Небесный землемер

Так, переходя от одного видного издалека предмета к другому, можно покрыть треугольниками громадную полосу на поверхности Земли — вдоль любого меридиана или параллели — и вычислить длину этих отрезков градусной сетки, не измеряя линейкой ничего, кроме самого первого куска. Все остальные расчеты производятся на бумаге, куда перенесены воображаемые треугольники.

Этот способ, получивший название триангуляции (от латинского слова триангулум, что значит «треугольник»), является основным способом измерения больших расстояний на Земле.

Первую нить треугольников протянул с севера на юг Голландии сам изобретатель нового способа измерений — Снеллиус. Бесчисленные мельницы и колокольни, видимые на плоской, как блюдечко, голландской равнине издалека, словно сами образовали естественные треугольники.

А вот Лакондамину, прокладывавшему треугольники в горах Перу, и Мопертюи, трудившемуся в болотистой тайге Лапландии, пришлось гораздо труднее. Они вынуждены были взбираться на окрестные горы и даже строить специальные вышки в вершинах треугольников, чтобы разглядеть соседние «сигналы». Лакондамин построил на своей дуге 32 треугольника, Мопертюи обошелся втрое меньшим количеством. Дуга же Струве состояла из 258 треугольников.

Таким образом, задача свелась к измерению углов, а не линий. Углы воображаемых треугольников меряют так же, как и высоту Солнца или Полярной звезды при определении широты. Только в зрительную трубку прибора наблюдатель вместо Полярной звезды ловит вначале одну вершину треугольника, потом другую. И так же на круге с делениями отсчитывает затем величину угла.

Но деревянные вышки с большого расстояния плохо видны. Поэтому углы большей частью измеряли ночью, зажигая на их верхушках лампу.

Потом придумали, как измерять углы и днем. Один из геодезистов забирался на башню и пускал в вершину соседнего угла солнечных «зайчиков» — только не карманным зеркальцем, а целой системой сложных зеркал. Другой наблюдатель «ловил» этот солнечный «зайчик».

Отраженный солнечный луч виден очень далеко. Поэтому стало возможным строить большие треугольники. В равнинных степных районах обычно строят треугольники, у которых каждая сторона тянется на 20–25 километров, а в горной или лесной местности — на 30 и больше. Цепочки таких треугольников, расположенных крест-накрест, образуют огромную сеть, каждая ячейка которой составляет уже 200 километров в длину и столько же в ширину.

Тот же отрезок, от которого начинается ряд из треугольников, обычно имеет в длину всего 6–10 километров. Но его тоже надо как-то измерить.

Вдоль измеряемого отрезка расставляют специальные штативы, которые заканчиваются стальными цилиндрами. На них натягивают проволоку, на которой нанесены точные деления, а посредине цилиндра, венчающего штатив, тонкий штрих. Натягивают проволоку всегда с одинаковой силой, подвешивая на ее концах гири весом в 10 килограммов.

Черточка, делящая цилиндр, — это «стрелка». Какое деление проволоки окажется против нее, таково расстояние между двумя штативами. Каждый кусок промеривают два раза — в прямом и обратном направлении разными проволоками.

Проволоку изготавливают из специального сплава — инвара, который почти не расширяется при колебаниях температуры. Перед началом измерений земной поверхности каждый отрезок проволоки проходит тщательную проверку в Центральном научно-исследовательском институте геодезии, аэросъемки и картографии. Здесь его длину с помощью сложных приборов сравнивают с эталоном.

Целые научные коллективы высчитывают возможную микроскопическую величину, на которую такая устойчивая к колебаниям температуры проволока все же может изменить свою длину из-за перемены погоды. В районе измерений геодезисты учитывают даже плотность воздуха. Они добиваются очень высокой точности, ошибаясь всего на миллионную долю измеряемой длины.

Измерять расстояние проволокой сложно и трудоемко. Поэтому физики предложили «протягивать» между пунктами не проволочную нить, а луч света. Скорость его бега известна. Остается только определить время, за которое он пробежит измеряемое расстояние, чтобы узнать, чему это расстояние равно.

Луч света выпускают через узкие ворота — экран телевизионной трубки. Ей в этом случае приходится играть не совсем обычную роль — она заменяет геодезистам своеобразные часы. Если вспышки света будут повторяться 20–25 раз в секунду, то наблюдатель увидит на экране не отдельные вспышки, а яркую точку. Пробежав до конца отрезка земной поверхности, который хотят измерить, и встретив там заслон — зеркальце, свет поворачивает обратно.

А пока свет путешествует до зеркала и обратно, на экране изображение светящейся точки, как говорят, «развертывается» в горизонтальном направлении. Скорость этой «развертки» известна. Но вот посланный нами импульс света вернулся. И на экране в некотором отдалении от первоначальной появляется вторая яркая точка. Расстояние между ними — это и есть время, затраченное импульсом света на пробежку до зеркала и обратно. Только выражено оно не в секундах, а в миллиметрах.