Елена Сапарина - Небесный землемер

Вот он начал свой первый оборот под углом в 65° к экватору, с юго-запада на северо-восток пересекая территорию нашей страны. Поднялся до Полярного круга. Здесь его орбита закругляется и как бы начинает спускаться вдоль другого полушария.

Обходя это закругление, спутник движется уже не с юго-запада на северо-восток, а вдоль Полярного круга — с запада на восток. А затем «ныряет» вниз, переходя на вторую половину орбиты, идущей над Америкой. Здесь он движется уже с северо-запада на юго-восток. Соскользнув до Южного полярного круга, он вновь летит некоторое время над ним и затем снова начинает карабкаться вверх по орбите.

Но когда он подлетел опять к Советскому Союзу, тот вместе с повернувшейся Землей отодвинулся в сторону, и спутник «увидел», скажем, Францию.

А еще через несколько оборотов, поднимаясь вверх, спутник оказался уже не над Европой, а над Америкой. Подлетая к нашей стране, которая теперь находилась на «той стороне» Земли, он уже не поднимался, а спускался, двигаясь, как мы с удивлением обнаружили, в обратном направлении. На это ушло всего несколько оборотов. Вот почему мы утром увидели его летящим с юго-запада на северо-восток, а вечером — после промежутка, в который спутник летал где-то в стороне от нас и вообще не был виден, — как бы возвращающимся обратно.

Если сложить оба эти движения — спутников вокруг Земли, а Земли вокруг оси — и нанести на земную поверхность, то она окажется расчерченной причудливыми кривыми. Проекция «следа» искусственного спутника — нечто вроде синусоиды, бесконечно вьющейся по материкам и через океаны, но не поднимающейся выше полярных кругов. Она напоминает гигантский пояс-пружину, перетянувший Землю. Так, по зигзагам осматривает нашу планету ее космический спутник, и такие же зигзаги его пути видим мы с Земли.

За каждый оборот первого спутника Земля поворачивалась на 24°, подставляя ему для обозрения новый район, находящийся от первого за 2500 километров, если считать по экватору. В первую же неделю он 105 раз обежал Землю, и «след» его прочертил земную поверхность частыми зигзагами. А за месяц, пока неторопливая Луна сделает всего один обход, искусственный спутник сотни раз обежит Землю и увидит в сотни раз больше.

Остается еще добавить, что он «видит» вовсе не ту только узкую полоску, какой мы изобразили его след, а широкую полосу земной поверхности — в несколько тысяч километров в поперечнике. Поэтому пробелы на нашем воображаемом чертеже между синусоидами — это в действительности вовсе не пробелы, а тоже внимательно изученная территория.

Таким образом, уже первые советские спутники охватили своими наблюдениями значительную часть планеты. Но в наших возможностях сделать больше. Помните, как мучались ученые, когда лунный мост вытягивался совсем не там, где им было нужно, и они не могли передвинуть его? В том и преимущество искусственных спутников, что мы можем заставить их двигаться, как хотим и куда хотим.

Ученые наклонили орбиту первых трех на 65° и забросили их в ту же сторону, в которую вращается наша Земля. Но никто не помешает со временем забросить спутник в обратном направлении, как бы крест-накрест к первым и не под углом к экватору, а, скажем, перпендикулярно к нему. Тогда его «след» будет поворачивать не у Полярного круга, а пройдет через полюсы и охватит всю Землю.

Именно поэтому спутники могут обмерить земной шар буквально вдоль и поперек. Как и в случае с обычной Луной, для этого надо лишь знать скорость их движения и время, за которое они пробежали измеряемое расстояние.

Заставить спутник измерять расстояния на Земле — это значит не тянуть в небо измерительные вышки, не повторять бесконечное количество раз промеры, не склеивать затем из сотен отдельных кусков километры расстояний. Все необходимое сделает за геодезистов послушный летающий труженик. Он же и проверит, правильно ли были проложены сети треугольников на уже промеренной поколениями людей территории.

А определяя координаты спутника и расстояние от него до земной поверхности, то есть его положение относительно центра Земли, и сравнивая эти величины с вычисленными для Земли-эллипсоида, мы получаем возможность узнать геодезические координаты разных точек земной поверхности — заманчивая задача, которую оказалось так трудно решить с помощью «зазубренной» и медлительной Луны.

Астрономы не могли определить ее координаты вернее, чем до 0,2–0,1 доли секунды. Положение же спутника находится гораздо точнее. Поэтому с его помощью будет построена, наконец, мировая геодезическая сеть — паутина из треугольников, все стороны которых и адреса вершин измерены из космоса. Эта сетка свяжет в единое целое измерения на материках и впервые произведенные линейные промеры на океанах. А по ней геодезисты вычислят более точные размеры земного эллипсоида.

Но это, как мы знаем, только первая часть задачи. Затем необходимо узнать величину силы тяжести в разных местах земной поверхности. А для этого, мы помним, необходимо не мерить, а взвешивать. Может ли спутник взвешивать Землю? Оказывается, этот универсальный космический работник способен справиться и с такой задачей.

В обычном гравиметре вес определенного грузика оказывается различным в зависимости от того, в каком месте земного шара произведено взвешивание. Нечто подобное происходит и с нашим спутником, когда он пролетает над разными по плотности участками земной коры или над вдавленными полюсами и выпуклым экватором.

Плотный горный массив притянет его сильнее, чем менее плотная вода океана. Над ним спутник станет чуточку «тяжелее» и потому помчится быстрее, а над океаном опять «полегчает» и будет двигаться чуть медленнее.

Любое изменение скорости, как мы видели на примере движения естественной Луны, тотчас сказывается на орбите. Подобно гирьке, тем сильнее растягивающей привязанную к ней резинку, чем быстрее ее вращают, спутник, увеличив скорость, отодвинется чуточку дальше от Земли, а вновь замедлив затем бег, вернется назад. И в ровной орбите появится небольшой изгиб.

Об изменении веса грузика гравиметра геодезисты узнают по отклонениям стрелки, движущейся на измерительной шкале, а о том, гребень волны тяжести или соответствующая впадина находится в том месте, над которым спутник пролетает, — по местным «возмущениям» его орбиты.

А насколько Земля сплющена, можно судить — теперь мы знаем — по вращению плоскости орбиты спутника и степени ее сжатия. Из-за движения самой орбиты в поле тяготения сплюснутой Земли каждый следующий виток синусоиды, который вычерчивает над земной поверхностью третий советский спутник, например, проходит на экваторе не через 2500 километров от предыдущего, а, как показали наблюдения, еще километров на 25 восточнее.