РОДОСЛОВНАЯ МАГНИТНОГО КОМПАСА

У ДРЕВНЕЙ КОЛЫБЕЛИ КОМПАСА

Роль магнитного компаса в развитии мореплавания переоценить трудно. Это удивительный прибор. История его уходит в глубокую древность, настоящее весьма впечатляюще — без него не обходится ни одно судно, уходящее в море, а будущее видится в дальнейшем его совершенствовании и расширении границ применения.

Компас не только помог мореплавателям, но и дал толчок развитию учения о магнитном поле Земли, способствовал открытию взаимосвязи магнитного и электрического полей, с него начались многие отрасли науки. Другими словами, магнитный компас не только “открыл земной шар”, он открыл человечеству физический мир.

Свой вклад в изучение и совершенствование магнитного компаса вносили самые передовые ученые своего времени. Теорией компаса и методами его использования занимались В. Гильберт и Г. Куломб, А. Гумбольдт и К. Гаусс, А. Эйлер и М. Ломоносов, X. Эрстед и А. Крылов и многие другие.

Честь изобретения компаса оспаривают китайцы и индийцы, арабы и итальянцы, французы и англичане. Много исследований посвящено истории этого прибора, но в результатах и выводах их нет единообразия. Встречающиеся противоречия и неточности во многом можно объяснить тем, что документы и свидетельства далекого прошлого не дошли до нас и многие выводы сделаны лишь на предположениях, а отчасти и тем, что исследователями были историки, археологи, геологи, физики, писатели и, к сожалению, значительно реже моряки, что не могло не отложить свой отпечаток на взгляды и оценку открытий.

Существуют различные версии об истоках изобретения компаса. Наиболее распространенная из них — компас изобретен в Китае в 3000—2500 гг. до н. э. и оттуда он попал в Европу.

Цы-ши (камень материнской любви) — так называли в древнем Китае куски бурой руды, обладающей свойством притягивать к себе и удерживать легкие куски железа.

Китайцы обратили внимание на то, что такой камень обладает и другим удивительным свойством: если придать ему вытянутую форму и подвесить на нити, он устанавливается одним концом в направлении на север (к Полярной звезде), а другим — на юг. Отклоненный от этого равновесного положения, он после нескольких колебаний снова устанавливается в первоначальное положение. Это свойство камня цы-ши указывать направление навело на мысль путешественников через бескрайние пустыни Гоби использовать его для ориентации, когда не видно ни Солнца, ни звезд. Вот как об этом записано в древней китайской летописи:

“…Идут караваны по бескрайним пескам пустыни Гоби. Солнце скрыто желтой пеленой пыли. Далеко от берегов Янцзы до кушанских царств, и нет к ним видимых хоженых троп. Трудно, ох как трудно пришлось бы караванщикам, если бы они не захватили с собой белый глиняный горшок, который они берегут пуще всех своих дорогих грузов, хотя нет в нем ни золота, ни жемчуга, ни слоновой кости. В сосуде на деревянном поплавке лежит коричневый камень, любящий железо. Он, поворачиваясь, все время указывает путникам сторону юга, а это, когда закрыто Солнце или не видно звезд, спасает их от многих бед, выводя к колодцам и направляя по верному пути”.

Если верить древним летописям, то именно этот глиняный горшок с цы-ши и следует, по-видимому, считать первым прообразом компаса.

Однако в научно-популярной и нередко в специальной литературе за первый компас принимают изобретение чи-нана — указателя юга. Из одной книги в другую путешествует версия о том, что в древнем Китае были известны конные двухколесные повозки чжинаньчэ с установленными на них фигурками человека с вытянутой вперед рукой. Фигурка из нефрита высотой около 40 сантиметров,
украшенная изящными узорами, устанавливалась на передней части колесницы и благодаря якобы встроенному в нее магниту всегда обращалась лицом к югу. Такие колесницы с “указателем юга”, согласно книге “Ку-кэнгжу” (“Объяснение старых и новых фактов”) некоего Цзуй Бао, помогли императору Хуангти в 2364 г. до н. э. в густом тумане и облаках пыли одержать победу над своим противником ЧЖИСу.

В возможность управления фигурой магнитом верили многие, в том числе и такой авторитет, как знаменитый кораблестроитель академик А. Н. Крылов. Именно на указания этого факта А. Н. Крыловым чаще всего ссылается большинство авторов работ, посвященных истории магнитного компаса. Однако исследования последних десятилетий показали, что “Путеводная повозка” древних китайцев никакого отношения к магнитному компасу не имеет.

По древнекитайским документам удалось установить, что механизм действия фигурки основан на системе зубчатых передач, с помощью которых фигурка связывалась с колесами повозки. Перед отправлением в путь фигурку выставляли так, чтобы вытянутая рука указывала на юг. При поворотах фигурка сохраняла свое положение, и по отклонению колес определяли изменение направления движения.

Для установки первоначального положения использовались Солнце, звезды и другие ориентиры. Правда, известный русский географ А. А. Тилло утверждает, что устанавливали первоначальное положение повозки по магнитной стрелке, которая плавала в сосуде с водой, возимом сзади повозки. Однако никаких доводов к своему утверждению он не приводит.

На судах, согласно некоторым древним китайским литературным источникам, магнит для определения стран света стал использоваться значительно позже — где-то между 400 и 300 гг. до н. э. Назывался он чи-нан-тином и представлял собой натертую магнитным камнем, т. е. намагниченную, железную иглу, подвешенную на тонкой нити из некрученого шелка. Такой компас, якобы, применялся восточными мореходами. Но это также вызывает сомнения.

Если компас в Китае стал использоваться на судах еще в IV—III вв. до н. э., то почему он не проник уже тогда в Европу? Ведь уже с начала VII в. до н. э. китайские порты начали регулярно посещать купеческие суда из далекой Индии, а в Индию уже во II в. до н. э. плавали греки, которые в начале нашего тысячелетия и сами проникли в Южно-Китайское море. Мало вероятно, чтобы мимо их внимания прошло такое великое изобретение, как “указатель юга”. А если бы греки что-то узнали о компасе, об этом непременно написали бы Плиний и Страбон — древние писатели, которые в своих изысканиях и описаниях были столь обстоятельны, что наверняка упомянули бы о таком важном для мореплавания предмете.

В связи с этим большего доверия заслуживают литературные источники, в которых сообщается о появлении на китайских судах компасов в I—III вв. н. э. Они представляли собой сосуд с водой или маслом, в котором плавал магнит в виде иглы на стебле камыша. На сосуде было обозначено 24 циклических знака, характеризующих 24 направления. Иногда применяли и “рыбешки”, вырезанные из тонкого листа железа и изогнутые в виде лодочки, чтобы они лучше держались на воде. “Рыбки” специально не намагничивались, они приобретали магнетизм при закалке.

Описание такого компаса обнаружено в сочинениях китайского ученого XI в. Шэнь-Гуа (1030—1094). Он же впервые сообщил о сделанном им открытии, что магнитная стрелка не точно совпадает с направлением север — юг, а несколько отклоняется от него, т. е. магнитный и географический меридианы не совпадают. Однако тогда мало кто обратил на это внимание — небольшое отклонение никого не беспокоило.

Упоминания о компасе обнаружены и на арабском Востоке. Известный советский арабист, специалист по истории арабского мореплавания Т. А. Шумовский считает, что арабские моряки стали пользоваться магнитной стрелкой еще в первые века хиджры, т. е. в первые столетия после 622 г., и что проник он в западную часть Индийского океана в VII в. Полезно в связи с этим отметить, что именно в этот период арабские посольства часто посещали Китай (651, 711, 712, 798 гг.), после чего между этими народами укрепились торговые отношения. Не в это ли время арабские лоцманы и муллимы (капитаны) познакомились с чи-нан-тином? На такую же мысль наводит и тот факт, что арабские суда, тяжело груженные товарами, возвращаясь из Китая и пройдя Маллакский пролив, шли, как правило, не вдоль берега, а напрямую, пересекая Бенгальский залив через открытое море.

О применении арабскими мореходами компаса с магнитной иглой, проткнутой сквозь пластинку, плавающую в воде, писал в своем сочинении “Сокровище купцов” (1282—1283) каирский ученый Бай-лак аль-Кабайаки. Такой компас он видел в 1242 г. во время своего путешествия по восточной части Средиземного моря. Индийские мореходы и персы, добавляет Байлак, пускают на воду жестяную рыбку.

Более интересные данные находим мы у арабского лоцмана, замечательного ученого-навигатора Ахмад ибн-Маджида, о котором мы упоминали в гл. 1. Он написал свою знаменитую “Книгу польз об основах и правилах морской науки”, основываясь как на собственном опыте, так и на опыте предшествующих поколений, кропотливо собрав наиболее общие, авторитетные данные из литературных источников X и XI вв. и старых рукописей знаменитых лоцманов XII в., прозванных за свое навигационное искусство “львами моря”, Мухаммеда ибн-Шазана, Сахла ибн-Абана и Лайса ибн-Кахлана. И вот что важно отметить: ни один из этих опытных мореходов не упоминает о времени изобретения компаса и появления его на судах, иначе Ахмад ибн-Маджид непременно отметил бы это и не приписывал бы ему библейское происхождение: “Что касается магнита, на котором основываются и лишь с которым это ремесло (навигация) совершенно, ибо он указывает на оба Полюса, его добыл Давид, мир ему: это камень, которым Давид сразил Голиафа… Что касается изобретения дома иглы с магнитом, то говорят, что она от Давида, мир ему, так как он основательно знал в железе и его свойствах. Еще, говорят, от Хидра (покровитель мореплавателей) , мир ему: когда вышел на поиск воды, вступил во Мрак с его морем (Южный Ледовитый океан) и уклонился к одному из Полюсов настолько, что Солнце исчезло, говорят, что он руководился магнитом (другие говорят, свечением). Магнит — камень, притягивающий только железо; магнит — это так же всяк предмет, притягивающий железо к себе. Говорят, что семеро небес и Земля подвешены посредством мощного магнита”. Ахмад ибн-Маджид описывает компас, в котором игла для защиты от ветра помещена в коробочку — “дом иглы”, имеющую 32 “гнезда”, т. е. 32 румба.

Устройство компаса, применявшегося арабами, описано также у придворного географа и писателя короля Роджера Сицилийского ал-Идриси в “Утехе для жаждущего пересечения горизонтов” (XII в.). Оно мало чем отличается от устройства китайских компасов — та же магнитная игла или пустотелая “рыбка”, плавающие в воде.

По поводу появления компаса в Европе существует несколько версий. Наиболее реальны, на наш взгляд, две: компас или попал в Европу через арабских мореплавателей Средиземного моря, или явился результатом самостоятельного европейского развития науки и техники.

Большинство ученых склоняются к тому, что о секретах компаса европейцы узнали от мусульманских моряков и ученых, которые и до крестовых походов и в течение нескольких последующих столетий в культурном и научном отношении стояли выше христиан. В то время как Европу раздирали религиозные и междуусобные войны, арабские географы тщательно собирали и изучали все, что накопила человеческая мудрость и опыт к началу нашего тысячелетия. Мимо компаса, с которым они познакомились в Китае и позже в Индии, они, конечно, пройти не могли, а вступив в общение с европейцами, они передали секрет этого прибора им.

Сторонники второй версии ссылаются на следующие данные. В XIII в. была обнаружена книга, которую приписывают древнегреческому ученому и философу Аристотелю (384—322 до н. э.). В ней есть такие слова, позволяющие предположить о раннем использовании компаса европейскими мореплавателями: “Один угол магнита имеет силу обращать железо к северу и сим пользуются мореходы. Другой же угол магнита, тому противоположный, смотрит к югу”.

Ссылаются также на скандинавского историка Ара Фроде (868— 1100). Он сообщает, что скандинавам была известна магнитная игла, которая, возможно, использовалась и на море. Ссылаются и на крупного немецкого ученого по горнометаллургическому производству Г. Агрикола (1494—1555), утверждающего в своей книге по металлургии об использовании в Европе свойств магнита еще в ранние средние века при закладке копий.

Как бы то ни было, во время крестовых походов западно-европейских феодалов на Ближний Восток (1096—1270) компас был уже достаточно хорошо известен средиземноморским мореходам. Одно из наиболее ранних описаний его встречается в стихах некого Романа Розы, написанных трубадуром Гийо из Прованса, жившим около 1180 г.: “Смотри, как звезда кажется неподвижною. Видящие и знающие мореходцы через посредство сей звезды ходят во все стороны и направляют путь свой; они называют ее загорною. Все прочие звезды движутся, переменяют места свои и обращаются; но сия звезда неподвижна, отчего и происходит посредством магнита, некрасивого и темноватого камня, к которому железо пристает удобно, такое явление, которое обмануть не может. Она держит камень сей всегда в прямом положении, потому что, когда потрут им стрелку, положат ее на кусок дерева или пробки, и пустят на воду, то дерево держит ее на верху, и острие совершенно оборачивается к звезде, так что никакой человек в том не усомнится, и нисколько через сие не ошибется. Когда же море темно и мрачно, когда не видно ни Луны, ни звезды, тогда у стрелки засвечивается огонь, и опять дороги потерять не можно: к звезде острие смотрит”.

Более подробное описание компаса того времени привел в 1190 г. в своем труде “О природе вещей” английский ученый монах, получивший образование во Франции, Александр Неккам (1157—1217). Сам он к мореплаванию не имел никакого отношения, но его молочный брат Ричард — король Англии по прозванию Львиное Сердце — непосредственно участвовал в первых крестовых походах 1190— 1192 гг., и не исключено, что сведения о путеводной игле любознательный монах получил от него. Причем о компасе Неккам пишет бегло, не как о чем-то новом, а как о предмете, довольно распространенном и хорошо известном читателю, “не являющемся тайной, в которую посвящены избранные”.

