О звездах в Полтаве и земном ядре
...Крутой «склон» аудитории МГУ забит людьми. Сидят даже в проходах. На «дне» ее, у доски — невысокий седой человек. Это его доклад привлёк столько участников Всесоюзного совещания по итогам МГГ.
Таблицы, формулы, графики... Непонятный специальный язык, как-то не сочетающийся с певучим выговором докладчика. Вот еще один график. Аудитория зашевелилась. Человек у доски делает заключение: «Нутация — пятнадцать тысячных секунды». На аудиторию этот вывод производит сильное впечатление.
Я расспрашиваю сведущих: в чем дело? И запоздало тоже начинаю волноваться.
Двадцать три года дважды в сутки холодными зимними ночами, когда руки стынут от прикосновения к приборам, или летними полтавскими зорями, в будни и праздники — была бы ясная погода, — ученый шел через двор обсерватории к своему павильону «на свидание» с одной из звезд — той, что сияла в зените украинского неба. Накапливались наблюдения, их изучали, рассматривали и, подытожив, пришли к выводу, что... ядро Земли жидкое!
Звезды и земное ядро. Какой невидимой нитью связаны они? И как это может быть, чтобы звезды над Полтавой рассказали о глубинах нашей планеты?
Десятки вопросов... Чтобы разобраться в них, придется совершить путешествие — сначала мысленное, по книжным полкам, а потом и настоящее — в Полтавскую обсерваторию.
О Ломоносове и полюсах, блуждающих по Земле
Первый естественный вопрос: с какой же целью нужно было ученому вести наблюдения за одними и теми же звездами?
Ответ на него очень прост: чтобы определить широту Полтавы.
Но позвольте, а зачем нужно каждый день вычислять ее широту? Разве она не известна с тех самых пор, когда на картах появилась сетка параллелей и меридианов? Ведь Полтава — это не «белое пятно» на карте, а древний город, стоящий посреди необозримой равнины со времен Киевской Руси.
Но оказывается, что хоть Полтава и не передвигалась с насиженного места, а координаты ее, как, впрочем, и любой другой точки земного шара, месяц за месяцем, день за днем, минута за минутой непрерывно меняются. Отчего?
...Наука давно заподозрила, что географические полюса Земли не стоят на месте. Как бы «забыв» о том, что им «по должности» положено держать собою всю сетку меридианов и параллелей, они довольно таки активно гуляют по планете. Еще египетские философы считали, что земной экватор стоял некогда перпендикулярно к эклиптике (это мудреное слово означает плоскость вращения Земли вокруг Солнца). Если это действительно было так, то на Земле тогда отсутствовали времена года.
Михаил Васильевич Ломоносов справедливо утверждал: слоновьи кости в далеких северных краях находят потому, что в отдаленную эпоху Северный, а значит и Южный полюса помещались вовсе не там, где они находятся теперь. Современная наука не отвергает эту теорию, но прямых доказательств тому, что географические полюса путешествуют по земному шару, пока нет. И не удивительно. Единственный способ, каким можно доказать это, — точные и постоянные наблюдения за положением полюса в течение многих веков. Не так давно начаты эти наблюдения. Нужно «немножко» подождать.
Но ученые установили, что, кроме предполагаемых далеких и долговременных «марафонских забегов», полюс «пританцовывает» на месте, как бы вычерчивая год за годом, день за днем на земной поверхности сложную невидимую кривую.
Покачиваясь, наклоняясь то в одну, то в другую сторону, несется Земля по своей орбите.
Для земного наблюдателя все эти «качания» будут заметны по тому, как меняется положение звезд на небосводе.
Правда, качания эти очень незначительны — наша планета похожа на довольно-таки устойчивую юлу. Годовые «маршруты» полюса измеряются метрами, а смещения звезд от ночи к ночи — тысячными долями
секунды дуги. Поэтому, чтобы попасть на полюс, можно смело ориентироваться по Полярной звезде — мимо не проскочишь. Лишь чувствительные современные приборы способны уловить, да и то более или менее приближенно, насколько смещается земная ось.
