Сегодня мы без труда можем довольно точно определить свое местоположение по GPS, обратившись к спутникам. Но много лет тому назад людям было довольно трудно ориентироваться в пространстве. Сперва им помогали Солнце и звезды. Так появились стороны света. Полярная звезда оставалась на небе неподвижной и помогала путникам находить север. Но что было делать, если небо затягивали тучи? Тогда человек выдумал первый компас. Он ещё с древних времён помогал людям ориентироваться на местности. Все местоположения на карту наносили благодаря этому предмету, потому что его расположение первопроходцу было известно точно. Компас – это незаменимый помощник путешественника в любой точке земного шара. Название предмета пошло от итальянского слова «Compassare», или композиция, в переводе означает «мерить шагами», или от английского «Compass» – круг.
Первые попытки
До сих пор ученые не могут разобраться, где начинается история открытия компаса. Некоторые утверждают, что государством-первооткрывателем является Индия, другие считают, что Греция, а третьи – Китай. Во всех названных странах были обнаружены древние записи об использовании специального устройства с особым магнитным полем, указывающим стороны света.
История создания компаса окутана легендами и мифами, поэтому сейчас мы с вами окунемся в древний мир. Много лет назад индейцы обратили внимание на одиноко стоящую гору, близ реки Инд, способную притягивать металлические предметы. Путешественники стали использовать магнитные свойства породы и камней этой горы, чтобы не сбиваться с пути. Они закрепляли на кусочке горной породы стрелку, которая неизменно показывала юг.
Древние греки были известны своей любовью к науке. Они первыми обнаружили, что магнит притягивает металлические изделия. Конечно, в то время существовало и мифическое объяснение явлению магнетизма, но были те, кто высказывал научные догадки. Так, греческие естествоведы полагали, что в железе находилась влажность, поглощающая магнит, поэтому оно притягивало магнитные изделия. Чуть позже Сократ обратил внимание, что железо, притянутое магнитом, само приобретало магнитные свойства (сейчас мы бы сказали «намагничивается»). Ещё позже греки установили, что магниты не только притягиваются, но и отталкиваются друг от друга. Так долго и упорно бились великие греческие умы над загадкой, но уж никак не над созданием компаса (кстати, устройство появилось здесь только в VI веке до нашей эры).
Древние китайские письмена сообщают, что первооткрыватели компаса – это жители Поднебесной. Сперва магниты китайцы использовали для предсказаний, но чуть позже было предложено отливать из породы вытянутые формы и помещать их в воду (чаще всего выплавляли «рыбу»). Так появился «лопань», или китайский компас. Его осторожно помещали на поверхность воды, и предмет, плавая, носом разворачивался в сторону юга. Но вот что интересно: такую «рыбу» нельзя было нагревать, потому что она сразу же теряла магнитные свойства и приходила в негодность. Такое изделие впервые упоминается в 1044 г в труде «Основы военного дела». Подробнее о том, как китайцам удалось его открыть, мы написали здесь.
Китайцы прославились также созданием первого не магнитного компаса (гирокомпаса), или, как сказано в легенде, «колесницы, указывающей на юг». По преданию желтый правитель пошел войной на императора. Последнему служил верный колдун, который во время атаки напустил густой туман на воинов желтого владыки, чтобы те заблудились. Но у них была чудесная колесница, которая указывала на юг. Так племя выбралось из тумана и выиграло войну. В этой легенде тоже есть правда: для ориентации на местности, в III веке нашей эры, китайцы пользовались колесницей, где устанавливали фигурку человека. С помощью зубчатых приспособлений в колесах человечек разворачивался к югу. Кстати, вот еще подборка любопытных предметов, созданных в Китае.
Кто и когда создал компас?
Выяснив, где изобрели компас, мы продолжаем путешествие по истории возникновения компаса и переходим к конкретным именам.
Кто изобрёл компас? В 1119 году Шень Гуа испытал на предмет способности указывать месторасположение обыкновенную швейную иглу. Китайский ученый намагнитил ее и закрепил при помощи воска на шелковой нитке. Конструкция указывала на юг не хуже «рыбы». Позднее он присоединил иглу уже к шпильке (вот первая модель компаса, напоминающая современную). Опытным путем Шень Гуа выяснил, что стрелка не совсем точно определяла юг, она несколько отклонялась в бок. Эту особенность объяснили углом, который образуют географические и магнитные меридианы, не совпадающие с друг с другом. Последователи учёного смогли рассчитать угол отклонения для каждой области Китая. Это значение впоследствии получило название «магнитное склонение».
Есть у китайцев иная модель компаса – размещенная на квадратной медной доске ложечка из магнетита с узкой рукояткой. Поверхность искусно расписывали символами сторон света, созвездий и знаков зодиака. Ложку приводили в движение легким толчком, последняя свободно вращалась, а остановившись, направляла на юг. К сожалению, история не говорит, кто изобрел такой компас, но Хэнь Фэй-цзы дал устройству название «сынань», что значит «ведающий югом».
В XII веке соседствующие с китайцами арабы приобрели у последних чудесное изобретение, определяющее стороны света. Так компас попал в Евразию. Письменные упоминания этого устройства найдены в трактатах Александра Неккама 1187 годов. Некоторые эксперты высказывают догадки, что компас прибыл в Европу ранее, однако предмет не имел общего названия, поэтому записи о нем оставить было сложно.