По описанию ученого монаха, он представлял собой железную иглу, продетую через соломинку, плавающую в воде. Перед каждым употреблением игла требует подмагничивания с помощью естественного магнита. Чтобы игла дольше сохраняла магнетизм, Неккам советовал изготавливать ее не из железа, а из стали.

Пользоваться такими компасами постоянно было, конечно, невозможно. От качки и ветра игла болталась как ей заблагорассудится, поэтому компас извлекали из каюты при относительно тихой погоде, когда небо заволакивалось туманом, облаками или дымкою и исчезали ориентиры. Выбирали момент, когда игла успокаивалась, и замечали направление.

Несмотря на интенсивное развитие торговли и мореходства компас, как мы видим, распространялся по миру довольно медленно — несколько столетий. Это можно объяснить, в частности, двумя обстоятельствами. Во-первых, обладание таким инструментом давало преимущества мореплавателям, которыми они делиться ни с кем из-за опасения конкуренции не хотели, а во-вторых, все непонятное тогда моряки относили к нечистой силе и нередко больше доверяли всевозможным приметам, чем “плавающим камням” и иглам. Поэтому кормчие и капитаны, чтобы не прослыть колдунами, пользовались компасом тайно. Наглядной иллюстрацией сказанному может служить письмо наставника Данте Брунетто Латини своему другу Гвидо Кавальканти о его посещении философа Роджера Бэкона, написанное в 1258 г.: “Парламент собирался в Оксфорде, мне удалось сразу по приходе повидать монаха Бэкона, и (среди прочих вещей) он показал мне черный невзрачный камень, называемый магнитом, который обладает удивительным свойством притягивать к себе железо: если о сей камень потереть иглу и после этого, укрепив ее на соломинке, пустить плавать по воде, игла будет постоянно поворачиваться к Полярной звезде; поэтому, будь ночь так темна, что не видно ни Луны ни звезд, моряк сможет с помощью этой иглы правильно вести свой корабль. Это открытие, которое кажется столь важным для всех плавающих по морям, должно оставаться до каких-то пор неизвестным, потому что ни один мореход не осмеливается пользоваться им, если только он не хочет прослыть колдуном; матросы тоже не пошли бы в море под его командованием, если бы он взял с собой инструмент, который в такой сильной степени кажется построенным под влиянием какого-то адского духа. Может наступить время, когда эти предубеждения, столь мешающие исследованию тайн природы, будут преодолены, и тогда-то человечество пожнет плоды таких ученых, как монах Бэкон, и отдаст должное тому прилежанию и разуму, за которые он и все ему подобные ныне встречают только клевету и упреки”.

Хорошо известно также, что финикийцы, например, сажали свои корабли на мель или даже топили их, если видели, что преследующий их корабль может выследить маршрут их движения или выведать секреты навигации.

Что касается термина “компас”, то применительно к курсоуказателю он появился значительно позже самого изобретения. Скорее всего он перешел на прибор с названия морских карт (портоланов), которые по-латыни назывались “комес пассус” — указатель пути.

Российский ученый А. Г. Калашников считает, что впервые слово “компас” было употреблено специалистом по солнечным часам Пейербахом в его рукописи “Устройство компаса с планкой для всех климатов”, т. е. устройство солнечных часов с гномоном для всех широт.

А до XV в. компас называли по-разному. У арабов это был “дом иглы”, у китайцев — “копилка звезд”, в странах Средиземноморья — “каламита” (от греч. каламитос — принадлежащее трубке), у русских — “матка”.

 

ОТ СКАЗОК И ЛЕГЕНД К НАУЧНЫМ ТРАКТАТАМ

Вначале о том, как бурый камень стали называть магнитом. Хорошо известна древнегреческая легенда о пастухе, который в поисках пропавшей овцы поднялся на гору Сипиль вблизи города Магнессы (Малая Азия) и не смог спуститься с нее, так как его сандалии, подбитые железными гвоздями, прилипли к скале. По имени города железную руду стали называть магнитом. Город этот, по словам Елия Дионисия, называли также Гераклеею, и поэтому Платон назвал железную руду камнем Гераклейским.

Согласно другой легенде, упоминаемой Плинием, руда получила наименование магнитной по имени пастуха Магнуса, обнаружившего способность бурого камня притягивать железный посох. А римский поэт и философ Тит Лукреций (I в. до н. э.) в поэме “О природе вещей” полагал, что камень железной руды

“Греки магнитом зовут по названию месторождения, Ибо находится он в пределах отчизны магнетов”.

Объяснить свойство бурого камня притягивать железо никто в то время не мог — до использования экспериментального метода как инструмента познания было еще очень далеко, и поэтому магнит стал предметом сказок, легенд и суеверий. Магниту приписывали свойства околдовывать людей, вызывать у них недуги и болезни, привораживать невест, вызывать меланхолию, превращать обычные камни в драгоценные и наоборот и т. д. Древние египтяне считали магнитные камни костями бога Ра и почитали их как священные.

Особенно интересовались свойствами магнита фокусники и врачеватели. Такие магнитные фокусы, как послушные рыбы, подвешенный в магнитом поле гроб Магомета, цепь из железных колец, танцующие в воде опилки, не могли не волновать воображение людей.

Медики прописывали больным порошки из толченого магнита. Вот как об этом писал В. Гильберт: “Наилучшее железо, стомома, или калибе, сталь, или ациарий превращаются с помощью пилы в мелкий порошок; этот порошок обливают очень едким уксусом, сушат на солнце, снова обливают уксусом и сушат, а после этого промывают ключевой или какой-нибудь другой подходящей водой и сушат. Затем оно, снова превращенное в порошок и размельченное на порфире, процеживается через очень мелкое сито и хранится для употребления. Дают его при болезнях расширенной и слишком влажной печени, при увеличенных селезенках. Оно возвращает здоровье и красоту некоторым девушкам, страдающим бледностью и дурным цветом лица, так как оно сильно сушит и стягивает, не причиняя вреда”.

Участник экспедиции Васко да Гамы в Индию, описывая Каликутский (Каликута — город и порт на Малабарском берегу Аравийского моря — в настоящее время Кохикоде) базар того времени, рассказывал: “Много-много продавалось там разных лечебных средств — их невозможно перечислить. Но самое трогательное было то, как дряхлые старики платили неимоверные цены за пилюли, приготовленные из магнитного порошка,— эти пилюли будто бы наверняка возвращали им утраченную молодость”.

Великий врач и философ Авиценна (Ибн-Сина) в XI в. лечил магнитом селезенку. В России магнитом лечили кровотечения, опухоли, лихорадки и т. д. Так, статс-секретарь императрицы Екатерины II отмечает в своих “Памятных записках”: “8 мая. Граф А. П. Шувалов отправился в отпуск на 4 месяца за болезнями, принуждающими его пить железные опилки”.

Даже Исаак Ньютон верил в исцеляющую силу железной руды и постоянно носил перстень с сильнейшим магнитом.

В разное время по-разному пытались объяснить свойство магнита притягивать железо. Считалось, что стремление магнита привлечь к себе опилки и гвозди является проявлением симпатии, родственного чувства частиц железа, содержащихся в магнитном камне, к железу гвоздей и опилок. В песнях Орфея, например, есть строки о том, что железо притягивается магнитом с той же силой, что невеста женихом. Неслучайно поэтому у многих народов магнитный камень называется “любящим камнем”. Например, у французов слово “магнит” — aimant — происходит от глагола aimer — любить.

Магнитной стрелке поэтому также чаще всего приписывали магические свойства. Широко были распространены, например, легенды о притяжении иглы Полярной звездой, обладающей якобы мощью магнита, о существовании в океанах островов с магнитными горами, которые притягивали к себе не только магнитную стрелку, но и металлические детали кораблей, что будто бы приводило к их гибели, и т. п. Так, в книге францисканского монаха “Счастливое открытие, добровольно осуществленное от 54° до полюса” (около 1360 г.) можно прочесть, что у Северного полюса возвышается скала из магнитного камня окружностью в 33 мили (около 60 километров). Вокруг скалы расположены четыре острова, и магнитный компас в этом месте ненадежен, а корабли, в которых есть железо, уже не могут повернуть назад.

Это представление о магнитной горе сохранялось в течение нескольких веков. Даже много лет спустя, в 1569 г., великий картограф Г. Меркатор, о котором мы еще расскажем, ссылаясь на это сочинение, показал на своей карте Северный полюс в виде скалы, окруженной морем, среди которого возвышались четыре крупных и девятнадцать мелких островов. Оказалось, что эти сведения Меркатор почерпнул из сочинений францисканского монаха. Позже выяснилось, что монах-путешественник севернее широты 67°40^/ не плавал, а о скале и магнитных горах у Северного полюса сообщил, основываясь на слухах.

В период раннего средневековья, по словам Ф. Энгельса, на развитие науки в Западной Европе наложила большой отпечаток церковь со своими догматами и политическими аксиомами. Все, что не укладывалось в религиозные догмы, встречало сопротивление церкви. Далекий от мира средневековый ученый ограничивался главным образом изучением трудов древних мыслителей и их комментаторов и мало придавал значения собственным наблюдениям и их анализу. Средневековый образ мышления исключал эксперимент как средство доказательства истины. Опыт был не в почете.

Может быть по этим причинам удивительная для того времени работа “Послание о магните” французского ученого Пьера де Марикура, по прозванию Перегрин (паломник, странник), осталась неизвестной, рукопись ее была опубликована в Риме лишь в 1520 г.

В этой работе впервые было высказано суждение о необходимости опыта и эксперимента в познании природы и тем самым во тьме веков посеяно зерно нового научно-философского мировоззрения.

Трактат написан в виде письма Пьера Перегрина де Марикур своему другу Сигеру де Фококуру, военному: “Сердечный мой друг, по твоей просьбе, я в безыскусном повествовании открою тебе, по мере возможности, некую тайную силу камня магнита”.

Перегрин, обращаясь к другу, пишет, что цель его произведения — обеспечить “путешественников… подспорьем в пути”. Далее автор говорит, как распознать магнитный камень по четырем признакам: “цвету, однородности, весу и действенности”; как находить полюсы магнита на камне, какой из них северный, а какой южный; о том, каким образом магнит притягивает железо и т. д. Средневековый ученый пишет: “Некоторые слабые исследователи полагали, что сила, посредством которой магнит действует на железо, образуется в тех минеральных залежах, где находят магнит, а потому они говорят, что хотя железо и движется к полюсам мира, но происходит это только потому, что в этих частях мира имеются залежи такого камня. Они не знают, что указанный камень находят в разных частях мира, из чего следует, что он должен был бы поворачиваться к различным пунктам мира, а это не так. И еще не знают они, что места около полюсов необитаемы, ибо полгода там день, а полгода — ночь. Вот почему нелепо думать, что из тех мест к нам может быть привезен магнит”.

Таким образом, П. Перегрин развенчивает миф о том, что магнитная стрелка указывает на полюс потому, что ее притягивают магнитные горы, расположенные там, или Полярная звезда. Он утверждает, что “полюсы естественных магнитов получают силу от полюсов мира”, т. е. стрелка компаса указывает на местоположение полюсов Земли и направляется самим Земным шаром.

Очень важны экспериментальные доказательства ученого неотделимости полюсов друг от друга, возможности намагниченное железо “насильно” перемагнитить, а также способности одноименных полюсов отталкиваться, а разноименных притягиваться. П. Перегрин также установил, что при разделении продолговатого магнита образуются два магнита с противоположной полярностью в месте раздела. В трактате он призывает не ограничиваться применением натуралистической философии и математики, а больше внимания уделять опыту и эксперименту.

Прозорливость французского ученого удивительна, но надо вместе с тем отметить, что ограниченность его научных воззрений не позволила ему глубоко разобраться в природе магнетизма. Так, представление о Земле, как о большом магните, было для него чуждо. Объясняя стремление магнитной стрелки указывать направление на полюс, П. Перегрин исходил из представления о том, что стороны магнита получают силу от соответствующих сторон неба. По мнению ученого, северу на небе должна соответствовать северная сторона магнита, а югу — южная. В итоге это соответствие он приписывал “божественному велению”.

Во второй части своего трактата “О построении инструмента, при помощи которого определяют на горизонте азимут Солнца, Луны и любой звезды” ученый приводит описание двух магнитных компасов, с помощью которых можно “прокладывать путь к странам, островам, в любые края, куда хочешь, на море и на суше, коль скоро известны широта и долгота”.

Один из приборов содержит магнит, плавающий в сосуде с водой, другой, который П. Перегрин называет “лучшим” и “более надежным”, представляет собой круглый корпус из дерева (“банку”) или меди, внутри которого в центре между крышкой и дном размещается вертикально установленная ось из меди или серебра. Сквозь отверстие в оси продета намагниченная стальная игла и под прямым углом к ней медная или серебряная стрелка. В рабочем положении стальная намагниченная игла устанавливается в направлении север — ЮГ, а стрелка указателя — на восток. Это не случайно — в XIII в., когда П. Перегрин писал свою работу, европейцы ориентировались по востоку. На прозрачной крышке прибора из стекла или хрусталя нанесены линии главных направлений— румбов (N, S, Е, W) и 360 делений — градусов. На крышке прибора помещена специальная линейка — визир, с помощью которого можно измерять азимуты светил. Таким образом, компас, предложенный П. Перегрином, был более приспособлен для использования на судне, чем его предшественники: он был устойчив при качке; корпус закрывала прозрачная крышка, защищающая чувствительный элемент от ветра и случайных прикосновений; прибор можно было легко переносить.

Компасы, усовершенствованные П. Перегрином, не нашли применения в его время, ведь трактат был опубликован лишь 300 лет спустя после того, как он был написан. Поэтому его идеи нашли воплощение в конструкциях мастеров более позднего времени.

