Капли девонского дождя

Подобные карты были очень живописными. Однако для практических целей они не годились.

Монах из Александрии Козьма Индикоплов, много путешествовавший по свету в бытность свою купцом, «уточнил» в VI веке представление о Земле. По его словам, она «есть вся четвероугольна, стоит сама на себе» и со всех сторон окружена океаном. Проехать ее вдоль можно за четыреста дней, поперек — вдвое быстрей. По краям ее воздымаются стены, поддерживающие свод небесный — прозрачную твердь. А выше простираются бездны водяные. Ангелы водят по кругу планеты (в их числе Солнце и Луну).

Два-три века спустя византийская книга «Толковая Палея» уточнила состав небесной тверди: «ледовный аки хрусталь».

Сочинение Индикоплова об устройстве мироздания — «Христианская топография» — переводилось на многие языки. Очень популярно оно было на Руси.

Забылось почти все, что прежде было доказано античными философами. Выводы науки казались смешными и бестолковыми. Куда проще и понятнее цитаты знатоков Священного писания!

Приближение к истине

В конце XIII века венецианские мореходы стали составлять «портопланы» — карты без меридианов и параллелей. Они были покрыты, словно многослойной паутиной, линиями, расходящимися из отдельных точек. Из каждой такой точки легко было по компасу выбирать любое направление.

Средневековье сменилось эпохой Ренессанса (временем возрождения античного искусства и философии, культа человека, развития наук и техники). Появилось много глобусов. Их называли «яблоками Земли». (Первый глобус был сделан еще до нашей эры римлянином Кратесом.)

В 1492 году Христофор Колумб, твердо веря в круглоту Земли, отправился морем в Индию. Странным казалось в те времена это предприятие: чтобы попасть на восток, Колумб взял курс на запад, в обратную сторону.

Великий мореплаватель, как и Птолемей, был убежден, что океаны Земли в сравнении с сушей невелики и что их преодолеть не слишком трудно.

Результаты путешествия Колумба всем известны. Он побывал на Кубе, на Гаити, высаживался на континенте, не понимая, что открыл Новый Свет — неизвестный доселе материк. Он считал, что достиг Японии. Вера в маленькую круглую Землю помешала ему правильно оценить свое открытие.

В XVI веке корабли Магеллана обогнули Землю. Линия их маршрута опоясала оба полушария и замкнулась в своей начальной точке.

В середине XVI века нидерландский ученый Меркатор (Герард Кремер) разработал несколько методов нанесения на плоскость земной поверхности и составил 18 листов карты мира.

На них особенно точно были нанесены Европа, Африка, Восточная и Южная Азия. Хуже обстояло дело с огромными неисследованными пространствами обеих Америк, Северной Азии, Австралии. Эти районы Меркатор рисовал по слухам, легендам.

Тексты легенд он написал прямо на картах, чтобы облегчить исследователям проверку этих сведений.

С тех пор пояснения, написанные на картах, так и называют легендами. Тогда же родилось и название для сборника карт — «атлас», по имени греческого титана.

Крупнейшие математики разных времен и народов — Коперник, Галилей, Кеплер, Ньютон — занимались измерениями Земли.

И все-таки до сих пор изображение больших участков сферической земной поверхности на карте представляет нелегкую задачу: непременно искажаются истинные размеры земных объектов. Приходится искать наиболее выгодное решение, чтобы искажения были небольшими и карту удобно было бы «читать».

Ошибки в измерениях и чертежах неизбежны. Избавиться совсем от них нельзя. Главная задача, чтобы они были маленькими и не мешали в работе. Такие ошибки называют допустимыми. Их обязательно учитывают. Существует даже особая «теория ошибок измерения».

Без идеала

Во французской академии в конце XVIII века обсуждались удивительные сведения: обыкновенный маятник, перенесенный из средних широт на экватор, замедляет свои качания, словно начинает лениться.

Наблюдения астронома Риши показали: качание маятников на экваторе по сравнению с Парижем замедляется на 2,5 секунды в сутки.

Этому было предложено убедительное объяснение: под влиянием центробежных сил, вызванных вращением Земли, вес маятника уменьшается и качания его замедляются.

