Но недостаточно определить время, надо уметь его сохранить до следующего астрономического определения. Поэтому на обсерватории должны быть особенно точные часы, за показание которых можно было бы ручаться и в те дни, когда определение времени по звёздам не производится.

Астрономические часы по своему устройству похожи на обычные стенные часы с маятником, без боя, но только все части их механизма сделаны чрезвычайно тщательно.

Особенное внимание при изготовлении часов обращают на маятник: ведь часы идут правильно только в том случае, если маятник качается всё время с одинаковой скоростью. А так как изменение температуры в воздушного давления сильно влияет на качание маятника, то главные часы обсерватории обыкновенно устанавливают в таком помещении, где температура мало меняется, например, в подвале; вдобавок их заключают ещё под закупоренный стеклянный колпак, внутри которого поддерживается постоянное воздушное давление (рис. 9).

Рис. 9. Астрономические часы под стеклянным колпаком.

Понятно, что хорошие часы надо оберегать от сотрясений и как можно реже трогать. Вот почему обсерваторские часы, к удивлению посетителей нередко показывают неверное время. Астроном довольствуется тем, что почаще определяет и записывает поправку своих часов, но стрелок не переставляет, так как это расстроило бы ход часов. Если даже поставить часы совершенно точно, то через некоторое время они опять станут показывать неверно, так как нет часов, которые шли бы абсолютно правильно, не уходили бы вперёд и не отставали. Поэтому астрономы заботятся лишь о том, чтобы часы уходили вперёд иди отставали каждые сутки по возможности на одну и ту же величину. Эта величина называется ходом часов; у хороших часов ход должен оставаться одинаковым в течение сравнительно долгого времени. Желательно, конечно, чтобы ход был невелик, тогда и поправка будет изменяться медленно, и её точнее можно будет определить для нужного момента. У лучших современных часов изменения хода составляют несколько сотых долей секунды в сутки. По таким часам можно получить верное время с ошибкой меньше 0,1 секунды даже неделю спустя после проверки их по звёздам (после «определения поправки»), настолько хорошо они «держат ход».

Наша основная единица времени, солнечные сутки, очень неудобна для измерения длинных периодов.

Если бы мы вздумали измерять днями, например, возраст человека, то получались бы такие большие числа, что нам пришлось бы сделать то, что всегда делают в подобных случаях: взять более крупную единицу.

Например, при измерении веса основная единица есть грамм; но для взвешивания больших тяжестей мы употребляем единицу в 1000 граммов (килограмм) и в 1000 килограммов (тонну). Кажется, что и для измерения времени проще всего было бы составить новые единицы, например по 100 или по 1000 дней каждая, и придумать для них особые названия. Но тут-то выявляется резкое отличие времени от других величин: более крупная единица времени, как бы предназначенная для измерения длинных промежутков, уже дана самой природой, и обойти её мы не можем. Единица эта — год.

Правильное периодическое возвращение времён года, особенно в умеренном климате, почти так же заметно, как смена дня и ночи; а так как с временами года связан весь распорядок хозяйственной жизни, то человек уже с незапамятных времён стал пользоваться годом как естественной мерой времени. И впоследствии в календарях всех народов год являлся основной единицей для измерения длинных промежутков времени, и так, конечно, будет всегда.

Но год имеет неприятную особенность: эта «крупная» единица времени не содержит целого числа «мелких» единиц — дней; длина так называемого тропического года составляет, как уже говорилось в главе 3-й, 365 дней 5 часов 48 минут 46 секунд. Это и является причиной ряда затруднений.

Представим себе, что для взвешивания малых тяжестей употребляется грамм, а для больших — не килограмм, а фунт. Так как фунт не содержит целого числа граммов (1 русский фунт равен 409,51 грамма), то перевод граммов в фунты и обратно отнимал бы очень много времени. Поэтому для облегчения расчётов пришлось бы округлить число граммов в «фунте». Это и случилось у нас при введении метрической системы: вспомним, что пока население не привыкло к килограммам, некоторое время была в употреблении переходная мера 400 грамм, которую считали за фунт.

