Елена Сапарина - Небесный землемер

Два года спустя было предпринято новое подводное плавание опять до острова Ява, но на этот раз через Панамский канал и Тихий океан. За несколько лет профессор Венинг-Мейнес пересек Атлантический и Тихий океаны, совершил плавание вдоль восточных берегов Америки, промерил Мексиканский залив, Караибское, Средиземное и Красное моря, произведя свыше 500 измерений силы тяжести.

Более чувствительный двойной маятник сконструировал советский ученый Л. В. Сорокин, меривший в те же годы силу тяжести на Черном море. Он произвел измерение в 72 пунктах, а потом перебрался на Тихий океан и провел еще 170 наблюдений в Охотском и Японском морях.

Во время первого полярного рейса ледокола «Садко» через Ледовитый океан советский профессор И. Д. Жонголович определил силу тяжести от Земли Франца-Иосифа до Северной Земли: в результате на почти пустую гравиметрическую карту Арктики было нанесено сразу 80 новых точек.

Исследования отважной четверки папанинцев — коллектива первой советской дрейфующей станции «СП-1» — добавили к ним еще 20. Тяжелый — около 70 килограммов весом — прибор с двойным маятником пришлось заменить более легким прибором, изготовленным специально для высокоширотной экспедиции Ленинградским астрономическим институтом. Новый прибор весил всего около 7 килограммов. Молодой научный сотрудник, теперь известный ученый, член-корреспондент Академии наук Евгений Константинович Федоров определял силу тяжести на всем пути дрейфа. Это были первые вылазки в неизведанные арктические просторы, ныне промеренные гравиметристами буквально вдоль и поперек.

Двойной маятник Венинг-Мейнеса был установлен и на американских подводных лодках «Барракуда», «Аргонаут», «Медрегал» и других, с которых велись наблюдения в Караибском море, на Тихом океане и в районе Австралии. Средиземное море промерили французы и итальянцы. Датчане исследовали побережье Северного моря, японцы — океан вблизи своих островов.

И все же гравиметрическая съемка на земном шаре образует очень неравномерную сеть. На территории нашей страны расстояние между пунктами, в которых измерена сила тяжести, как правило, не превосходит 30 километров. А во многих районах составляет 10 и меньше. В Западной Европе сеть промеров столь же часта. А в Центральной Азии, Центральной и Южной Африке, Австралии, на большей части Южной Америки громадные пространства, площадью в несколько миллионов квадратных километров, образуют на гравиметрических картах почти сплошные «белые пятна». Южный Ледовитый океан и Антарктида были до недавнего времени совсем не обследованы.

Чтобы создать более или менее ровную гравиметрическую сеть на всем земном шаре, необходимо сотрудничество ученых всех континентов. Вот почему такие исследования вошли в программу Международного геофизического года.

Сейчас по всей планете работает огромное количество специальных гравиметрических станций, исследующих силу тяжести. Их вклад станет нагляднее, если представить, что только в один из международных центров, в котором собирают результаты гравиметрических наблюдений, ожидается поступление такого обильного количества новых сведений, что они с трудом уместятся в 90 томах, объемом страниц по 500 каждый. А чтобы запечатлеть материалы гравиметрических наблюдений на микрофильмах, такому центру потребуется свыше 100 километров пленки.

Совсем избавиться от эллипсоида геодезистам так и не удалось. И вот почему.

Предположим, сила тяжести уже промерена на всей земной поверхности, и так часто, как это требуется. Теперь мы можем провести поверхность, перпендикулярную найденным направлениям силы тяжести, то есть получить, наконец, хоть и не тот, который предполагали — не гладкий, а бугристый, но все же самый настоящий геоид.

Можем-то можем. Но при этом мы узнаем только форму его поверхности. А расстояние, на котором поверхность геоида находится от центра Земли (то есть его размер), нам не может сообщить гравиметрия.

Точная наука, позволившая вычислить с правильностью до нескольких метров форму Земли, оказывалась вдруг в положении гадалки, за результаты предсказаний которой трудно поручиться.

Пришлось опять вспомнить об эллипсоиде. Волнистая поверхность геоида местами поднимается над эллипсоидом, местами же опускается ниже его. Вычислив с помощью градусного аршина размеры земного эллипсоида, геодезисты как бы вычитают его затем из геоида, то есть находят излишки и недостающие куски. Этот земной эллипсоид так и назвали «референц-эллипсоид», что значит «эллипсоид, с которым сравнивают».

Изучение формы геоида свелось, таким образом, к определению разницы между его бугристой поверхностью и ровным эллипсоидом.

Но геоид — это ведь только близкая к действительной Земле фигура. Настоящая же физическая поверхность Земли находится, как мы знаем, на некоторой высоте над ним. Поэтому найти высоту геоида над эллипсоидом — это только половина задачи. Теперь предстоит вычислить, насколько сам геоид отступает от действительной поверхности Земли.

И хотя с введением понятия «геоид» определять форму земного шара стало сложнее, потому что ученым, занимающимся этой проблемой, приходится пользоваться и «градусным аршином» и «гирей», наше представление о собственной планете стало гораздо ближе к истине, чем раньше.

Как же производится это двойное вычитание?

После того как размеры эллипсоида вычислили достаточно точно, надо его надлежащим образом разместить, установить в теле Земли. Ведь его поверхность и поверхность геоида должны находиться достаточно близко друг от друга.

Для этого намечают какую-то точку на поверхности Земли и уславливаются, что здесь эллипсоид будет касаться земной поверхности. У нас обычно для этой цели выбирают Пулково, где расположена Главная астрономическая обсерватория Академии наук. Тогда эллипсоид займет внутри Земли вполне определенное положение: его полярная ось и плоскость экватора будут параллельны оси вращения Земли и земному экватору. Но центр эллипсоида разместится где-то в стороне от земного.

Понятно, что два референц-эллипсоида одних и тех же размеров, но ориентированные в двух разных городах, например один в Пулкове, другой в Ташкенте, займут совершенно разные положения внутри Земли. Поэтому, когда говорят, насколько геоид в том или ином месте отступает от эллипсоида, приходится указывать не только, от какого эллипсоида — Красовского, Бесселя или Хейфорда — ведется счет, но и в какой точке он ориентирован.

На территории СССР геоид отступает от эллипсоида Красовского, ориентированного по Пулкову, в среднем метров на 20, а местами на 50 и даже 80. Это вполне допустимая разница. Достаточно сказать, что старый эллипсоид Бесселя расходился с поверхностью геоида в Хабаровске на 370 метров, а в районе дальневосточного побережья на целых 400.