Кто не знает компаса? Намагниченная стрелка указывает одним концом на север, другим на юг, помогая ориентироваться — определять страны света.
Совсем простой прибор, но разнообразно его практическое применение в наше время и огромную роль сыграл он в истории человечества. Да и у самого компаса, как у всех великих изобретений, долгая история.
Впервые удивительные свойства магнита были открыты в Китае. Там уже больше 3 тысяч лет назад знали о том, что куски особой руды (магнетита, или магнитного железняка) обладают способностью притягивать к себе и удерживать легкие железные предметы. Такой естественный магнит называли «цы-ши», что означает «любящий (железо) камень».
Позже китайцы открыли второе свойство магнитного камня: если подвесить его на нити, то он поворачивается одним концом к югу, а другим к северу. Это открытие послужило основой для изобретения «чи-нана» — «указателя юга».
На двухколесной тележке высотой менее полуметра была установлена фигурка человека с протянутой вперед правой рукой. Фигурка опиралась на острие стерженька и могла свободно поворачиваться вправо или влево. Магнитный камень внутри фигурки заставлял ее обращаться лицом к югу и указывать это направление.
Нелегко было изготовить «чи-нан». Ведь направляющая сила природного магнита очень мала и едва преодолевала трение фигурки о стерженек. Только самым искусным китайским мастерам удавалось так уменьшить трение, что фигурка послушно подчинялась действию магнитного камня.
«Указатель юга» был не очень точным прибором и позволял ориентироваться только на суше. Моряки не могли им пользоваться, так как при качке судна «путеводную тележку» бросало из стороны в сторону. На кораблях путь указывал не «чи-нан», а «чи-нан-тин». Как был устроен этот прибор?
В начале нашей эры китайцы открыли еще одну замечательную особенность магнитного камня. Если натереть этим камнем какой-нибудь железный предмет, например иглу, то она также приобретает магнитные свойства, превращается в искусственный магнит.
В китайской энциклопедии, составленной во II веке нашей эры, эта особенность подчеркнута в самом определении: «Магнит — это камень, который дает направление игле», т. е. заставляет ее поворачиваться одним концом к югу.
Такая намагниченная игла, подвешенная на тонкой нити из некрученого шелка, и называлась «чи-нан-тином». При помощи этого простого прибора китайские моряки определяли страны света в своих далеких плаваниях вдоль берегов Тихого и Индийского океанов.
Только через тысячу лет, в XII веке, такое же изобретение было сделано европейцами. В Европе, как и в Китае, магнитный камень сначала служил «путеводителем» не на море, а на суше. Он помогал находить верное направление при прокладывании подземных ходов в рудниках, как сообщает одна норвежская рукопись XI века.
Возможно, что уже в то время магнитным камнем, подвешенным на веревке, пользовались норманны в своих морских плаваниях вокруг Западной Европы и к берегам далекой Гренландии. Более удобный указатель пути — мореходную иглу — впервые описал английский ученый Александр Неккэм в своем труде «О природе вещей» (1195).
В пасмурные дни или в темные ночи, сообщает Неккэм, когда не видно небесных светил, моряки намагничивают железную или стальную иглу, затем продевают ее сквозь соломинку, плавающую на воде, и таким способом узнают, где север.
В начале XIII века «путеводная игла» была уже так широко известна, что ее даже воспевали поэты. Но, как указывал в 1258 году итальянский писатель Брунетто Латини, ни один капитан-католик не дерзал открыто пользоваться этим удивительным изобретением, так как боялся обвинения в колдовстве. Суеверная молва заклеймила магнитную иглу, как дьявольский инструмент, созданный чарами колдовства.
По этой же причине неизвестно когда и где впервые появился компас. Еще очень несовершенные приборы описаны в 1269 году французским ученым Петром Перегрином (Пьер де Марикур) в письме «О магните»*. Перегрин сообщает об устройстве прибора, который «знает азимут Солнца и Луны и какого угодно места на горизонте».
___________
* Письмо впервые было напечатано в 1558 году.
Лучший из двух приборов, описанных и, возможно, изобретенных самим Перегрином, представлял собой круглый деревянный или медный футляр. На стеклянной крышке прибора были нанесены линии главных направлений — румбов (север, юг, восток и запад) и 360 делений-градусов (рис. 1).
Рис. 1. «Компас» Перегрина
Внутри футляра, между центрами его крышки и дна, находилась вертикально установленная ось из меди или серебра. Сквозь отверстия в этой оси «продевали намагниченную стальную иглу, а под прямым углом к ней медный или бронзовый брусок.
Над крышкой прибора помещалась медная линейка — визир, прообраз будущего пеленгатора.
