. 11. Проект М.В. Ломоносова подвесной наблюдательной площадки для обучения морских штурманов на суше астронаблюдениям

В период подготовки полярной экспедиции В. Чичагова Ломоносов в марте 1764 г. в дополнение к своему «Краткому описанию» пишет «Прибавление первое о Северном мореплавании на восток по Сибирскому океану». В апреле 1764 г. он представил в Адмиралтейств-коллегию «Прибавление второе, сочиненное по новым известиям промышленников из островов Американских и по выспросу компанейщиков тобольского купца Ильи Снигирева и вологодского купца Ивана Буренина». Тогда же он составил первую полную, исправленную карту Арктики. Итогом его стараний было снаряжение еще одной экспедиции — П.К. Креницына, — которую Адмиралтейств-коллегия «обще с господином статским советником и профессором Ломоносовым» отправила на Камчатку в июле 1764 г.

Он не только пишет теоретические сочинения, но и составляет подробные проекты полярных экспедиций, сочиняет «Наставление мореплавателям» для командиров экспедиций и «Наставление для описателей берегов морских», неоднократно заботится об обучении штурманов астронаблюдениям. Обращаясь в сентябре 1764 г. в Академическую канцелярию с просьбой выделить руководителя для обучения штурманов наблюдениям на Академической обсерватории, Ломоносов конкретно указывает, чем они должны заниматься: «Присланные от Адмиралтейской коллегии стурманы и прочие обучаться должны:

1) Употреблению Гадлеева квадранта для взятия высот и расстояния звезд от луны и луны от солнца. 2) По сим находить долготу на море». В «Присовокуплении I» к

«Рассуждению о большей точности морского пути» описан проект подвесной обсерватории, предназначенной для обучения молодых морских наблюдателей «на сухом пути» (рис. 11). Чтобы приучить будущих штурманов к наблюдениям в условиях морской качки, подвешенная на блоке корабельная обсерватория могла «на подобие колеблющегося волнами корабля двигаться дерганьем за веревки ff».

Рис. 12. Чертеж М.В. Ломоносова, изображающий усовершенствованный им квадрант Гадлея

В заботах о полярной экспедиции адмирала Василия Чичагова, которая должна была выйти в море в мае 1765 г., Ломоносов хлопотал, чтобы каждый корабль был снаряжен всеми необходимыми физическими и астрономическими инструментами и штурманы умели обращаться с ними и делать точные наблюдения. Хорошо знакомый с этими наблюдениями, он торопил со снаряжением экспедиции, пока Юпитер (который употреблялся для определения долготы по «закрытиям и открытиям спутников») был еще хорошо виден на Севере. Для экспедиции он сам изготовлял подзорные трубы: «А я между тем, — писал он, — имею честь прислать одну трубу, сделанную для экспедиции, коих следует еще две; да в деле⁵ еще три особливые, для сумрачного времени». В академических мастерских изготовлялись квадранты Гадлея⁶ «с прибавлениями и исправлениями» Ломоносова (рис. 12).

В мае 1764 г. Ломоносов в Адмиралтейской коллегии ознакомился с секретным указом Екатерины II об организации экспедиции для отыскания «северо-западного прохода к восточным берегам Азии» по маршруту «Архангельск — Мурманск — Шпицберген — Северная Америка» (этот указ был, вероятно, откликом на его же предложение, содержавшееся в «посвящении», написанном Ломоносовым еще в сентябре 1763 г. для его «Краткого описания разных путешествий по северным морям и показания возможного проходу Сибирским океаном в Восточную Индию», переданного им великому князю Павлу Петровичу). Хотя основное внимание Ломоносов уделял проекту прохода Северным Ледовитым океаном, он, видимо, не исключал возможности достичь Индии, двигаясь на запад; в июне 1764 г. он составил перечень инструментов, которыми должен быть снабжен каждый из кораблей (см. Полн. собр. соч., т. VI, с. 515—518, а также Перевалов В.А. Ломоносов и Арктика. — Л.: Главсевморпуть, 1949, с. 306—308, 469—474).

Рис. 13. Конец рукописи М.В. Ломоносова «Прибавления второго» к «Рассуждению о большей точности морского пути»

За месяц до смерти Ломоносов вместе с другими подписал составленную им «Примерную инструкцию морским командующим офицерам, отправляющимся к изысканию пути на Восток Северным Сибирским океаном», которая заканчивалась прекрасными напутственными словами: «Мужеству и бодрости, человеческого духа и проницательству смысла последний еще предел не поставлен, и много может еще преодолеть и открыть осторожная их смелость и благородная непоколебимость сердца».