Регулярно измеряя широту любого места, исследователи определяют изменившиеся координаты, следят за передвижением полюса.
Но понять, каким математическим, механическим, физическим законам подчиняются блуждания земной оси, оказалось очень трудной задачей. Сложные кривые, никак не укладывающиеся ни в какую математическую формулу, — так выглядели эти блуждания на графиках. Лишь в конце прошлого века была замечена в этих кривых повторяемость — периодичность — так называемая годовая свободная нутация. По имени американского ученого Чандлера, вычислившего более или менее точно ее период — четырнадцать месяцев, назвали это движение чандлеровским.
А какие же все-таки причины вызывают болтание оси нашего волчка — Земли? Увы, пока можно сказать твердо лишь то, что их много. Некоторые из них еще неизвестны ученым. Да и те, что известны, пока не изучены до конца. Предполагают, что на качания земной оси влияют и такие таинственные силы, как тяготение, и такие простые, «несерьезные» явления, как ветер и дрейф полярных льдов. Но человеку сегодня еще не ясно, как отражается каждая из сил на движении полюсов. Потому и нет формул, нет правил, по которым астроном смог бы прогнозировать полюсные перемещения, как, скажем, составляет он «график» затмений Луны и Солнца на много лет вперед.
А положение полюса едва ли не каждый день необходимо знать и Службе точного времени, и картографам, и тем, кто вычисляет, скажем, путь ракеты к Луне или Марсу. Ведь для космической ракеты ошибка на какую-нибудь тысячную секунды дуги весьма существенна. Ракета окажется в сотнях километров от цели... Уже несколько десятилетий существует Международная служба широты. На ее станциях, разбросанных в северном полушарии, вдоль тридцать девятой параллели, сотни исследователей ведут постоянную «слежку» за «своими» звездами, за ничтожным изменением их маршрутов. Горы цифр подсчитываются, подытоживаются. Таким исполинским трудом люди «добывают» точное время, точные координаты, точное знание — где же сегодня находятся полюса.
В Советском Союзе есть своя Всесоюзная служба широты. Наша страна, раскинувшаяся от 20° восточной до 170° западной долготы, надо сказать, очень «удобна» благодаря своей обширности для этих наблюдений.
Центральное бюро советской широтной «бригады» находится в Полтаве. Для него и ведет наблюдения Полтавская гравиметрическая обсерватория. Гравиметрической обсерватория называется потому, что, кроме широт и долгот, она занимается наблюдениями за земным тяготением.
О полтавской широте и усадьбе художника Мясоедова
…О вулканах, землетрясениях, лавинах, оползнях, наводнениях полтавчане лишь читают в газетах — здесь их не бывает. Почему же именно в этой географически, казалось бы, мало примечательной точке построена обсерватория? Оказывается, потому и построена, что точка мало примечательна. В центре материковой платформы, вдали от сейсмически активных зон, от моря нежные гравиметрические приборы точнее, чем где-либо, улавливают пульс планеты, колебания земной тверди под влиянием лунных и солнечных приливов.
Не случайно в Полтавской обсерватории обосновалась и широтная служба. Оказывается, не над всяким городом целых две ярких зенитных звезды (альфа Цефея и эта Большой Медведицы) сияют в любое время суток. Такое место надо еще поискать на Земле.
...Серая вилла среди обширного двора — усадьба художника Мясоедова, а за оградой — окраинные беленькие хатки. Ворота открыты настежь: «Полтавская гравиметрическая обсерватория».
Среди редких деревьев торчат круглые башенки на высоких фундаментах — павильоны. В одном из них держит свою многолетнюю «вахту» у зенит-телескопа тот самый докладчик, взволновавший Московскую конференцию, — Николай Андреевич Попов.
А что в остальных башенках? Ведь и там тоже следят за звездными путями, ведут счет наблюдениям — вычисляют все ту же широту. Заглянем в некоторые из них.
О Колумбе, звездных лучах и графиках
Астролябия. Мне вспоминаются детские приключенческие книжки. Эпоха великих географических открытий. Моряк в ботфортах и в камзоле с разрезными рукавами держит в руках круглую пластинку — сложные знаки и линии выгравированы на ней. Астролябия, верный помощник Колумба и Магеллана, которым они определяли широту.
