Удар вслепую - Джеймисон Малькольм

Было обнаружено, что сила гравитации разительно от­личается в зависимости от расстояния до притягивающе­го тела. Если учесть, что полярный полудиаметр меньше экваториального, то можно предположить, что предметы будут падать быстрее в районе полюсов, нежели в районе экватора. Так и есть. Этот факт также объясняется центро­бежной силой, возникающей в результате вращения Зем­ли, хоть она и не так заметна. Получается, что g зависит от широты. А также от высоты над уровнем моря, ведь горная вершина находится дальше от центра Земли, нежели мор­ское побережье. Эксперименты с маятником также показывают, что гравитация зависит и от плотности поверхности. Может показаться странным, что заиленное дно океана на самом деле намного тяжелее горных массивов. Именно по­этому горы были выдавлены наверх. Сила гравитации над Небраской и Миссури будет значительно отличаться от то­го же показателя, но измеренного над Скалистыми горами. И все из-за плотности поверхности.

Именно поэтому гравитационная постоянная g явля­ется прекрасным дополнительным инструментом для ис­следований, касающихся формы Земли. В сочетании с дру­гими методами исследования данный показатель помогает также изучать природу поверхности Земли. В результате геодезисты помогают геологам и наоборот. Исследования продвигаются вперед и становятся более точными.

Есть и другие способы определения высоты, напри­мер, триангуляция, которую, однако, можно использовать только в районах с пересеченным рельефом. Для определе­ния высоты можно также использовать барометр. Однако барометр еще более подвержен особенностям местности, нежели g. Работа барометра зависит от влажности, темпе­ратуры и других неочевидных причин. В результате иссле­дователям приходилось совершенствовать геометрическое нивелирование, наиболее точный способ которого называ­ется «высокоточным нивелированием». Это крайне требо­вательный метод. Управление береговых и геодезических съемок не может использовать результаты нивелирования, вероятная погрешность которых превышает один милли­метр на километр. При этом нельзя забывать, что разницу высот на Земле нельзя сравнить с разницей высот слоеного пирога. Эта разница скорее похожа на разницу между внешней и внутренней кожурой луковицы. Высоты счи­таются уровнем наклона, касательно поверхности Земли, в определенной точке. Однако если брать такое предполо­жение за основу исследований, то результаты будут оши­бочными. Ведь необходимо учитывать, что угол наклона поверхности Земли изменяется на шестьсот футов каждые тридцать миль и на двадцать четыре тысячи футов каждые шестьдесят миль! Поэтому исследователи должны всегда учитывать эти изменения, причиной которых является ли­ния изгиба планеты, даже если они и изучают этот самый изгиб. Высокоточные исследования становятся практиче­ски невозможными.

Исследования меридианов можно проводить только на суше. Потом эти исследования нужно подстраивать под уровень моря, каким бы он ни был. Проблема кажется не­разрешимой, однако исследователям удалось добиться потрясающих результатов. На протяжении последних трех веков исследователи делали предположения, измеряли, корректировали свои предположения, опять измеряли, опять корректировали и т.д. Конечный результат все еще находится далеко впереди.

Давайте вернемся к вопросу измерения дуги меридиана, но не будем углубляться в методы исследования. Вернем­ся к истории исследований, к тому моменту, на котором мы остановились, к тому времени, когда были созданы два ос­новополагающих геоида. В 1898 году правительства Мек­сики, США и Канады решили вместе измерить ту часть

Не самый простой, но до­вольно точный путь из точки А в точку D. Использовался для изме­рений Управлением бе­реговых и геодезических съемок (США).