В «Рассуждении о большей точности морского пути» (рис. 13) Ломоносов требует, чтобы искусные математики, астрономы, гидрографы и механики «о том единственно старались, чтоб новыми полезными изобретениями безопасность мореплавания умножить». Он выдвигает грандиозный проект Международной Мореплавательской Академии, в которой собирался бы весь опыт морского, кораблестроительного и навигационного дела. Проблема кораблевождения, как известно, в те дни была особенно злободневной — в разных странах объявлялись большие награды за разработку метода определения координат на море. В 1714 г. английский парламент объявил премию в 20000 фунтов стерлингов за успешное решение задачи определения долготы корабля в открытом море, а еще в 1675 г. в Англии была создана специальная астрономическая обсерватория в Гринвиче для содействия кораблевождению.

Для показа широты охвата Ломоносовым этой проблемы перечислим главы «Рассуждения». Первая часть, посвященная «сысканию долготы и широты [на корабле] в ясную погоду», содержит главы: 1) Об определении времени на меридиане корабля, 2) О сыскании географической широты, где находится корабль, по сысканному времени, 3) О показании времени на первом меридиане часами, 4) О сыскании первого меридиана по наблюдению звезд. Вторая часть посвящена «сысканию широты и долготы в пасмурную погоду»: 1) О управлении корабля на поверхности моря, 2) Об изменении скорости корабельного ходу на морской поверхности, 3) О средствах, коими должно исправлять погрешности корабельного пути, происходящие от течения моря, 4) О средствах, коими познавать и исправлять погрешности, бывающие от разного склонения компаса. Третья часть содержит главы: 1) О мореплавательской академии, 2) О составлении истинной магнитной теории, 3) О сочинении теории морских течений и 4) О предсказании погод, а особливо ветров.

В первой части, посвященной «сысканию долготы и широты в ясную погоду», Ломоносов предлагает новый метод астронавигационных наблюдений, а именно, метод наблюдения небесных светил в одном вертикале. Желая избежать необходимости пользоваться горизонтом, который плохо виден в туманную погоду и ночью, Ломоносов заменяет обычный до него способ определения долготы из измерений углов возвышения светил над горизонтом наблюдениями по хронометру моментов одновременного нахождения двух звезд на одном вертикале, причем им разработан метод определения и долготы и широты из подобных наблюдений. Для того чтобы при наблюдениях можно было видеть одновременно обе звезды в поле зрения трубы, Ломоносов предлагает следующий весьма остроумно придуманный им прибор (рис. 14), заменяющий секстант, разработанный по идее Ньютона и введенный в практику около 1730 г. в Англии Гадлеем. К зрительной астрономической трубе TT, «такой величины, чтобы без чувствительной неудобности ее употреблять можно было», прикрепляется некоторое подобие карданова подвеса — «равновесие», как пишет Ломоносов. Этот подвес состоит из трех продолговатых четырехугольников, изготовленных из медных полос и свободно влагающихся друг в друга. Меж собой они скреплены в осях dd и ee, свободно в них двигаясь и «склоняясь к сохранению параллельного с горизонтом положения». Во внутреннем четырехугольнике cc укреплены параллельно осям dd, ee две полосы h и l, которые несут неподвижное зеркало N и подвижное, вращаемое винтом k вокруг оси rs зеркало P. Зеркало N посеребрено лишь наполовину. Наведя трубу на одну из звезд, наблюдатель, вращая винт приводит в поле зрения другую звезду, находящуюся в том же вертикале и отражающуюся в зеркалах P и N.

Рис. 14. Прибор Ломоносова для астронавигационных наблюдений по его новому методу (для наблюдений в одном вертикале; слева — вид сверху, справа — вид сбоку)

Имея в виду еще больше ослабить влияние морской качки, Ломоносов предлагает конструкцию «корабельной обсерватории» — подобие карданова подвеса для самого наблюдателя с прибором (рис. 15).

Несмотря на прекрасную идею метода, который вновь был разработан уже в XIX в., сам прибор Ломоносова оказался громоздким, неудобным для точных измерений, и в практику не вошел.

Среди других изменений, предложенных Ломоносовым для улучшения морских астронавигационных приборов, отметим его предложение об изменении техники отсчета по разделенной дуге прибора. «Для умаления скуки точного разделения целого квадранта и для получения большой исправности» Ломоносов предлагал «со всевозможным рачением» разделить дугу квадранта на 9 частей по 10° в каждой и присоединить к ней подвижную медную дощечку длиной в 10°, разделенную очень точно на мелкие деления по 10′. Эта линейка устанавливается по нониусу под контролем микроскопа и служит для отсчета.

Рис. 15. Проект М.В. Ломоносова корабельной астрономической обсерватории

Во второй части, посвященной «сысканию долготы и широты в пасмурную погоду», Ломоносов подробно описывает ряд разработанных им новых приборов: для измерения пройденного пути, для определения уклонения корабля от пути вследствие бокового ветра, для определения скорости хода корабля, а также самопишущий компас с часовым механизмом для автоматической записи на бумажной ленте отклонений от курса (первый саморегистрирующий прибор, не отличающийся в принципе от современных курсографов). Всего Ломоносовым предложено в этой работе около 20 новых приборов. Подлинные приборы, к сожалению, не сохранились, но в «Рассуждении» имеются чертежи и подробные описания, по которым можно было бы их построить.

