При измерениях Земли, в том числе при измерениях
Пикара, считалось, что она имеет форму идеальной сферы. Спустя несколько
лет после опыта Пикара, в 1671–1673 годах, французский астроном Жан Рише (1630–1696),
ассистент Джованни Доменико Кассини, совершил путешествие в Кайенну во
Французской Гвиане, где сделал важное открытие: он обратил внимание, что
в Кайенне колебания маятника были медленнее, чем в Париже, и первым
понял, что сила тяготения Земли в разных ее частях отличается. Он сделал
верный вывод: изменение силы тяготения объяснялось тем, что Кайенна
находилась дальше от центра Земли, чем Париж. Когда новость об открытии
достигла Европы, она вызвала большое оживление среди членов Французской
академии наук. По возвращении на родину Рише приступил к изготовлению
маятника, который отсчитывал бы секунды — иными словами, период
колебаний маятника в Париже должен был составлять ровно одну секунду.
Такие же маятники были изготовлены и в других частях земли, и оказалось,
что длина маятника в зависимости от широты менялась. Согласно известным
в то время теориям все указывало на то, что если сила, с которой Земля
притягивает к себе маятник, в разных точках отличается, то Земля не
может иметь форму идеальной сферы.
Ньютон принял во внимание результаты Рише в своих
знаменитых «Математических началах натуральной философии»,
опубликованных в 1687 году, в которых излагались основы механики. Он
предложил математическое описание формы Земли, связав его со своей
гениальной теорией тяготения. Ньютон рассмотрел нашу планету как
однородное жидкое тело вращения и сделал вывод: Земля должна быть
сплюснутой у полюсов. По его мнению, Земля была сплюснутой на 1/230.
Иными словами, если предположить, что поперечное сечение Земли — эллипс,
то его большая ось будет длиннее малой оси на 1/230-ю.
В 1720 году во Франции был опубликован труд Жака
Кассини «О размере и форме Земли», где опровергалась гипотеза Ньютона.
Кассини подкрепил свою точку зрения результатами собственных
астрономических наблюдений и геодезических измерений меридиана Коллиур —
Париж — Дюнкерк (впрочем, некоторые члены Французской академии наук
считали эти измерения не вполне точными).
Кассини назвал доводы Ньютона спекулятивными и
указал, что Земля представляет собой эллипсоид, сплюснутый у экватора.
На что больше похожа Земля — на арбуз или дыню? Развернулась полемика, в
которую оказались вовлечены ученые из Лондонского королевского общества
и Французской академии наук. В результате дискуссия стала
рассматриваться как противостояние французской и английской науки.
Чтобы положить конец спорам, Французской академией
наук было принято решение измерить длину дуги меридиана, соответствующей
центральному углу в один градус, в максимально далеких друг от друга
точках. Для этого были организованы две научные экспедиции из
астрономов, математиков, натуралистов и других ученых. Первая
экспедиция, возглавляемая Пьером Луи Моро де Мопертюи (1698–1739),
отправилась в Лапландию. Ее членами были Пьер Шарль Ле Моннье, Алекси
Клод Клеро, Шарль Этьенн Луи Камю, швед Андерс Цельсий и аббат Утье.
Вторую экспедицию, которая направилась в вице-королевство Перу, на
территорию современного Эквадора, возглавлял астроном Луи Годен (1704–1760).
Участниками экспедиции стали географ Шарль Мари де ла
Кондамин, астроном и гидрограф Пьер Бугер, ботаник Антуан Лоран де
Жюссьё и испанцы Хорхе Хуан и Антонио де Ульоа. Креольский ученый Педро
Висенте Мальдонадо присоединился к экспедиции в Гуаякиле. Также в
экспедицию вошли часовщик Уго, инженер и рисовальщик Моренвилль, капитан
фрегата Купле, хирург и ботаник Сеньерг, мастер по изготовлению
инструментов Годен де Одонне, племянник Луи Годена, картограф и военный
инженер Верген.