девяносто восьмого меридиана, которая проходит по террито­рии этих трех стран. Это самый длинный меридиан в Северной Америке, проходящий по суше. Его длина превышает шесть­десят градусов. Он проходит от двадцатого градуса северной широты до Тихого океана немного южнее Акапулько в Мексике. Его преимущество также заключается в том, что его большая часть проходит по плоской поверхности, пере­секая провинцию Манитоба в Канаде, прерии США и отно­сительно плоскую поверхность Мексики. В рамках данного ис­следования уже была проведе­на большая работа, однако ре­шить поставленную задачу без денег и времени невозможно. Это можно понять, лишь взгля­нув на ту работу, которую приходится проделывать тем, кто занимается триангуляцией.

Предположим, нам необ­ходимо измерить меридиан от точки А до точки D, как показано на диаграмме 2. Предположим, что длина дуги со­ставляет примерно десять градусов, то есть около шестисот миль, а между двумя точками находятся горная цепь, лес, большое озеро и крупный город. Измерить расстояние по прямой невозможно, поэтому необходимо использовать триангуляцию. Для проведения триангуляции необходимо две или более основных линий. Одна из них будет основной, а другие используются для проверки и необязательно лежат на самом меридиане, как показано на рисунке. Про­кладывать основные линии для измерений необходимо с особой тщательностью, ведь координаты конечных точек должны быть просчитаны с точностью до секунды, а по­грешность не должна превышать одну полумиллионную, то есть быть менее одного дюйма на пятнадцать миль.

Положение конечных точек определяется по положению небесных тел. Как правило, это делается ночью. Широта определяется по высоте выбранных звезд в момент прохож­дения меридиана. Долгота — по времени прохождения. Мы должны благодарить наших предков за то, что они создали подробные карты звездного неба. Для определения времени раньше использовали хронометры. Их используют и сей­час, но теперь у нас есть возможность проверять их показа­ния ежедневно или даже чаще с помощью радиосигналов.

Самая трудная часть определения основных линий за­ключается в их непосредственном измерении. Линия долж­на быть плоской, но так как найти плоскую поверхность длиной в несколько миль достаточно сложно, то необхо­димо сделать поверхность плоской. Здесь все проходит так же, как при строительстве железной дороги. Углубления заполняются, а выпуклости срезаются. Когда линия гото­ва, можно начинать измерение.

Раньше для измерения использовали цепь или веревку, которые растягиваются, если их тянуть, и расширяются под воздействием высоких температур. Все эти факторы тщательно учитываются, однако избежать погрешности все равно невозможно. Затем пришел день инвара, но даже этот сплав смогли превзойти. Инвар обладает очень низ­ким коэффициентом расширения, а если инваровый прут обложен льдом и с воздухом соприкасаются только его концы, то его длина относительно постоянна. Однако этого было недостаточно для Управления береговых и геодезиче­ских съемок. Сейчас для измерений используется дуплекс­ная измерительная рейка, которая является более точной и не требует дорогостоящего и зачастую невозможного ох­лаждения.

Данная рейка состоит из двух реек. Одна из них сделана из меди, а другая — из стали. Обе рейки находятся в одном корпусе. Пятиметровая рейка расположена на двух трено­гах, оснащенных теодолитами. Концы реек лишь ненамно­го выступают и их длину можно отрегулировать с помощью высокоточных верньеров, значения которых можно прочи­тать лишь под микроскопом. Две дуплексные рейки устанавливаются в начальной точке практически вплотную друг к другу. Производится их выравнивание. Затем с по­мощью специальных регуляторов медные рейки соприка­саются друг с другом так же, как и стальные. Они должны еле-еле касаться друг друга, потому что давление сделает их короче! Замеряется точная температура и длина, а затем задняя рейка передвигается вперед и начинается замер ос­новной линии.

Смысл данного метода заключается в том, что прово­дится замер двух параллельных линий — медной и сталь­ной. Так как оба металла расширяются с разной скоростью, длина двух линий не будет одинаковой. Разница в скорости расширения, которая является очень надежным показате­лем, позволяет исследователям замерить температуру на­много точнее, нежели это было бы возможно при обычном измерении температуры. Поэтому, скорректировав показатели температуры, они получают практически идеальнее значения.