...В башенке одного из павильонов, сверкающий белой эмалью и металлическими деталями, стоит внушительных размеров красавец — гордость современной приборостроительной техники. Душа прибора — голубоватая призма. Как бездонное озерко. Удивительно красивы бывают орудия человека, казалось бы совсем не предназначенные для эстетических целей.
На верхнюю грань призмы падает свет звезд. В приборе луч преломляется, раздваивается, и в окуляр наблюдателя попадают два лучика. Лучики движутся. Это поворачивается «небо». Земля совершает «традиционный» оборот вокруг оси. Когда лучики совпадут, сольются в один пучок — звезда поймана. В этот миг она проходит через зафиксированную прибором точку небосвода. По угловому расстоянию от звезды до зенита определяется широта.
Да, призменную астролябию Данжона объединяет с нехитрым первенцем навигационных приборов разве лишь назначение...
Однако холодновато в башенке ночью. Ведь для наблюдений нужно, чтобы внутренняя температура равнялась наружной. Иначе воздушные струи будут искажать картину.
Николай Иванович Панченко, руководитель группы, которая работает с астролябией, суховато объясняет цель наблюдений. Наш разговор происходит уже не в святая святых астрономов, а в здании, где обрабатываются данные, собранные в башне.
— Регулярные наблюдения над изменением широты мы ведем с 1961 года.
Ученый указывает на стену. Там кнопками пришпилен ватман — кривая широты Полтавы.
— Для удобства, — говорит Панченко, заметив, что я разглядываю линии на ватмане, — год у нас делится не на месяцы, а на десятые, сотые и тысячные доли.
Я обращаю внимание на белую кипу бумажных лент с цифрами, занявшую весь подоконник. Конец ленты тянется к столику одной из сотрудниц. Стучит арифмометр. В который уж раз приходит мысль о гигантском кропотливом труде тысяч «звездочетов» (великий образный русский язык), результатом которого и является знаменитая астрономическая точность!
И века назад астрономы — тогда еще одинокие труженики космических просторов — наблюдали, высчитывали, проверяли. Ошибки одних исправлялись другими. Неточность приборов возмещалась количеством наблюдений. Гигантские горы цифр, графиков, кривых уплотнялись в тома звездных каталогов или вот в такие кривые, которые со стенки потом сходят на страницы исследований. И за каждой страницей таких исследований стоят миллиарды звездных ночей, десятки жизней, проведенных в кропотливых бдениях.
Армия подвижников звездной науки выросла. Иными стали приборы. И все-таки...
— Одна из задач нашей группы, — говорит Николай Иванович, — изучение прибора, на котором работаем. Астролябия Данжона — прибор новый. Нужно узнать его «привычки», а главное — его недостатки, ошибки. Совершенствование методики наблюдений — на этом, собственно, и растет астрономия.
О часах без стрелок и циферблата
Я заглядываю к «механизатору» обсерватории, инженеру по радиоэлектронным приборам Борису Бродскому.
У Бродского «на хозяйстве» часы — непременный атрибут астрономов, едва ли не более обязательный, чем телескоп. Вот они висят на стене, маятниковые астрономические часы. Но часовщик занят не ими. Они уже пройденный этап. Сейчас в обсерватории устанавливаются кварцевые часы. Пройдет немного времени — у нее будет свое собственное точное время.
— А пока я могу показать только будущую их «квартиру», — говорит Бродский.
Мы стоим в родной из комнат старой виллы. Приятный запах канифоли. Столы завалены радиодеталями.
— Эти панели со столбиками ламп и конденсаторов и есть «части» кварцевых часов.
А где же все-таки часы? На стене в другой комнате висит металлическая этажерка. Часть ее полочек уже закрыта готовыми панелями, скоро они встанут сплошь. Окошечки со стрелками, но цифры на циферблатах обозначают отнюдь не время. Правда, в самую верхнюю панель вправлены и обычные часы.
