19. Николаевский и Симеизский филиалы Пулковской обсерватории

Обычно практической астрономией называют отрасль астрономии, занимающуюся определением географических координат точек земной поверхности и точного времени, причем в это понятие включают теоретическое обоснование методов определений и их точности. Этот важный раздел астрономии далеко, конечно, не охватывает всех практических применений астрономии, но это название возникло давно, когда других практических применений астрономии было еще мало. Иногда практическую астрономию считают частью астрометрии.

Определение широт и долгот пунктов называется часто «определением астропунктов» и лежит в основе картографических работ, будучи тесно связано с геодезией, полное рассмотрение которой выходит, естественно, за рамки нашей книги. Такие определения относят часто еще к разряду астрономо-геодезических работ. Именно с астрономо-геодезических работ в первых годах XVIII в. и началось, как мы видели, быстрое развитие астрономической науки в России, так как работы эти были теснейшим образом связаны с государственными нуждами, и это направление деятельности русских астрономов красной нитью проходит через всю историю астрономии в нашей стране. Отчетливое сознание русскими астрономами своего долга перед страной, в частности, видно и из того, что астрономо-геодезическим работам уделяли большое внимание не только астрономы — работники морского и военного ведомств, но и работники университетских обсерваторий. Определение широт и долгот осуществляется при помощи различных методов в зависимости от условий наблюдения, и едва ли найдется способ, предлагавшийся в практической астрономии, который бы не изучался и не совершенствовался русскими астрономами, а многие способы предложены и введены в практику именно ими.

Мы уже описывали громоздкие и требовавшие много времени способы определения долгот из наблюдений Луны и затмений спутников Юпитера, не дававшие, однако, нужной точности. Как известно, в 1735 г. в Англии был изобретен хронометр — часы с балансиром, точность которых была достаточно велика, чтобы при перевозках таких часов они могли «хранить» время с точностью до полминуты. Это позволяло определять долготы способом «перевозки хронометров», сравнивая местное время, найденное из астрономических наблюдений, с временем, которое показывает хронометр, вывезенный, скажем, из Пулкова, где он был поставлен по пулковскому времени.

Для устранения ошибок в ходе хронометра за долгий срок перевозки необходимо было брать с собой несколько хронометров и из их показаний брать среднее. Конечно, предварительно изучался так называемый ход каждого хронометра — его отставание или уход вперед на столько-то времени за сутки.

За изобретение хронометра часовщик Гаррисон получил от английского парламента крупную премию, — это изобретение рассматривалось как средство улучшения и облегчения определений долгот на кораблях во время плавания. Однако практически только в начале XIX в. этот способ мог войти в практику, так как до этого хронометры еще плохо «хранили время»: они слишком уходили вперед или отставали за время их перевозки.

Первая хронометрическая экспедиция в России состоялась в 1833 г. под руководством Ф.Ф. Шуберта. В ходе этой экспедиции (6 переездов с 56 хронометрами) были определены разности долгот на Балтийском побережье.

Десятью годами позднее 32 таких рейса, проведенных под руководством В.Я. Струве в течение двух лет, связали Гриничскую обсерваторию с Пулковской. Эта работа была очень важна, поскольку долготы огромных территорий Восточной Европы и Азии определялись русскими астрономами относительно Пулкова, а долготы многих других стран мира привязывались к Гриничскому меридиану. Связь Пулкова с Гриничем по долготе привела к созданию единой системы долгот на всем земном шаре и была крупным вкладом русских ученых в международную науку.

Для последующих хронометрических экспедиций большое значение имела работа П.М. Смыслова (1863 г.), в которой была подробно разработана методика определения долгот.

Изобретение телеграфа, казалось бы, давало в руки астрономов новый действенный метод для определения разности долгот на суше. Однако правительство не заботилось о внедрении отечественных изобретений в области телеграфии. Телеграф с фонарями, изобретенный землемером Понюхаевым в 1815 г., и электрический телеграф П. J1. Шиллинга (1832 г.), показавший себя практически на линии Зимний Дворец — здание Министерства путей сообщения в Петербурге, не были использованы военным ведомством для астрономо-геодезических нужд.

Способ сравнения времени по проволочному телеграфу для определения разности долгот Пулковской и Московской обсерваторий был применен лишь много позднее, и его превосходство над способом перевозки хронометров было вскрыто П.М. Смысловым в его работе 1865 г.

