ЕЩЁ РАЗ О ФОРМЕ ЗЕМЛИ - КАКАЯ ЖЕ ОНА НА САМОМ ДЕЛЕ?
ЮТ 1975 №11
Члены французской экспедиции, прибывшие в Гвиану в 1672 году, обнаружили странное расхождение в показаниях времени между маятниковыми и пружинными часами. Вблизи экватора стрелки маятниковых часов отстали на 2,5 мин. Лишь спустя пятнадцать лет, когда И. Ньютон теоретически доказал, что форма Земли отличается от шара, стало возможным объяснить этот факт.
Его рассуждения сводились к следующему. Если представить себе два канала, выходящих из центра Земли к Северному полюсу и к экватору, и предположить, что вода не переливается ни с экватора к полюсу, ни обратно, то, значит, оба столба жидкости уравновешены. Так как центробежные силы, вызванные вращением Земли, немного уменьшают силу тяжести в экваториальном канале, то, сделав соответствующий расчет, Ньютон пришел к заключению, что экваториальный радиус на 22 км больше полярного. Отсюда следовал вывод: земной шар вовсе не шар, а эллипсоид.
Больше ста лет данные Ньютона оставались наиболее точными. Затем с помощью астрономических приборов ученые измерили длину параллели в один угловой градус на экваторе и вблизи полюса. Измерения продолжались до середины нашего века, когда в 1948 году английский геодезист Г. Джефри определил, что расхождение земных радиусов составляет 32,7 км. Но и это значение оказалось не самым точным.
Рис.1. Если усреднить по меридианам колебания геоиды, полученная фигура будет напоминать срез груши.
После запуска первого спутника ученые обнаружили неожиданное отклонение его орбиты от расчетной. Когда он пролетал над экваториальными областями, какие-то силы изменяли плоскость орбиты, и она со скоростью восемь градусов в сутки постепенно смещалась на запад. Измерить эту величину удалось с высокой точностью. И вот что выяснили ученые. Различие радиусов влияет на изменение орбиты спутника так же, как на маятниковые часы. Благодаря приборам, вынесенным за пределы Земли, удалось внести поправку в измерения Г. Джефри - разница в радиусах увеличилась еще на 200 м. Последний результат скорей не обрадовал, а огорчил ученых. Ведь он не подтвердил результаты геодезистов, которые к этому времени тщательно обмерили все континенты с точностью до 9 м. Выходило, что модель Земли - глобус - неверна. А может, наоборот, неверны результаты, полученные со спутников. Все это наводило ученых на мысль, что считать Землю даже эллипсоидом значило слишком упрощать картину.
При изучении акустических свойств струны ученые разлагают сложные по форме колебания на основной тон и синусоидальные гармоники более высоких частот. Этот же принцип использовали и для определения формы Земли, только вместо струны взяли идеальную шаровую поверхность. Последовательно одну за другой на нее накладывали все гармоники, которые определялись в зависимости от их влияния на орбиту спутника. Вот первая гармоника - нулевая. Она показывает шар, у которого центр масс находится в экваториальной плоскости. Вторая гармоника - двухлепестковая, эллипсоидная. Третья - трёхлепестковая, напоминающая срез груши, и так далее.
Рис.2 Изучение чётных и нечётных гармоник помогло ученым построить точную форму нашей планеты.
Наибольшее влияние на изменение орбиты в западном направлении оказывают четные гармоники - вторая, четвертая, шестая, восьмая и т. д. Чтобы их определить, спутники запускались под различными углами к экватору.
Нечетные гармоники - третья, пятая, седьмая и т. д. - изменяют перигей - расстояние наименьшего удаления спутника от поверхности Земли. Это происходит главным образом тогда, когда спутник переходит из северного полушария в южное и, подобно электрону, "перескакивает" на дальнюю орбиту. Измерением нескольких орбит с различными наклонами к экватору также удалось определить значения всех нечетных гармоник.
Когда ученые сложили все гармоники, модель Земли оказалась очень сложной: мысленно разрезанная через полюсы, она была бы похожа на срез груши с черенком на Северном полюсе. Но и бока плода не выглядели бы идеально ровными. Во многих частях можно обнаружить возвышения и впадины. На рисунке вы видите, как представляет нашу планету американский ученый М. Каула. На контурной карте изолиниями показаны перепады высот - геоиды - условная поверхность Земли без ее естественного рельефа, по которой разлиты воды Мирового океана. Точнее, под геоидом понимают поверхность, где величина земного ускорения всегда одинакова.
Чтобы лучше понять эту сложную картину, предпримем воображаемое путешествие по водной поверхности геоида вокруг экватора. Отправимся из точки 20° восточной долготы в Африке на восток. Вначале мы будем находиться на нулевом уровне, следовательно, на истинном расстоянии от центра Земля - 6378 км. Чтобы остаться на уровне моря при форсировании реки Конго, нам придется проделать туннель. В Индийском океане мы постепенно приблизимся к центру планеты, достигнув наибольшего провала на 70° восточной долготы. Здесь центр Земли ближе на 79 м. На севере Новой Гвинеи нам придется подняться на высоту 67 м. Дальнейший путь пройдет без особых спусков и подъемов, ведь в середине Тихого океана мы плывем по поверхности с нулевым уровнем. Затем опустимся на 20 м ниже уровня у берегов Южной Америки. И наконец, возвратимся в исходную точку, откуда начали свое путешествие.
Построенная картина земной поверхности, казалось бы, завершила работу, начатую еще Ньютоном. Но ученые продолжают искать ответ на вопрос: как и чем объяснить наличие гигантских возвышений и впадин на поверхности нашей планеты? Недавно новую модель строения Земли разработал венгерский ученый академик Д. Барта. Точными расчетами и наблюдениями за изменением магнитного поля он показал, что земное ядро располагается не в центре нашей планеты, а смещено на 450 км в направлении Австралии.
А теперь еще раз взгляните на карту М. Каула. Удивительное совпадение - в этой части земной поверхности также располагается самое большое возвышение. Но на карте есть еще два возвышения, одно в районе Западной Европы, другое между Африкой и Антарктидой. Возникают новые предположения. Возможно, что центральное ядро, как и поверхность нашей планеты, не представляет собой сферу. Скорей всего эта гигантская капля расплавленных веществ, сжатых чудовищным давлением, напоминает картофелину с наростами, которые не остаются на месте. Медленно, с почти неуловимой скоростью они перетекают с одного края на другой. И в такт с ними перемещаются возвышения и впадины на поверхности, изменяется форма земной коры, образуются горы.