Кем же он был этот ученый, написавший первую значительную теоретическую работу о магните и магнитном компасе? Автор письма — французский дворянин, ученый, профессор Парижского университета, военный фортификатор. Лучше всего его характеризует современник П. Перегрина французский монах, философ и естествоиспытатель Роджер Бэкон (около 1214—1292), известный своими критическими выступлениями против феодальной схоластики и церкви: “Он знает естественную науку через эксперимент, и лекарства, и алхимию, и все вещи на небесах и под ними, и он был бы пристыжен, если бы какой-нибудь профан в этом деле, или старуха, или крестьянин, или солдат знали бы… то, чего он не знал бы. Он сведущ в литье металлов и в обработке золота, серебра и других металлов и всех минералов; он все знает о службе в армии, оружии и охоте; он изучил сельское хозяйство, межевание и возделывание земли; кроме того, он знает волшебства и гадание старух, и чары их и всех волшебников, и трюки, и иллюзии фокусников. Но, так как почести и награды отвлекали бы его от величия его экспериментальной работы, он презирает их”.

Свой трактат “О магните” П. Перегрин заканчивает словами: “Писано в лагере при осаде Луцерии в год Рождества Христова МСС XIX, в VIII день августа”. Эта запись говорит о том, что П. Перегрин участвовал в осаде города Люцера (Лучера) в Апулии (Южная Италия) в борьбе за трон Сицилийского королевства. По-видимому, располагая достаточно свободным временем во время осады, ученый в письме к другу изложил свои наблюдения, описания опытов и взгляды на магнетизм.

Мы остановились столь подробно на работе П. Перегрина потому, что с нее начинается новый этап в истории магнитного компаса, связанный с научным осмыслением путей его совершенствования. Очередным шагом в этом направлении была замена иглы удлиненным ромбом-стрелкой. Вертикальную ось вскоре заменили на шпильку с острием на конце. На нижней части стрелки стали укреплять

твердый камень в виде вогнутой полусферы-топки. Все это способствовало значительному снижению трения и повышению чувствительности компаса. Последнее обстоятельство потребовало, в свою очередь, повышения точности и удобства съема угла курса. Появилась картушка. Ее изобретение приписывают итальянскому ювелиру (по другим данным — моряку) Флавио Джойя, жившему в XIII в. в городе Амальфи.

В раннем средневековье Амальфи был процветающим городом на побережье Средиземного моря благодаря хорошо развитой морской торговле. Основным занятием большинства жителей города было мореплавание. Поэтому знаменательное усовершенствование компаса именно в этом городе не было случайным. У жителей Амальфи существует легенда. Почетный капитан Доменико, желавший преуспеть в морской торговле, якобы пообещал отдать свою красавицу дочь Анжелику замуж тому из жителей города, кто придумает инструмент, обеспечивающий точное и надежное плавание судна в любую погоду и в любое время дня и ночи. Таким счастливцем оказался молодойморяк по имени Флавио. Он предложил капитану Доменико компас, в котором магнитная стрелка была скреплена с бумажным диском (картушкой). На диске были нанесены градусные деления и 16 румбов, отметки которых Флавио соединил с центром картушки. Получился рисунок, названный впоследствии “розой ветров”, поскольку он напоминал диаграмму, характеризующую режим ветра в определенном районе. Картушка содержала восемь основных направлений — “ветров” через 45° (север, северо-восток, восток, юго-восток, юг, юго-запад, запад, северо-запад), которые, в свою очередь, делились на “полуветры”. Такое деление было удобным при управлении парусами судна, поскольку позволяло следить и за компасной стрелкой, и за направлением ветра. Особым знаком — цветком лилии — Флавио Джойя отметил на картушке направление N (север). Картушка со стальной стрелкой и топкой накладывалась на шпильку в центре корпуса-котелка.

По итальянской легенде создание такого компаса принесло семейное счастье Флавио, а капитану Доменико надежный и удобный курсоуказатель. За выдающееся изобретение благодарные соотечественники в 1902 г. соорудили в честь Флавио Джойя памятник, а герцог города Амальфи включил изображение картушки в свой герб.

Эту легенду принимали за истину многие годы. Однако в 70—80-е гг. нашего столетия ее правдоподобие стали подвергать сомнению. Некоторые исследователи утверждают, что изобретение картушки и способы ее установки в компасе — плод многих капитанов и мореплавателей, а не одного лица. Достоверные данные о компасе с картушкой и “розой ветров” на ней относятся к концу XIV в. (около 1380 г.) и упоминаются в дошедших до нас лекциях итальянского нотариуса и летописца из Пизы Франческо ди Бартола. О моряках, пользующихся компасом с иглой, укрепленной на вращающейся картушке с намеченными компасными направлениями, писал в 1380 г. и комментатор Данте де Бути.

Ряд усовершенствований компаса предложили в XV—XVI вв. португальцы. В частности, число румбов у компаса было увеличено до тридцати двух, а котелок прибора был подвешен в кольца, обеспечивающие сохранение его горизонтальности при качке и получившие название кардановых по имени итальянского физика, философа и математика, одного из основоположников кинематики механизмов Джероламо Кардана (1501 —1576), опубликовавшего подробное описание такого принципа подвеса (сам подвес был известен задолго до Кардана и использовался, в частности, для установки на судах керосиновых ламп).

Рубеж XV и XVI вв. принято считать началом эпохи Великих географических открытий. Она теснейшим образом связана с определенным этапом в развитии технических средств навигации. Мореплаватели, получив приличные мореходные инструменты и компасы, убедились, что карты, которыми они раньше пользовались, требуют уточнения, что плавать теперь можно в любое время дня и ночи и практически в любую погоду, что с такими приборами можно совершать длительные плавания, не опасаясь затеряться в просторах неведомых морей и океанов.

Битва за морские просторы приморских западноевропейских стран, где с разложением феодализма вырастали крупные города, развивалась торговля с ее потребностями обмена деньгами, становилась все ожесточеннее. Эту эпоху емко охарактеризовал Ф. Энгельс: “До какой степени в конце XV столетия деньги подкопали и разъели изнутри феодализм, ясно видно по той жажде золота, которая в эту эпоху овладела Западной Европой; золото искали португальцы на африканском берегу, в Индии, на всем Дальнем Востоке; золото было тем магическим словом, которое гнало испанцев через Атлантический океан; золото — вот чего первым делом требовал белый, как только он ступал на вновь открытый берег”.

Именно жажда золота явилась предпосылкой знаменитой экспедиции Христофора Колумба.

Нас интересует эта экспедиция прежде всего как первый опыт дальней навигации через неведомый для мореплавателей средних веков океан.

На рассвете 3 августа 1492 г. 40-летний капитан X. Колумб отдал приказ сняться с якоря гавани Паласа недалеко от Картахены и взять курс на запад трем каравеллам “Санта Мария”, “Пинта” и

“Нинья”. Подлинных судовых документов этих судов не сохранилось, но состав их навигационного вооружения можно восстановить по рассеянным в дневниках и письмах замечаниям. На всех судах были магнитные компасы, квадранты, градштоки, астролябии и песочные часы — “склянки”.

Лаг еще не был изобретен и скорость судов оценивалась на глаз: по числу поставленных парусов и силе ветра или по предмету, брошенному за борт. Счисление пройденного пути осуществлялось по времени и средней скорости. Широту определяли по высоте Полярной звезды либо по высоте Солнца в полдень. Долготу определили лишь один раз — 14 сентября 1494 г. по данным лунного затмения. На каждом из судов был свой пилот (штурман), отвечающий за точность плавания.

Компас на “Санта Марии” размещался на специальной площадке палубы между ютом и фок-мачтой. Он представлял собой котелок с картушкой на шпильке, установленный на подставке в специальном деревянном ящике — битакоре. На картушке была изображена “роза ветров” с обозначениями полных, половинных и четвертных румбов — “ветров”, т. е. плавание по курсу оценивалось не точнее чем в четверть румба — 11,25°. Действительно, в дневниках плавания часто встречаются такие записи: “Отошли от курса почти на четверть, а может быть, полветра (полрумба) к северо-западу”. Точность компасов проверяли следующим образом: штурман помещал поставленную ребром ладонь между глазами, на линии носа и переносицы, наводил ладонь на Полярную звезду, а затем, не меняя положения руки, опускал ее на картушку компаса. Капитаны судов в то время всегда возили с собой кусок магнитного железняка, которым в случае нужды подмагничивали стрелки.

Что касается астрономических наблюдений, то X. Колумб, используя несовершенные квадрант и астролябию, ошибался в определениях координат на сотни миль, а штурманы других его кораблей еще больше. Биограф Колумба опытный моряк С. Э. Морисон писал: “Или Колумб гениально делал счисление, или его вел сам Господь Бог; возможно, здесь было и то и другое”.

Показаниям компаса моряки доверяли в то время без колебания и считали, что стрелка его всегда показывает туда, где в ночное время светится Полярная звезда, т. е. на север. Однако еще в XIII в. было замечено, что магнитная стрелка нередко отклоняется от географического меридиана. Полагали, что это происходит от потери магнитных свойств материала, из которого сделана стрелка, от неточных наблюдений. X. Колумб, обнаружив на второй неделе своего плавания отклонение магнитной стрелки от установившегося относительно Полярной звезды положения, был настолько уверен в показаниях компаса, что усомнился в постоянстве Полярной звезды над Северным полюсом, тем более что при удалении от берегов Европы к западу отклонение стрелки все больше возрастало. Вот как об этом пишет сам X. Колумб в письме королю Испании Фердинанду и королеве Изабелле о результатах своего путешествия: “Во время плавания из Испании в Индию я обнаружил, что сразу же после того, как пройдено 100 лиг (около 400 миль) к западу от Азорских островов, наступили величайшие перемены в небе, в звездах… Оказалось… что стрелки компасов, которые до того отклонялись к северо-востоку, стали отклоняться на целую четверть к северо-западу… По мере продвижения вперед и подъема (имеется в виду подъем над экватором к северу) — стрелки все более отклоняются к северо-западу, и этот подъем вызывает нарушения в круговом ходе Полярной звезды и Стражниц. Чем ближе я подходил к экватору, тем выше они поднимались и тем больше изменений наблюдалось в положении звезд и кругов, что они описывают”.

Указание на отклонение магнитной стрелки от географического меридиана, названное склонением, впервые появилось на географических картах Андрея Бианки в 1436 г., а впервые, как мы уже отмечали, о нем упомянул китайский ученый XI в. Шень Гуа. Полагают также, что склонение было известно и мореплавателю С. Каботу (1475—1557). Заслуга X. Колумба не во вторичном открытии склонения, а в обнаружении его изменчивости и в открытии положения линии нулевого склонения.

Кроме “официального” открытия Америки X. Колумбом, XV и XVI вв. богаты и другими крупными географическими открытиями.

В 1488 г. португальский мореплаватель Б. Диаш (1450—1500) первым достиг южной оконечности Африки, открыв мыс Доброй Надежды. Экспедиция Васко да Гамы в 1497—1499 гг. впервые проложила морской путь из Европы в страны Южной Азии. Уроженец Флоренции Америго Веспуччи обследовал восточное побережье Южной Америки, назвав ее Новым Светом (1501 — 1502). Испанцы во главе с Нуньесом де Бальбоа пересекли Панамский перешеек и достигли Тихого океана (1513), открыв все побережье Мексиканского залива. В 1519—1521 гг. Ф. Магеллан и его сподвижники совершили первое кругосветное плавание, открыв пролив между Южной Америкой и архипелагом Огненная земля и впервые переплыв Тихий океан.

Кормчие Магеллана имели в своем распоряжении двенадцать компасов. По описаниям историков, картушка компаса, насаженная на острый стержень в дне корпуса, была изготовлена из тончайшего пергамента, на который были нанесены деления. К нижней поверхности картушки приклеивали иглу из намагниченного железа. Курс снимался по шкале, нанесенной на футляр прибора. Положение магнитной иглы можно было менять под картушкой, чтобы учитывать склонение. Правда, это удобство компаса Магеллан не использовал, поскольку он плавал в морях, ранее еще не изведанных. Так как картушки часто соскальзывали со стержней, ломались, а иглы теряли свою намагниченность, армада согласно списку снаряжения имела в запасе тридцать пять игл.

Магеллан в своем плавании обнаружил, что компасы иногда сильно “врут”. Из-за незнания явления склонения Магеллан объяснил кормчим, что флотилия, видимо, слишком удалилась от Северного полюса, поэтому сила его недостаточна, чтобы притягивать стрелку компаса.

Великие открытия способствовали притоку в Европу золота и товаров, широкому развитию торговли, росту мануфактурного производства, совершенствованию технологии ремесел. Буржуазный способ производства начал пробивать себе дорогу в путах феодальных отношений. Начала интенсивно развиваться техника, появились изобретения. Наблюдения и масса новых фактов требовали объяснений. Создавалась благоприятная обстановка для развития наук, разбивались оковы слепой веры и авторитета. Родоначальник английского материализма Ф. Бэкон предложил реформу научного метода — очищение разума от заблуждений, обращение к опыту и обработка его посредством индукции, основа которой — эксперимент. Новый подход коснулся и изучения магнитных явлений.

КАПРИЗЫ ПУТЕВОДНОЙ СТРЕЛКИ И ТРАГЕДИИ ЖЕЛЕЗНЫХ КОРАБЛЕЙ

Начало систематических исследований магнетизма Земли и поведения магнитной стрелки можно отнести к 1544 г., когда пастор собора Святого Себальда в Нюрнберге Георг Гартман в письме, адресованном к герцогу Альберту Прусскому, сообщил о своих наблюдениях магнитных явлений. Он отмечал, что магнит стремится не только установиться своею длиною вдоль направления север — юг, но и что северный конец стремится опуститься вниз. Там же Г. Гартман предложил полюс магнита, направленный к северу, называть южным и наоборот.

