Елена Сапарина - Небесный землемер

«Гирей» служил обычный маятник — тот самый маятник, которым Рише измерял время и который дал когда-то Ньютону основание, вопреки всеобщему мнению, утверждать, что Земля сплюснута у полюсов.

Рише, путешествуя из Парижа в Кайенну, то удлинял его, то укорачивал, пытаясь сохранить постоянным количество качаний. Теперь же длину стержня маятника не меняли, а считали, на сколько раз он качнется больше, будучи перевезен в новое место.

Секундным или полусекундным он был только в какой-нибудь одной точке, например экватора. И делал там за сутки 86 400 качаний. Когда маятник привозили в средние широты, он начинал качаться быстрее. Определяя количество лишних движений, устанавливали, насколько сила тяжести тут больше, чем на экваторе. Ведь раз маятник качается быстрее, значит его толкает бóльшая сила.

Для отсчета ударов к маятнику приделали специальный счетчик. Но производить измерения тяжелыми шарами, подвешенными на длинной проволоке, какими были маятники во времена Ньютона, неудобно, и из шара на длинной нити он превратился в невысокий устойчивый прибор.

Вначале маятник делали из меди, потом на смену медным пришли бронзовые маятники и инварные — из специального, почти не расширяющегося сплава. А теперь их все чаще изготавливают из кварца. Время же колебания отсчитывают обычно по хронометру.

Существует несколько десятков различных типов таких приборов. В нашей стране чаще всего применяется тот, который сконструирован в Астрономическом институте имени Штернберга, а для более точных измерений — кварцевый маятник, созданный Центральным научно-исследовательским институтом геодезии, аэросъемки и картографии.

Чтобы еще больше упростить задачу, силу тяжести не измеряют каждый раз заново, а определяют лишь разность между ее величиной в данной точке и тем пунктом, для которого она хорошо известна.

Маятники определяют требуемую величину силы тяжести с точностью до миллионной доли. Но они большие неженки. От малейших сотрясений или незначительных изменений температуры их ход нарушается.

Кроме того, для измерений силы тяжести в какой-либо точке с помощью маятников нужно потратить много времени, иногда несколько дней. Поэтому вместо них в последние 15–20 лет стали применять для измерений силы тяжести специальные приборы — гравиметры.

Гравиметры напоминают обычные пружинные весы. В них тоже взвешивается какой-то определенный груз, небольшой «шарик» ртути, скажем. Но его вес уравновешивается не гирей, а какой-либо упругой силой — пружиной, натянутой нитью или газом определенного объема.

Уравновесив груз в контрольном пункте, гравиметр везут в другой город, где сила тяжести иная. Вес грузика там соответственно увеличится или уменьшится. Как только груз станет, предположим, тяжелее, он сильнее растянет пружину или закрутит нить, что тотчас отразится на измерительной шкале. Все другие причины, которые могут нарушить равновесие этих сверхточных пружинных весов, тщательно устраняются: гравиметр помещают в термостат, герметически закупоривают, изолируют от возможных магнитных воздействий.

К началу гравиметрической съемки в стране было всего 20 маятниковых приборов. А сейчас специальные заводы снабжают геодезистов различными типами маятников и гравиметров. За конструирование гравиметра с нитью из кварца С. Поддубному и Н. Семенову присуждена в 1948 году Сталинская премия. Премией отмечен и пружинный гравиметр, разработанный группой советских гравиметристов под руководством Г. Лукавченко.

Благодаря применению столь различных «гирь» и «гирек» геодезистам впервые оказались подвластны громадные пространства. Они смогли, наконец, с «пятачка» суши, на котором топтались до сих пор, шагнуть и на остальные две трети планеты, остававшиеся неисследованными. Правда, для этого «гирю» пришлось усовершенствовать, чтобы она чувствовала себя уверенно и на шаткой поверхности океана.

Впервые измерил силу тяжести на море голландский ученый Венинг-Мейнес. В 1923 году он принимал участие в гравиметрической съемке на территории своей страны. В сильно заболоченной Голландии трудно было найти устойчивую опору для маятника. Это и заставило его задуматься над возможностью создания прибора, не боящегося качки.

Попытки определить силу тяжести на море делались и раньше. С помощью особого прибора — гипсотермометра — можно в месте наблюдения измерить температуру пара кипящей воды, а по ней узнать атмосферное давление. Ведь вода, как известно, закипает при 100 °C, лишь когда давление нормальное. И уж совсем просто определить одновременно давление воздуха по обычному — ртутному — барометру. Величина получится разной, так как на столбик ртути, кроме давления воздуха, действует еще сила тяжести, а гипсотермометр показывает «чистое» атмосферное давление без помех. Сравнив показания обоих приборов, можно узнать, чему равна в месте наблюдения сила тяжести.

Но чтобы получить нужные результаты, температуру пара кипящей воды пришлось бы измерять с точностью до 100-тысячной доли градуса, а давление по барометру — до 10-тысячной миллиметра, что практически невыполнимо.

Профессор Венинг-Мейнес поступил иначе. Он использовал для этой цели обычный маятник, только не один, а сразу два, качающиеся в противоположных направлениях. Чтобы сосчитать движения маятника, к нему обычно приделывают зеркальце и наблюдают в трубку счетчика или ловят на фотопленке изображение отраженного светового луча.

Венинг-Мейнес предложил это изображение направить вначале на зеркальце второго маятника, подвешенного на том же штативе, и только потом ловить его. Случайные толчки при этом взаимно уничтожатся, и записанным окажется движение некоего идеального маятника, как бы не ощущающего посторонних колебаний.

…Осенью 1923 года от берегов Голландии отплыли три подводные лодки и, поблескивая перископами, направились в открытый океан. Их путь пролегал через Гибралтар, Средиземное море, Суэц, Индийский океан к голландской колонии — острову Ява. На одной лодке находился профессор Венинг-Мейнес со своим прибором.

Подводная лодка была выбрана не случайно. В открытом море волны мешают наблюдениям, а стоило погрузиться метров на 20–30, и всякое волнение прекращалось.

Путь подводной лодки проходил главным образом через тропики. Внутри корабля стояла страшная жара, одежда и белье не просыхали в насквозь пропитанном влагой воздухе. Даже вода для проявления пленок нагревалась так сильно, что ею нельзя было пользоваться. Всплывала же лодка очень редко. Маршрут экспедиции пересекал район сильных и частых тайфунов, и моряки старались не вступать в бой с бушующими волнами. Ученому казалось, что экспедиция затерялась в бездонной синеве между голубым небом и голубым морем.