Небесный землемер

На какие только хитрости не шли ученые, чтобы обойти это препятствие, делающее геоид в современных условиях точно неопределимым!

Одно время хотели провести новый геоид на уровне самой высокой точки суши — так, чтобы все материки, которые раньше оставались за пределами геоида Листинга, оказались бы внутри. Но это мало спасало дело. Вместо высот над уровнем моря теперь пришлось бы мерить глубины от уровня нового геоида. В остальном же все осталось бы по-прежнему — ведь силу тяжести непосредственно на этом геоиде измерить тоже невозможно.

Был предложен и другой вариант: все лишние, надгеоидные массы материков вообразить как бы опрокинутыми внутрь него. Тогда все измерения силы тяжести, произведенные на поверхности Земли, как говорят, «повиснут в воздухе», и поэтому измерять придется только одну высоту над уровнем моря-геоида. А вычислив ее, можно представить, будто измерения производились непосредственно на геоиде, величину же опрокинутых излишков массы приплюсовать к излишкам или недостаткам неоднородных по плотности внутренних слоев Земли, также искажающих, как известно, вид ровного геоида. Форма такого «исправленного» геоида зависела бы, таким образом, лишь от строения заключенных внутри него земных масс.

Однако и эти способы требовали знания внутреннего строения Земли. И теоретики-геодезисты принялись за поиски принципиально нового способа нахождения фигуры Земли. Нужно было освободиться от необходимости знать плотности пород земных глубин.

Более десяти лет тому назад эту очень сложную математическую задачу решил наш соотечественник М. С. Молоденский. В настоящее время у него много последователей и в СССР и за рубежом. В Советском Союзе теория Молоденского вошла в геодезическую практику.

Наши геодезисты уже не стремятся определить геоид и высоты точек поверхности Земли над геоидом. В качестве посредника на этот раз используется другая, вспомогательная поверхность, которая названа квазигеоидом, то есть почти геоидом.

Если говорить точно, то никакого квазигеоида нет в действительности, как нет на самом деле географических полюсов или градусной сетки. И то и другое — условные, то есть существующие только в представлении ученых, линии или фигуры, выведенные чисто математически. И вот математически-то и удалось «провести» между глубинным эллипсоидом и земной поверхностью еще одну воображаемую поверхность, по очертаниям очень близкую к геоиду.

Расчеты показывают, что квазигеоид отступает от геоида Листинга в ту и другую сторону не больше чем на 2 или 3 метра. И то только в горной местности, а на равнинах — едва на 2–3 сантиметра. На морях же они полностью совпадают.

Так мало отличаясь по форме от подлинного геоида, его искусственный собрат лишен главного недостатка, ставшего камнем преткновения при определении формы Земли: он не зависит от плотности слагающих нашу планету пород.

С помощью квазигеоида можно, таким образом, определить форму Земли по одним градусным и гравиметрическим промерам, независимо от того, каково ее внутреннее строение.

Расстояние от поверхности Земли до эллипсоида и в этом случае разбито на две части. Из чрезвычайно сложной по очертаниям Земли, как и раньше, выделяется наиболее неправильная внешняя часть, представление о которой дают высоты над квазигеоидом. Вторая, оставшаяся часть — несравненно более ровная. О ней можно судить, определив высоту квазигеоида над совсем уже гладким эллипсоидом.

Но в отличие от старого способа обе эти части можно вычислить очень точно. Ведь теперь точность вычислений зависит только от правильности измерений, и на результат не влияет степень наших знаний о «внутренности» земного шара.

Зависящий от строения земной толщи, геоид превращал измерение высоты и внешней — той, что выше него, и внутренней, охваченной эллипсоидом — частей Земли скорее в геологическую, не имеющую пока точного решения задачу. А квазигеоид позволяет свести ее к чисто математическому, легко достижимому решению.

Тем не менее новый способ, или, вернее, новая наука — геодезическая гравиметрия, основанная трудами М. С. Молоденского, не дает возможности обойтись без участия «гири». Для изучения фигуры Земли по-прежнему требуется мировая гравиметрическая съемка.

Магнитный «ключ»

С тем, что изобретенный геодезистами геоид, едва родившись, вышел из повиновения и распластался по Земле совсем не там, где отвели ему место, ученые уже примирились. Не первый раз природа уготавливала им такие фокусы. И отправляясь в плавание по беспорядочным волнам геоида, они ставили перед собой только одну цель: на первое время хоть в самых общих чертах измерить эти волны.

Но все чаще и чаще возникал перед ними вопрос: так ли уж они беспорядочны? Может быть, есть все-таки какой-то скрытый порядок в этом хаосе больших и малых тяжестей?