Когда шесть лет спустя епископ Фелл решил переоборудовать новую башню Тома оксфордской церкви под обсерваторию, Рен пытался отговорить его, ссылаясь на то, что астрономические наблюдения лучше вести на уровне земли. «Мы действительно построили обсерваторию в Гринвиче для тех же целей, для коих вы хотите приспособить и вашу башню; наша обсерватория создана для наблюдений и немного для славы; мы имеем инструменты, которые я уже описывал [стенной квадрант на меридианной стене, длинный телескоп, подвешенный на мачте, секстант для определения угловых расстояний], в комнате находятся часы и связанные с ними инструменты» [23].
В письме к Ричарду Таунли 22 января 1676 г. Флемстид пишет: «Наш Главный зал высотой в 20 фут в состоянии вместить длинный маятник, подвешенный выше часов» [24]. 5 июня того же года он сообщает Таунли: «Завтра мы получим пару часов с маятниками в 13 фут длиной и паллетами, изготовленными частично по вашему образцу, с которыми, я надеюсь, мы сможем провести нужные эксперименты более точно, чем с часами, имеющими маятник с секундным периодом, которые, как я обнаружил, сильно спешат - иногда почти на четверть минуты в день, так как их колеса покрыты пылью» [25]. Циферблаты главных часов (сохранившихся до наших дней) имели следующую надпись: «Motus Annus (годовой механизм). По указанию сэра Джонса Мура механизм с величайшей тщательностью изготовлен Томасом Томпионом в 1676 г.» Прошло свыше двух месяцев, прежде чем часы удалось наладить. 24 сентября 1676 г. Флемстид сообщил: «3 ч пополудни. Оба механизма установлены вместе». На следующий день он писал: «Сент. 25.8.55.00 при помощи подвесной пружины маят[ника] установил мои [собственные часы Флемстида] в соответствии с ними» [26]. Один маятник был подвешен на пружине, другой - на опоре типа ножевого лезвия, очевидно, с экспериментальной целью. Это было началом применения среднего гринвичского времени.
Как и следовало ожидать, при использовании часов, сконструированных столь необычным образом, возникало множество сложностей. Механизмы часов были заключены в ниши, расположенные под стенными обшивками, поэтому они очень быстро пылились (а Томпион не захотел оставить ключ Флемстиду). Абсолютно отсутствовала какая-либо температурная компенсация изменения длины маятника. Пыль и мелкие металлические опилки, сквозняки, пронизывающие дом, сырость, холода, прикосновение рук, потребность в смазке - все это, как объяснял Флемстид, служило причинами плохого хода или остановки часов. Томпион же считал иначе и всячески ругал спусковой механизм, изготовленный Таунли.
10. Уравнение времени
Тем не менее Флемстид мог продолжать свои опыты, пытаясь понять, происходит ли вращение Земли «изохронно» или нет, то есть вращается она с постоянной скоростью или нет. Однако при этом возникала еще одна трудность, связанная с тем, что само Солнце не является идеальным хранителем времени. Поскольку ось Земли наклонена к плоскости ее орбиты, а движение нашей планеты происходит не точно по круговой орбите (это означает, что в период зимы в северном полушарии Солнце находится ближе к Земле, чем летом), продолжительность солнечных суток изменяется на протяжении года. Уклонение от среднего, т.е. разница между моментом времени, показываемым часами, и солнечным временем для любого дня, сегодня называют уравнением времени, а во времена Флемстида оно носило название уравнения естественных дней. Это уравнение было известно еще древним грекам, но только в XVII в. оно было точно оценено количественно [27]. Флемстид опубликовал новую более точную таблицу уравнения времени. Время, определяемое положением звезд, - звездное время - не отличалось подобными неравномерностями. Поэтому Флемстид стал измерять интервалы звездного времени; с помощью установленного на балконе телескопа он мог в течение всего года, днем и ночью, наблюдать прохождение яркого Сириуса. Промежуток времени между двумя последовательными прохождениями звезды дал Флемстиду продолжительность одних звездных суток. Путем простейших арифметических вычислений он мог вывести среднее солнечное время и тем самым проверить свои часы, которые шли по этому времени.
