Небесный землемер

Такие же волны, как и возле горы с ее избытком тяжести, только обращенные гребнем вниз, возникают и в районе глубоких впадин, в которых наблюдается нехватка земных масс. Озеро Байкал — узкая глубокая «щель» длиной примерно в 600 километров — создает почти такую же по величине волну тяжести, как и громадный Кавказский хребет. Поэтому мы можем считать, что в сильно изрезанных районах сила тяжести действительно большей частью зависит от рельефа.

Но как же угадать, где расположатся «бугры» и «ямы» геоида, возникающие среди совершенно гладких равнинных мест и не проявляющиеся внешне, как, например, под Москвой? Ведь здесь рельеф не имеет видимой связи со строением внутренних масс.

Помочь могут только непосредственные измерения этих волн на всей поверхности Земли. Чтобы составить хотя бы примерное представление о геоиде, узнать его форму в самых общих чертах, надо произвести десятки и сотни тысяч взвешиваний!

Перед геодезистами встали совершенно новые задачи. Оказалось, что неровный геоид нельзя вычислить. Его можно только практически измерить, обойдя весь земной шар. И геодезисты принялись за такие измерения, вооружившись не только «линейкой», но на этот раз и «гирей».

По волнам невидимого океана

Последние наблюдения силы тяжести в окрестностях Москвы Петр Карлович Штернберг проводил 4 ноября 1917 года — в канун Великой Октябрьской социалистической революции. А через несколько дней заслуженный профессор астрономии Московского университета и директор обсерватории, интересовавшийся всю свою жизнь, казалось, только небесными делами, командовал орудийным расчетом.

Мирная обсерватория на Пресне оказалась хранилищем оружия рабочих, а революционные деятели, прославившиеся еще во время революционных событий 1905 года и известные под партийными кличками «Лунный», «Эрот», «Владимир Николаевич», — почтенным седовласым астрономом П. К. Штернбергом, членом партии с 1905 года.

Революция и затем гражданская война прервали исследование московской аномалии силы тяжести, которое он так успешно проводил. Но эти наблюдения, выполненные в пылу военных сражений, положили начало гравиметрическим работам по всей стране. Из скромной помощницы геодезии, выполнявшей подсобную роль, какой гравиметрия была во времена Штернберга, она стала основным направлением геодезических исследований, которому принадлежит сейчас решающее слово в определении истинной фигуры планеты. Это наука, родившаяся в нашей стране после Октября.

За сто лет, на протяжении которых в России велись отдельные гравиметрические наблюдения, была определена сила тяжести всего в 400 пунктах. После 1920 года темп исследований резко изменился. Одни ученые отправились измерять силу тяжести на Урале, другие обследовали центральные районы. Экспедиции Ленинградского астрономического института меряли Поволжье, окрестности Баку. Полтавская гравиметрическая обсерватория «взвешивала» Украину.

К 1932 году на территории нашей страны было промерено свыше 2 тысяч точек. Но распределялись они очень неравномерно. Почти вся Европейская часть страны и вся Сибирь оказались не затронутыми этими исследованиями. Поэтому Совет Труда и Обороны объявил, что с этого года начинается плановая гравиметрическая съемка всей страны. Предстояло в течение нескольких пятилеток произвести 22 тысячи измерений.

«Гирей» служил обычный маятник — тот самый маятник, которым Рише измерял время и который дал когда-то Ньютону основание, вопреки всеобщему мнению, утверждать, что Земля сплюснута у полюсов.

Рише, путешествуя из Парижа в Кайенну, то удлинял его, то укорачивал, пытаясь сохранить постоянным количество качаний. Теперь же длину стержня маятника не меняли, а считали, на сколько раз он качнется больше, будучи перевезен в новое место.

Секундным или полусекундным он был только в какой-нибудь одной точке, например экватора. И делал там за сутки 86 400 качаний. Когда маятник привозили в средние широты, он начинал качаться быстрее. Определяя количество лишних движений, устанавливали, насколько сила тяжести тут больше, чем на экваторе. Ведь раз маятник качается быстрее, значит его толкает бóльшая сила.

Для отсчета ударов к маятнику приделали специальный счетчик. Но производить измерения тяжелыми шарами, подвешенными на длинной проволоке, какими были маятники во времена Ньютона, неудобно, и из шара на длинной нити он превратился в невысокий устойчивый прибор.

Вначале маятник делали из меди, потом на смену медным пришли бронзовые маятники и инварные — из специального, почти не расширяющегося сплава. А теперь их все чаще изготавливают из кварца. Время же колебания отсчитывают обычно по хронометру.

Существует несколько десятков различных типов таких приборов. В нашей стране чаще всего применяется тот, который сконструирован в Астрономическом институте имени Штернберга, а для более точных измерений — кварцевый маятник, созданный Центральным научно-исследовательским институтом геодезии, аэросъемки и картографии.