Получалось, что высота Полюса мира и широта места как бы связаны невидимым шарниром: какую часть земной окружности пройдет пешеход от экватора, на столько же градусов поднимется по небесному своду от горизонта Полярная звезда. Вот и стали измерять не тот угол, который находится в центре Земли между экватором и, допустим, «московским» радиусом, а тот, что образован горизонтом и мысленной линией, соединяющей Полюс мира с Москвой.
Вообще-то говоря, чтобы определить широту, не обязательно наблюдать именно Полярную звезду. Можно измерять и высоту Солнца или других ярких звезд. Ведь они тоже представляются нам то выше, то ниже на небе в зависимости от широты места. Высота звезд над горизонтом поможет определить широту места. Но пройденному по Земле отрезку в один градус будет соответствовать уже не один небесный градус, а дробная величина.
Открыл этот способ заочного измерения Земли две с лишним тысячи лет назад александрийский ученый Эратосфен. Путешествуя, он обратил внимание, что во время летнего солнцестояния — 22 июня — в Южном Египте, в городе Сиена (Ассуан), Солнце в полдень стоит прямо над головой — люди, здания не отбрасывают тени. Но он хорошо помнил, что в Александрии, где он жил, Солнце в этот день оказывается намного ниже — даже в полдень предметы имеют там короткую тень. Тогда считали, что Александрия и Сиена лежат на одном меридиане, и он решил измерить разницу между высотой Солнца в том и другом городе, то есть определить разницу их широт.
Эратосфен взял полукруглую медную чашу, на дне которой в самом центре укрепил вертикально вровень с краями тонкий проволочный стержень. В середине чаши он провел черту, которую разделил поперечными черточками на 180 частей — градусов.
Дождавшись 22 июня, Эратосфен поставил свой самодельный прибор — он назвал его скафис — на площади в Александрии и стал наблюдать за тенью от стержня, падавшей на черту с делениями. Тень становилась все короче и короче по мере того, как Солнце поднималось все выше и выше. В полдень она покрыла 7,5 деления на дне чаши, а затем снова стала увеличиваться. Эратосфен сделал вывод, что Солнце в Александрии 22 июня поднялось на 82,5°, не дойдя до зенита на 7,5°. В Сиене же в этот день оно должно было пройти все деления, то есть подняться на 90°.
Получалось, что эти города расположены на расстоянии 7,5° друг от друга. В то же время Эратосфену было известно, что караванщики, часто приходящие с грузом из Александрии в Сиену, считают, что между ними 5 тысяч египетских стадий. Приложив к Земле свой градусный аршин, он вычислил длину земной окружности: получилось около 250 тысяч стадий, а радиус Земли оказался равным 39 700 стадий (одна египетская стадия равна почти 200 метрам).
Сейчас известно, что эти города не лежат на одном меридиане. Сиена — на 3° восточнее Александрии, а разность их широт не 7°30′, а 7°7′. Вычислениям Эратосфена не хватало точности. Но сам принцип измерений планеты сохранил свое значение и в наши дни. Он так и получил название градусных измерений. Только скафис Эратосфена сильно изменился, превратившись в универсальный астрономический инструмент.
Наблюдатель ловит звезду в окуляр прибора так, чтобы она оказалась на своеобразной «мушке» — пересечении двух перпендикулярных линий. Затем по специальному кругу, очень точно разбитому на градусы, определяет, на какой угол оказалась при этом наклонена труба телескопа к горизонту.
Если вам попадется морской роман, в котором описывается, как капитан взял в руки секстан и стал ловить солнце, чтобы определить местоположение судна, то вы, конечно, легко догадаетесь, каким образом он определял свои координаты. Собственно, только одну из них — широту. А долгота?
Определять долготу достаточно точно научились только с начала прошлого века, хотя уже давно догадались, что мерой долготы может служить время.
В самом деле: если полный оборот (360°) наша планета совершает за 24 часа, то каждый час она поворачивается на 15°. Значит, измерив, сколько сейчас времени в Москве и в том же Красноярске, мы можем определить, какой кусок окружности нужно пройти Москве, чтобы ее время совпало с красноярским. Тем самым мы узнаем, каково градусное расстояние между городами. Конечно, нужно брать не поясное время, по которому идут городские часы в Москве и Красноярске, а местное.