Эра великих географических открытий. История европейских морских экспедиций к неизведанным континентам в XV—XVII веках

И квадрант, и астролябия использовали искусственный горизонт, то есть они зависели от перпендикуляра. Балансируя на вздымающейся палубе, мореплаватель мог делать более точные замеры с помощью инструмента, предназначенного, как и большинство современных инструментов, для измерения высот с видимого горизонта. Грубое приспособление такого вида применяли некоторые арабские моряки в Средние века. Это был kamal, который состоял из нескольких небольших деревянных дощечек (каждая из которых представляла определенную высоту), нанизанных на шнур определенной длины. Мореплаватель зажимал конец шнура между зубами и, держа веревку туго натянутой, выбирал дощечку, которая точнее всего вставала между горизонтом и небесным телом, наблюдения за которым он вел. Моряки Васко да Гамы видели, как используют kamal в Индийском океане. Возможно, их описания этого прибора способствовали в начале XVI в. адаптации для навигационного применения алидады – другого инструмента с длинной историей применения его на берегу в астрономии. Морская алидада представляла собой прямую рейку – обычно из самшита – длиной около трех футов (91,44 см) и трех четвертей дюйма (1,9 см) в поперечнике, квадратную, проградуированную на одной стороне градусами и минутами. Поперечная планка была прикреплена к древку так, чтобы могла ровно скользить вдоль него. Конец древка нужно было держать у глаз, а поперечную планку передвигать до тех пор, пока она точно не совпадала с расстоянием от горизонта до наблюдаемого небесного тела, и высоту считывали со шкалы. Такой инструмент был дешевле и легче в изготовлении, чем астролябия. Сделанный из дерева, он не требовал гравировки, и умелый моряк, обученный должным образом, мог себе сделать такой. В учебнике Мартина Кортеса содержались подробные указания по градуировке алидады. Этот инструмент требовал немалого умения при обращении с собой. Для того чтобы его показания были точными, его нужно было держать устойчиво и точно вертикально и тщательно выравнивать с центром глаза, чтобы избежать ошибок параллакса. Его использование было ограниченным; высоты звезд над уровнем моря можно было наблюдать лишь на заре и в сумерках, когда одновременно были видны и звезды, и горизонт; высоты меньше 20 градусов и больше 60 градусов вообще нельзя было наблюдать. Однако, несмотря на эти ограничения, относительные простота и точность алидады делали ее излюбленным инструментом для этой цели, по крайней мере в средних широтах, на протяжении XVI в.

В северных широтах на протяжении изучаемого нами периода Полярная звезда была небесным телом, наблюдения за которым проводились чаще всего благодаря ее неизменному положению, легкости, с которой ее можно было опознать, простоте правил и незначительности поправок, от которых зависело счисление широты по наблюдаемой высоте полюса. Однако португальские моряки, плававшие на юг вдоль побережья Западной Африки, видели, что Полярная звезда опускалась все ниже ночь за ночью до тех пор, пока на широте приблизительно 9 градусов северной широты они полностью не потеряли ее из виду. Можно было использовать другие выделявшиеся на небе звезды, расстояния от которых до Полярной звезды были сведены в таблицу. Правило определять широту по Южному Кресту, аналогичное правилу Полярной звезды, появилось в начале XVI в. Однако измерения высоты над горизонтом других звезд можно было использовать ввиду ограниченных математических знаний того времени, если они делались в момент перехода через меридиан. Этот момент было трудно определить, и он мог произойти в такое время, когда ни звезда, ни горизонт не находились в удобном положении для наблюдения. Самым очевидным заменителем Полярной звезды была меридиональная высота Солнца. Подобно Полярной звезде, высоту Солнца моряки давно уже использовали для того, чтобы получить представление о расстоянии, пройденном в северном или южном направлениях из порта отправления. Однако измерение высоты Солнца с помощью инструментов представляло трудности на практике; и когда они были преодолены, определение широты стало включать значительно более сложные вычисления, чем правило Полярной звезды. Мореплаватель хотел знать свое угловое расстояние в градусах к северу или югу от экватора, которое равно зенитному расстоянию небесного экватора. Но в отличие от Полярной звезды небесный экватор невозможно наблюдать непосредственно. Солнце не следует по небесному экватору, и угловое расстояние между небесным экватором и эклиптикой – путем, которым следует Солнце по отношению к Земле, – меняется день ото дня и год от года. Поэтому мореплавателю нужно было знать это угловое расстояние к северу или югу от небесного экватора – солнечное склонение для любого дня любого года в полдень. Это представляло собой астрономическую и математическую задачу, которую не могло решить никакое количество опыта.