Небесный землемер

Поэтому в конце концов наблюдать решили не солнечные, а звездные затмения — так называемые «покрытия звезд» Луной. Их можно наблюдать хоть по нескольку за одну ночь, и притом повсюду на земном шаре.

Чтобы определить, сколько продолжается затмение звезды, достаточно сфотографировать кусок неба с Луной и окружающими звездами. Но это не так уж просто.

Трудность в том, что Луну надо продержать перед объективом в течение десятых долей секунды, а звезды — несколько десятков секунд. И пока будут фотографировать звезды, Луна успеет отодвинуться и уйти из кадра.

Директор Пулковской обсерватории А. А. Михайлов предложил фотографировать Луну и звезды поврозь — примерно так, как поступают кинематографисты, когда им надо снять сложный кадр. Они снимают вначале одного актера, закрыв фон непрозрачной черной маской. А потом маска перекочевывает на место актера и закрывает его, а на оставшееся пустое поле около него снимают водопад, предположим, в котором по воле сценариста оказался герой фильма. И зритель видит актера среди бушующих водоворотов. Этот способ так и называется «блуждающей маской».

В нашем случае «актером» является полуночная красавица Луна. Астрономы закрывают ее маской — непрозрачным экранчиком — и фотографируют одни звезды. Потом маской прикрывают звезды и снимают главную героиню.

Чтобы проверить, насколько звездные затмения точнее солнечных позволяют измерять расстояния на земной поверхности, в США в конце 1949 — начале 1950 года наблюдали такое затмение из двух разных городов, расстояние между которыми было хорошо известно из наземных измерений. Оказалось, что Луна ошиблась всего на 10 метров. Новый способ оказался гораздо точнее первого.

Но у него были свои недостатки. И довольно существенные.

Дело в том, что наблюдать, как звезда заходит за Луну, удается только, когда край Луны темный, то есть в течение двух недель между новолунием и полнолунием. Появление же звезды у противоположного края, даже если он и темный, всегда происходит неожиданно и отмечается наблюдателем с опозданием.

Если же край лунного диска светлый, то заметить спрятавшуюся или появившуюся из-за него звезду почти невозможно. В соседстве с яркой Луной слабый звездный блеск не обнаружить даже «глазу» фотоэлемента, который гораздо зорче человеческого.

Другая беда заключается в том, что измеренные расстояния получаются не в метрах, а в долях земного радиуса. Происходит это оттого, что и скорость вращения самой Земли и быстрота бега Луны вокруг Земли, из которых, как уже говорилось, получают скорость лунной тени, зависят от длины земного радиуса и вычисляются на основе его величины. Ведь любая точка на поверхности Земли или Луна вращается медленней или быстрее в зависимости от того, как далеко от центра Земли она совершает свое путешествие.

Получается настоящий заколдованный круг. Мы вычисляем размеры Земли, исходя из самих же этих размеров. И поскольку мы их знаем лишь приблизительно, то с помощью лунной тени и не можем узнать точнее.

Поэтому от ее услуг все же пришлось отказаться. Решили обратиться за помощью к самой Луне: заставить ее находить адреса вершин треугольников.

Как же это возможно?

Обычно, исходя из того, что Луна вращается вокруг центра Земли, ее положение определяют именно относительно этого центра. Координаты Луны и обозначают ее расстояние до центра Земли и направление, в котором этот центр находится. Их можно вычислить по формулам.

Но в этих расчетах Земля принимается за сжатый эллипсоид. Поэтому, если мы станем определять те же координаты Луны с поверхности действительной Земли, они окажутся несколько иными. Разница будет зависеть от того, что действительная поверхность Земли выше эллипсоида или ниже его и, значит, находится дальше от центра Земли или ближе к нему, а также от того, что отвес в месте наблюдения может отклоняться на некоторый угол от перпендикуляра к эллипсоиду.

Другими словами, разница между вычисленными и определенными из наблюдений координатами Луны зависит от длины действительного радиуса Земли в точке наблюдения и от величины отклонения отвеса на действительной Земле по сравнению с теоретическим эллипсоидом, то есть от геодезических координат той точки земной поверхности, в которой ведутся наблюдения.

Так, сравнивая вычисленные и действительные координаты Луны, можно определить адреса множества точек на Земле: например, все тех же вершин треугольников. Это позволило бы создать на всем земном шаре единую геодезическую сеть, с помощью которой, как мы знаем, теперь определяют форму и размеры Земли.

Но изменчивая Луна все-таки подвела ученых. Она оказалась прежде всего слишком неровной. Само понятие «диск» Луны довольно относительно. Ее извилистый край покрыт такими зазубринами (нередко эти лунные горы выдаются над ее поверхностью на 4 километра и больше), что ученым пришлось даже составить специальную карту «лунного профиля». Зубцы очень мешают наблюдениям.