Елена Сапарина - Небесный землемер

Но вот удивительно. Действительное сжатие Земли отличалось от того, которое вычислил Ньютон для жидкой однородной планеты, всего на треть. Получалось, что наша Земля все-таки близка по свойствам к однородному жидкому телу. Конечно, не такому, как ньютоновская, всюду одинаковая по плотности Земля, масса которой распределена равномерно по всей ее толще. Но все-таки она очень напоминала жидкий шар.

Вот почему, вернувшись из знаменитой экспедиции в Лапландию и вычислив на основе произведенных на экваторе градусных измерений действительное сжатие Земли, французский академик Клеро заявил, что Ньютон в общем был не очень далек от истины, когда говорил, что Земля жидкая.

Она только не вполне однородна. По мнению Клеро, слои Земли, более близкие к центру, по-видимому, плотнее верхних. Из-за этого частички Земли будут притягивать друг друга несколько иначе, чем получалось у Ньютона, и, значит, иным будет ее сжатие.

Выходило, что форма Земли зависит не только от развивающейся при ее вращении центробежной силы, которая стремилась ее сплющить, но и от ее внутреннего строения. У действительной Земли в центре расположены более плотные массы, и потому центробежная сила сжала ее меньше. А если бы вся масса была сосредоточена в центре Земли, наша планета сплющилась бы еще меньше. «Выходит, если знать скорость вращения Земли и распределение плотности внутри нее, можно определить ее фигуру», — решил Клеро. Таким образом, проблема формы Земли была сведена к нахождению формы, которую может принимать вращающаяся жидкая масса определенной плотности.

Изучая движение частиц такой жидкости, Клеро пришел к выводу, что их можно рассматривать как бы находящимися в равновесии под действием двух противоположных сил — тяжести и центробежной. Это очень облегчало задачу. Вместо того чтобы определять форму, какую принимает при вращении жидкая масса, достаточно было найти условия, при которых частицы ее будут находиться в равновесии.

Клеро нашел условия такого равновесия и выразил зависимость между формой Земли, скоростью ее вращения и строением недр математической формулой. Это было двести с лишним лет назад.

Математическое решение нашли, но тогда не была известна даже примерная средняя плотность всей Земли, не говоря уже о подробном распределении различных масс внутри нее. Не было тогда и самой науки, занимающейся теперь исследованием физических свойств нашей планеты.

Первые же шаги геофизики убедили, что Земля — твердое тело и, стало быть, не может вращаться, как жидкость. Это мнение, возможно, считалось бы справедливым и в наши дни, если бы не неугомонный путешественник — полюс.

В 90-х годах прошлого века исследование путешествия полюсов представляло собой одну из самых «модных» астрономических проблем. После того как обнаружили это любопытное явление, многие обсерватории земного шара принялись наблюдать за необычным путешественником. Делались даже попытки предсказать его возможные координаты. И вот тут-то и выяснилось, что это скорее геофизическая, чем астрономическая задача.

По подсчетам ученых получалось, что полюс должен вернуться на прежнее место через 305 дней, то есть примерно через 10 месяцев. Но первые же наблюдения убедили, что в действительности полюс движется гораздо медленнее. Он завершал свой путь за 427–430 дней, почти за 14 месяцев. Отчего это могло быть?

Поиски таинственной причины, удлиняющей время движения полюсов, продолжались бы, вероятно, и до сих пор, если бы один из астрономов не усомнился в том, что наша Земля твердая. Ведь 305 дней должно было уходить на путешествие полюса именно по совершенно твердой Земле.

А что, если Земля не совсем твердая, а упругая? Тогда, «болтаясь» на оси, она будет как бы пружинить. При этом возникнут упругие сопротивления, и Земля не сможет отклониться далеко. В результате скорость «качания» земного шара уменьшится, и движение полюсов затянется вместо 10 до 14 месяцев.

На более «мягкой» Земле полюс путешествовал бы еще дольше. Если же наша планета состояла бы не из гранитов и базальтов, а, скажем, из воды, то в такой податливой массе полюс совсем бы не мог передвигаться — вернее, его перемещения нельзя было бы отличить от движения самой воды.

Если судить по движению полюса, получалось, что Земля действительно не совсем твердая.

Это наблюдение послужило началом целой серии интереснейших работ, которые привели геофизиков к пониманию того, как твердое тело может одновременно обладать и свойствами жидкости. Решающее значение оказали исследования в области высоких давлений и температур.

Про подвергнутые колоссальному сжатию, сильно нагретые тела нельзя сказать, твердые они или жидкие. В подобных условиях эти далекие понятия сближаются, так как возникает совершенно новое состояние вещества. Кусок мрамора, если его долго и сильно сдавливать, становится пластичным и даже текучим. Подобно мягкой глине, он образует точный слепок той формы, в которую был заключен. В то же время парафин, например, становится в этих условиях таким твердым, что им можно, как штампом, сделать вмятину в стальной пластине.

Эти опыты дали некоторое представление о том, как могут измениться свойства вещества земных глубин, сжатого с огромной силой и не менее сильно разогретого. Земля оказалась одновременно тверже стали и мягче воска. Вот почему, оставаясь твердой, она вращается, как густая жидкость, и послушно принимает ту форму, которую ей придает центробежная сила.

Но раз так — значит, можно определять ее фигуру просто по формуле Клеро? Конечно, можно, если будет известно, насколько же наша Земля тверже привычных нам жидкостей и всюду ли она одинаково мягка. А вот этого точно и не знает современная геофизика.

Какие только хитроумные приемы не использовали ученые, чтобы разгадать строение недр Земли! Они отправляли путешествовать по земным глубинам «эхо» от искусственных землетрясений. Пробираясь среди плотных и мягких пород с разной скоростью, эхо возвращалось назад к земной поверхности и докладывало ученым обо всех встреченных «трудностях».

Но дальше, чем до половины земной толщи, ему не удавалось добраться. Ниже находилось таинственное ядро планеты, которое отбрасывало, не пропускало через себя сейсмические волны.

Геофизики обратились за помощью к Луне.

Подобно механической пружине, Луна растягивает Землю, как бы пробуя, насколько она упруга. Мы видим непосредственно только один явный результат этого «космического опыта»: дважды в сутки, поддавшись притяжению Луны, поднимается горбом вода в океане и стремительно мчится на берег.