Онлайн чтение книги Приключения троих русских и троих англичан
Глава VII. БАЗИС ТРЕУГОЛЬНИКА

Как известно, перед учеными стояла задача измерить дугу меридиана. Кстати, измерение непосредственно на земле при помощи металлических линеек, прикладываемых конец к концу, было бы совершенно непрактичным делом — с точки зрения математической точности. К тому же ни в одной точке земного шара не найдется участка в несколько сотен лье, годного для выполнения столь сложной задачи. К счастью, существует другой, более надежный способ — разделить весь участок, по которому проходит меридиан, на определенное число «воздушных» треугольников, измерение которых относительно несложно.

Эти треугольники строятся визированием[128]Визирование — наведение инструментов на какую-либо точку удаленного предмета или на небесное светило. с помощью точных инструментов — теодолита[129]Теодолит — геодезический инструмент для измерения на местности горизонтальных и вертикальных углов. и угломера[130]Угломер — упрощенный теодолит для съемок на небольших расстояниях. — и ориентиров[131]Ориентир — хорошо видимый на местности неподвижный естественный или искусственный предмет или элемент рельефа., естественных или искусственных, таких, как колокольня, башня, фонарь, столб. К каждому ориентиру примыкает вершина треугольника, около его основания определяются углы вышеуказанными приборами с математической точностью. Ведь положение какого-либо предмета, колокольни — днем, фонаря — ночью, может быть с большой точностью определено хорошим наблюдателем, визирующим его с помощью зрительной трубы со специальной сеткой. Так получают треугольники, стороны которых измеряются подчас несколькими милями. Именно таким способом Араго соединил побережье Валенсии в Испании с Балеарскими островами огромным треугольником, одна из сторон которого имела длину восемьдесят две тысячи пятьсот пятьдесят пять туазов[132]Равняется примерно 160 км..

Итак, согласно правилу геометрии, если известна одна из сторон треугольника и два его угла, то «известен» и весь треугольник, потому что сразу можно вычислить величину третьего угла и длину двух других сторон. Таким образом, приняв одну из сторон уже построенного треугольника за основание другого и измерив углы, прилегающие к этому основанию, легко определить остальные треугольники, выстроив их последовательно один за другим до предельной точки измеряемой дуги. С помощью этого метода получают длину всех прямых, входящих в ряд треугольников, и путем тригонометрических вычислений определяют величину дуги меридиана, пересекающего сеть треугольников между двумя конечными точками.

Только что было сказано, что треугольник известен, если известны одна из его сторон и два его угла. А эти углы можно получить очень точно с помощью теодолита или угломера. Зато самую первую сторону треугольника — базис всей системы триангуляции — следует сначала «измерить непосредственно на земле», причем с необычайной точностью. И это самая сложная работа при проведении триангуляции.

Когда Деламбр[133]Деламбр Жан-Батист-Жозеф (1749—1822) — французский астроном; его измерения (совместно с П. Мешеном) дали основу для установления единицы длины — метра. и Мешен измеряли французский меридиан от Дюнкерка до Барселоны, они принимали за базис своей триангуляции прямолинейный участок дороги, ведущей из Мелена в Льезен, в департаменте Сена-и-Марна. Этот базис составил двенадцать тысяч сто пятьдесят метров, и на его измерение понадобилось до сорока пяти дней. Какие способы употребили эти ученые, чтобы добиться математической точности, станет ясно из описания операции полковника Эвереста и Матвея Струкса, действовавших точно так же, как действовали два французских астронома. И можно будет судить, до какой степени была доведена точность измерений. В тот же день, пятого марта, и начались первые геодезические работы, к великому удивлению бушменов, которые ничего не могли в них понять. Мерить землю с помощью линеек длиною в шесть футов, прикладывая их концами друг к другу, казалось охотнику вздорной забавой ученых. Но, во всяком случае, он долг свой выполнил. Ему заказали гладкую равнину, и он такую равнину предоставил.

Место для измерения базиса действительно было выбрано очень удачно. Участок, сплошь покрытый низкой сухой травой, простирался до самого горизонта, представляя собой безупречно ровную поверхность (те, кто прокладывал базис на дороге из Мелена, конечно же не имели столь благоприятных условий). На заднем плане вырисовывалась линия холмов, составлявших южную границу пустыни Калахари. К северу — бесконечный простор. На востоке — ставшие пологими склоны тех крутых высот, что образовали Латтакское плато. На западе, понижаясь, эта равнина делалась болотистой и заполнялась стоячими водами, питавшими притоки Курумана.

— Я думаю, — обратился Матвей Струкс к полковнику Эвересту, оглядывая покрытую травяной скатертью местность, — я думаю, что когда мы установим базис, то сможем здесь же зафиксировать конечную точку меридиана.

