Настоящее Приложение состоит из следующих разделов:
Вступление
Астрономические знания китайцев в 1421 г.
Как китайцы отмечали ход времени.
Китайские обсерватории.
Солнечные и лунные затмения.
Как китайцы измеряли географическую долготу с помощью лунных затмений.
Доказательство теории и ее практическое применение.
Вступление
Во время своего шестого кругосветного путешествия (1421–1423) китайские мореходы всячески старались усовершенствовать способ определения географической долготы. К примеру, географическая долгота побережья Восточной Африки была установлена ими довольно точно, после чего эти данные перекочевали на карту Кантино (1502). Хочу напомнить, что это было проделано за 300 лет до того, как Джон Хэррисон изобрел хронометр. Географическая долгота между Кейптауном и Джибути (7000 морских миль) соответствует действительности — погрешность составляет не более 20 морских миль (или 20»). Доказательства того, что данные измерений, полученные китайцами, были затем использованы на карте Кантино, рассматриваются в главе 6 этой книги.
Астрономические знания китайцев в 1421 г.
К началу шестого путешествия Золотого флота Чжэн Хэ знания китайцев о звездном небе значительно расширились. Не будем забывать, что на протяжении многих веков они внимательно изучали звездное небо. Они заносили в свои книги наблюдений за небосводом данные о пульсарах, квазарах и нейтронных звездах, а кроме того, предсказали появление и периодическое возвращение к Земле кометы Галлея, не говоря уже о том, что они могли предсказывать лунные и солнечные затмения. Китайцы знали, что Земля представляет собой шар, и разделили этот шар на 365,25° (долей) — по количеству дней в году — с географическими широтами и долготами (параллелями и меридианами). Географическая долгота определялась положением точки в пространстве к востоку или к западу от Пекина. Географическая широта просчитывалась от Полярной звезды, стоявшей строго над Северным полюсом, до экватора; по этой же причине Южное полушарие (куда они прежде не ходили) было для китайцев недоступно. Только во время шестого путешествия флота Хон Бао в начале 1422 г. китайцы вычислили точное положение Южного полюса. Мы можем с уверенностью утверждать, что во времена раннего периода правления династии Мин китайцы не только открыли Южный полюс, но использовали в Южном полушарии в качестве путеводных звезд Канопус и созвездие Южный Крест, которые вместе с Полярной звездой позволяли определять положение китайских судов как в Южном полушарии, так и по всему миру.
Как китайцы отмечали ход времени
Для того чтобы вычислить географическую долготу, необходимо было научиться очень точно определять время. Китайцы определяли ход времени по длине солнечной тени. Самая большая китайская обсерватория в Чжоу Гон была построена за несколько веков до начала правления династии Мин. Обсерватория представляла собой усеченную треугольную пирамиду с верхней гранью площадью 25 квадратных футов. К верхней площадке вела широкая лестница; на площадке располагались три помещения, откуда хорошо было видно гномон — массивную вертикальную планку высотой 40 футов в северной части усеченной грани. Обсерватория имела также тонкий стальной вертикальный прут, предназначавшийся для определения местонахождения звезд на небосводе. В одном из помещений обсерватории находились большие водяные часы клепсидра.
В верхней части пирамиды располагалась еще одна площадка, протянувшаяся на 120 футов к северу, которая вместе с гномоном служила для измерения солнечной тени. Для уверенности в идеальном горизонтальном положении площадки китайцы по всей ее длине пустили две параллельные каменные канавки, по которым постоянно текла вода. Положение считалось рабочим, если уровень воды в канавках был идеально параллелен каменным плитам, которыми была выложена площадка с гномоном.
40-футовый гномон позволял измерять солнечную тень с рассвета и до захода солнца. В качестве иллюстрации можно привести следующий пример: в день равноденствия на экваторе солнце всходит точно на востоке и садится, соответственно, точно на западе. В полдень солнце находится прямо над головой наблюдателя и вообще не отбрасывает тени. Самая длинная тень бывает на восходе и на закате. По длине тени наблюдатель определяет время в этом регионе.
В 721 г. н. э. китайцы пришли к выводу, что длина солнечной тени меняется не только в течение дня, но и изменяется день ото дня, а также меняется в зависимости от географической широты, на которой располагается астрономическая площадка. Далее они стали проводить экспериментальные измерения между северными широтами 17°20? и 40°. Кроме того, они измеряли тень зимой и летом на меридианах на протяжении нескольких тысяч километров, используя менее массивный гномон в 8 футов высотой. Измерения показали, что длина теней отличается примерно на 3,36 дюйма на каждые 400 миль долготы. Таким образом, уже в VII в. китайцы могли корректировать расчеты своих главных обсерваторий.
Китайцы также отметили, что длина тени изменяется в зависимости от времени года. Эта разница могла быть очень существенна: в день летнего солнцестояния, к примеру, длина тени равнялась 123,685 фута, тогда как зимой она никогда не превышала 76,740 фута. Вновь полученная информация позволяла производить ежедневную коррекцию любого рода астрономических вычислений, внося поправку на основании длины тени в зависимости от времени года.
Постепенно пришло понимание того, что Земля движется по своей орбите не столь равномерно, как это считалось в древности: другими словами, выяснилось, что это отнюдь не идеально вращающийся механизм, подвешенный в пространстве. Необходимо было рассчитать эти отклонения в движении Земли по своей орбите и на основе различных вычислений внести соответствующие поправки в расчет координат. Скоро выяснилось, что существующие «сбои» во вращении Земли вокруг Солнца вызывают также сбои между «абсолютным» и, так сказать, «солнечным» временем. Такого рода различия во времени достигают своего «положительного» максимума в 14?30» в феврале и «отрицательного» максимума в 16'30» в ноябре. Китайцы настолько точно вычисляли это время, что великий математик Лаплас по этому поводу писал так:
«Наблюдения китайцев с 1277 по 1280 г. ценны хотя бы уже тем, что их точность близка к идеальной, поскольку и в наши дни трудно добиться большего. К примеру, погрешность при измерении длины тени при восходе и заходе Солнца у средневековых китайцев равнялась не более 0,01 дюйма».
Подобной точности можно добиться только при одном условии — если для различного рода опытных измерений избрать самый долгий лунный месяц, протяженностью в 29,53059 суток. При таких условиях возможная погрешность у китайцев равнялась менее 1» в месяц.
Китайские обсерватории
Китайцы построили крупнейшую обсерваторию в Чжоу Гон сначала в Нанкине, а затем, когда столица была перенесена на север в 1421 г., — ее аналог в Пекине. Потом были построены еще 4 обсерватории, а затем еще 8. Чуть позже небольшие обсерватории стали строить по всему миру благодаря экспедициям Золотого флота Чжэн Хэ.
Мы знаем, какое оборудование находилось в будочках на усеченных площадках пирамидальных обсерваторий из «Хроники династии Юань (1276–1279)» (Нидлхэм, 1954 г., том 3, с. 369).
Далее следует перечисление основного оборудования:
Хунь-тьен-сян — звездный глобус, главный предмет в обсерватории.
Ян-и — полукруглый песчаный циферблат солнечных часов.
Као-пяо — массивный гномон, высотой 40 футов, подобный гномону в обсерватории Ян Чэн в Пекине.
Ли-юнь-и — теодолит.