В том же XVIII веке французский астроном Кассини утверждал: Земля, подобно лимону, вытянута к полюсам и чуть сплюснута у экватора. К такому выводу привела его длинная цепь математических вычислений, основанных на материалах новейших (по тем временам) измерений.

Ньютон и Гюйгенс не соглашались с ним. По их мнению, планета от вращения должна быть чуточку сплющенной у полюсов.

Ученые словно держали в руках невиданный плод — Землю — и спорили лишь о кое-каких неровностях его поверхности.

В 1735 году от берегов Франции отошло в просторы Атлантики судно. Путь его лежал к экватору, к равнинам Перу. Там надо было измерить «отрезок земного меридиана».

Год спустя другая экспедиция французской академии отправилась на север, в плоскую, холодную, болотистую Лапландию, с той же целью.

Измерения показали, что длина одного градуса меридиана в Перу равна 110 868 м, а в Лапландии — 112 992 м. Стало быть, Земля действительно приплюснута у полюсов.

Неуклонно уточнялись сведения о Земле. В этом помогали и усовершенствованные приборы, и разработка новых вычислительных методов, и вертящиеся вокруг планеты спутники. Вот, например, как изменялись с годами данные о размерах Земли.

Героические усилия были затрачены, чтобы достичь более верных, обоснованных, проверенных результатов, даже если речь шла о нескольких метрах земного радиуса. Планету измерили вдоль и поперек.

Из всех геометрических фигур больше других соответствует форме Земли эллипсоид вращения. Казалось бы, теперь все выяснилось окончательно и никаких сомнений быть не может.

Не тут-то было!

Все началось опять с капризов маятников.

Секундный маятник на Бонинских островах Тихого океана делал в сутки на 14,2 качаний больше, чем предполагалось по расчетам, основанным на эллипсоидной форме планеты.

На острове Святой Елены число «лишних» качаний составило 10,3. И так почти на всех океанических островах.

Теория не вязалась с фактами.

Оказалось, что поверхности океанов и океанических островов расположены ближе к центру планеты, чем это предполагалось раньше.

Земля не обладает правильными геометрическими пропорциями.

Она не похожа ни на одну из известных геометрических фигур.

В 1873 году Листинг предложил для Земли особое, «земное» название — геоид.

«Геоид» означает «подобный Земле». Словно Земля может иметь не «подобную Земле» форму! Уклончивое определение. Однако существует оно без малого сто лет и, верно, сохранится надолго.

Если бы вся поверхность нашей планеты была залита недвижным, даже без волн, океаном, то форма Земли при этом стала бы идеальным геоидом.

Геоид — фигура выдуманная. И, строго говоря, форма Земли — не геоид, хотя и близка к нему.

Поверхность родной нашей планеты неповторима, как лицо матери. Да и могло ли быть иначе? Равнины, горы, холмы, моря, долины… Живое, вечно подвижное лицо, а не бездушная (но совершенная) геометрическая фигура.

От теории к практике

Рассказывают, древнегреческому философу Фалесу Милетскому во время его пребывания в Египте предложили измерить высоту пирамиды Хеопса. Сложная задача. Вдобавок ученый был слишком стар, чтобы карабкаться по камням, и не имел при себе никаких измерительных инструментов.

Мудрец нашел выход.

Он веревкой измерил свой рост и очертил вокруг себя круг этим радиусом. Встал в центре круга.

Вечерело. Солнце клонилось к горизонту. Длиннее становились тени. Когда тень Фалеса коснулась черты круга, Фалес подошел к тени пирамиды и отметил на земле положение ее макушки. В тот момент, когда тень мудреца сделалась равной его росту, тень пирамиды тоже сравнялась с ее высотой. Чтобы узнать высоту пирамиды, оставалось лишь измерить полную длину ее тени от макушки до середины основания.

Так теоретические познания помогли решить практическую задачу.

…В Вавилоне был сооружен канал Хабар, соединяющий реки Тигр и Евфрат, а в городе Ниппуре — водопровод.

В Индии пять тысяч лет назад строились города с четкой, правильной планировкой.

В долине Нила египтяне издавна строят каналы и разветвленные оросительные системы.

Воздвигались в разных странах величественные храмы. О знаменитой Вавилонской башне создавались легенды. Александрийский маяк — другое чудо света — возносился на стометровую высоту.