В то время вице-королевство Перу, расположенное в
экваториальных Андах, было испанской территорией, поэтому участникам
экспедиции пришлось просить разрешения испанской короны. Разрешение было
дано с условием, что к экспедиции присоединятся два юных одаренных
офицера Кадисской академии гардемаринов — Хорхе Хуан и Антонио де Ульоа.
Участники экспедиции в Лапландию (1736–1737)
благодаря способностям и проницательности математика Клеро получили
нужные результаты относительно быстро.
При обустройстве наблюдательных пунктов им помогали
шведские военные. Ученые проводили триангуляцию во время длинных летних
дней и охватили расстояние в 100 километров между городами Киттис и
Торнео. Астрономические измерения производились весной и осенью, когда
ночи были уже достаточно длинными и в то же время не слишком холодными.
Основание триангуляции было измерено по замерзшему руслу реки. Итоговый
результат измерений, проведенных членами экспедиции Мопертюи, был таков:
на средней широте 66°20′ длина дуги меридиана величиной в один градус
равнялась 37 438 туазам. Если сравнить этот результат с результатом
измерений Пикара, проведенных близ Парижа на широте около 48° (57060
туазов), то станет очевидно, что Земля представляет собой сфероид,
сплюснутый у полюсов.
Гониометрические измерения при триангуляции. Иллюстрация к роману Жюля Верна «Приключения троих русских и троих англичан в Южной Африке».
Экспедиция в Америку, в свою очередь, растянулась на
десять лет и превратилась в настоящую эпопею. Участники отправились в
путь из Ла-Рошели весной 1735 года и прибыли в Кито год спустя. Им
пришлось столкнуться с самыми разными проблемами: помимо постоянных
ученых споров, членам экспедиции мешали суровый климат, сложный рельеф,
многочисленные финансовые неурядицы, а в 1741 году им и вовсе пришлось
разделиться на две группы. Измерения и триангуляция были особенно
сложными ввиду особенностей рельефа Анд и большой высоты, превышавшей 4
тысячи метров. Ученые решили построить масштабную триангуляцию из 43
треугольников, чтобы охватить отрезок протяженностью в 354 километра и
измерить дугу меридиана величиной не в 1°, а в 3°. Бугер (1749)
определил, что длина дуги меридиана величиной в один градус равна 56763
туаза, а Хуан и Ульоа (1748), равно как и ла Кондамин (1751) получили
результат в 56768 туазов. Если вспомнить аналогию с арбузом или дыней,
которую предложил Вольтер, то можно сказать, что Земля представляет
собой скорее арбуз. Результаты измерений и математических расчетов,
казалось, подтвердили правоту Ньютона.
* * *
ХОРХЕ ХУАН И КОРОЛЕВСКАЯ ОБСЕРВАТОРИЯ В САН-ФЕРНАНДО (КАДИС)
Испанский мореплаватель Хорхе Хуан и Сантасилья (1713–1773),
участвовавший в экспедиции по измерению дуги меридиана на экваторе,
внес весомый вклад в развитие испанской науки в XVIII веке. Следы его
трудов сохранились до наших дней — он, среди прочего, основал
Королевскую обсерваторию в Сан-Фернандо (Кадис) в 1757 году. Современный
Королевский институт и обсерватория военно-морских сил — не только
сердце астрономических и геодезических исследований, но и
научно-исследовательский и культурный центр, находящийся в ведении
испанской армии. Сотрудники центра занимаются вычислением эфемерид,
определением точного времени, публикуют морские астрономические
ежегодники и результаты метеорологических, сейсмических и магнитных
наблюдений. Институт отвечает за определение официального испанского
времени (всемирное координированное время, или UTC) и за хранение
эталонов официальных единиц измерения Испании.
Хорхе Хуан и Сантасилья. Морской музей Мадрида. |