Письмо Г. Гартмана не было опубликовано и долго ходило в рукописном виде, поэтому чаще приоритет открытия наклонения магнита к горизонту приписывают английскому компасному мастеру, отставному моряку и гидрографу Роберту Норману.

В 1576 г. Р. Норман заметил, что если тщательно уравновешанные стрелки после их намагничивания подвесить свободно на нити, они отклонятся от горизонта, опускаясь северным концом вниз. Он решил заняться изучением этого явления и, проведя ряд опытов, установил, что магнитное наклонение является характерной особенностью земного магнетизма и что угол наклонения в различных широтах различен. Им был изготовлен прибор для измерения наклонения — инклинатор и определены величины угла наклонения в разных широтах. Результаты своих наблюдений и опытов Р. Норман описал в брошюре “Новый притягивающий”, изданной в 1581 г.

Наблюдения Г. Гартмана и Р. Нормана привлекли внимание ученых к изучению магнитных явлений.

Одним из первых передовых людей, стоящих у истоков нового научного мировоззрения, противопоставившего средневековой схоластике и теологии опыт, анализ общественной практики, научные обобщения и систематические эксперименты, был английский физик и врач Уильям Гильберт (1540—1603). В 1600 г. он опубликовал в Лондоне книгу “О магните, магнитных телах и о большом магните — Земле. Новая физиология, доказанная множеством аргументов и опытов”, ставшую первым истинно научным трудом о магните.

У. Гильберт родился в городе Колчестере графства Эссекс в семье судьи. Получив отличное образование в Кембриджском колледже Св. Джона и в Оксфордском университете, он получил в 1560 г. степень бакалавра, а в 1569 г.—доктора медицины. Длительное время занимался лечебной практикой и как талантливый врач был назначен лейб-медиком королевы Англии Елизаветы. Кроме медицины Гильберт хорошо изучил химию, астрономию, познакомился с ремеслами и кузнечным делом. Магнетизмом он занимался 18 лет, тратя на это все свободное время и средства.

Никто не мог ответить на вопросы: почему магнитная стрелка показывает на север, какая сила заставляет ее устанавливаться в направлении меридиана, откуда взялись склонение и наклонение, почему они меняются и как. Гильберт был знаком с известными мореплавателями и путешественниками Ф. Дрейком, Т. Кавендишем и др. Возможно, они задавали ему эти вопросы, и, работая над книгой, ученый преследовал не только чисто научную, но и практическую цель — принести пользу мореплавателям, для которых компас стал важнейшим навигационным инструментом. Гильберт высмеял средневековые представления о магнетизме, носящие мистический характер, назвал их вредными и нелепыми. И особо подчеркнул, что такие представления сложились у его предшественников из-за пренебрежения опытом и экспериментом, являющимися “истинными основами философии Земли”.

Сам ученый выполнил огромное количество экспериментов с магнитными стрелками и шаровыми магнитами, подобными шаровидной фигуре Земли,— “землицами”, или терреллами (от лат. terra — земля). Он размещал магнитные стрелки на “землице” и следил за их поведением, т. е. исследовал действие “землицы” на магнитную стрелку в различных точках ее поверхности. Ему удалось таким образом наметить положение магнитных полюсов, параллелей и экватора. Эти опыты привели его к выводу, что шаровидный магнит — не что иное, как маленькая копия (модель) Земли. Значит, Земля составлена в основном из магнитного камня и является большим магнитом, а следовательно, имеет все его свойства — притягивает магниты, направляет их, имеет полюса в виде определенных областей и т. д. Эта гениальная догадка ученого открыла путь для дальнейших исследований: появилась возможность рассматривать с одной точки зрения все явления земного магнетизма.

Гильберт первым научно объяснил явление притяжения и отталкивания между магнитами, вплотную подошел к определению понятия магнитного поля (“сферы действия”) Земли, установил влияние нагрева на намагниченное тело, способность железного листа частично экранировать пространство как от действия любого магнетизма, так и от действия магнитного поля Земли. Ему первому удалось отделить электрические явления от магнитных. Он показал, что притяжения янтаря и магнита имеют разную природу. С этих пор магнитные и электрические явления стали изучать отдельно.

В оценке причин склонения Гильберт допустил ошибку. Он считал, что причина отклонения магнитной стрелки от направления географического меридиана состоит не в различном положении географических и магнитных полюсов (по его мнению географические и магнитные полюса совпадали), а в различном составе твердой земли на суше и под морями. Кроме того, Гильберт считал, что склонение магнитной стрелки для каждого конкретного географического места всегда остается постоянным и его можно использовать при определении места судна. Это заблуждение было вызвано недостатком к моменту написания книги статистического материала и опытных наблюдений, а также отступлениями от проповедуемых им же самим требований полагаться только на результаты фактов и наблюдений. Изучая наклонение только в районе Лондона, Гильберт тем не менее обратил внимание на его изменчивость с широтой места и изменение знака наклонения при переходе из одного полушария в другое, т. е. выявил все главные особенности этого явления.

Не по всем вопросам у Гильберта проявились ясные теоретические представления — ему не удалось до конца отмежеваться от мистического характера объяснений ряда явлений, основанных на предпосылке, что всему причиной душа магнита. Тем не менее значение его труда огромно — он открыл новый материалистический этап в развитии естествознания, положил начало строго научному подходу к изучению физических явлений вообще и магнетизму в частности, А. Н. Крылов в 1920 г. писал об учении Гильберта: “Насколько он опередил свое время и подвинул вперед учение о магнетизме, можно видеть по тому, что в это учение в течение почти двух столетий не было прибавлено ничего существенного, чего не было бы в книге Гильберта и что не явилось бы или повторением, или развитием сделанного им”.

Физик 3. Райт в предисловии к книге “О магните” справедливо назвал Гильберта “отцом философии магнита”. Ознакомившись с книгой, Галилей объявил Гильберта “великим до такой степени, которая вызывает зависть”. Труд Гильберта дал не только толчок к изучению магнетизма Земли и его влияния на магнитный компас, но и пробудил новый научный подход, опирающийся на опытное исследование.

Особенно начинали беспокоить мореплавателей непонятные явления, связанные со склонением. Дальние плавания и наблюдения за ним приносили все новые факты о его различии в разных районах. Чтобы установить его закономерности, капитанам вменялось в обязанности вести специальные наблюдения. Мастера, занимающиеся изготовлением компасов, стали учитывать склонение смещением картушки относительно продольных осей магнитов. Пытались делать иными и картушки. Однако из-за отсутствия ясности характера его изменений в разных странах и городах делалось это по-разному.

Например, в городах Балтийского моря и Голландии отклонение линии картушки от продольных осей магнитов делали равным 3/4 румба (картушка отклонялась к западу); в Англии, Испании, Португалии и Франции этот угол был равным 1/2 румба, для плавания в Россию устанавливали 2/3 румба. Изготовление компасов с учетом различных склонений, грубые измерения склонений приводили к большим ошибкам. Нужды навигации требовали глубокого изучения этого явления, его природы и характера распределения. Первые указания на склонения сорока двух мест земного шара содержатся в книге голландского физика Симона Стевена “Нахождение гаваней” (1590), а первые специальные измерения в море относятся к XV в. Во время путешествия в Ост-Индию (1538—1541) французский мореплаватель Жан де Кастро произвел наблюдения склонения в сорока трех географических пунктах. В 1634 г. немецкий профессор Кирхер составил каталог, включающий уже около 500 значений склонения на водной поверхности.

В 1694 г. из-за неточного учета склонения у скал Гибралтара потерпела крушение целая эскадра английских кораблей. Это заставило Английское адмиралтейство снарядить специальную экспедицию с задачей “найти правило для определения склонения компаса”, назначив ее руководителем и капитаном судна “Пэрамур Пинк” астронома Эдмунда Галлея. Результатом его трехлетнего плавания явились опубликованные в 1702 г. карты магнитного склонения, которые в течение многих последующих лет служили надежным руководством для мореплавателей. Своими исследованиями Галлей опроверг утверждение Гильберта, что вблизи берега моря или океана магнитная стрелка должна поворачиваться к суше.

С экспедиции Галлея начались систематические работы по изучению магнитного поля морей и океанов. В 1635 г. Геллибрант, рассмотрев наблюдения склонения в Лондоне за 54 года, обнаружил, что оно изменяет свою величину с течением времени. То же самое отмечали польские ученые Петр Крюгер (1580—1639) и Ян Гевелий (1611 —1686), наблюдая в течение многих лет склонение в Гданьске. В 1772 г. английский художник Г. Грахем подметил как суточную изменяемость склонения, так и незакономерные изменения, названныемагнитными бурями. Возникла необходимость в осуществлении непрерывных наблюдений в различных районах Земного шара, в создании специальных магнитных обсерваторий. Такие обсерватории были созданы в Канаде, на острове Святой Елены, на мысе Доброй Надежды и на берегу залива Ван-Димен.

В Германии образовался “магнитный союз”, который организовал наблюдения в Геттингене, Берлине, Мюнхене и других городах.

Мореплаватель Дюпейре проследил на всем земном шаре расположение магнитного экватора, полярный исследователь Джеймс Росс определил географическое положение северного (1831) и южного (1841) магнитных полюсов, чем подтвердил высказанную еще в XV в. фламандским картографом Г. Меркатором (1512—1594) догадку о том, что “магнитный полюс не там, где полюс Земли”. Обогатили учение о магнитном поле Земли и крупные ученые, как Ш. Кулон, К. Ф. Гаусс, А. Гумбольдт, В. Вебер, Г. X. Эрстед и др.

Большие работы по изучению земного магнетизма проводились и в нашем отечестве. Измерения склонения в России были начаты уже в XVI в. С 1556 г. их проводили в устье Печоры, на островах Вайгач и Новая Земля, в районе Холмогор и других местах, а с 1580 г.— на Каспийском море. Наблюдениями магнитного склонения занимались в своих плаваниях В. Беринг, Г. А. Сарычев, И. Ф. Крузенштерн, Ю. Ф. Лисянский, О. Е. Коцебу и другие русские мореплаватели. На Каспийском и Балтийском морях большие работы выполнены Н. Л. Пущиным и М. А. Рыкачевым, на Белом море — Майделем, на Черном — Диковым.

Значительный вклад в учение о магнетизме и формировании его математической теории внесли выдающиеся русские ученые Л. Эйлер (1707—1783), Ф. Эпинус (1724—1802) и др. Но магнитная стрелка “капризничала” не только из-за склонения.

В 1666 г. французский гидрограф Дени заметил, что компас в разных местах корабля показывает по-разному, но этому не придали большого значения, решив, что Дени ошибся в наблюдениях.

Спустя 100 лет астроном Уоллес, сопровождавший Кука в его экспедиции, также обнаружил разногласия в показаниях компасов в одном и том же месте на разных кораблях и, произведя астрономические наблюдения, обратил внимание, что в одном и том же географическом месте величина склонения оказывается различной на разных курсах. Уоллес пришел к убеждению, что на судне существует переменное отклонение стрелки компаса от магнитного меридиана, названное впоследствии девиацией, хотя причин этого явления ни он, ни другие ученые того времени дать не смогли. Лишь в 1794 г. штурман английского флота Дауни высказал “предчувствие”, что причиной девиации компасов является железное крепление, которое все чаще стало применяться при постройке парусных судов: “Я убежден, что железо, заключающееся в кораблях, имеет большое влияние на магнитную стрелку: оно непременно притягивает оную к себе, ибо многие опыты показали, что компас, будучи поставлен в разных местах корабля, во всяком из оных имеет различное направление”.

Капитан датского флота Левенерн во второй половине XVIII столетия опытным путем доказал изменение девиации компаса от изменения положения пушек корабля.

Незнание законов влияния железа на компас приводило нередко к казусам.Так, Дж. Кук хранил в нактоузе ключ из железа, а знаменитый капитан Блай — пистолет. Иногда даже котелок отливали из железа, что приводило, конечно, к полной неудаче.

Первые серьезные и систематические наблюдения девиации были выполнены английским мореплавателем, исследователем Австралии и Тасмании Мэтью Флиндерсом (1774—1814). Во время экспедиции в 1801 г. он, производя систематические определения склонения по двум компасам, обнаружил, что в Северном полушарии северный конец стрелки компасов притягивался неизвестной силой к носу корабля, а в южном полушарии — к корме.

Анализируя полученные результаты, Флиндерс пришел к выводу, что причиной девиации является судовое железо, которое с изменением широты меняло величину и полярность своего магнетизма под воздействием магнитного поля Земли. Поскольку большая часть судового железа заключалась в пиллерсах, т. е. вертикальных стойках, поддерживающих палубное перекрытие деревянного судна, знаменитый мореплаватель пришел к мысли уничтожить девиацию, помещая вблизи компаса вертикальный брусок железа, применяемый и до настоящего времени под наименованием флиндерсбара.

Кроме того, по мнению Флиндерса, значительно уменьшить девиацию можно было выбором такого места установки компаса, где бы влияние железа уравновешивалось.

Он же разработал и первое правило определения девиации на четырех румбах и расчета по этим наблюдениям девиации на промежуточные румбы.

Материалы исследований Флиндерса чуть было не погибли. Когда он возвращался на родину в Англию, экипаж его корабля “Камберленд” был пленен в Порт-Луи (остров Мавриврикий) французами, находящимися в состоянии войны с Англией из-за владычества в Индийском океане, все его судовые журналы, карты и дневники были изъяты. Лишь спустя почти год ему удалось с двумя освобожденными англичанами отправить президенту Лондонского Королевского общества карту Terra Australis, содержащую описание его открытий и исследований и записку о магнетизме судов.