Вскоре Флемстид уверовал в правильность своих предположений, и 7 марта 1678 г. он писал Муру: «Мою теорию уравнения дней я рассматривал как фантазию, прежде всего потому, что один из принципов, на которых она основывалась, а именно изохронность земного вращения, только предполагался, но не был продемонстрирован; но часы доказали, что это предположение очень правдоподобно» [28]. Так был установлен один из фактов, необходимых для решения проблемы определения долготы в море. Посредством измерения времени было доказано, что Земля вращается вокруг своей оси с постоянной скоростью. В последней главе мы узнаем, что это не совсем так; но для практических целей навигации результаты, полученные Флемстидом, были вполне пригодны и успешно использовались в течение последующих 250 лет.
Главные часы, преподнесенные лично Флемстиду Муром и унаследованные после смерти мужа в 1720 г. мисс Флемстид, сохранились до сих пор. Одни из них находятся сейчас в Британском музее, другие - в Холкамхолле в Норфолке и принадлежат графу Лейчестеру. Подробная история этих и других часов Флемстида рассказана в работе [29]. Часы, находящиеся сегодня в Восьмиугольной комнате (Главный зал «Флемстид-хауза»), представляют собой копии Главных часов.
Хотелось бы рассказать и о другой стороне деятельности Флемстида, хотя и не связанной непосредственно с вопросами времени, но представляющей большой интерес для истории определения долготы.
После закладки обсерватории Карл II, по-видимому, утратил интерес к «наблюдательным» делам. Они полностью находились в ведении Джонса Мура вплоть до самой его смерти, последовавшей в 1679 г. Артшшерийское управление обязалось содержать в порядке зданий обсерватории и выплачивать 100 ф. ст. жалованья Флемстиду и 26 ф. ст. его ассистенту. Флемстид на собственные средства приобретал инструменты и сам оплачивал любую необходимую ему квалифицированную помощь. Еле сводя концы с концами, он даже вынужден был давать частные уроки.
11. Главный зал Гринвичской обсерватории (примерно 1676 г.). С гравюры Фрэнсиса Плейса и Роберта Таккера. (Национальный морской музей.)
Флемстид первым из астрономов начал систематически применять телескопы для измерений. Его основной инструмент-секстант экваториальной установки семифутового радиуса с рамой, изготовленной кузнецами Тауэра, - как и двое главных часов, был оплачен Муром. В период 1676-1690 гг. с этим секстантом было проведено 20000 наблюдений. В 1684 г. Флемстиду было пожаловано поместье Барстоу в Суррее. Теперь он получил возможность приступить к работе с новым важным инструментом - 140-градусной настенной дугой того же радиуса, что и секстант. На изготовление и установку этого инструмента, смонтированного на кирпичной стене, идущей вдоль меридиана, было затрачено 120ф.ст. и четырнадцать месяцев труда. С его помощью можно было непосредственно измерять координаты небесных тел в момент пересечения ими меридиана. До конца своей жизни (он умер в 1719 г.) Флемстид успел произвести с настенной дугой более 28000 наблюдений.
Поскольку правительство очень скупо субсидировало исследования Флемстида, он в конце концов стал рассматривать полученные им результаты как свою собственность и публиковал их как хотел и когда хотел. Это послужило основной причиной конфликтов Флемстида с Ньютоном и Галлеем, что доставило Флемстиду немало огорчений в последние 25 лет его жизни. В 1704 г. принц-консорт королевы Анны Георг Датский согласился оплатить издержки, связанные с публикацией результатов наблюдений Флемстида, но только при условии, что они будут рассмотрены комиссией экспертов, в числе которых был и Исаак Ньютон, ставший президентом Королевского общества. Печатание продвигалось очень медленно и со смертью принца в 1708 г. полностью прекратилось. С этого времени отношения между Флемстидом и членами комиссии прервались.