В начале XV в. торговля между Европой и Азией велась либо через Черное и Средиземное моря, либо по суше и почти полностью была сосредоточена в руках итальянских морских государств - Венеции и Генуи. Отрезанная от этих рынков Португалия устремилась к югу, решив распространить свое влияние на море. Уже в XIV в. она стала привлекать к себе на службу для создания морского флота генуэзских штурманов. Один из сыновей короля Ионна I принц Энрико (названный впоследствии Энрико Мореплавателем), губернатор южной провинции Алгарви, из своей резиденции Сагриш вблизи мыса Сан-Висенти нанимал на службу арабских математиков - они должны были инструктировать его капитанов по искусству навигации в Атлантическом океане, которое требовало совершенно иных навыков, чем мореплавание в Средиземном море.
Со временем на пожертвования ордена Христа, главным магистром которого являлся принц Энрико, Португалия снарядила корабли, которые, плавая на юг и вокруг Африки, открыли морской путь на Восток. В 1434 г. португальские мореплаватели достигли мыса Бохадор, самой южной точки Канарских островов, в 1444 г. - мыса Зеленого, в 1487 г. - мыса Доброй Надежды; усилия Португалии на море достигли своей наивысшей точки в 1498 г., когда Васко да Гама достиг г. Каликут на Малабарском побережье Индии.
1. Альманах Региомонтана, 1474. На этой странице показаны предвычисленные полные затмения Луны для 1504 г., с помощью которых Колумб поразил воображение туземцев Ямайки. (Королевское астрономическое общество.)
Эти океанские путешествия, эти плавания в неизведанное способствовали развитию новых идей в навигации и обусловили использование астрономических методов определения местоположения в дополнение к уже испытанным временем способам измерения при помощи компаса, лотлиня и по оценке скорости корабля. Португалия достигла значительных успехов в изобретении методов и инструментов, позволяющих определять широту по наблюдениям Полярной звезды и Солнца. Протяженность океанского маршрута в северо-южном направлении не имела значения для определения местоположения корабля, но плавание вокруг мыса Доброй Надежды, т. е. движение в западно-восточном направлении, было очень важно, в особенности для Христофора Колумба, отплывшего с Канарских островов в сентябре 1492 г.
Некоторые исследователи пытались определять долготу из астрономических наблюдений. С этой целью Колумб захватил с собой в плавание библиотечку, включающую альманахи и эфемериды, составленные Иоганном Мюллером (прозванным Региомонтаном, от лат. Regiomontanus - Кёнитсбергский). Мюллер предвычислил каждодневные положения Солнца, Луны и планет для Нюрнберга на период 1476-1506 гг. [6]. Позднее его эфемериды были продолжены Стоффлером из Тюбингена до 1531 г. [7]. Во время своего второго путешествия Колумб, пока его корабль стоял в испанской гавани, наблюдал затмение Луны 14 октября 1494 г. Полученная им долгота отличалась на 23° к западу от истинной, что в единицах времени соответствует 1,5 ч [8]. Во время четвертого плавания, когда 29 февраля 1504 г. корабль находился на Ямайке, Колумб, воспользовавшись предвычисленным моментом затмения Луны, сначала разыграл перед туземцами роль божественного провидца (подобное событие 350 лет спустя Марк Твен описал в своем произведении «Янки при дворе короля Артура»), а затем из наблюдений определил долготу своего местонахождения, но с ошибкой в 2,5 ч к западу. (Что было причиной этих ошибок - неточность в определении местного времени, ошибки альманаха Региомонтана, а может быть, просто желание Колумба доказать, что он действительно достиг берегов Азии, -этого мы никогда не узнаем [9].) 14 августа 1499 г. во время своего второго путешествия Америго Веспуччи наблюдал затмение Марса (покрытие этой планеты Луной) и определил долготу своего местонахождения - 1366 2/3 лье (82°) к западу от г. Кадис [10] - с такой точностью, к которой трудно придраться. Но методы, применявшиеся Колумбом и Веспуччи, нельзя было использовать часто, и, кроме того, они давали приемлемые результаты только на стоянке. Поэтому в последнем десятилетии XV в. возникла крайняя необходимость в решении проблемы определения долготы в открытом море, что в конечном счете привело к основанию Гринвичской обсерватории и установлению гринвичского времени
Правильное решение названной проблемы было уже не за горами. В 1514 г. Иоганн Вернер (1468-1522) из Нюрнберга опубликовал новый перевод 1-й книги птолемеевской «Географии» [11]. В своих комментариях к четвертой главе (несколько строк из которой мы уже цитировали) Вернер предложил впредь для определения долготы воспользоваться новым методом, названным им методом лунных расстояний, а для наблюдений применять поперечный жезл - инструмент, созданный на основе жезла Якоба, изобретенного за двести лет до этого прованским астрономом Леви бен Герзоном [12].
Тем не менее прошло еще почти 250 лет, прежде чем появилась практическая возможность измерять долготу в открытом море методом лунных расстояний. (Более подробно об этом говорится в приложении I.) В этом методе используется то, что Луна сравнительно быстро перемещается на фоне звезд зодиакальных созвездий, передвигаясь за час на расстояние, примерно равное ее диаметру. «Таким образом, географ прибывает в один из выбранных пунктов и в любой известный момент времени ведет оттуда при помощи этого инструмента [поперечного жезла] наблюдения расстояния между Луной и одной из опорных звезд, расположенных вблизи (или на самой) эклиптики» [13]. Так писал Вернер, предлагая, между прочим, использовать этот метод на суше. Затем с помощью астрономических таблиц положений звезд и альманаха с предвычисленными положениями Луны можно определить разность долгот между наблюдательным пунктом и тем местом, для которого был составлен альманах. Однако все это было хорошо только в теории. На практике же ни инструментов, ни точных таблиц, позволяющих получить удовлетворительные результаты, в то время не существовало. Более того, Вернер не принял во внимание лунный параллакс - явление, вследствие которого для наблюдателей, находящихся в разных пунктах на поверхности Земли, положение Луны на небесной сфере оказывается различным. Для получения точных результатов учет параллакса был совершенно необходим.
2. Наблюдения с помощью поперечного жезла, используемые для определения лунных расстояний и измерения высот зданий. Эта гравюра была приведена на титуле труда Петра Апиана 'Введение в географию' (Introductio Geographica Petri Apiani in Doctissimus Verneri Annotationes...), Ингольштадт, 1533. (Британская библиотека.)
Морякам и ученым метод лунных расстояний был известен не в том виде, как он описывался Вернером, - они знали его наглядное, как хорошая картина, описание, приведенное в «Космографии» (Ингольштадт, 1524) Петра Апиана (1495-1552) [14]. Этот труд в 1533 г. был переиздан Геммой Фризием (1508-1555), фризийским астрономом и математиком [15], и успешно публиковался до конца шестнадцатого столетия. В Англии первое описание метода лунных расстояний было сделано Уильямом Канингэмом из Нориджа в 1599 г. в книге «Космографическое зеркало», написанной прекрасным языком и отпечатанной великолепным итальянским шрифтом:
3. Древний рисунок, иллюстрирующий определение долготы методом лунных расстояний, из первого издания труда Петра Апиана 'Космография' (Инголыптадт и Ландшат, 1524). (Бодлеанская библиотека, Оксфорд.)