Исследования Флиндерса крайне заинтересовали Английское адмиралтейство, оценившее их важность для безопасности кораблевождения, и в скором времени наблюдения Флиндерса были проверены на пяти специально выделенных судах. Полученные результаты во многом подтвердили правильность выводов английского мореплавателя и одновременно поставили ряд новых вопросов.

В 1815—1817 гг. во время плавания у берегов Гренландии и Шпицбергена шотландский китобой и мореплаватель, а впоследствии богослов и ученый Вильям Скорсби (1789—1857.) обнаружил, что в высоких широтах девиация возрастает значительно быстрее, чем это предсказывал Флиндерс. Он высказал предположение, что это происходит по двум причинам: от увеличения притяжения судового железа и от уменьшения “притягательной силы”, которая удерживает магнитную стрелку в магнитном меридиане. К таким же выводам пришел и капитан Сабин, впоследствии генерал, президент Лондонского Королевского общества, участвовавший в 1818— 1824 гг. в полярных экспедициях Джона Росса (1777—1856) по отысканию Северо-Западного прохода из Атлантического океана в Тихий. Наблюдения показали, что девиация в Баффиновом заливе достигает 60°, в то время как, согласно теории Флиндерса, она в этих широтах не должна превышать 15°. Стало ясно, что правила определения девиации, разработанные Флиндерсом, далеко не безупречны, необходимо искать более строгие математические зависимости, иначе мореплавателям было не избежать больших бед.

Проблемы девиации так заинтересовали Скорсби и Сабина, что оба посвятили свою жизнь изучению судового магнетизма и их имена заняли достойное место в ряду ученых-магнитологов. Изучением причин девиации занялись также такие видные ученые, как Томас Юнг, известный французский математик Симон Дени Пуассон, английский королевский астроном Джордж Эри, адвокат и математик Арчибальд Смит и др.

Т. Юнгу принадлежит заслуга открытия в 20-х гг. прошлого столетия деления судового железа на твердое и мягкое в магнитном отношении, т. е. на железо, постоянно сохраняющее однажды приобретенный магнетизм, и железо, изменяющее или теряющее магнетизм под влиянием внешнего поля, которое его окружает. Он же показал, что постоянный магнетизм твердого железа вызывает девиацию полукругового характера, т. е. дважды меняющую свой знак при изменении курса на 360°, а возбужденный магнетизм в вертикальном мягком железе вызывает девиацию четвертного характера, т. е. четыре раза меняющую знак при изменении курса на 360°.

Для борьбы с девиацией надо было дать строгое математическое описание всех явлений, связанных с нею. Первые шаги в этом направлении были сделаны профессором Парижской академии наук С. Пуассоном (1781—1840). Занимаясь теоретической и небесной механикой и математической физикой, С. Пуассон заинтересовался запутанной проблемой девиации, понимая важность решения ее для мореплавания. В 1824 г. он опубликовал две статьи о математической теории возбужденного магнетизма и ее применении, когда мягкое железо симметрично распределено по обе стороны диаметральной плоскости судна. В 1829 г. С. Пуассон вывел уравнения равновесия магнитной стрелки при действии на нее магнитного поля Земли и судового железа, которые легли в основу теории девиации. Однако уравнения С. Пуассона не выражали прямой зависимости между девиацией и курсом судна, были трудны для понимания моряков и их нельзя было непосредственно использовать на практике. На деревянных судах с железным креплением девиация была еще не так велика и опытные штурманы умудрялись уменьшать ее при помощи железных брусков и магнитов. Совершенно изменились условия применения магнитного компаса с началом железного судостроения. В 1815 г. пароход с железной трубой, построенный в Петербурге на верфи К. Берда, открыл регулярные рейсы между Петербургом и Кронштадтом. В 1818 г. судно с паровой машиной “Саванна” впервые пересекло Атлантику. В 1819 г. в Шотландии появилось первое морское судно из железа — прибрежный парусник “Вилкен”. 20 апреля 1822 г. состоялись испытания первого железного судна с паровой машиной “Авраам Менби”. И, наконец, в 1853 г. состоялась торжественная закладка огромного металлического парохода “Грейт Истерн” — “чуда XIX века” водоизмещением около 30 тысяч тонн, оснащенного множеством механизмов, приборов, устройств и систем. В таком окружении магнитной стрелке компаса становилось совсем неуютно, и она все чаще отклонялась от меридиана.

Из-за ошибок в определении курса участились катастрофы, приводившие к гибели людей, грузов и судов. Так, только одна Англия в середине XIX в. теряла около пятисот кораблей в год. Моряки не могли больше полностью полагаться на компас. Надо было срочно искать эффективные меры борьбы с девиацией. Иначе дальнейшее развитие железного судостроения могло затормозиться.

По указанию Английского адмиралтейства в 1830-е гг. проводится ряд новых исследований на железных судах. В них принимали участие капитан Э. Джонсон (на судне “Гарри Квен”) и Дж. Эри (на судах “Рейнбоу” и “Айронсайдс”). Джонсон установил, что корпус железного судна уже при постройке приобретает постоянный магнетизм, действующий на магнитную стрелку как постоянный магнит. Дж. Эри, используя уравнения С. Пуассона, разработал и опробовал на судах способы уничтожения девиации: полукруговой — с помощью продольного и поперечного магнитов, привинченных в непосредственной близости от компаса к палубе, и четвертной — расположением вблизи компаса мягкого железа (ящики с цепями). При этом расположение магнитов определялось опытным путем. Хотя способ позволял уничтожать девиацию не на любом курсе судна, а лишь на главных и четвертных румбах, это было значительным шагом вперед. Способ Эри стали широко применять на коммерческом флоте. На военном, проявляя осторожность, воздержались от его внедрения.

В 1840 г. Английским адмиралтейством был назначен специальный Компасный комитет, в состав которого вошли такие авторитетные специалисты, как капитан Э. Джонсон (председатель), полярный исследователь Дж. Росс и генерал Сабин. В этом же году в Вуличе под Лондоном была основана Компасная обсерватория для проверки компасов, определения девиации и проведения всех необходимых исследований, касающихся их использования.

Занимаясь магнитными компасами, генерал Сабин привлекает к решению проблем девиации своего друга адвоката Арчибальда Смита. С этой яркой личностью стоит познакомиться поближе.

А. Смит родился в Глазго в 1813 г. После блестящего окончания университета уехал в Лондон, где посвятил себя юридической практике, хотя имел особую склонность к математике и физике. Необходимость содержать большую семью требовала от Смита непрерывной адвокатской работы, так что любимыми математическими исследованиями он начинал заниматься с полуночи. Записки по девиации он постоянно носил с собой и возвращался к ним каждую свободную минуту, где бы он ни находился. “Подумай, сколько жизней можно спасти!” — говорил он другу, упрекающему его в чрезмерно напряженной работе.

А. Смит сумел упростить уравнения Пуассона и преобразовать их к виду, удобному для вычисления девиации на любом курсе по наблюдениям на 8, 16 или 32 равноотстоящих румбах. Развивая теоретические положения Пуассона, А. Смит показал зависимость девиации от постоянных коэффициентов, величины которых, в свою очередь, зависят от местоположения компаса на корабле, постоянного магнетизма и от способности судового железа сохранять приобретенный магнетизм. Результаты исследований Смита были опубликованы в 1843, 1844 и 1846 гг. в “Философских записках” Лондонского Королевского общества.

В 1851 г. А. Смит предложил табличные формы для вычисления девиации, которые были рекомендованы адмиралтейством цдяупотребления на королевском флоте. Занимаясь вопросами креновой девиации, объяснение которой впервые было дано Эвансом, А. Смит вывел математические выражения для ее вычисления и предложил уничтожать эту девиацию вертикальным магнитом, расстояние которого от картушки определялось опытным путем на берегу. Позже А. Смит активно участвовал в пересмотре адмиралтейских наставлений по использованию магнитных компасов. За эту работу Совет лордов адмиралтейства наградил его золотыми часами с надписью: “От Совета лордов адмиралтейства, Арчибальду Смиту, члену Королевского общества, в признательность за его математические исследования в девиации компасов, 1862 г.”.

За выдающиеся заслуги перед мореплаванием Лондонское Королевское общество присудило Смиту большую золотую медаль, а английская королева назначила пенсию в 2000 фунтов стерлингов “за важные изыскания в интересах Англии и всего мира”. Петербургская академия наук избрала его своим членом-корреспондентом.  22 сентября 1868 г. Торговый Совет Англии издал руководство для контролирования в каждом порту специальными “надзирателями” правильности установки компасов на судах и определения девиации. На основании этих правил ни одно судно не могло выйти в море, если “надзирателем” не будет удостоверена представленная ему девиация судового компаса. Каждое судно, кроме того, должно было иметь средство проверять девиацию компасов в море, т. е. иметь пеленгаторы, устроенные при компасах или отдельно.

Однако несмотря на предпринятые меры корабли продолжали гибнуть. Так, в 1853—1854 гг. при загадочных обстоятельствах один за другим погибли шесть считавшихся самыми крупными в то время пароходов и среди них новейшее стальное пассажирское судно “Тейлор” водоизмещением 2000 тонн. После выхода из Ливерпуля судно попало в жестокий шторм и разбилось о скалы у берегов Шотландии. Расследование показало, что причиной катастрофы явилась большая погрешность магнитного компаса (до 45°), по которому капитан вел судно. Это обстоятельство озадачило специалистов — ведь перед выходом в море у компаса была определена и уничтожена по способу Эри девиация и прибор был тщательно проверен. По мнению многих историков мореплавания, и остальные пять пароходов стали жертвой неправильного определения курса. Президент Королевского общества писал министру торговли Англии: “Можно безошибочно предположить, что недавняя гибель некоторых железных пароходов произошла от неправильных показаний компаса”.

Стало ясно, что у компаса даже после уничтожения девиации возникают погрешности, природа которых и закономерности изменения пока еще не познаны. На чрезвычайном заседании Британской ассоциации содействия успехам науки, посвященном разбору причин гибели судов, с сенсационным заявлением выступил В. Скорсби, к тому времени уже автор многочисленных трудов по магнетизму, известный и признанный во всем мире ученый. Он заявил, что причина гибели судов состоит в изменении судном магнетизма под влиянием ударов волн и вибрации во время шторма, подобно тому как полоса железа изменяет свое магнитное состояние под ударами молота.

По мнению Скорсби, судовое железо нельзя делить только на твердое в магнитном отношении и мягкое, существует еще промежуточное состояние железа, способное изменять свой магнетизм с течением времени под воздействием окружающей среды. Эти выводы привели в смятение специалистов и мореплавателей. Как же быть? Значит, способ Эри ничего не дает? И вообще, что же лучше: уничтожать девиацию или определять ее по таблицам Смита с последующим учетом в процессе плавания? Разгорелся многолетний спор, разрешить который суждено было русским ученым.

 

КОМПАСЫ В РОССИИ

Россия до петровских времен была оторвана от теплых морей. Русский человек осваивал мореплавание на севере, куда привело его из новгородских земель желание уйти от нищеты, стремление к освоению богатых пушным и морским зверем, птицей и рыбой лесов, рек и морей. Началось это освоение в первой половине XI в. Новгородцы смело выходили в Студеное море осваивать острова и побережья. На своих ушкуях и лодьях они совершали походы в Норвегию, а с XIII в. вдоль кромки льда и на остров Грумант (Шпицберген).

В конце XV — начале XVI в. русские освоили путь вокруг Скандинавии и ходили в Данию и Испанию. Поморы хорошо ориентировались по берегу, а удаляясь от него, умело руководствовались звездным небом. Описания морских путешествий говорят о том, что магнитный компас русские мореходы начали применять не позже XIII—XIV вв. Проникнуть на север он мог или с запада, куда не раз наведывались поморы, или с юга, из Индии, по пути, которым прошел Афанасий Никитин.

12 августа 1597 г. голландская северная экспедиция Баренца встретила в море русский корабль и попросила помощи в определении направления на Канин Нос. Русские показали голландцам свой компас, показания которого не отличались от голландского, и помогли определить, каким курсом надо следовать.

По некоторым сведениям, еще в XIV—XV вв. у поморов были небольшие компасы в виде коробочки из кости или дерева диаметром около 5 см. В центре коробочки на шпильке помещалась намагниченная игла. Такой компас поморы называли “маткой” и носили его в специальном кожаном мешочке. Поскольку при изготовлении компаса была применена мамонтовая кость, широко распространенная на севере России, но неизвестная до XVII в. на Западе, можно с уверенностью утверждать, что такие компасы изобретали сами поморы.

В 1941 г. на острове Фаддея и на берегу залива Симса были обнаружены следы зимовья русских мореходов 1617—1620 гг. Среди уцелевших вещей оказались остатки шести навигационных приборов, оригинальных компасов — солнечных часов и детали бронзового компаса. Компас — солнечные часы был изготовлен из мамонтовой кости и представлял собой корпус с крышкой. Посреди корпуса — выточенная камера, в которой на шпильке помещалась намагниченная стрелка. Между крышкой и корпусом была натянута нить, которая при открывании удерживала крышку в вертикальном положении. На внутренней стороне крышки была нанесена сетка с циферблатом для отсчета времени по тени, отбрасываемой нитью. По компасной стрелке прибор устанавливали так, чтобы число 12 циферблата было обращено на север, в этом случае тень от нити позволяла снять отсчет времени. Размеры компаса — солнечных часов были такими: длина 35, ширина 25 и высота 12 сантиметров.

Бронзовый компас-часы также имел свои особенности. Вместо стрелки у него была картушка со знаком N, а время определяли по тени не от натянутой нити, а от бронзового треугольника.

