Итак, с циркуляцией жидкости внутри заковыристого прибора наши предки худо-бедно разобрались. Но водяных часовщиков подстерегала еще одна фундаментальная трудность. Беда в том, что ни древние египтяне, ни греки с римлянами почему-то не удосужились разделить суточный цикл на фиксированные временные интервалы, хотя решение лежало буквально на поверхности и, казалось бы, напрашивалось само собой. Вместо этого они упорно считали дневные и ночные часы порознь (причем и тех и других было одинаковое количество), а поскольку дни и ночи плавают в довольно широком диапазоне даже в южных широтах, получилось форменное безобразие: длина летнего дневного часа растягивалась сверх всякой меры, а короткий зимний дневной час наоборот «усыхал» до 50 минут по нашим часам. Такая неразбериха объясняется элементарно: продолжительность светового дня летом гораздо больше, чем зимой. Понятно, что в холодное время года наблюдается прямо противоположная картина. Что же делать? Неужели строить часы в двух вариантах – для летнего и зимнего времени?
Проще всего, как уже говорилось, унифицировать час, но древним сия нехитрая мысль почему-то не приходила в голову, и они двинулись к цели окольным путем. Коли зимний день короче летнего, то зимой можно обойтись меньшим объемом воды. Казалось бы, решение найдено, но не тут-то было! Ведь воронку так или иначе необходимо заполнять доверху, до самой первой отметки, а если воды будет меньше, то фокус не пройдет. Тогда античные часовщики придумали хитрую штуку. Послушаем Ильина: «По форме воронки сделали конус – такую же воронку, но не пустую внутри, а сплошную. Если этот конус погрузить в воронку, положим, до середины, в ней останется меньше свободного места, и воды в ней поместится меньше. Зимой, значит, конус придется опускать, летом поднимать. А чтобы всякий мог это делать, линейка, на которой держится конус, разделена черточками. Эти черточки показывают, на какую глубину нужно опускать конус, смотря по времени года».
В Греции водяные часы назывались клепсидрами. Самые простые клепсидры – сосуды небольшого объема с дырой в нижней части – стояли в залах суда. Вода из таких часов вытекала примерно за пятнадцать минут, поэтому если чье-нибудь выступление растягивалось, допустим, на целый час, то говорили: «Его речь продолжалась четыре клепсидры». Однако со временем греки научились собирать очень сложные и даже автоматические водяные часы. Например, Платона, знаменитого античного философа и ученика Сократа, считают изобретателем водяного будильника. Часы его конструкции состояли из двух емкостей, расположенных друг над другом. В верхний сосуд наливалась вода, откуда понемногу стекала в нижний, вытесняя из него воздух, который по трубке устремлялся к флейте, и она начинала звучать. Платоновский будильник регулировался в зависимости от времени года.
Еще более хитроумные водяные часы построил александрийский изобретатель и механик Ктесибий около 270 года до новой эры. Клепсидра его конструкции безупречно функционировала в автоматическом режиме и представляла собой вращающуюся колонну с двумя вертикальными шкалами. Арабские цифры обозначали дневные часы, а римские – ночные. Стрелку заменяла фигурка крылатого мальчика с указкой в руках. Мальчик медленно поднимался снизу вверх и ровно через двадцать четыре часа достигал верхней части колонны. Затем он стремительно падал вниз, чтобы снова начать свое неторопливое путешествие наверх. А поскольку длительность часа в ту эпоху сильно разнилась в зависимости от времени года, водяной хронометр Ктесибия имел не один циферблат, а целых двадцать – свой для каждого месяца. Колонна автоматически поворачивалась вокруг оси, и напротив крылатой фигурки всегда оказывался тот циферблат, который был необходим по сезону. В нижней части колонны прятался сложный механизм из водостоков, труб и шестеренок, обеспечивающий бесперебойную работу клепсидры. Полный оборот вокруг оси колонна совершала ровно за год. Желающих разобраться в устройстве водяных часов Ктесибия более подробно мы отсылаем к вышеупомянутой книжке М. Ильина «Рассказы о вещах».
После падения Западной Римской империи в 476 году клепсидры в Европе стали большой редкостью. Северные варвары – франки, вандалы, готы и лангобарды, основавшие на обломках могущественной империи собственные королевства, – делать часов не умели. А вот в Византии и на арабском Востоке специалистов по клепсидрам хватало. Например, в 807 году багдадский халиф Гарун-ар-Рашид, тот самый, что любил инкогнито посещать восточные рынки в одеянии нищего дервиша, подарил королю франков Карлу Великому водяные часы из позолоченной бронзы. Это был подарок, достойный халифа, и настоящее чудо инженерного мастерства по тем временам.
Друг и советник Карла Великого так описывает этот удивительный механизм: «Абдала, посол персидского короля, и два иерусалимских монаха предстали перед императором. Монахи Георгий и Феликс поднесли Карлу несколько подарков от персидского короля и между прочим золоченые часы, изготовленные весьма искусно. Особый механизм, приводимый в движение водой, указывал часы. Каждый час раздавался бой. Несколько медных шариков, а именно столько, сколько нужно, падало в медный таз, расположенный у подножия часов. Каждый час открывалась одна из двенадцати дверей, ведущих внутрь часов. В полдень из всех двенадцати дверей выезжало двенадцать маленьких рыцарей, которые закрывали за собой двери. Было здесь много других удивительных вещей, которых еще никогда не приходилось видеть нашим французам».
Тот же самый принцип – опорожнение сосуда за единицу времени – положен и в основу песочных часов, которые широко использовались на флотах всего мира вплоть до конца XVIII столетия. Они представляют собой две конусообразные емкости, соединенные узкой горловиной, одна из которых частично заполнена песком. Чтобы запустить такие часы, их нужно всего лишь перевернуть. Время, за которое песок пересыпается из верхнего сосуда в нижний, может составлять от нескольких часов до нескольких секунд. К приготовлению песка для часов в старину подходили весьма ответственно, так как считалось, что это дело требует особого умения. М. Ильин пишет: «Говорили, что самый лучший песок получается из мраморных опилок, если их прокипятить девять раз с вином, снимая каждый раз пену, а после этого высушить на солнце».
Чем же объясняется невероятная «живучесть» песочных часов, если к XVIII столетию человечество уже давным-давно располагало вполне приличными механическими хронометрами? Во-первых, они были очень удобны для отсчета вахтенного времени: число ударов судового колокола обозначало время, прошедшее с начала четырехчасовой вахты; каждый двойной удар отмечал час, а одинарный – полчаса. Морские песочные часы назывались склянками. А во-вторых, даже надежные механические часы с маятником, изобретенные в конце XVII века голландским физиком Христианом Гюйгенсом (речь о них пойдет чуть ниже), к сожалению, не оправдали возлагавшихся на них ожиданий: они исправно работали только на твердой земле, а в море корабельная качка ощутимо влияла на точность их хода. Поэтому для измерения скорости судна с помощью лага песочные часы были совершенно незаменимы. Помните главу «Весло и парус»? Лаг представлял собой деревянный сектор, буксируемый за кораблем на тонком тросе – лаглине, на котором через определенные промежутки были завязаны узлы. Отсчитывали, сколько узлов на лаглине успевало уйти за борт, пока песок в часах пересыпался из одной половинки в другую. Чем быстрее шел корабль, тем больше было таких узлов, а интервалы между ними выбирались так, чтобы один узел соответствовал скорости, равной одной миле в час. С помощью такого незатейливого устройства удавалось измерить скорость судна с довольно высокой точностью. Отсюда, кстати, и узел – мера скорости корабля, составляющая одну морскую милю в час.
