Обычный шест, вертикально воткнутый в землю стал первым астрономическим прибором. Что может быть проще? Однако и с его помощью можно сделать очень многое

- Сегодня пятнадцатое апреля, не правда ли?
- Да, мистер Сайрес, - ответил юноша.
- В таком случае, завтра, если не ошибаюсь, наступит один из четырех дней в году, когда истинное время совпадает со средним. Иначе говоря, дитя мое, завтра солнце пересечет меридиан за несколько секунд до полудня. Если будет хорошая погода, мне, вероятно, удастся определить долготу нашего острова с приближением до нескольких градусов.
...
Сайрес Смит отыскал на берегу совершенно чистое место, хорошо выровненное отливом. Тонкий слой песка был гладок, как зеркало, песчинки лежали одна к одной, словно на подбор. Впрочем, этот слой мог быть не вполне горизонтальным, а воткнутая в него шестифутовая жердочка могла стоять и не совсем отвесно. Наоборот, инженер даже наклонил ее слегка к югу, то есть в противоположную от солнца сторону, ибо не следует забывать, что обитатели острова Линкольна находились в Южном полушарии и потому видели дневное светило не над южным, а над северным горизонтом.
Тут Харберт понял, каким образом инженер собирается установить момент кульминации солнца или его прохождения через меридиан, то есть, другими словами, время полудня для данной местности. Этому должна была служить тень палочки на песке. Таким способом Сайрес Смит без всяких инструментов мог получить достаточно точные результаты.
Действительно, в ту минуту, когда тень станет короче всего, будет ровно двенадцать часов дня. Наблюдателю оставалось только следить за концом тени, чтобы заметить, когда она снова начнет удлиняться. Наклонив жердь к югу, Смит увеличил размеры тени, чтобы легче было наблюдать за ее изменениями. Ведь чем крупнее стрелка часов, тем заметнее ее движение. А тень жердочки на песке была, в сущности, той же стрелкой на циферблате.
Когда нужный момент наступил, Сайрес Смит опустился на колени и начал отмечать постепенное уменьшение тени, втыкая в землю маленькие прутики. Товарищи инженера, низко склонившись, с величайшим интересом следили за этой операцией.
Журналист держал в руках свой хронометр, готовясь отметить его показания в ту минуту, когда тень будет всего короче. Вычисление производилось 16 апреля, в день, когда среднее время совпадает с истинным временем. Следовательно, показания часов Гедеона Спилета должны были соответствовать истинному вашингтонскому времени, что значительно упрощало вычисления.
Между тем солнце медленно подвигалось по небу. Тень от палочки становилась все короче. Но вот инженеру показалось, что она снова начала удлиняться, и он спросил:
- Который час?
- Пять часов и одна минута, - немедленно ответил Спилет.
Теперь оставалось только сделать расчет. Это было весьма просто. Разница во времени между Вашингтоном и островом Линкольна составляла, в круглых цифрах, пять часов - иначе говоря, когда на острове Линкольна наступил полдень, в Вашингтоне было уже пять часов вечера. Солнце в своем кажущемся движении вокруг Земли проходит один градус в четыре минуты, или пятнадцать градусов в час. Пятнадцать градусов, умноженные на пять, составляют семьдесят пять градусов.
Итак, если Вашингтон лежит на 77°3'11", или, в круглых цифрах, на семьдесят седьмом градусе от Гринвичского меридиана, который американцы, подобно англичанам, считают за нулевой, то, значит, остров Линкольна расположен на 77°+75° к западу от Гринвича, то есть на 152° западной долготы.
Сайрес Смит сообщил эту цифру своим товарищам. Учитывая, как и при измерении широты, погрешности наблюдения, он счел возможным утверждать, что остров Линкольна лежит между тридцать пятой и сороковой параллелями и между сто пятидесятым и сто пятьдесят пятым меридианами к западу от Гринвича.
М-да... Все рассуждения и вычисления безукоризненны, но с практическими наблюдениями на этот раз все совсем плохо... Длина тени около полудня изменяется довольно медленно и определить момент, когда она станет самой короткой вряд ли получится с точностью лучше, чем 10-15 минут, да и наклон гномона "на глазок", как и возможная негоризонтальность площадки только внесут дополнительные ошибки в измерения. И ведь что самое обидное - инженер ранее определил направление меридиана, но почему-то не воспользовался им для определения момента полдня.
А какова точность полученного нами результата? Попробуем оценить ее хотя бы приблизительно. Примем, что ошибка наблюдения тени гномона в угловой мере не превышает 1/2° и вызвана нечеткостью тени, примерно такую же по величине ошибку могут дать погрешности при установке гномона (отклонение его от вертикали и площадки от горизонтальной поверхности), наши геометрические построения при определении склонения Солнца и его высоты - еще 1/2°. То есть суммарная ошибка (а ошибки имеют противное свойство складываться  ) может достигнуть полутора градусов. При определении долготы ошибки вызваны только наблюдениями с помощью гномона, и погрешностью хода наших часов. Если мы знаем время с точностью до полуминуты, что составляет 1/8° в переводе в угловые величины, то суммарная ошибка может составить около 1° 8' дуги. Чтобы оценить эти величины в единицах расстояния нужно вспомнить, что 1 морская миля (1852 м) равна средней длине дуги меридиана в 1 угловую минуту. Значит, отклонение определенных нами координат от истинных не превысит 90 миль по широте и 68 миль по долготе, причем с учетом того, что мы находимся не на экваторе (длина дуги в 1' параллели уменьшается с увеличением широты), д олготная ошибка может быть заметно меньше

Тренажер «Гномон» (Ориентирование по солнцу)

Гномон — древнейший астрономический инструмент, вертикальный предмет (стела, колонна, шест), позволяющий по наименьшей длине его тени (в полдень) определить угловую высоту солнца. Кратчайшая тень указывает и направление истинного меридиана. Гномоном также называют часть солнечных часов, по тени от которого определяется время в солнечных часах. Искусство конструирования и изготовления гномонов и солнечных часов называется гномоникой. Гномон позволяет определить: - астрономический полдень — момент, когда длина его тени наименьшая. - направление на север — по направлению тени в астрономический полдень. - широта места — по длине тени в астрономический полдень. Для точности измерения большое значение имеет высота гномона — чем он выше, тем длиннее отбрасываемая им тень, что повышает точность измерения. Сам тренажёр состоит из шеста-гномона длиной 0,5-1 м и 10-12 колышков. С утра через равный промежуток времени (например, через каждый час), назначенный учащийся вбивает колышек в точку окончания тени, вечером все колышки соединяются линией, по наименьшей длине тени шеста определяется направление на север. Это осуществимо на учебных сборах. Учащиеся получают устойчивый навык определения сторон света по гномону с первого раза. Ориентирование по Солнцу. В Северном полушарии направление на север можно определить воткнув в полдень, в землю длинный шест. Тень укажет направление на север, слева будет запад, справа — восток. Местный полдень можно определить с помощью вертикального шеста-гномона длиной 0,5-1 м по наименьшей длине тени от него на поверхности земли. Нужно также помнить, что в 6-7 часов утра Солнце на востоке, в 7 вечера — на западе.