Об использовании поморами магнитных компасов говорят и многочисленные архивные документы. Так, в приходно-расходных книгах Соловецкого монастыря за 1645 г. сказано, что монастырь “купил лодейных восемь маток, дано 24 алтына”. В 1667 г. Крестный монастырь выдал компасы кормщикам, отправлявшимся на четырех лодьях в Поной и Яренгу. В 1678 г. Антониево-Сийский монастырь, отправляя на лодье промышленника Семена Тарабакина, купил “лодейную матку-вставку для морского пути”. Компасы, по-видимому, изготавливались в Холмогорах. В 1701 г. Соловецкий монастырь закупил там сразу восемнадцать компасов. Компасы эти были двух типов: ручные, наподобие найденных на острове Фаддея и “вставные”, устанавливаемые на корабле возле рулевого. Вставные уже имели кардановые кольца и нактоуз. Так, в 1696 г. архирейский дом купил “матку в Муранский ход на новую лодью… Матка на дугах, в дубовом станку, добрая, дано 20 алтын”.

Компасами были оснащены суда Ивана Ерастова, совершившего в 1636—1640 гг. поход на Индигирку,
и кочи Дежнева, на которых он в 1648 г. обогнул Чукотский полуостров и открыл пролив между Азией и Америкой. В знак особого уважения к компасу этот прибор был изображен на паперти собора в Холмогорах.

Со строительством Петром I Адмиралтейской верфи налаживается одновременно и изготовление там компасов. Работы эти велись еще вручную и качество компасов зависело от искусства мастеров. Для этих целей Петр приглашал специалистов из-за границы, но помощников им заставлял назначать из русских. Однако кустарное изготовление компасов не могло удовлетворить быстро растущий флот, и 1 июня 1721 г. “по чертежу, как показано рукой его Царского Величества” при Адмиралтейской верфи был заложен фундамент инструментальной мастерской по изготовлению компасов, песочных часов, солнечных часов с компасом для определения “полудня в ясную погоду”, чертежных инструментов, зрительных труб и других приборов. В целом при верфи числилось девять “компасников”, в задачу которых входило “…компасы мастерством делать и смотреть, чтобы иглы, на чем компас вертится, были остры и крепки и не скоро бы смалывались. Также чтобы проволока на компасе к N и S была натерта магнитом, дабы компас мог быть верным, в чем надлежит крепкое смотрение иметь, ибо в том зависит ход и целость корабля”. Для контроля за правильностью работы судовые компасы ежегодно после окончания компании сдавали в мастерскую для проверки.

Компас петровского времени представлял собой квадратный деревянный ящик, в котором крепилось поворотное кольцо. Внутри этого кольца подвешивался медный котелок, на дне которого была укреплена острая шпилька, на которую опиралась картушка с намагниченной природным железняком стрелкой из отрезка проволоки. На стеклянной крышке котелка устанавливалось визирное устройство для определения азимутов светил.

В 1732 г. изготовление компасов и надзор за их установкой и использованием выполняла специальная компасная мастерская, созданная при Интендантской экспедиции и размещавшаяся в Главном Адмиралтействе. Позже работы с компасами стала также осуществлять и мастерская математических и физических инструментов, учрежденная в 1752 г. при Морском Шляхетском кадетском корпусе.

Однако качество компасов было посредственно. Известный русский гидрограф вице-адмирал Г. А. Сарычев сообщал 3 февраля 1803 г. морскому министру Чичагову:

“Редко бывает, чтобы на каком корабле из всех компасов два согласны были один с другим, разность иногда простирается до 4°. Такая неверность происходит оттого, что:

1. Не со тщанием и не точным размерением делают строения корпусов компаса.
2. Магнитные стрелки делают не из самой лучшей крепкой стали, отчего сила магнитная не может в них долго держаться.
3. Намагничиваются они по старинным правилам, признанным от физиков недостаточными”.

В целях улучшения качества компасов в 1804 г. было принято решение сосредоточить их производство в одном месте — мастерской мореходных инструментов. Она размещалась на Васильевском острове в Петербурге и была причислена к Адмиралтейскому департаменту.

В 1806—1809 гг. для объединения производства всех морских инструментов в районе Большой Охты в центре бывшей крепости Ниеншанц было возведено семиэтажное деревянное здание — Паноптическое инструментальное заведение, в котором, как доносил вице-адмирал Г. А. Сарычев, компасы “с 1816 г. производятся с величайшей тщательностью и компасные стрелки делаются из самой лучшей шведской стали… стрелки намагничиваются искусственными магнитными пластинами вдруг при двойном прикосновении оных. Все сим вновь сделанные компасы свидетельствуются назначенным от Адмиралтейского департамента штурманом 7-го класса Ковровым, и по поверке на линии меридиана в доброте и верности клеймят знаком Адмиралтейского департамента”.

В то время на каждую эскадру для наблюдения за компасами и склянками, т. е. песочными часами, назначался “опытный художник” с учениками.

Кроме Петербурга компасы продолжали изготавливать и в мастерских Архангельского порта.

Здесь работали отличные мастера компасного дела, которые не только копировали зарубежные образцы, но и пытались изобрести свои. Так, в 1806 г. архангельский компасный мастер Ушаков предложил конструкцию компаса в свинцовом корпусе с хрустальной топкой. Изготовленный компас был испытан в море, но показал себя неустойчивым и был возвращен автору “цдя исправления”.

В 1818 г. после пожара Паноптическое инструментальное заведение перевели в Адмиралтейские Ижорские заводы, в г. Колпино, где оно просуществовало до 1858 г., после чего вновь было возвращено в Петербург в здание Адмиралтейства и вошло в состав учреждений Гидрографического департамента. К этому периоду в мастерской “выделывались для строящихся судов новые инструменты, а именно судовые компасы разных систем с осветительными приборами, шлюпочные компасы с жидкостью, барометры, искусственные горизонты и лоты Брука”. Широко проводились в России и теоретические исследования.

Великий русский ученый М. В. Ломоносов, занимаясь исследованиями, связанными с определениями склонения и учета его в показаниях компаса, впервые в мире разработал систему установки компасов на корабле, “вымыслил” ряд новых приспособлений, в частности конструкцию компаса-самописца, автоматически регистрирующего отклонения корабля от заданного курса. Цель эта достигалась тем, что к картушке с помощью легкого обруча прикреплялся карандашик, который регистрировал на перемещаемой посредством часового механизма бумажной ленте линию курса.

М. В. Ломоносов исследовал причины неустойчивой работы компасов. Он пришел к выводу, что это происходит из-за несовершенства конструкции приборов и неучета склонения, рекомендовал изготавливать компасы с большой картушкой, позволявшей снимать отсчеты курса с точностью не ниже 1°. Для определения и учета склонения в корабельных условиях им был предложен специальный прибор.

Выдающийся ученый Л. Эйлер (1707—1783) исследовал законы изменения магнитного поля Земли, стремясь разработать строгие математические методы расчета склонения в любой точке земной поверхности. Русский физик академик Петербургской Академии наук Ф. У. Т. Эпинус (1724—1802), работая над практической задачей создания сильных постоянных магнитов, применяемых в первую очередь для намагничивания компасных стрелок, написал работу о способах “поправления морского компаса и магнитных стрелок”, а также ряд работ по математической теории электричества и магнетизма.

Большое значение для магнитно-компасного дела имели экспериментальные работы русских моряков по вопросам девиации. В 1817 г. вице-адмирал Кроун доносил морскому министру о том, что во время последней кампании при плавании от Кронштадта до берегов Франции и обратно на судах его эскадры были замечены “большие неисправности в компасах”. Государственный Адмиралтейский департамент дал указание инспектору штурманского училища разобраться со штурманами в этом вопросе. По мнению штурманов, неприятности с курсоуказанием происходили из-за потери в стрелках компасов магнитной силы, которая пропала вследствие применения недостаточно доброкачественной стали и намагничивания стрелок “несогласно с наставлениями, показанными в Математических науках…” Однако, как показали обследования, стрелки имели надлежащую магнитную силу и главная причина, как указал вице-адмирал Г. А. Сарычев, под руководством которого проводились исследования, состояла в “неправильности действия железных вещей, близ компасов находившихся (висячие железные пиллерсы над шканцами и ружья под шканцами близ нактоузов)”.

Давая заключение о работах английской экспедиции 1818 г. по девиации компасов, Г. А. Сарычев писал, что в русском флоте исследования по девиации ведутся уже более 40 лет, и отмечал, что “для отвращения сего действия железа на компас мореплаватели на многих наших судах старались удалить от нактоузов близлежащее железо”. По предложению Г. А. Сарычева русская Адмиралтейств-коллегия издала инструкцию об удалении на судах от компасов железных предметов и замене ближайших к компасу железных креплений медными.

Первые известные нам практические опыты определения девиации в России были выполнены штурманом 12-го класса Ф. А. Халезовым в 1821 г. в Свеаборгском порту. Он же участвовал в 1824 г. в работах знаменитого русского мореплавателя И. Ф. Крузенштерна по определению девиации на бриге “Олимп” на Ориенбаумском рейде в районе Кронштадта.

Однако наиболее значительные работы по магнитно-компасному делу были выполнены офицерами русского флота, положившими начало отечественной школы компасного дела, И. П. Белавенцом (1829—1878) и И. П. Колонгом (1839—1901).

И. П. Белавенец после выпуска из Морского кадетского корпуса быстро зарекомендовал себя высококлассным штурманом и уже в 1852 г. в возрасте двадцати двух лет участвовал в походе фрегата “Паллада” на Дальний Восток. В эскадре адмирала Е. В. Путятина во время двухгодичного плавания И. П. Белавенец особое внимание уделял наблюдениям за магнитными компасами. Его глубоко и надолго заинтересовал этот небольшой, но капризный прибор, от точности которого зависели безопасность и точность плавания корабля. Внимание к компасам не пропало даром — со штурманской точки зрения поход “Паллады” был весьма успешным и за усердие в службе И. П. Белавенец был награжден за этот поход орденом Св. Анны 3-й степени.

В 1858 г. лейтенант И. П. Белавенец был направлен в качестве штурмана в Северную Америку для приемки построенного там для русского флота фрегата “Генерал-адмирал” и перевода его в Петербург. Благодаря тщательному наблюдению штурмана за магнитными компасами, ежедневным определениям его девиации фрегат в туманную погоду благополучно вошел в Английский канал и, не снижая скорости, прибыл в Шербур (Франция). Переход из Нью-Йорка в Кронштадт занял всего девятнадцать дней, что по тому времени было рекордом.

Авторитет Белавенца как высококлассного штурмана и специалиста по магнитно-компасному делу быстро рос. Этому способствовали не только его успехи по службе, но и серьезные научные исследования. В этот период он опубликовал в “Морском сборнике” ряд своих работ по исследованиям магнитного компаса. Когда в 1863 г. встал вопрос о проводке в Россию построенного в Англии первого русского броненосца “Первенец”, выбор пал на И. П. Белавенца. Задача эта была далеко не из простых. Как и где установить на корабль водоизмещением 3000 тонн, в основном состоящий из железа, компасы, чтобы они работали нормально? Как они поведут себя после спуска на воду, ведь корабль на стапеле под воздействием магнитного поля Земли превратился в мощный постоянный магнит?

Для выбора места установки компасов, а их было пять, Белавенец провел на корабле тщательные магнитные исследования и убедился, что даже в наивыгоднейшем в магнитном отношении месте девиация компаса достигла бы 46°. С таким курсоуказателем плавать нельзя, а уничтожение девиации на подобных кораблях тогда еще не практиковали. Белавенец впервые в мировой практике решил размагнитить корабль, поставив его для дальнейшей достройки после спуска на воду на курс, противоположный курсу постройки. Решение увенчалось успехом — девиация уменьшилась с 46 до 16°. В течение плавания в Россию Белавенец тщательно следил за показаниями компасов, не упуская ни одной возможности определить девиацию, что обеспечивало точное счисление, и 5 августа 1863 г. благополучно привел корабль в Кронштадт.

О высокой оценке работ Белавенца свидетельствует тот факт, что его статья “О магнитном состоянии железного броненосца „Первенец”” была переведена на английский язык и зачитана А. Смитом на заседании Лондонского Королевского общества. Много усилий приложил Белавенец к созданию в Кронштадте девиационного полигона. По его проекту западную стенку Купеческой гавани выкрасили яркими вертикальными полосами, которые в створе с трубою пароходного завода позволяли получать истинные пеленги для наблюдений девиации.

В 1864 г. Белавенец впервые в истории компасного дела разрешил вопрос о возможности установки магнитного компаса внутри стального корпуса подводной лодки, обеспечив при этом снижение девиации до уровня не выше, чем на обычных судах. Подводные лодки благодаря этим работам стали “зрячими”. Однако наиболее важной его заслугой является организация в 1865 г. Кронштадтской компасной обсерватории, в которой были выполнены важнейшие исследования по девиации, практические работы по совершенствованию компасов и воспитана плеяда замечательных ученых, среди которых самой яркой личностью был И. П. Колонг.

Иван Петрович Клапье де Колонг родился 22 февраля 1839 г. в семье военного инженера-сапера — участника первой Отечественной войны. Сочетание же чисто русского имени с французской фамилией всегда вызывало интерес к его происхождению. Родословная семьи Ивана Петровича тянется к древнему дворянскому роду, представители которого в период гонения на гугенотов во времена Людовика XIV покинули Францию и поселились в Германии и в России. Прадед И. П. Колонга находился на русской службе у Петра I в чине инженер-генерала. Последующие поколения, жившие в России, постепенно обрусели, сохранив от французского прошлого одну фамилию.

