Феликс Зигель - Вам, земляне

Взглянув в окуляр пассажного инструмента, мы увидим в поле зрения одну горизонтальную и три вертикальные нити. Средняя из вертикальных нитей отмечает на небе линию небесного меридиана. Вот в поле зрения появилась яркая звездочка. Вращение Земли заставляет ее быстро приближаться к линии небесного меридиана. Наконец, она пересекла центральную вертикальную нить пассажного инструмента. Этот момент ее кульминации астроном должен зафиксировать как можно точнее. Ведь к тому моменту, когда эта звезда вернется на небесный меридиан, протекут ровно одни сутки.

До последнего времени считалось, что Земля вращается идеально равномерно. Показания лучших хронометров проверялись по наблюдениям кульминаций звезд. Если между двумя кульминациями звезды протекало по хронометру не 24 часа, а на 0,1 секунды меньше, то вина за это расхождение всегда приписывалась не Земле, а хронометру. Казалось очевидным, что в таких случаях не Земля стала вращаться быстрее, а хронометр несколько «отстал». Убеждение в идеальной равномерности вращения Земли основывалось на опытных данных. Оно не противоречило известным фактам и в то же время соответствовало нашим ощущениям: Земля вращается так равномерно, что кажется нам неподвижной.

Но техника развивалась, точность измерительных приборов непрерывно росла, и наконец удалось изобрести кварцевые часы, которые по равномерности хода значительно превзошли нашу Землю. Оказалось, что наша планета вращается «рывками», то с замедлением, то с ускорением. Нечто сходное произошло бы, если бы на край листа этой книги мы направили объектив микроскопа. Вместо почти идеально ровной линии мы увидели бы причудливо изрезанную кромку. Кварцевые часы — это «микроскоп времени». Они развенчивают иллюзии наших органов чувств. При их точности измерения времени от былых представлений о равномерности вращения Земли не остается и следа.

Открытые неравномерности вращения нашей планеты можно разбить на три группы. Прежде всего это систематическое замедление вращения Земли, вызванное действием приливных волн. Когда приливные волны бегут по дну морей и океанов, они «трутся» о земную кору и тем самым подобно тормозным колодкам замедляют вращение нашей планеты. Замедление это невелико: за целое столетие сутки увеличиваются на одну тысячную долю секунды. Через 1 млн. лет сутки станут длиннее теперешних за счет этого эффекта всего на 10 секунд!

Вторая группа неравномерностей вращения Земли — это периодические колебания продолжительности суток, вызванные сезонными метеорологическими явлениями. Оказывается, осенью и зимой Земля вращается в среднем медленнее, чем весной и летом, причем разница в продолжительности суток достигает 0,03 секунды в ту или другую сторону. В этом случае на вращение Земли влияет атмосфера. Выпадение осадков изменяет сложным образом массу твердого тела Земли, причем неодинаково в разных полушариях. Изменение массы и сказывается на вращении Земли. Следует заметить, что в любом случае земная атмосфера быстро «приноравливается» к новой продолжительности суток и продолжает вращаться вместе с Землей как одно целое.

Причины, вызывающие неравномерности третьей группы, пока неизвестны. Эти неравномерности носят характер неправильных «рывков», т. е. неожиданных ускорений или замедлений вращения Земли. Все они ничтожно малы: из-за них величина суток изменяется ото дня ко дню не более чем на тысячную долю секунды.

Таким образом, главный эталон времени — сутки — весьма изменчив. Сегодняшние сутки, строго говоря, не равны завтрашним. Представьте себе часы, идущие идеально равномерно. Допустим, что их часовая стрелка дважды пробежит циферблат за одни сегодняшние сутки. Продолжительность следующих суток, измеренная этими часами, не будет равна 24 часам.

С детских лет полюсы Земли привлекают к себе наше внимание. Кто не увлекался романтикой полярных путешествий? Кого не манили ледяные просторы Арктики и нераскрытые тайны самого сурового, самого неприступного из материков — Антарктиды? Ценой неимоверных усилий достигали герои полюсов Земли. История их путешествий— это повесть о всепобеждающей силе Человека, который в самом недалеком будущем полностью освоит страны вечных льдов.

Не всем, однако, известно, что полюсы Земли (заветная цель многих путешественников) сами «путешествуют» по земной поверхности. Подозрения на этот счет мучили еще Ньютона, но доказать их основательность удалось лишь в прошлом веке. С полюсами Земли, как известно, неразрывно связана воображаемая сетка географических координат. От того, где на поверхности Земли находятся ее полюсы, зависит и положение земного экватора, по отношению к которому отсчитывается географическая широта. Иначе говоря, движение полюсов Земли должно неизбежно вызывать изменение широт всех точек земной поверхности.

Первая попытка обнаружить изменяемость широт была предпринята в 1842 г. пулковским астрономом X. Петерсом. Ему удалось обнаружить очень медленные и незначительные изменения широты Пулковской обсерватории. Однако неправильные методы обработки наблюдений задержали окончательное решение вопроса. Только через 20 лет еле уловимые колебания широт всех пунктов Земли стали наблюдаемым фактом.

Трудно представить себе ничтожную величину тех изменений широты, о которых идет речь. За год широта изменяется в среднем всего на десятые, а иногда и сотые доли секунды дуги. Это означает, что полюсы Земли смещаются относительно своего среднего положения за год не более чем на несколько метров!

На рис. 13 показаны странствования Северного полюса Земли с1952 по 1957 г.

Рис. 13. Движение Северного полюса Земли с начала 1952 г. (1952,0) по апрель 1957 г. (1957,4).

Как видно, его путь весьма замысловат. Словно зверь в клетке, Северный полюс кружится около одной средней точки (центр рисунка), удаляясь от нее не более чем на 13 м. Находясь на другом «конце» воображаемой земной оси, Южный полюс Земли повторяет те же движения внутри такого же по размерам квадрата.

Год за годом, век за веком непрерывно путешествуют неугомонные полюсы Земли. Иногда их пути очень сложны, в другие периоды проще, но иногда они полностью не повторяются, хотя непрерывные странствования полюсов происходят на площади всего 676 м 2, что составляет лишь 1/7 часть обычного футбольного поля.

Не следует думать, что движение полюсов Земли вызвано изменением направления ее оси. Наоборот, сама Земля смещается по отношению к этой оси. В результате земная ось пересекает поверхность Земли в разное время в различных точках. Чем же вызвано это любопытное явление?