Небесный землемер

В разных концах земного шара астрономы на специальных станциях службы времени неустанно следят за движением Земли — этих самых точных природных часов: обернулась Земля один раз — прошли сутки, обернулась другой — вторые. Следят по «небесным часам», у которых стрелка — Луна, а отметки на циферблате — звезды. Правда, эти часы своеобразны. Пока Луна один раз обойдет свой звездный циферблат, Земля успеет обернуться вокруг оси 27 раз. К тому же, Луна движется не по кругу, а по сложному пути — попробуй определить точное время по такой стрелке.

Вот почему для повседневного измерения «хода» Земли употребляют механические часы. Маятник часов качается. И движения эти очень равномерны: качнулся маятник один раз — прошла секунда, качнулся второй раз — другая. Качнулся 86 400 раз — прошли сутки. Земля обернулась вокруг оси.

Точнейшие часы на обсерваториях, как говорят, «хранят» время. А это не так-то просто. От толчка или сотрясения маятник может начать двигаться чуть быстрее или чуть медленнее. И тогда наши обычные часы, которые мы ставим и проверяем по сигналам, передаваемым из обсерваторий, тоже будут показывать неправильное время.

Чтобы этого не случилось, часы, хранящие время, устанавливают в глубоком подвале, куда не долетает ни один звук и где ни зимой, ни летом даже на полградуса не меняется температура. В нерушимом спокойствии и одиночестве пребывают эти верные стражи времени в своем подземном жилище.

Они никогда не отдыхают. Бесстрастные и неутомимые, со скрупулезной точностью день за днем отсчитывают они время, необходимое Земле, чтобы повернуться вокруг оси.

И все-таки, как мы знаем, ошибаются. Ведь сама сила тяжести, которая движет маятник, непостоянна повсюду на земном шаре. Конечно, такие отклонения от правильного хода могут быть незначительными, но в астрономических вычислениях важны и ничтожные величины. Поэтому ученые стремились изобрести такие часы, ход которых не зависел бы от всякого рода случайных причин.

Это удалось осуществить, когда физики предложили отсчитывать колебания не маятника, а кварцевой пластинки. Переменный электрический ток, пропущенный через пластинку, вырезанную из кварца, заставляет ее вибрировать. Вибрации эти отличаются большим постоянством. Обычно таких колебаний совершается до 60 тысяч в секунду.

Изобретатели кварцевых часов и не подозревали, какой сюрприз те преподнесут астрономам. Еще меньше предполагали это сами астрономы. Они были очень рады новому точному прибору. И в подземельях обсерваторий рядом с классическими маятниковыми часами расположились их молодые собратья.

Первыми, кто заметил, что со временем творится что-то неладное, были немецкие астрономы Павéл и Уинк. Наблюдая за кварцевыми часами Потсдамского геодезического института и сверяя их показания с движением Земли, они обнаружили, что осенью часы вдруг начали отставать, к зиме их ход выравнялся, а весной они неожиданно стали уходить вперед. Летом же, как и зимой, часы шли нормально.

Правда, изменения были ничтожно малы. Но ученых взволновало это явление. Принято думать, что астрономов интересуют величины только космических масштабов. На самом деле им, пожалуй, чаще приходится иметь дело с крошечными величинами. Вот почему немецкие астрономы не прошли мимо этого в буквальном смысле слова малозаметного факта.

Ученые — люди осторожные. И они прежде всего заподозрили ошибку в наблюдениях — ведь маятниковые часы в течение этого же времени шли как будто бы равномерно. Однако в следующем году подобный же каприз был обнаружен у кварцевых часов Парижской службы времени. Вряд ли это уже было простой случайностью. А вскоре оказалось, что и часы Вашингтонской службы времени осенью идут медленнее, а весной быстрее.

В 1950 году этот вопрос обсуждался в Париже на Международном совещании по постоянным величинам. Английский астроном Спенсер Джонс сообщил, что и на Гринвичской обсерватории, известной большой точностью наблюдений, кварцевые часы осенью и весной идут неровно.

Проблема приобретала все большую остроту. Попробовали проверить кварцевые часы. Тщательные исследования показали, что равномерных колебаний «кварцевого электричества» ничто не может нарушить. Да и тот факт, что все кварцевые часы на земном шаре имели совершенно одинаковые отклонения, убеждал, что причина лежит вне самих часов.

И тогда ученые пришли к поразительному выводу: не часы отстают осенью и уходят вперед весной, а Земля вращается в течение года то быстрее, то медленнее, расходясь в своем ходе с ходом часов.

Как ни кажется невероятным, это действительно так. Ныне доказано, что наша Земля вращается неравномерно: всего быстрее она движется в августе, а всего медленнее в марте — апреле. И, значит, наши сутки непостоянны. Осенью они меньше, чем весной, хотя разница и не превышает сотых долей секунды.