Измеряя Землю

Это был грандиозный международный научный проект длиной в 3000 километров. Сегодня от него остались только памятные знаки

Пионеры и предтечи

До первых полетов в космос верное представление о размерах и форме Земли можно было получить только с помощью градусных измерений. Впервые это сделал Эратосфен Киренский за 200 лет до н. э., измерив отклонение Солнца от зенита в Александрии по сравнению с Асуаном (это примерно 7°), в результате он рассчитал радиус планеты, ошибившись всего на пару процентов. Спустя 900 лет похожие измерения попытались осуществить китайские астрономы, но и близко не подошли к точности Эратосфена. Спустя еще век арабы (в правление сына Гаруна аль-Рашида) предприняли новую попытку, очень удачную (ошибка в размерах планеты оказалась минимальной). В средневековой Европе античные достижения греков, а также китайцев и арабов «открывались» заново или вовсе признавались противоречащими догмам христианской церкви. Лишь в XIV веке началось возрождение землеведческих идей Античности, в особенности тех из них, по которым наша планета была шарообразной.

Универсальный инструмент времен Струве и Теннера — теодолит, позволяющий измерять как горизонтальные, так и вертикальные углы

Благодаря бурно развивавшейся в последние столетия в Европе науке и технике традиционный метод градусного измерения получил новые инструменты: технологию тригонометрических измерений (триангуляцию) и использование оптических приборов как в наземных, так и в тригонометрических измерениях. В середине XVII века, за полтора столетия до работ Струве, французский астроном Жан-Феликс Пикар определил размер Земли с ошибкой всего 0,1%, измерив длину дуги Парижского меридиана величиной 1,4°. Он же, кстати, высказал мысль, что Земля — не идеальный шар, что было поддержано работами Ньютона, Гюйгенса, Кассини и др. С этого момента форму планеты все чаще называли сфероидом, он стал постоянным объектом внимания мировой науки и целью многих градусных измерений на разных меридианах и параллелях с применением все более совершенных способов и приборов для измерения углов и базисных линий. Продолжалось это до появления космических технологий измерения Земли.

Десятки полигонов

Первое российское измерение дуги меридиана началось в 1816 году. Тогда полковнику Карлу Ивановичу (Карлу Фридриху) Теннеру высочайше разрешили совместить начатую в военно-топографических целях триангуляцию Виленской губернии с измерением дуги меридиана, на котором была расположена Виленская (Вильно, ныне Вильнюс) обсерватория. А спустя три года Александр I решил финансировать и научный проект по измерению дуги меридиана в Лифляндии и Эстляндии, представленный молодым (всего 26 лет) Струве, профессором астрономии Дерптского университета. Работы длились 40 лет, и к середине XIX века, в сотрудничестве со шведскими и норвежскими геодезистами, измерения были доведены от Ботнического залива Балтики до побережья Баренцева моря и завершены у норвежского города Хаммерфест, когда-то самого северного города Европы (южная оконечность дуги расположена в нынешней Одесской области близ Дуная).

Во время этих работ было заложено 258 геодезических полигонов — примыкающих друг к другу треугольников, по углам каждого из которых располагался опорный пункт. С помощью астрономических и геодезических приборов точно измерялось расстояние между этими пунктами (и их координаты и углы треугольника). Одна из сторон такого треугольника становилась базовой для следующего. Это и называется триангуляцией: зная одну сторону и все углы, нетрудно по правилам тригонометрии вычислить все прочие стороны, а затем расстояния между конечными пунктами триангуляции. Это проще, чем пытаться непосредственно измерить линию, проложенную по земной поверхности. До наших дней сохранилось 34 пункта в 10 странах. В целом все работы были произведены на деньги российской короны, и потому дуга Струве, названная так по фамилии бессменного руководителя работ, считается в первую очередь российским проектом.

География
Дуга Струве

(1) Северная оконечность дуги Струве у города Хаммерфест в Норвегии
(2) Церковь в Алаторнио в Финляндии — геодезический пункт дуги
(3) Памятный знак на острове Гогланд (Россия)
(4) Тартуская обсерватория, нынешняя Эстония
(5) Знак у деревни Лопаты в Белоруссии

Условные обозначения:

Меридиан Тарту (26° 27' 58'' в. д.)

Триангуляционная сеть из 265 пунктов

Пункт дуги Струве в качестве памятника Всемирного наследия

Благодарность геометрам

Планету измеряют во многом исходя из научного интереса. Ведь точные знания о размерах радиуса и сжатия Земли (их постоянно обновляют все с б`oльшей точностью, до миллиметра) позволяют выстраивать систему астрономических постоянных — без нее невозможно правильно объяснить многие процессы, происходящие во Вселенной. Кроме того, это ценно для понимания физики Земли, ее строения и динамики внутренних процессов планеты.

Во-вторых, такое измерение важно из практических соображений — ведь без него была бы невозможна точная картография, а значит, и военная топография, и нормальная навигация. Отсюда неослабевающий интерес, который проявляла к этой работе армия (как российская, так и шведская с норвежской).

И в-третьих, дуга Струве имела большое международное значение: ведь в то время это и была самая что ни на есть большая наука, и успехи в ней аналогичны запуску человека в космос столетием позже. Это первый международный научный проект такого масштаба, и как раз в силу своего грандиозного географического охвата (почти 3000 километров, более 20°) он стал не только научным, но и большим культурным событием — впервые был накоплен уникальный опыт международного научно-государственного сотрудничества. На памятниках в конечных пунктах дуги Струве, вблизи городов Измаил (Украина) и Хаммерфест (Норвегия), высечена благодарность «геометрам трех народов», но на самом деле участием в проекте может гордиться десяток народов.

В 2004 году представители государственных геодезических организаций Норвегии, Швеции, Финляндии, России, Эстонии, Латвии, Литвы, Белоруссии, Украины и Молдавии образовали, в соответствии с рекомендациями Центра Всемирного наследия ЮНЕСКО, международный Координационный комитет «Международного механизма управления трансграничным памятником «Геодезическая дуга Струве». Даже спустя почти две сотни лет объединяющий эффект проекта академика Струве еще чувствуется.

Фото: Alamy / Legion-media, Саенко Александр / PhotoXPress, Shutterstock, Estormiz, BigFlyingSaucer (CC-BY-SA), Islander (CC-BY), Т. Пунг/ Музей Тартуского университета, SPL / Legion-media

Материал опубликован в журнале «Вокруг света» № 3, март 2015