Небесный землемер

Два года спустя было предпринято новое подводное плавание опять до острова Ява, но на этот раз через Панамский канал и Тихий океан. За несколько лет профессор Венинг-Мейнес пересек Атлантический и Тихий океаны, совершил плавание вдоль восточных берегов Америки, промерил Мексиканский залив, Караибское, Средиземное и Красное моря, произведя свыше 500 измерений силы тяжести.

Более чувствительный двойной маятник сконструировал советский ученый Л. В. Сорокин, меривший в те же годы силу тяжести на Черном море. Он произвел измерение в 72 пунктах, а потом перебрался на Тихий океан и провел еще 170 наблюдений в Охотском и Японском морях.

Во время первого полярного рейса ледокола «Садко» через Ледовитый океан советский профессор И. Д. Жонголович определил силу тяжести от Земли Франца-Иосифа до Северной Земли: в результате на почти пустую гравиметрическую карту Арктики было нанесено сразу 80 новых точек.

Исследования отважной четверки папанинцев — коллектива первой советской дрейфующей станции «СП-1» — добавили к ним еще 20. Тяжелый — около 70 килограммов весом — прибор с двойным маятником пришлось заменить более легким прибором, изготовленным специально для высокоширотной экспедиции Ленинградским астрономическим институтом. Новый прибор весил всего около 7 килограммов. Молодой научный сотрудник, теперь известный ученый, член-корреспондент Академии наук Евгений Константинович Федоров определял силу тяжести на всем пути дрейфа. Это были первые вылазки в неизведанные арктические просторы, ныне промеренные гравиметристами буквально вдоль и поперек.

Двойной маятник Венинг-Мейнеса был установлен и на американских подводных лодках «Барракуда», «Аргонаут», «Медрегал» и других, с которых велись наблюдения в Караибском море, на Тихом океане и в районе Австралии. Средиземное море промерили французы и итальянцы. Датчане исследовали побережье Северного моря, японцы — океан вблизи своих островов.

И все же гравиметрическая съемка на земном шаре образует очень неравномерную сеть. На территории нашей страны расстояние между пунктами, в которых измерена сила тяжести, как правило, не превосходит 30 километров. А во многих районах составляет 10 и меньше. В Западной Европе сеть промеров столь же часта. А в Центральной Азии, Центральной и Южной Африке, Австралии, на большей части Южной Америки громадные пространства, площадью в несколько миллионов квадратных километров, образуют на гравиметрических картах почти сплошные «белые пятна». Южный Ледовитый океан и Антарктида были до недавнего времени совсем не обследованы.

Чтобы создать более или менее ровную гравиметрическую сеть на всем земном шаре, необходимо сотрудничество ученых всех континентов. Вот почему такие исследования вошли в программу Международного геофизического года.

Сейчас по всей планете работает огромное количество специальных гравиметрических станций, исследующих силу тяжести. Их вклад станет нагляднее, если представить, что только в один из международных центров, в котором собирают результаты гравиметрических наблюдений, ожидается поступление такого обильного количества новых сведений, что они с трудом уместятся в 90 томах, объемом страниц по 500 каждый. А чтобы запечатлеть материалы гравиметрических наблюдений на микрофильмах, такому центру потребуется свыше 100 километров пленки.

Геоид минус эллипсоид

Совсем избавиться от эллипсоида геодезистам так и не удалось. И вот почему.

Предположим, сила тяжести уже промерена на всей земной поверхности, и так часто, как это требуется. Теперь мы можем провести поверхность, перпендикулярную найденным направлениям силы тяжести, то есть получить, наконец, хоть и не тот, который предполагали — не гладкий, а бугристый, но все же самый настоящий геоид.

Можем-то можем. Но при этом мы узнаем только форму его поверхности. А расстояние, на котором поверхность геоида находится от центра Земли (то есть его размер), нам не может сообщить гравиметрия.

Точная наука, позволившая вычислить с правильностью до нескольких метров форму Земли, оказывалась вдруг в положении гадалки, за результаты предсказаний которой трудно поручиться.

Пришлось опять вспомнить об эллипсоиде. Волнистая поверхность геоида местами поднимается над эллипсоидом, местами же опускается ниже его. Вычислив с помощью градусного аршина размеры земного эллипсоида, геодезисты как бы вычитают его затем из геоида, то есть находят излишки и недостающие куски. Этот земной эллипсоид так и назвали «референц-эллипсоид», что значит «эллипсоид, с которым сравнивают».

Изучение формы геоида свелось, таким образом, к определению разницы между его бугристой поверхностью и ровным эллипсоидом.

Но геоид — это ведь только близкая к действительной Земле фигура. Настоящая же физическая поверхность Земли находится, как мы знаем, на некоторой высоте над ним. Поэтому найти высоту геоида над эллипсоидом — это только половина задачи. Теперь предстоит вычислить, насколько сам геоид отступает от действительной поверхности Земли.