Но тут же меня разочаровывают:
— Они вообще-то не нужны. Кварцевые часы — это, собственно, генератор постоянных частот. Вы, наверное, знаете, что есть такое свойство у кварца: если его поместить в электромагнитное поле, то он начинает давать ток строго постоянных частот. Это свойство и используют в кварцевых часах. Вместо «банальной» пружины и маятника в них отсчитывает секунды этот точнейший из метрономов. Ошибаются такие часы лишь на одну секунду за десять лет. Сейчас, правда, есть и более точные — атомные часы.
В комнате много металлических ящиков. Это приборы, которыми будут проверять часы по московскому времени. Не по тем сигналам, конечно, что слышат все. На особой волне для «потребителей» особенно точного времени передаются специальные сигналы.
О земном ядре и звездах
И вот, наконец, я у Николая Андреевича Попова. Сейчас цепочка звезды — полюс — широты — земное ядро, наконец, замкнется.
— Почитайте-ка сначала, что уже написано. У меня тут папочка есть с вырезками из газет...
В словах Попова нет ни малейшего намека на тщеславие. Очень удобный метод работы для нас обоих.
Больше всего вырезок из украинских газет. Язык, конечно, понятный. Но все же не так-то просто догадаться, что «добова вильна нутация» — это и есть то самое, чему он посвятил годы труда.
— Николай Андреевич, я слушала ваш доклад в прошлом году. Знаю про Службу широт, и для чего она нужна, и про то, как двигаются полюса. Знаю, что вы открыли новую закономерность в их «блужданиях» — суточную нутацию величиной в пятнадцать тысячных секунды дуги. Мне хотелось бы, наконец, выяснить, при чем здесь земное ядро.
Так начался наш разговор — и вот его краткие итоги:
...В Москве, в Институте физики Земли работает один из главных наших теоретиков по части земных глубин — Михаил Сергеевич Молоденский. Он провел расчеты и предположил, что если ядро Земли жидкое, то это должно сказаться на «ошибках» в ее вращении вокруг своей оси, должно быть особое «болтание» — суточная нутация полюсов. Ведь сосуд с жидкостью, скажем, вращается несколько иначе, чем тот же сосуд, но заполненный твердым веществом. Молоденский предположительно вычислил и величину этой нутации. А многолетние наблюдения полтавских зенитных звезд подтвердили выводы московского ученого. Николай Андреевич провел соответствующую обработку своих наблюдений, и оказалось, действительно есть у Земли суточная нутация с величиной, предсказанной Молоденским. Значит, ядро Земли действительно жидкое.
Подтвердили этот вывод и наблюдения совсем иного рода. В Средней Азии группа геофизиков изучала земные приливы. Чувствительные гравиметры показали — скрытые волны, дважды в день поднимающие сушу под влиянием Луны и Солнца, проходят по земному шару так, словно под его оболочкой колышется жидкость.
...Так очень просто и очень логично разрешился парадокс, казавшийся удивительным и загадочным. Связь между небом и землей оказалась органичной и естественной. Таким же органичным и таким же естественным оказался и союз между двумя науками — геофизикой и астрономией. Тот самый союз наук, без какого ныне невозможен прогресс знания.
— Хотите посмотреть мой прибор? — спрашивает меня Николай Андреевич.
Мы идем по тропинке к павильону — ежедневный маршрут ученого, тот самый многолетний маршрут. Гремит металл... Раздвигается крыша павильона. Мне кажется, что я в маленьком планетарии, но вместо купола-экрана надо мною Вселенная.
Мириады звезд. Но смотрю я на них уже без прежнего благоговения, «Спотыкаясь», раскачиваясь, вертятся звездные «светлячки» по своим орбитам. И в «хаос» их качаний, отклонений вносит стройную логику познающая мир человеческая мысль...
На крыльце прощаюсь с Николаем Андреевичем. Окидываю прощальным взглядом двор обсерватории. Сегодня будет ясная ночь... С этого крыльца разойдутся— каждый по своей тропинке — исследователи. Телеграммы о данных наблюдений полетят в Москву, Париж, Токио и в другие места. Еще одна рабочая ночь, еще одна крупица знания...
Т. Чеховская
Полтава — Москва