Все эти сооружения нельзя было создать без помощи опытных землемеров. Чтобы построить канал, необходимо знать уклон местности (ведь вода течет лишь под уклон). Для больших зданий надо уметь точно переносить их с чертежей «на натуру», отмерять прямые углы.

В практической работе редко требуются сведения о всей Земле целиком. Куда важнее знать о ее частях, уметь измерять различные предметы и территории.

Несколько тысяч лет назад людям, объединившимся в первые государства, понадобилось измерять земельные владение, планировать города, находить кратчайшие пути между ними, делить землю на участки равной площади.

Так родилась геометрия — «землемерие» — умение измерять поверхность Земли.

Вскоре оказалось, что правила геометрии применимы не только к Земле.

С помощью их можно вычислять размеры удаленных или очень крупных предметов, проектировать здания, определять положения звезд на небе, кроить одежду, строить корабли.

Геометрия превратилась в науку абстрактную, общую для многих отраслей знаний. Она стала одним из разделов математики. От прежних времен сохранилось лишь ее название.

Из геометрии выделилась новая наука — геодезия.

«Геодезия» по-русски значит «землеразделение».

Название не совсем точное.

Геодезисты не только «разделяют» поверхность нашей планеты, изучая отдельные ее участки.

Они исследуют планету целиком, как единое космическое тело. Они изучают форму Земли.

Важный раздел геодезии — картография — посвящен изображению поверхности Земли на планах, картах и глобусах.

А топография (или низшая геодезия) занимается составлением планов отдельных территорий.

Конечно, в прежние времена геодезия не походила на нынешнюю: формулы сложные не употреблялись, карты создавались «на глазок» и приборов точных не было.

Однако некоторые геодезические приборы появились очень давно. Например, компас. До сих пор он ничуть не устарел.

Часто считают, что компас показывает направление к северному полюсу.

На самом же деле стрелка его повернута к северному магнитному полюсу, который располагается западнее Гренландии.

Угол, который образует стрелка компаса с направлением к географическому полюсу, где пересекаются все меридианы, называется магнитным склонением. Угол этот различен для разных мест Земли. На любой топографической карте нанесены не только параллели и меридианы, но указана и величина магнитного склонения.

Знание основ топографии помогает работать с картами и ориентироваться на местности. Имея компас и зная направление (азимут), не собьешься с пути ни ночью, ни в непогоду.

То там, то сям торчат на равнинах высокие (до 30 метров и более) ажурные вышки. Они называются сигналами. Вышки поменьше — пирамидами. Расставлены они по всей Земле. Это — геодезические посты. На них не увидишь дозорных. Геодезисты не забираются на них, чтобы окинуть взглядом окрестности и зарисовать их с натуры.

Есть поговорка: «танцевать от печки». Сигнал и пирамиды — «печки», от которых начинают «танцевать» изыскатели.

Каждая из вышек отмечена на картах и занесена в специальные книги.

Точнейшим образом с помощью астрономических наблюдений определены координаты центра вышки и ее высота над уровнем моря.

Геодезист может спокойно ехать на работу даже в незнакомый район. Найдя сигнал или пирамиду, он может определить местоположение и высоту над уровнем моря любого объекта.

Фотографии богини

В 1792 году при осмотре руин города Тмутороканя (ныне Тамань) была обнаружена двухметровая каменная плита. На ней была высечена древнеславянская надпись:

«В лето 6576… Глеб князь мерил море по леду от Тмутороканя до Крчева 14 тысяч сажен».

То есть в 1068 году было измерено расстояние от Тамани до Керчи по Керченскому проливу.

Люди, рискуя жизнью, двадцать два с половиной километра прошли, отмеряя сажени, по ненадежному льду.

Сейчас топографам куда легче: они смотрят на мир (во время работы) сквозь холодные окуляры инструментов: теодолитов, нивелиров, кипрегелей. Они напоминают астрономов, прильнувших к телескопам. Только геодезические инструменты меньше астрономических и направлены не в небеса, а на Землю.

Теперь можно даже составлять точные карты любой местности — непролазных джунглей, недоступных вершин, — не покидая своих рабочих кабинетов. В этом помогает современная техника.