Найти же долготу гораздо сложнее — настолько сложно, что люди научились делать это лишь в XVIII столетии. До этого единственным по-настоящему рабочим способом было наблюдение лунных затмений, предложенное древнегреческим астрономом Гиппархом. Зная заранее, во сколько затмение должно произойти в порту, навигатор наблюдал его же на корабле по местному времени. Разница между предсказанным и измеренным временем и была долготой.

Проблема долготы стала животрепещущей в эпоху Великих географических открытий. Корабли стали ходить между континентами, и потеря каждого из них грозила не только гибелью людей, но и огромными убытками. С середины XVI века правители разных стран — Испании, Португалии, Нидерландов — предлагали премии тем, кто создаст рабочий способ определения долготы.

В 1714 году английский парламент рассматривал петицию об учреждении такой премии. Для оценки предложенного проекта парламент пригласил ученых, среди которых были наши старые знакомые сэр Исаак Ньютон и Эдмунд Галлей. Ньютон к тому времени был президентом Королевского общества и главным ученым Великобритании, поэтому его мнение имело огромный вес. В своем отчете парламенту он сообщил о трех известных методах нахождения долготы:

Метод лунных расстояний. Его предложил еще в 1514 году немецкий астроном Иоганн Вернер. Известно, что в течение месяца Луна совершает один полный оборот вокруг Земли, благодаря чему она служит стрелкой своеобразных небесных часов, а звезды — цифрами. Метод лунных расстояний работал в теории, а вот на практике применить его не удавалось из-за несовершенства измерительных приборов и отсутствия теории движения Луны.

Метод спутников Юпитера. В 1610 году Галилео Галилей открыл четыре спутника Юпитера. Почти сразу он понял, что их затмения происходят сотни раз за год, одновременно для любого земного наблюдателя. Предвычислив их, можно было легко определять долготу. Галилей пытался получить несколько премий за свой метод, но безуспешно: наблюдение спутников Юпитера невозможно было вести с палубы корабля и при качке. Во второй половине XVII века этот способ стал использоваться учеными по всему миру — но лишь на суше.

Хронометрический метод. Долгота — это разница между временем некоего произвольно выбранного меридиана и местным. Достаточно иметь на корабле часы, показывающие время меридиана, — и задача нахождения долготы сводится к определению местного времени. Этот метод предложил в 1530 году голландский астроном Гемма Фризиус. Однако ни в то время, ни позже не удавалось построить часы, способные точно идти при качке, смене температуры и давления. Забегая вперед, скажем, что такие часы — морской хронометр — сможет построить часовщик-самоучка Джон Харрисон (иногда Гаррисон).

Заслушав Ньютона и его коллег, парламент принял решение учредить премию за метод нахождения долготы и создать Комиссию по долготе (Board of Longitude), члены которой — ученые, политики и флотоводцы — должны были проверить действенность предложенных методов. Сумма премии была колоссальной — от десяти до двадцати тысяч фунтов в зависимости от точности определения долготы (в то же самое время все состояние Ньютона оценивалось чуть выше тридцати тысяч фунтов, благодаря чему он входил в 1 % богатейших людей Великобритании).

На новую Комиссию по долготе сразу посыпались самые разные предложения. Не устоял даже 82-летний сэр Кристофер Рен — тот самый, который обсуждал с Галлеем и Гуком законы движения планет: он предложил новую конструкцию часов и инструмент для наблюдения за звездами. Остальные предложения были того же рода — и столь же безуспешны. Фраза «определение долготы» стала восприниматься как что-то, если и не совсем неосуществимое, то чрезвычайно трудное. В 1726 году выходит роман Джонатана Свифта «Путешествия Лемюэля Гулливера», где заглавный герой рассуждает о том, что увидел бы, если бы обладал бессмертием:

В 1763 году Комиссия по долготе отправила Маскелайна на Барбадос для проверки как новых, более точных таблиц Майера, так и морского хронометра Харрисона. Оба метода нахождения долготы отлично показали себя, но каждый имел свои проблемы. Хронометр был сложен и дорог, кроме того, Харрисон отказывался раскрывать секрет его конструкции. Метод лунных расстояний же требовал не только точных измерений с помощью секстанта, но и объемных вычислений — Маскелайну приходилось вычислять по четыре часа для каждого определения долготы.

В начале 1765 года, через несколько месяцев после возвращения из экспедиции, Маскелайн был назначен королевским астрономом и руководителем Гринвичской обсерватории. Эта должность делала его и членом Комиссии по долготе, которой он предложил свою идею: ежегодно вычислять эфемериды (таблицы движения небесных тел), используя которые навигаторы могли определить долготу корабля примерно за полчаса (ежегодные вычисления были нужны потому, что положение Луны относительно звезд меняется год от года). Идею одобрили, Адмиралтейство выделило бюджет и поручило Маскелайну подготовить «Морской альманах» на 1767 год.

