Небесный землемер

Дождавшись 22 июня, Эратосфен поставил свой самодельный прибор — он назвал его скафис — на площади в Александрии и стал наблюдать за тенью от стержня, падавшей на черту с делениями. Тень становилась все короче и короче по мере того, как Солнце поднималось все выше и выше. В полдень она покрыла 7,5 деления на дне чаши, а затем снова стала увеличиваться. Эратосфен сделал вывод, что Солнце в Александрии 22 июня поднялось на 82,5°, не дойдя до зенита на 7,5°. В Сиене же в этот день оно должно было пройти все деления, то есть подняться на 90°.

Получалось, что эти города расположены на расстоянии 7,5° друг от друга. В то же время Эратосфену было известно, что караванщики, часто приходящие с грузом из Александрии в Сиену, считают, что между ними 5 тысяч египетских стадий. Приложив к Земле свой градусный аршин, он вычислил длину земной окружности: получилось около 250 тысяч стадий, а радиус Земли оказался равным 39 700 стадий (одна египетская стадия равна почти 200 метрам).

Сейчас известно, что эти города не лежат на одном меридиане. Сиена — на 3° восточнее Александрии, а разность их широт не 7°30′, а 7°7′. Вычислениям Эратосфена не хватало точности. Но сам принцип измерений планеты сохранил свое значение и в наши дни. Он так и получил название градусных измерений. Только скафис Эратосфена сильно изменился, превратившись в универсальный астрономический инструмент.

Наблюдатель ловит звезду в окуляр прибора так, чтобы она оказалась на своеобразной «мушке» — пересечении двух перпендикулярных линий. Затем по специальному кругу, очень точно разбитому на градусы, определяет, на какой угол оказалась при этом наклонена труба телескопа к горизонту.

Если вам попадется морской роман, в котором описывается, как капитан взял в руки секстан и стал ловить солнце, чтобы определить местоположение судна, то вы, конечно, легко догадаетесь, каким образом он определял свои координаты. Собственно, только одну из них — широту. А долгота?

Определять долготу достаточно точно научились только с начала прошлого века, хотя уже давно догадались, что мерой долготы может служить время.

В самом деле: если полный оборот (360°) наша планета совершает за 24 часа, то каждый час она поворачивается на 15°. Значит, измерив, сколько сейчас времени в Москве и в том же Красноярске, мы можем определить, какой кусок окружности нужно пройти Москве, чтобы ее время совпало с красноярским. Тем самым мы узнаем, каково градусное расстояние между городами. Конечно, нужно брать не поясное время, по которому идут городские часы в Москве и Красноярске, а местное.

Местное время найти не сложно. Его, как и широту, определяют по звездам. Ведь из-за вращения Земли нам кажется, что за сутки звезды как бы обходят вокруг нашей планеты.

Но, чтобы сравнить местное время разных городов, надо точно знать, который час на нулевой долготе — откуда и идет счет времени. Его по «местным» звездам не определишь. Нужны часы, которые могли бы сохранять неизменным нулевое время повсюду. Тогда в любой момент можно, взглянув на эти часы, узнать, который теперь час на нулевом меридиане.

Вот в часах-то и оказалась загвоздка. Маятниковые часы Гюйгенса, наделавшие в свое время так много шума, для этой цели не годились — время в них изменялось при переезде с места на место. И даже более совершенный хронометр, в котором гирю сменила пружина, а место маятника занял балансир, плохо сохранял время. Ход часов страдал от качки, температуры и других обстоятельств, которые трудно предусмотреть. Поэтому долготу вплоть до недавнего времени определяли очень приблизительно.

Лишь с изобретением радио стало возможным, наконец, не возить гринвичское время с собой, а узнавать его по сигналам, передаваемым в эфир. Теперь долготу в любом самом глухом месте удается определять достаточно точно.

Но… В науке очень много этих «но».

Пока Земля считалась круглой, градусные измерения были как бы универсальными. Стоило измерить кусок любой параллели или меридиана, и путем арифметических расчетов вы определяли радиус земного шара. На сплюснутой же Земле все оказалось гораздо сложнее.

Определив радиус Земли, вы должны обязательно добавить, какой именно радиус получили. Ведь полярная полуось — теперь это точно известно — короче экваториальной. А насколько?

Лакондамин по своему куску меридиана высчитал, что она на ¹/₃₁₄ меньше экваториального радиуса, а у Мопертюи на основе лапландских измерений полярная полуось получилась короче на ¹/₂₁₄.

Кто прав?

Стало ясно, что окончательный ответ на вопрос о форме нашей планеты может быть дан только после того, как вся Земля будет промерена вдоль и поперек. И ученые, вооружившись «градусным аршином», отправились вдоль меридианов и параллелей.

«Закройщики» планеты

На рассвете В. Я. Струве проснулся от холода; тонкое полотно палатки тяжело провисло под снежным грузом. Он взглянул на термометр — ртутная стрелка сползла на 13 делений вниз от красного рубежа. 13° по Реомюру! Зима наступила внезапно.