Еще более широкие возможности открыло великое изобретение А.С. Попова — радио, — сделанное им в 1895 г. Впервые радиотелеграф в России был применен для определения разности долгот в приморских условиях в 1910 г. выдающимся гидрографом и геодезистом Н.Н. Матусевичем. С тех пор радиотелеграфные определения долгот вытеснили все остальные методы и получили в России широкое применение.

Трудность определения точного времени в пункте с уже известной долготой в любом месте земного шара была полностью преодолена только в XX в., после внедрения в практику радио. Но и в настоящее время улучшение методов определения долгот, как и методика передачи сигналов точного времени, остаются важной научной и народнохозяйственной проблемой.

Определение местного времени практически сводится к задаче определения поправки часов (хронометра); поправкой часов называется величина, которую надо придать к показанию часов, чтобы получить верное местное время.

В.Я. Струве сделал очень много для решения задач практической астрономии. В частности, он предложил определять поправку хронометра из наблюдений азимута звезд в южной части неба, а для большей точности таких наблюдений предложил ставить в фокусе окуляра угломерного прибора двойной крест паутиновых нитей вместо ординарного, так чтобы их пересечения образовали подобие квадрата со стороной около 30″.

В настоящее время за рубежом для определения поправки хронометра еще часто пользуются пассажным инструментом, наблюдая прохождения светил через нить в поле зрения инструмента, труба которого может вращаться только в одной вертикальной плоскости. Огромная территория нашего отечества требовала и требует для определения астропунктов экспедиций в очень отдаленные местности, куда перевозить пассажный инструмент затруднительно. Гораздо удобнее в таких случаях пользоваться более портативным универсальным инструментом.

В целях более широкого использования универсального инструмента русские астрономы и геодезисты разработали ряд новых методов, из которых наиболее замечательным является способ соответственных высот. Способ этот состоит в том, что для определения поправки часов отмечают моменты, когда две звезды, расположенные одна в восточной, другая в западной стороне неба, при своем суточном движении оказываются на «соответственных» (строго одинаковых) высотах над горизонтом. Этот метод разработал для практического применения в 1874 г. Н.Я. Цингер, тогда адъюнкт-астроном Пулковской обсерватории. Цингер дал удобные для вычислений формулы, составил список 160 пар звезд, удобных для наблюдений, и на практике доказал высокую точность своего способа. Метод Н.Я. Цингер а получил широкое распространение, но вскоре возникла необходимость упростить связанные с ним вычисления. Это упрощение было достигнуто благодаря таблицам, составленным астрономами И.Е. Кортацци и Ф.Ф. Витрамом. Наконец, военный астроном и геодезист Н.О. Щеткин в 1902 г. составил таблицы для 200 пар звезд при работах в пределах широт от +40° до +60°. П.Н. Долгов в 1915 г. продолжил их для широт ОТ +60° до +70° в связи с усилившимся интересом к освоению Арктики. Однако в более близких к полюсу зонах способ Цингера пока не применим. Дальнейшее усовершенствование способа Цингера в связи с огромным расширением картографических работ в СССР было сделано уже в советский период.

Для работ в полярном бассейне при освоении Арктики и сейчас оказывается удобным метод ташкентского геодезиста Д.Д. Гедеонова, состоящий в определении моментов пересечения звездой ряда вертикальных нитей прибора, причем наблюдения ведутся вблизи меридиана. Этот способ был им предложен в 1894 г. для работы с переносным пассажным инструментом, но он применим и для универсального инструмента с частой сеткой нитей в окуляре. Можно обойтись и меньшим числом нитей и даже одной нитью, применяя способ, предложенный военным геодезистом Н.Д. Павловым в 1912 г. Наблюдения звезд вблизи небесного экватора в момент их кульминации (по аналогии с наблюдениями на меридианном круге) по способу Н.Д. Павлова с успехом производятся на севере нашей страны.

Николай Яковлевич Цингер (1842—1918)

Для определения широт способ соответственных высот теоретически был разработан давно. Однако на практике применялся способ, предложенный в 1824 г. Бесселем и состоявший в наблюдении моментов прохождения звезд вблизи зенита через первый вертикал (вертикальный круг, перпендикулярный к меридиану) при помощи пассажного инструмента.