Поначалу, пока вычислители изучали новые методы работы, соблюдать график не удавалось: «Морской альманах» на 1767 год вышел за шесть дней до начала года, а к его подготовке пришлось привлечь всех пятерых сотрудников. Зато дальше сработала ставка Маскелайна на разделение труда — вычислители освоили свою часть работы и стали выполнять ее быстрее. К 1770 году были готовы все выпуски «Морского альманаха» на три года вперед, к 1780 году — на шесть лет.

Созданная Маскелайном система просуществовала более шестидесяти лет. Но «Морской альманах» увеличивался, адаптируясь к требованиям времени, и система надомного труда уже не могла удовлетворить потребности в вычислениях. В 1832 году издание альманаха взяло на себя Адмиралтейство. Сотрудников вывели в офлайн: в Лондоне была организована контора, где новые вычислители работали ежедневно, по расписанию и под наблюдением начальства.

Сегодня часто утверждается, что именно морской хронометр Харрисона позволил точно определять долготу. Однако на деле метод лунных расстояний и хронометр дополняли друг друга и позволяли добиться большей уверенности в определении долготы, а значит, и большей безопасности морских путешествий. Несмотря на то, что в XIX веке хронометры стали дешевле и доступнее, издание «Морского альманаха» не прекратилось. Более того, английский опыт перенимали другие: в 1855 году Военно-морская обсерватория США начала выпускать свои эфемериды. В 1958 году английское и американское издания объединились — и этот совместный альманах продолжает выходить по сей день.

Ньютон первым принял во внимание то, что снаряды летят в атмосфере, а не в вакууме. Он установил, что сопротивление воздуха пропорционально квадрату скорости. К решению вопроса о сопротивлении воздуха приложили руку ведущие математики своего времени: Христиан Гюйгенс, Даниил и Иоганн Бернулли, Жан д’Аламбер. Однако все их выводы были теоретическими. В 1742 году английский математик Бенджамин Робинс изобрел баллистический маятник — первый прибор, позволивший экспериментально определять скорость снарядов. В 1753 году на основе данных Робинса Леонард Эйлер разработал удачный способ вычисления траектории при помощи математического анализа, который использовался до конца XIX века.

Как и в случае с методом лунных расстояний, потребовалось собрать большое количество сведений, прежде чем удалось понять, какие факторы влияют на траекторию снаряда. Во второй половине XIX века испытания снарядов проводились всеми ведущими военными державами: в английском Вулиджском арсенале, во французском Гавре, на немецких заводах Круппа. Важные результаты были получены и российскими учеными-артиллеристами Николаем Майевским и Николаем Забудским.

В этот период теоретическая баллистика следовала за экспериментальной: артиллеристы испытывали орудия и снаряды разных типов, а математики оценивали результаты и вносили изменения в модели. Для этого были созданы новые устройства — баллистические приборы — для измерения скорости и времени полета снаряда, давления газов в стволе орудия и других переменных.

К концу XIX века результаты испытаний позволили теоретикам вывести эмпирический закон сопротивления воздуха, однако проблема все еще не имела общего решения, только приближенные. Самым удачным из них оказалось решение итальянского математика Франческо Сиаччи, который использовал данные, полученные во время опытов французского арсенала в Гавре. В 1880 году он создал модель траектории, опираясь на четыре важнейших фактора: дальность полета снаряда, время полета, максимальную высоту и конечную скорость. В зависимости от боевой задачи, артиллерист мог найти в таблицах Сиаччи траекторию с нужной высотой или дальностью полета, и правильно навести орудие.

Однако метод Эйлера требовал «долгих и неизящных» вычислений, проводить которые было некому. Уверенность командования в таблицах Сиаччи привела к тому, что сотрудники арсеналов были отправлены в действующую армию. Так, на Гаврском полигоне к 1915 году осталось только пять офицеров — остальные ушли на фронт. На втором году войны правительства Великобритании и Франции организовали вычислительные центры, которые взяли на себя подготовку новых артиллерийских таблиц.

Во Франции инженер Пароди решил использовать мобилизованных преподавателей математики. С 1915 года около трехсот человек трудились под его началом, вычисляя траектории для углов стрельбы между 0° и 90° и скоростей снаряда от 0 до 1000 метров в секунду. Схожей работой занимались и в Гавре, где по инициативе Шарбонье были собраны десятки математиков и физиков. Среди результатов их труда был, например, новый метод расчета траектории, разработанные профессором Жюлем Аагом, флотским инженером Морисом Гарнье и учителем Озе Маркюсом.

Важную роль сыграла и биометрическая лаборатория Карла Пирсона. Еще в сентябре 1914 года Пирсон предложил военному министерству использовать высококвалифицированных вычислителей, работавших в его лаборатории (о ее истории мы расскажем в следующей части). Поначалу они занимались экономическими расчетами, однако к 1916 году основной задачей стала подготовка новых баллистических таблиц. Огромный объем работы требовал постоянного пополнения штата вычислителей. До войны женщины были основными сотрудниками лаборатории, но к 1917 году большинство ушло работать на военные заводы, где зарплата была выше. Пирсону приходилось набирать выпускников элитных школ, которые ожидали призыва.