В конце «Рассуждения» есть замечательное «присовокупление», показывающее неутомимую изобретательность и интерес Ломоносова к навигационным вопросам:

«Между тем, — пишет Ломоносов, — как сие рассуждение отпечатывалось, изобретен мною новый инструмент, который хотя не велик, — однако к учинению наблюдений для точного определения времени, широты и долготы по луне на море доволен, с такими преимуществами, что 1) без всякого разделения квадранта время на месте корабля, также широту и долготу показать может, 2) все помешательства в наблюдениях от мрачного горизонта, 3) от непостоянного лучей преломления происходящие — отвращает, 4) ради простоты и малости каждой мореплаватель его купить и свободно употреблять может».

В целом «Рассуждение» явилось сочинением, в котором Ломоносов более чем на столетие оказался впереди науки своего времени. Многие его инструменты и методы были вновь изобретены много лет спустя.

Рис. 16. Проект М.В. Ломоносова конструкции четырехпружинных морских часов «четыре пружины в одной капсуле»

Той же заботой об улучшении отечественного мореходства объясняется особый интерес Ломоносова к часам — этому важному для всех астрономических наблюдений прибору. Независимо от английского часового мастера Гаррисона Ломоносов разработал конструкцию пружинных часов — хронометра, в котором находилось два барабана — цилиндрический и улиткообразный, что обеспечивало равномерное раскручивание пружины часов.

В «Рассуждении» он специально останавливается на вопросах наилучшего хранения и пользования морскими часами. Для уменьшения влияния на ход часов упругости пружины, ослабевающей по мере раскручивания, Ломоносов предлагает проект четырехпружинного хронометра, в котором вместо одной имеются четыре пружины (рис. 16). Их заводят в разное время суток, уравнивая таким образом общую силу упругости всех четырех пружин. Ломоносов описывает проект особенно точных «высыпных часов», в которых вместо песка находится мелкая медная или «подобная мельчайшему и тончайшему песку» серебряная дробь, причем тут же указывает способ изготовления этой дроби из тончайших нитей, которые затем нарезаются на крошечные цилиндры, смешиваются с толченым углем и расплавляются в тигле, пока не образуются шарики. Их очищают затем от угля, полируют и получают как бы «жидкое вещество».

Об интересе к часам свидетельствуют также его пометки в лабораторном журнале «Химические и оптические записки»: «Разобрать велеть при себе Колотошину⁷ разные часы стенные, настольные и карманные (№ 131), «Протти Леопольда и что о часах Механического есть в парижских записках» (№ 132). Ломоносов очень интересовался усовершенствованием морских часов: «У пружины морских часов погрешности ее высмотреть и где есть шум сноровить линею, а особливо главного» (№ 133), «Тройные и десятерные шестерни и колеса, вместо одиноких, у астрономических инструментов и у часов, в прокладку или в продвижку» (№ 76), «Прямолинейные морские часы» (№ 129), «Ускорение и умедление часов в разных градусах теплоты исследовать по отвесным часам, сходным с астрономическими наблюдениями, неравности от пружины и улитки происходящие, исправить по отвесным часам» (№ 16). Ломоносов разработал также применение новых материалов для уменьшения трения: «Ход стеклы и хрусталь для избежания фрикции⁸» (№ 139).

Примечания

1. Это сочинение Ломоносова долгое время лежало в глубокой тайне в Главном морском архиве и впервые было опубликовано лишь в 1847 г. в Записках Гидрографического департамента морского министерства. Это был последний, предсмертный труд Ломоносова.

2. Мысль об отыскании морского пути в Индию была разработана Ломоносовым еще в 1755 г., когда он составил до сих пор не разысканное «Письмо о Северном ходу в Ост-Индию Сибирским океаном». Сведения об этом письме имеются лишь в рапорте Ломоносова о трудах его за 1755 год.

3. Ода «На день восшествия на Всероссийский престол блаженный памяти Государыни Императрицы Елисаветы Петровны ноября 25 дня, 1752 года». — Полн. собр. соч.: Часть первая. — СПб., 1794, с. 155.

4. Полн. собр. соч.: Часть вторая. — СПб., 1794, с. 15.

5. То есть в работе.

6. Речь идет о предшественнике современных морских и авиационных секстантов — угломерном инструменте для быстрого определения углов возвышения небесных светил над горизонтом. Основными частями квадранта были: зрительная труба и два плоских зеркала, из которых одно — подвижное — было связано с отсчетным приспособлением, скользящим вдоль шкалы, нанесенной на металлической дуге длиной в четверть окружности. «Прибавления» Ломоносова давали возможность наблюдать с этим прибором по изобретенному им новому методу (без пользования горизонтом), о котором см. с. 70.

7. А.И. Колотошин (1731—1767) — один из талантливых академических мастеров, помогавших Ломоносову в изготовлении научных приборов.

8. Трения.