В.Я. Струве, доказав точность метода Бесселя и его применимость для решения многих задач в экспедиционных условиях, предложил наблюдать четыре звезды, — одну к востоку, другую к западу от зенита, а после перекладки оси инструмента на ее опорах («лагерах») на 180° наблюдать 3-ю звезду на востоке, а потом 4-ю на западе.

О.В. Струве в 1851 г. предложил Репсольду изготовлять вертикальные круги по рекомендованной им системе для определения широт путем измерения высот светил над горизонтом. Эти вертикальные круги по точности и удобству работы с ними превзошли все другие экспедиционные инструменты. Однако в горных условиях этот прибор, весивший без треноги и упаковки почти 5 пудов, даже и на вьюках перевозился с трудом. Поэтому Д.Д. Гедеонов в Ташкенте разработал конструкцию малого вертикального круга, весившего меньше одного пуда и впервые изготовленного по его указаниям в 1894 г. Репсольдом. Точность прибора оказалась практически такой же, как у большого круга. С тех пор Репсольд изготовлял эти круги с диаметром лимба 15 см по заказам из разных стран. Русским геодезистам, таким образом, принадлежит идея создания малых вертикальных кругов, получивших широкое распространение.

Наряду с этим проф. И.И. Федоренко в Харькове впервые убедительно показал на практике, что способ соответственных высот вполне пригоден и для определения широт универсальным инструментом. Но только М.В. Певцов в Омске в 1884—1885 гг. исследовал теорию этого способа и составил список пар звезд, удобных для наблюдений, и специальные таблицы для вычисления широты из этих наблюдений; эту свою работу он опубликовал в 1887 г. Дальнейшее усовершенствование этого способа было проведено А.Я. Орловым, И.И. Селиверстовым и Н.О. Щеткиным. В настоящее время способ Певцова применяется повсеместно за исключением арктических областей.

В начале XIX в. Гаусс предложил способ одновременного определения широты и поправки часов из наблюдений звезд на соответственных высотах. Этот способ разрабатывался в Николаеве астрономом К. Кнорре. Впоследствии к этому способу вернулся Н.О. Щеткин. Практическое применение и усовершенствование его было достигнуто, однако, лишь в советскую эпоху.

Таким образом, всесторонняя разработка и внедрение в практику способа раздельного и совместного определения широты и времени на переносных инструментах была достигнута при активном участии русских ученых.

Следует отметить, что хотя в России в XIX в. не было заводов, изготовлявших астрономические приборы, но мастерские Академии наук, Пулковской обсерватории и Гидрографического управления нередко создавали оригинальные и точные переносные приборы. Так, в Пулкове Брауэр и Гербст изготовляли не только отличные универсальные инструменты, но и пассажные инструменты. Один из них был, например, установлен на Ташкентской обсерватории. Но и за рубежом эти инструменты ценились высоко. Для градусных измерений по 52-й широтной параллели из трех таких инструментов два были заказаны Международной комиссией Брауэру. В начале XIX в. небольшие телескопы выпускались артиллерийским управлением Военного министерства.

В области мореходной астрономии необходимо отметить работу И.М. Симонова. В 1819—1821 гг. во время антарктической экспедиции он разработал оригинальный метод определения местного времени по соответственным высотам светил с целью определения долготы корабля; для наблюдений по этому способу он предложил специальный отражательный инструмент, применимый при морской качке.

К началу XIX в. относятся попытки дать способ совместного определения широты и долготы на море. Аналитическое решение задачи, основанное на этом способе наблюдений, данное Гауссом в 1808 г., было неудобно. В 1824 г. Ф.И. Шуберт в «Проблемах мореходной астрономии» предложил оригинальный метод такого определения и создал его теорию. Однако в мореходной практике этот метод оказался неудобным. Практическое решение, но также неудобное, было дано американским моряком Сомнером в 1843 г., уравнение же, нужное для вычислений в удобной форме, принятой и в настоящее время, вывел в 1832 г. К.Х. Кнорре. В 1839 г. военный штурман М.А. Акимов произвел наблюдения, обработанные им потом оригинальным и простым графическим способом. Лишь в 1849 г. он опубликовал свой метод, состоявший в проведении на морской карте линий положения корабля по измеренным высотам двух светил, перпендикулярно к вычисленному азимутальному направлению на светило. Идея Акимова не привлекла к себе достаточного внимания, и его метод вторично был предложен англичанином Джонсоном в 1864 г. В настоящее время практически пользуются графическим методом Сент-Илера, предложенным в 1875 г. и по идее близким к методу Акимова.