Рано оставшись без отца, Иван Петрович десяти лет от роду поступает в Морской кадетский корпус, где учителями его были такие выдающиеся математики, как М. В. Остроградский и Р. Я. Буняковский. Благодаря им и своему природному дарованию Иван Петрович получил глубокие знания по всем дисциплинам, в первую очередь по математике, и в числе лучших учеников в 1858 г. был переведен в Офицерские классы, впоследствии преобразованные в Морскую академию. В 1864 г. после окончания Офицерских классов лейтенант де Колонг получил назначение на должность помощника начальника в только что образованную Кронштадтскую компасную обсерваторию, которую возглавлял капитан-лейтенант И. П. Белавенец.

С образованием компасной обсерватории и началом работы в ней двух выдающихся ученых центр научных изысканий и практических работ по магнитным компасам переместился в Россию.

Компасная обсерватория размещалась в специально построенном деревянном здании, в котором отсутствовали какие-либо источники посторонних магнитных полей — все металлические детали были выполнены из меди. В Англии по заказу морского министерства закупили магнитометрические приборы. Установили специальные поворотные платформы. Английская магнитная обсерватория, Эри и Сабин прислали в дар научные издания, журналы и брошюры. Компасная обсерватория под руководством И. П. Колонга, заменившего неожиданно скончавшегося в 1878 г. И. П. Белавенца, стала своеобразной научной академией компасного дела в России.

Уже первая работа И. П. Колонга, опубликованная в “Морском сборнике” в 1865 г., “О черчении дигограммы и о значении ее в теории замечательных линий” привлекла внимание флотской общественности, в том числе и за рубежом. Статья обсуждалась, в частности, в Лондонском математическом обществе, и ее основные положения были в 1869 г. включены в “Руководство по девиации” Английского адмиралтейства, став, таким образом, достоянием всего мира. В этой работе И. П. Колонг предложил новый графический способ построения магнитных сил и углов девиации, который позволял с помощью линейки и циркуля быстро определять величину девиации для любого магнитного румба.

В 1867 г. в статье “Об уничтожении девиации компасов (по поводу письма Эри)” И. П. Колонг глубоко научно анализирует преимущества и недостатки механического способа уничтожения девиации и табличного способа учета ее расчетных значений. Дело в том, что многие мореплаватели, в особенности торгового флота, считали, что достаточно уничтожить девиацию по способу Эри и отпадет необходимость употреблять “неудобные” таблицы для исправлений показаний компаса. Другие настаивали на том, что табличный способ учета расчетных значений поправок курса более точен и надежен — достаточно знать величину погрешности, чтобы получить точный курс, и незачем возиться с уничтожением девиации.

Полемизируя с этими взглядами, И. П. Колонг показал, что ввиду изменения магнитных условий в месте установки компаса из-за изменений магнитной широты, крена и других причин полностью уничтожить девиацию невозможно. С другой стороны, и ограничиться только определением и табличным учетом девиации нельзя, так как при больших ее значениях само определение девиации становится затруднительно и неточно — ведь в этом случае при изменении курса она быстро изменяет свою величину и на точности определений начинают существенно сказываться даже небольшие ошибки в курсе, которые неизбежны.

Подытоживая анализ способов борьбы с девиацией, предложенных Дж. Эри и А. Смитом, Иван Петрович делает выводы о необходимости уничтожения девиации с последующим определением и учетом ее остаточной величины, т. е. о необходимости сочетания того и другого способа.

Благодаря успехам в исследовательской и инженерной деятельности 30-летнего офицера в 1870 г. пригласили в Морскую академию для чтения лекций по математике и теории магнитной девиации и руководства практическими занятиями. В академии И. П. Колонг продолжает исследования, сосредоточив их в первую очередь на вопросах измерения горизонтальных и вертикальных сил, действующих на картушку компаса. Если научиться измерять эти магнитные силы и их изменчивость, то можно уничтожить девиацию, не зная ее величины, т, е. не производя пеленгования ориентиров и светил. Для решения этой задачи И. П. Колонг в 1875 г. разработал новый магнитометрический прибор, который в усовершенствованном виде под названием дефлектор Колонга широко применяется и сейчас во многих странах мира. В отличие от применявшегося в то время на флотах дефлектора Сабина на его измерения магнитных сил не влияло рыскание корабля и он был более точен и универсален. Создание нового дефлектора позволило разработать новые способы уничтожения полукруговой девиации и точный способ уничтожения четвертной по наблюдениям только магнитных сил на четырех главныхкомпасных курсах. Кроме того, после разработки в 1884 г. заведующим мастерской мореходных инструментов В. Б. Штемпелем наклонной картушки, дефлектор позволял уничтожить девиацию от крена без кренования корабля. Новые способы уничтожения девиации с помощью дефлектора Колонга впервые были применены на миноносцах.

После смерти в 1878 г. И. П. Белавенца, И. П. Колонг возглавил все компасное дело в России. Работая над усовершенствованием компасов, он исследовал влияние качки и маневрирования на картушку компаса, сконструировал новый девиационный прибор, размещаемый в нактоузе, и усовершенствовал способы определения полукруговой и четвертной девиаций по вееру створов.

Впервые в мире Иваном Петровичем совместно с Г. Добровым были предложены и практически проверены в 1887 г. на яхте “Держава” приемы уничтожения электромагнитной девиации, возникающей от влияния динамо-машины на компас. Необходимость этой работы была вызвана новыми проблемами, которые возникли перед магнитно-компасным делом с внедрением во второй половине XIX в. на судах электричества. Генераторы и электродвигатели создавали дополнительные электромагнитные поля, которые, в свою очередь, намагничивали близко расположенные металлические части судна, броню, переборки и т. п. Система освещения приводила к возникновению вредных для компаса магнитных полей в проводниках с током. Опыты, проведенные на яхте “Держава”, показали изменение девиации по этим причинам до 44°.

Колонг с Добровым предложили нейтрализовать это вредное влияние при помощи соленоидов, питающихся током от тех же генераторов, магнитные поля которых надо было уничтожить. Таким образом проблема компенсации была решена.

К 1889 г. Иван Петрович завершил исследования по уничтожению четвертной девиации.

В результате этих работ были выработаны конкретные рекомендации по борьбе с четвертной девиацией, применяющиеся и сейчас.

Учитывая большой вклад И. П. Колонга в обеспечение безопасности плавания кораблей, Академия наук в 1882 г. присудила ему Ломоносовскую премию, отметив при этом, что “труды г-на Колонга принадлежат к числу таких, которыми самое значение премии возвышается”, и признавая, что “г-н де Колонг многолетними трудами, требовавшими глубочайших математических познаний и остроумных соображений, подвинул значительно вперед теорию девиации и достиг результатов в пользу военного и торгового флота, дав простые и надежные средства определять и уничтожать вредное влияние, создаваемое железом, и тем облегчив в этом отношении безопасность плавания судов”.

В 1892 г. за выдающиеся труды в области компасного дела Иван Петрович, как ранее И. П. Белавенец и А. Смит, был награжден золотым жетоном в виде магнитного компаса с 32 бриллиантами, отмечавшими 32 румба компасной картушки, а в 1896 г. Академия наук избрала его своим членом-корреспондентом по физико-математическому отделению.

Особая заслуга И. П. Колонга состоит в воспитании плеяды замечательных учеников и последователей, первым среди которых по праву стоит будущий крупнейший ученый-кораблестроитель академик Герой Социалистического труда Алексей Николаевич Крылов. Под руководством И. П. Колонга он рассчитал деления горизонтальных и вертикальных сил дефлектора, исследовал вопросы расположения стрелок в картушке, разработал в общем виде условия уничтожения девиаций высших порядков. В 1886 г. А. Н. Крыловым была предложена новая конструкция дромоскопа — прибора, позволяющего по данным коэффициентам и силам определять девиацию на любом курсе. Этот прибор, основанный на механическом воспроизведении закона изменения девиации в зависимости от курса, по своей точности, универсальности и практичности был лучшим в мире.

В этом же году в “Морском сборнике” была опубликована его работа “О расположении стрелок в картушке компаса”, в которой он обосновал теорию этого вопроса и разработал практические рекомендации по проектированию картушек, не вызывающих девиаций высших порядков. Впоследствии работы Крылова по девиации легли в основу его статьи “Основная теория девиации компасов”, удостоенной в 1940 г. Государственной премии.

Другие ученики И. П. Колонга Ф. Ф. Ридигер и Н. Н. Оглоблинский подготовили под руководством своего учителя для офицеров флота “Руководство по девиации компаса”, которое наряду с монографией И. П. Колонга “Теория девиации компаса”, изданной в 1885 г., стала настольной книгой штурманов и девиаторов. Об этой работе И. П. Колонг писал: “В иностранной литературе не существует руководства, которое могло бы по полноте и изяществу сравниться с описываемым”.

По словам современников, Иван Петрович сумел вселить в своих учеников дух пытливости, веру в свои силы, научную основательность и действенную инициативу. Сам Иван Петрович был в работе образцом полной самоотверженности, скромности и сердечной доброты. Пламенная преданность его науке действовала заражающе. А. Н. Крылов в своих воспоминаниях отмечает: “Иван Петрович де Колонг по отношению к девиации компасов был истинный фанатик, про него на флоте говорили: Колонг считает, что корабли строятся для того, чтобы было на чем устанавливать компасы и уничтожать их девиацию”. О самоотверженности и преданности И. П. Колонга делу свидетельствует тот факт, что в его послужном списке за 43 года службы в графе об отпусках сказано коротко: “Не был”.

Отмечая заслуги И. П. Колонга в магнитно-компасном деле, академик А. Н. Крылов писал: “Необходимо заметить, что учение о девиации компасов благодаря трудам И. П. де Колонга, охватывающим промежуток времени около 40 лет, стояло в нашем флоте гораздо выше, нежели в любом из иностранных флотов… Наряду с Пуассоном, Арч. Смитом и В. Томсоном Иван Петрович является истинным творцом этой области знаний, столь важной для мореплавания”.

ИСТОРИЯ  КОМПАСА  ПРОДОЛЖАЕТСЯ

С развитием теории магнитно-компасного дела и судостроения в целом преображался и сам компас. К концу XIX в. компасы изготавливались во многих странах мира, в том числе в Англии, Франции, Германии и др. Каждый компасный мастер

стремился внедрить в свои модели что-нибудь новое, преследуя порой цели не столько полезные, сколько рекламные. Даже простое перечисление всех вариантов конструкций и предлагаемых усовершенствований, которые были известны к концу XIX в., заняло бы не одну страницу, поэтому ограничимся рассмотрением главных направлений, по которым выполнялись эти работы.

Повысить точность компаса стремились усилением намагничивания стрелок, увеличением диаметра картушки, снижением трения в опоре ее подвеса путем применения твердых материалов для изготовления топки и шпильки (агат, сапфир, рубин). С целью повышения устойчивости показаний применяли съемные картушки: тяжелую с пониженным центром тяжести использовали во время шторма и стрельбы, а легкую — при тихой погоде. Некоторые изготовители компасов к нижней стороне картушки прикрепляли слюдяные полоски или крылья, выполняющие роль демпферов. Придумывали даже небольшие поршни, ограничивающие колебания картушки.

В 1813 г. американец Френсис Кроус, чтобы повысить устойчивость и снизить трение шпильки о топку, предложил применять жидкость. Ее стали использовать сначала в шлюпочных компасах, наиболее реагирующих на качку, а во второй половине XIX столетия — в путевых и главных. Столь медленное внедрение жидкости объясняется тем, что не сразу удалось решить, как устранить расширение жидкости с повышением температуры, образование пузырьков воздуха, помутнение с течением времени, замерзание, размыв краски на картушках и т. д. Эти недостатки удалось устранить в компасах Ритчи, Веста и Дента, представленных впервые на Всемирной выставке в Лондоне в 1862 году.

К середине XIX в. медный котелок практически полностью вытеснил деревянный. Считалось, что медь не только более прочный и долговечный материал, но еще способствует повышению устойчивости картушки.

Многие мастера пытались приспособить к компасам специальные устройства, регистрирующие курс. Например, компас Непира имел внутри котелка часы, двигающие карандаш, связанный с картушкой,

по расчерченному кругу. Компас, предложенный норвежским механиком В. Ярмбергом, позволял регистрировать с помощью костяных шариков время нахождения судна на каждом курсе. Часовой механизм вращал над компасом со скоростью один оборот в минуту цилиндр с впадинами. В эти впадины каждые пять минут поступал из чаши нумерованный шарик. Оказавшись над центром картушки, шарик падал в чашечку и по трубочке, жестко связанной с картушкой, поступал в одно из 64 отделений секции, устроенной под котелком. Через прозрачную крышку секции можно было отмечать курс судна через каждые пять минут, а помножив число шариков на пять, получить время лежания судна на каждом курсе. Из-за сложности и недостаточной точности эти компасы распространения не получили.

Массу конструктивных предложений породила борьба с девиацией. Так, в 1860 г., когда решался вопрос установки магнитного компаса на первый английский большой корабль “Вариор”, где девиация достигала 40—50°, Эванс предложил установить на нем компас с двойным нактоузом, т. е. один нактоуз на два котелка, полагая, что это упростит уничтожение большой девиации. Однако эта интересная идея к успеху не привела. На Парижской всемирной выставке в 1873 г. Эрнст Биссон впервые продемонстрировал “электрический компас”, устанавливаемый на большой высоте над палубой, вдали от железных масс, т. е. компас с дистанционной электрической передачей курса. К компасной стрелке был прикреплен тонкий рычаг, замыкающий электрическую цепь при повороте “картушки на каждый градус. Сигнал поступал на репитер с электромагнитом, установленный в удобном месте. До практической реализации такого компаса было еще далеко, но идея уже тогда заинтересовала инженеров и подтолкнула к работам в этом направлении. Все лучшее, что было достигнуто к 70-м гг. прошлого столетия, было воплощено в магнитном компасе Томсона, впервые представленном на Всемирной Парижской выставке в 1878 г.