Чтобы пользоваться этим прибором, его, как и нынешний карманный компас, сначала поворачивали до тех пор, пока магнитная игла не совпадала с линией север — юг, отмеченной на стеклянной крышке. После этого линейку-визир устанавливали по направлению на береговой предмет, т. е. под некоторым углом к линии север — юг. Затем по градусным делениям на ободке крышки определяли величину этого угла, т. е. курс корабля*.
___________
* Курсом корабля называется угол между двумя линиями-направлениями: к точке севера и к ближайшему порту, куда идет корабль.
Однако такой прибор оставлял желать много лучшего. Чтобы игла всегда указывала направление север — юг, она должна свободно поворачиваться вместе с вертикальной осью. Ось же испытывала трение, так как упиралась в крышку и дно прибора, поэтому игла неизбежно застаивалась на месте и не указывала верного направления.
Безвестные мастера постепенно совершенствовали компас Перегрина. Вертикальную ось они заменили тонкой стальной шпилькой с острием. На нем-то и устанавливали в горизонтальном положении уже не иглу, а удлиненный ромбик — стрелку (рис. 2).
Рис. 2. Старинный компас (начало XIV века)
Для этого в углублении посредине нижней стороны стрелки был укреплен твердый камень (обычно сапфир) — так называемая топка. Хорошо отшлифованная топка только опиралась на острие шпильки; благодаря этому трение значительно уменьшилось, стрелка реже застаивалась и точнее указывала на север.
Для удобства градусные деления стали наносить не на ободок крышки, как у Перегрина, а по окружности бумажного диска. Этот диск — его назвали картушкой — помещался непосредственно под стрелкой.
На парусных кораблях очень важно было следить за направлением ветра. Поэтому на картушке, кроме градусных делений, стали изображать розу ветров — шестнадцать, а позже тридцать два луча-румба. Они указывали помимо четырех основных направлений (север, юг, восток, запад) еще и промежуточные.
Такой прибор, похожий на нынешний карманный компас, появился в самом начале XIV века. Но пользоваться им все- таки было трудно.
Корабль в море из-за качки то кренится с одного борта на другой, то зарывается в воду носом или кормой. Даже при небольшом волнении компасная стрелка начинала колебаться, а в шторм почти непрерывно качалась из стороны в сторону.
Чтобы предохранить стрелку от колебаний, толчков, сотрясений, еще в XIV веке был приспособлен специальный подвес из двух колец. Компас подвешивали внутри первого кольца, которое своими цапфами упиралось в отверстия второго кольца, а последнее в свою очередь было подвешено на подставке. Такого рода приспособление впоследствии получило название карданова подвеса по имени выдающегося итальянского ученого XVI века Д. Кардано.
Компас стал незаменимым спутником мореходов и оказал им бесценные услуги.
В древние времена корабли не уходили далеко от берегов и, едва начиналась буря, спешили укрыться в безопасной бухте. Даже в тихую погоду опасно было терять из виду сушу: если туман или облака скрывали небесные светила, моряки не имели возможности ориентироваться.
Компас в любую погоду позволял определять страны света и вести корабль по назначенному курсу. Благодаря этому мореходы стали смелее отрываться от берегов и отваживались пересекать Средиземное море, сокращая таким образом продолжительность плавания.
Средиземное и Черное моря служили главным морским путем в торговле между Западом и Востоком. За долгие века плавания по этим морям накопилось немало чертежей, зарисовок и описаний береговой линии. Уже мореходная игла, указывая верное направление, помогла уточнять, исправлять и дополнять старинные чертежи. При помощи компаса были созданы гораздо более совершенные географические карты, которые отличались неведомой раньше точностью.
На компасных картах, или портоланах, еще не было ни параллелей, ни меридианов. Обычно в центре карты изображали главную розу ветров, а по краям — еще шестнадцать малых роз. От лучей-румбов каждой из роз исходили прямые линии, перекрещиваясь с такими же линиями других роз.
Не приходится говорить о том, насколько и самый прибор и созданные благодаря ему более точные карты увеличили безопасность мореплавания. Однако при всех своих достоинствах компас нередко подводил мореходов: он оказался не очень-то верным «путеводителем».
Китайцы еще в XI веке заметили, что намагниченная игла, «чи-нан-тин», не указывает концом своим точно на юг. Европейцы «запоздали» с этим открытием почти на 200 лет и сначала полагали, что северный конец стрелки отклоняется только к востоку примерно на 10—11 градусов.
Непонятный каприз стрелки назвали склонением компаса и приписывали его несовершенству самого прибора. Прошло еще три столетия, прежде чем была раскрыта загадка склонения. Именно в эти первые века своего существования компас неизмеримо расширил возможности мореплавания.