Что получится, если мы станем измерять время точными «тропическими» годами?

Представим себе, что было бы решено с полуночи на 1 января 1947 года считать дальше «тропическими» годами. Так как истинный год содержит сверх 365 дней ещё почти 6 часов, то следующий, новый 1948 год начнётся не в 0 часов 1 января, а почти в 6 часов утра 1 января; следующий 1949 год начнётся ещё на столько же позже — около 12 часов дня 1 января, а до этого часа будет считаться ещё старый, 1948 год. С течением времени начало года будет переходить на другие числа месяца, на 2, 3, 4 января и т. д. Ясно, какие неудобства появились бы при таком порядке; поэтому никогда ни один народ и не пробовал считать точными тропическими годами.

Очевидно, для счёта времени можно употреблять только такой год, в котором всегда было бы целое число дней. Чтобы отличить такой год от тропического, его называют гражданским или календарным годом; длина его должна быть по возможности близка к тропическому году.

Теперь мы подходим к самому важному месту календарного вопроса. Календарный год может быть либо длиннее тропического года, либо короче. Рассмотрим, что произойдёт в этих обоих случаях.

Что будет, если метр, которым нам приходится измерять длинное расстояние, короче истинного, положим, на 1/4 миллиметра, и измерение мы производим с точностью только до 1 миллиметра, не обращая внимания на величины меньше 1 миллиметра? Пока мы измеряем отрезок в 2–3 метра, заметной ошибки не будет, но, отложив наш неверный метр 4 раза, мы в измерении ошибёмся на миллиметр, при измерении 8 метров— уже на 2 миллиметра, при 12 метрах — на 3 миллиметра и т. д. При измерении, например 4 километров, то-есть 4000 метров, мы сделаем ошибку уже в целый метр.

В какую сторону мы ошибёмся? Наш метр слишком короток; на измеряемой длине он уложится большее число раз, чем нормальный метр, и в результате измерения мы получим число большее, чем следует. Мы будем считать, что прошли 4 километра, а действительная длина составляет только 3 километра 999 метров. Обратно, если наш метр длиннее истинного, то мы получим длину меньше настоящей.

То же будет и с измерением времени календарными годами. Если календарный год короче астрономического, то в измеряемом промежутке времени мы насчитаем больше годов и частей года, чем это есть на самом деле. Возьмём календарный год в 365 дней (как в древнем Египте), и будем считать для простоты, что он ровно на 6 часов короче тропического. Примем за начало года 21 марта — момент начала весны. Ошибка в длине нашего года, постепенно накопляясь, через 4 года составит целые сутки; пройдёт ровно 4 тропических года, опять наступит весеннее равноденствие, но по нашему счёту пройдёт больше, именно 4 года и 1 день, и мы будем считать день равноденствия не 21, а 22 марта. Ещё через 4 года равноденствие по нашему календарю перейдёт на 23 марта, потом на 24 и т. д.

Таким образом, если календарный год короче тропического, то времена года по такому календарю наступают с течением времени всё позже, переходят на более поздние числа. Если же календарный год длиннее тропического, то начало времён года будет переходить постепенно на всё более ранние числа; весеннее равноденствие придётся вместо 21 на 20 марта, потом на 19, 18 и т. д.

Мы взяли в нашем примере для длины календарного года целое число дней, самое близкое к длине тропического года, и всё-таки оказалось, что времена года переходят на другие числа слишком быстро — каждые четыре года на один день. Такое передвижение было бы очень заметно в течение уже одного поколения. Школьнику в младших классах приходилось бы заучивать одну дату наступления весны или зимы, в старших классах — другую, а в вузе, чего доброго, ещё третью. Через 720 лет смещение составило бы полгода, март стал бы осенним месяцем, а сентябрь — весенним, зима наступала бы в июне, а лето — в декабре. Читая описание сражения, случившегося в таком-то календарном месяце несколько столетий тому назад, мы не сразу сообразили бы, зимой или летом оно происходило.