Уильям Томсон (1824—1907), выдающийся английский физик, талантливый инженер и изобретатель, член Лондонского Королевского общества родился в Белфасте в Ирландии в семье преподавателя математики. В 1845 г. окончил Кембриджский университет и после непродолжительных занятий экспериментальной физикой в

Париже более пятидесяти лет возглавлял кафедру теоретической физики в университете Глазго. Научная деятельность Томсона была исключительно разносторонней и многогранной. С его именем связаны большие достижения в области термодинамики, теории электрических колебаний, он ввел в физику понятие абсолютной температуры, открыл в 1856 г. явление переноса тепла электрическим током, положил начало разработке теории вихревого движения. За большие научные достижения профессор Томсон в 1882 г. получил от королевы Виктории звание пэра Англии с титулом лорда Кельвина. Он был избран почетным членом многих учреждений в различных странах. В 1877 г. английский ученый был избран членом-корреспондентом Петербургской Академии наук, а в 1896 г. ее почетным членом. Похоронен У. Томсон в Вестминстерском аббатстве, рядом с могилой Ньютона.

Работая по поручению Королевского общества над биографией А. Смита, У. Томсон заинтересовался проблемами магнитных компасов и за сравнительно короткое время запатентовал около 70 технических предложений. Прежде всего он занялся повышением чувствительности картушки. Еще в начале XIX столетия английский мастер Барроу предложил картушки делать не с одной, а с несколькими расположенными параллельно друг другу и симметрично относительно центра стрелками. Это позволило сделать картушку более устойчивой. Однако из-за увеличения массы она стала менее чувствительной. Томсон заменил большие стрелки Барроу восемью малыми проволочными цилиндрической формы, что не только повысило чувствительность, но и расширило возможности уничтожения четвертной девиации, поскольку при маленьких стрелках стало возможно размещать вблизи компаса больше мягкого железа. Кроме того, благодаря перенесению тяжести картушки к ее краям удалось увеличить момент инерции картушки и сделать ее более устойчивой при качке и маневрировании.

Внеся изменения в магнитный корректор, Томсон существенно упростил приемы уничтожения девиации и рассчитал таблицы, указывающие, какого размера, как и в каком удалении от магнитного компаса должны быть размещены шары из мягкого железа для уничтожения четвертной девиации. Наряду с этим Томсон улучшил конструкцию нактоуза, сделав его более удобным.

В 1877 г. после трехлетней экспериментальной работы на своей яхте Томсон предложил Английскому адмиралтейству испытать новую конструкцию компаса. Однако, проявляя привычный консерватизм и осторожность, оно не торопилось внедрять новый прибор на корабли. Компас поступил в свободную продажу и вскоре доказал свое право считаться лучшим. А случилось это так. В 1882 г., когда правитель Египта Араби-паша попытался взять под свой контроль Суэцкий канал, броненосный флот Англии атаковал его оплот — порты Александрии. Во время боя от сотрясений при стрельбе из орудий все компасы вышли из строя. Лишь компасы Томсона, установленные дополнительно к штатным на двух кораблях их капитанами по собственной инициативе и за свой счет, действовали превосходно, что обеспечило уверенное маневрирование, выбор дистанции и в конечном итоге предопределило успех боя. После этого случая компасы Томсона был” немедленно приняты к обязательному употреблению на всех кораблях и судах английского флота в качестве стандартных.

Россия накануне XX в. оснащала корабли компасами, изготовленными в основном отечественными мастерами. Однако, как правило, это были копии закупленных в Англии образцов (до 1870-х гг.— компасы Барроу, позже — компасы Томсона). Русские мастера вносили в них изменения, существенно улучшавшие приборы*. Так, была усовершенствована защита чувствительного элемента от ударов и сотрясений при стрельбе, обеспечена возможность пеленгования предметов с главного компаса без снятия колпака, защищавшего компас от сырости и брызг, улучшено освещение прибора и др.

В результате плодотворной деятельности отечественных ученых и специалистов по магнитно-компасному делу, которое с 1888 г. полностью находилось в ведении Главного Гидрографического управления, в России уже к 1913 г. были достигнуты важные практические результаты, а именно:

сконструированы отечественные 5-дюймовые (127 мм) и 8-дюймовый (200 мм) жидкостные магнитные компасы;

усовершенствованы чувствительные элементы компасов. В них были использованы легкие, алюминиевые картушки с системой стрелок, жестко связанных (в отличие от картушки Томсона) с диском картушки, благодаря чему была повышена их чувствительность;

разработан новый девиационный прибор, позволявший значительно уменьшить взаимное влияние полюсов поперечного и продольного магнитов и упростить приемы девиационных работ;

в 1895 г. внедрено электрическое освещение компаса, развернуто изготовление специальных магнитных компасов для миноносцев, дефлекторов Колонга, дромоскопов Крылова, наклонных картушек Штемпеля и др.;

в 1911 —1915 гг. на строящихся линкорах типа “Петропавловск” применена электрическая передача показаний компаса в боевую рубку.

Многие приборы демонстрировались на всемирных и отечественных выставках и не раз были удостоены высоких наград.

В 1912 г. на Международной морской конференции по вопросам безопасности мореплавания, проводимой при Главном Гидрографическом управлении, известный французский гидрограф Рено отмечал:

“Дважды посетив мастерские на Охте и в Адмиралтействе, мы были свидетелями того, до какой высокой степени усовершенствования доведено снабжение русского флота научными приборами. Модели компасов для больших судов, приборы магнитных измерений… особенно привлекли наше внимание. Мы все любовались на превосходное оборудование мастерских и их удачную приспособленность для выполнения работ с методичностью и высокой степенью точности”.

Первая империалистическая и гражданская войны прервали активные работы над штурманскими приборами. С 1917 по 1924 г. Мастерская мореходных инструментов занималась главным образом ремонтом приборов. К серьезным работам над совершенствованием магнитных компасов удалось вернуться лишь в середине 1920-х гг., когда молодая Советская Россия начала восстанавливать свой флот. С 1922 г. вновь был налажен выпуск магнитных компасов, причем не только для кораблей и судов, но и для авиации. К 1931 г. объем производства Мастерской мореходных инструментов, реорганизованной к тому времени в Завод мореходных инструментов, в десять раз превысил уровень 1913 г.

Развернулась и научная работа советских ученых. Вопросами теории и практики магнитных компасов в этот период занимаются А. Н. Крылов, В. Я. Павлинов, Н. Ю. Рыбалтовский, П. А. Домогаров и др.

A. Н. Крылов разработал в 1938 г. динамическую теорию картушки компаса и предложил схему сферической картушки с успокоительными цистернами и температурным компенсатором.

B. Я. Павлинов усовершенствовал дефлектор, сконструировал новый котелок компаса, предложил новый способ определения индукции стрелок на мягкое железо нактоуза, а также выполнил исследования в области математической теории стрелок картушки и методов ее проверки.

Н. Ю. Рыбалтовским углублена теория креновой девиации и предложены новые способы ее уничтожения, разработаны способы размещения магнитов уничтожителей, написан большой труд “Магнитно-компасное дело”, явившийся хорошим учебным пособием для многих советских штурманов.

П. А. Домогаровым выполнены исследования в области математической теории стрелочного чувствительного элемента, теории дефлектора и теории электромагнитной девиации. Им же спроектированы первые отечественные магнитные компасы для авиации и малотоннажных кораблей и судов.

К 1941 г. советские корабли и суда оснащались в основном отечественными компасами, не уступающими по своим характеристикам лучшим зарубежным.

Великая Отечественная война поставила перед этим направлением морского приборостроения новые вопросы. Внедренная на тральщиках система размагничивания приводила к резкому увеличению девиации (в отдельных случаях до 40°). Пришлось срочно дополнять компасы специальными соленоидами, усовершенствованными В.Я. Павлиновым и позволившими снизить девиацию до 1—2°. Нужны были упрощенные методы, которые позволяли бы приближенно уничтожать девиацию в условиях боевых действий. Эту задачу успешно решили Н. Ю. Рыбалтовский и Г. А. Вавилов. Завод штурманских приборов с началом войны был перебазирован в глубь страны, на Урал, где уже с конца 1941 г. приступил к изготовлению навигационной техники, а оставшиеся в блокадном Ленинграде специалисты выполняли заказы флота по ремонту.

Закончилась война и начался новый, удивительный по своему размаху этап в мировом судостроении. Какие только суда не были созданы за последние десятилетия. Япония поразила весь мир своими огромными супертанкерами водоизмещением в несколько сот тысяч тонн. Бороздят водные пространства суда на подводных крыльях и воздушной подушке, созданные советскими судостроителями, компаниями США и Великобритании. В Японии, Германии и в некоторых других странах работают над созданием полупогружных судов, практически не подверженных действию волн и воздушного сопротивления. В арктических ледяных просторах проводят караваны судов атомные ледоколы.

Значительно возросли скорости судов, их энерговооруженность, широтные пределы плавания подошли вплотную к приполюсным районам. А как далеко шагнула вперед радиоэлектронная вооруженность флотов!

Почти на всех современных судах установлены гироскопические курсоуказатели, которые при правильной установке практически не боятся ни магнитных полей, ни магнитных бурь, а в последние годы появились и инерциальные навигационные системы, позволяющие с высокой точностью определять все навигационные параметры и не имеющие ограничений по районам плавания.

Казалось бы, магнитному компасу с его беспокойными стрелками нет больше места на современном корабле среди совершенных электронных приборов и систем. Тем не менее и сейчас компасы устанавливают практически на всех плавучих морских объектах, начиная от шлюпок и яхт и кончая океанскими лайнерами. Объясняется это тем, что магнитные компасы обладают достоинствами, позволяющими им конкурировать с гироскопическими средствами курсоуказания: устойчивостью к внешним температурным и вибромеханическим воздействиям; полной независимостью от других источников навигационной информации; практически мгновенной готовностью к выдаче курса; простотой в эксплуатации, монтаже и регулировке; малой по сравнению с гирокомпасами потребляемой мощностью (дистанционные компасы) и полной независимостью от источников электроэнергии (простые стрелочные компасы); большим ресурсом и надежностью работы.

На малых кораблях и судах, где не требуется высокой точности курсоуказания, но большое значение имеют стоимость, надежность и простота в эксплуатации, магнитный компас используют как основной источник курса. На больших кораблях с хорошим штурманским вооружением он, как правило, играет роль резервного.

Конечно, и сами магнитные компасы преобразились. В последние десятилетия проделана работа по повышению их чувствительности, устойчивости при качке и воздействии вибромеханических нагрузок; снижению погрешности за счет выбора оптимальных конструктивных параметров и защиты от возмущающих факторов. В нашей стране разработаны базовые унифицированные магнитные компасы для различных проектов судов, удовлетворяющие требованиям современных международных стандартов, — КМ69, КМ 100, КМ145-С, каждый из которых может иметь несколько модификаций в зависимости от конкретных требований судна.

Компас КМ69 предназначен для малых судов, катеров и шлюпок, КМ 100 — для малых и КМ145-С — для крупнотоннажных судов. Он обеспечивает не только измерение курса, но и дистанционную оптическую и электрическую передачи его на репитеры.

Все компасы снабжены необходимыми компенсаторами девиации.

Мы остановились на истории развития только одного стрелочного, или, как его еще часто называют, визуального, магнитного компаса — самого древнего и самого распространенного. Однако у него есть много собратьев. Разнообразие компасов, созданных на сегодняшний день в мире, очень велико. Объясняется это, с одной стороны, ростом многообразия кораблей и судов и, следовательно, требований к компасу, а с другой — продолжающимся поиском путей и средств освободить компас от вредного влияния магнитных полей, создаваемых судном и его механизмами.

Все выпускаемые в настоящее время компасы классифицируют по принципу действия чувствительного элемента (стрелочные, индукционные, гальваномагнитные, квантовые и др.), по наличию и типу дистанционной передачи курса (визуальные, с оптической, с электрической, фотоэлектрической, холловской, индукционной, емкостной и др.) и по назначению (судовые, катерные, шлюпочные, ручные и т. д.).

Принцип действия индукционных чувствительных элементов основан на явлении электромагнитной индукции проводника, находящегося в магнитном поле; гальваномагнитных — на физических явлениях, возникающих при воздействии магнитного поля Земли на движущийся заряд; квантовых — на использовании явления магнитного резонанса, заключающегося в избирательном поглощении или излучении электромагнитных волн веществами, помещенными в магнитное поле.

Применение новых принципов измерения магнитного курса, широкое внедрение электроники и вычислительной техники позволили решить ряд проблем, которые в недалеком прошлом ограничивали возможности магнитных компасов и затрудняли работу штурмана: расширить возможности выбора наиболее благоприятного в магнитном отношении места установки основного прибора компаса — датчика курса; автоматизировать ввод различных поправок, транслировать курс необходимому числу потребителей в любое место судна; повысить точность, надежность и устойчивость компаса. Появилась возможность сопряжения его с различными управляющими, вычислительными и регистрирующими устройствами; отображения информации как в аналоговом (стрелочный индикатор), так и в цифровом видах, регистрации информации о курсе на самописце и т. д.

Работа над усовершенствованием магнитных компасов продолжается. Благодаря своей простоте и надежности магнитные компасы еще долго будут служить мореплавателям.

_____________________________________________________________________________________________

КОМПАС-3D Home предоставит неограниченные возможности по трёхмерному моделированию авто-, авиа- и судомоделей. Бесплатная версия популярной программі для проектирования всего что пожелаете. Бесплатно для домашнего использования — знакомство с программой, учеба (проектирование дипломов и курсовых), планировка собственного жилья и прочее, подробнее на сайте mysapr.com.