Первыми после арабов устройством начали пользоваться итальянцы. Предмет распространился по Аппенинскому полуострову, перекочевав вскоре к в Британию и Германию. Уже тогда компас представлял собой небольшой цилиндр из коркового дерева, на котором закреплялась металлическая игла. Предмет погружали в ёмкость с водой и ждали, пока игла развернется к югу. Из-за ветров и иных нелетных условии направление иглы часто сбивалось, поэтому сосуд стали прятать под стеклом. Ближе к 13-му веку магнитную стрелку размещали на острие в середине бумажного круга.
Так, путешествуя по свету, компас постепенно видоизменялся. В 14 веке итальянский изобретатель Флавио Джойя добавил к нему холст из бумаги, разделенный на 16 равных частей (по 4 румба на каждую из сторон света). Со временем частей стало уже 32, что позволяло точнее определять стороны света. Спустя пару лет устройство стали размещать в подвешенном состоянии для снижения влияния морской качки.
Когда изобрели компас, мореплавателям стало намного проще ориентироваться в открытом океане, поэтому устройство стало незаменимым другом экспедиторов в эпоху Великих географических открытий. Благодаря компасу географические карты стали точнее, и было высказано смелое предположение о том, что Земля имеет форму шара.
Развитие технологии
Основное свойство, лежащее в основе работы компаса, – способность магнитов притягиваться и отталкиваться друг от друга. Как только в VII-VI веках до нашей эры греки выяснили это, началась история открытия компаса. В средние века были попытки объяснить свойство магнетизма с точки зрения мистики (особенно этим грешили последователи теологии). С XIV по XVII века устройство активно использовалось в путешествиях и открытиях. Он изменялся и неустанно пополнялся дополнительными атрибутами для практичности и точности ориентирования. Несмотря на то, что магнитные свойства не изменялись, история развития компаса не стояла на месте.
Принцип действия компаса
Компасы подразделяются на магнитные и не магнитные. Изначально были изобретены не магнитные устройства. Такими изобретениями могут похвастаться египтяне, скандинавы и викинги.
В XX веке в египетском музее археологи отыскали маленькую деревянную игрушку. Она представляла собой самолёт, который подвешенном состоянии ориентировался в сторону юга. При исследованиях было обнаружено, что перед носовой частью планера находится энергополе, а дополнительная горбинка, расположенная в верхней части игрушки, увеличивает его. Устройство напоминало ученым китайскую «колесницу», поэтому и было отнесено к неметаллическим компасам.
Скандинавы, путешествующие в Гренландию и Америку, использовали небольшие предметы в виде деревянного круга с ручкой. Предмет вращался вокруг своей вертикальной оси, на верхней точке которой размещалась горизонтальная стрелка. Внутри находился источник энергии излучений. Образец скандинавского компаса был обнаружен в 1948 году при раскопках в Гренландии.
В морских путешествиях викинги использовали кальцит, или солнечный камень, который обладал способностью к поляризации света. Это физическое свойство породы позволяло викингам определять положение светила даже в непогоду. По сей день этот камень используется в военных и гражданских самолетах, воздушные коридоры которых проходят в полярных широтах.
Позже были изобретены классические магнитные компасы. В основе работы этого предмета лежат магнитные свойства земли. Стрелка располагается горизонтально и носом обозначает направление севера, а точнее компас определяет Северный магнитный полюс Земли, который не совпадает с географическим. В XV веке исследователи вычислили, что примерное расстояние между ними составляет целых 2100 километров. Еще не зная об этом, скандинавские мореплаватели часто терялись в морях.
История изобретения компаса, которым мы пользуемся сейчас, начинается с 1907 года, когда капитан Корпуса военных топографов Адрианов Владимир Николаевич сконструировал первый отечественный войсковой компас, за которым впоследствии закрепилось название «компас Адрианова». Это классическое устройство, с расположенной внутри шкалой, которая имеет 120 делений (цена одного деления составляет 3◦). Для визирования предметов на местности на вращающемся кольце компаса установлено специальное приспособление: мушка с целиком. Зачастую нос стрелы и каждые 90° на шкале покрывают флуоресцентной краской, что облегчает использование компаса в темноте.
Виды компаса
Сейчас это прибор с магнитной стрелкой, свободно вращающейся в горизонтальной плоскости и ориентирующейся вдоль магнитного меридиана. На точность определения севера влияют окружающие компас вещи, особенно электронные, магнитные или металлические, а также магнитные бури. Для того, чтобы исключить влияние подобных факторов, а также, чтобы иметь возможность следить за Звездами, были изобретены:
- Гирокомпас (работает за счет быстро вращающегося ротора в жидкой среде);
- Астрорадиокомпас (захватывает излучение звезд);
- Радиокомпас (ориентируются на радиомаяк);
- Селеновый компас (в основу работы положено свойство селена изменять свою электропроводность при попадании на него света).
В современных комплексах на кораблях используется магнито-чувствительная катушка, которая определяет направление судна. У всех подобных устройств есть существенный недостаток: они не приспособлены для работы в высоких широтах. Это связано с малой горизонтальной составляющей магнитного поля Земли. Что же делать экспедиторам, если маршрут их корабля пролегает в высоких широтах? В 2017 году Российские учёные изобрели магнитный компас «Азимут», который был оснащен гироскопическим датчиком угловой скорости, что позволило уменьшить погрешность компаса при качке судна и точнее измерять угол и местонахождения корабля.
Вот такой большой путь от истории появления компаса и до наших дней проделал этот невероятный предмет!