— Я буду думать так же, как вы, господин Струкс, — ответил полковник Эверест, — как только мы определим точную долготу этой точки. Ведь надо узнать, перенеся ее на карту, не встретит ли эта дуга меридиана при своем прохождении непреодолимых препятствий, которые могли бы помешать геодезическим работам.

— Полагаю, нет, — ответил русский астроном.

— Мы это скоро увидим, — ответил астроном-англичанин. — Измерим сначала базис в этом месте, поскольку оно годится для такой операции, а потом решим, стоит ли соединять его серией вспомогательных треугольников с сетью треугольников, через которую будет проходить дуга меридиана.

Операция обещала быть долгой, так как члены англо-русской комиссии хотели выполнить ее с неукоснительной тщательностью. Речь шла о том, чтобы превзойти в точности геодезические измерения, сделанные во Франции на Меленском базисе, — измерения, кстати, столь совершенные, что новый базис, проложенный позднее близ Перпиньяна, на южной оконечности триангуляции, с целью проверки расчетов по всем треугольникам, показал расхождение лишь в одиннадцать дюймов на расстоянии в триста тридцать туазов.

Тут были отданы распоряжения об устройстве лагеря, и на равнине возникло некое подобие бушменского селения, что-то вроде импровизированного «крааля»[134]Крааль — кольцеобразное поселение у некоторых народов Южной и Восточной Африки, где внутри помещается площадка для скота, а снаружи часто ставится изгородь.. Повозки на лугу выглядели как настоящие домики, и поселение поделилось на английскую и русскую части, над каждой из которых взвился национальный флаг. В центре находилась общая площадь. Вокруг лагеря под присмотром своих возниц паслись лошади и буйволы, на ночь их загоняли внутрь кольца из повозок, чтобы уберечь от нападения хищных зверей, которых очень много в Южной Африке.

Мокум взялся организовать охотничьи вылазки, чтобы добыть пропитание для образовавшегося поселения. Сэр Джон Муррэй, присутствие которого не было необходимым при измерении базиса, более основательно занялся проблемой продовольствия. Действительно, стоило поберечь на будущее консервированное мясо, а для этого приходилось ежедневно доставлять в караван свежую, подстреленную дичь. Благодаря искусству Мокума и умению его товарищей, свежее мясо в отряде не переводилось. Равнины и холмы прочесывались в радиусе нескольких миль вокруг лагеря, и выстрелы европейских ружей слышались непрестанно.

Шестого марта геодезические работы начались. Двум самым молодым ученым были поручены подготовительные операции.

— В дорогу, приятель, — радостно сказал Михаил Цорн Вильяму Эмери, — и да поможет нам бог точности!

Первая операция состояла в том, чтобы наметить на участке, на самой ровной и гладкой его части, прямолинейное направление. Характер почвы дал этой прямой ориентацию с юго-востока на северо-запад. Вехами служили колышки, вбитые в землю на небольшом расстоянии друг от друга. Михаил Цорн, вооружившись зрительной трубой с сеткой, проверял правильность положения этих вех, признавая его точным, если вертикальная полоска сетки делила их фокусное изображение на равные части. Такое прямолинейное направление было намечено на протяжении примерно девяти миль — запланированной длины базиса, который намеревались построить астрономы. Каждый колышек снабдили наверху нивелирной рейкой[135]Нивелирная рейка — планка с мерными делениями, применяемая при геодезических съемках., которая облегчала размещение на них металлических линеек. Эта работа потребовала нескольких дней. Молодые люди выполнили ее со скрупулезной тщательностью.

Теперь речь шла о том, чтобы уложить конец к концу линейки, предназначенные для непосредственного измерения основания первого треугольника, то есть об операции, которая может показаться очень простой, но которая тем не менее требует величайших стараний, ибо от нее в огромной степени зависит успех проведения всей триангуляции.

Вот как это делалось.

В течение утра десятого марта вдоль уже обозначенного прямолинейного направления астрономы установили на земле деревянные подставки. Подставки эти, в количестве двенадцати штук, в нижней своей части крепились на трех железных болтах (люфт[136]Люфт — зазор между сопряженными поверхностями частей механизма. которых составлял лишь несколько дюймов), не дававших им скользить и державших их в неподвижном положении. На эти подставки положили гладко выструганные деревянные бруски, на которые потом должны быть уложены линейки. Последние удерживались с помощью маленьких рамочек; эти рамочки также фиксировали направление линеек.

Когда Михаил Цорн и Вильям Эмери закрепили все двенадцать подставок и на них положили деревянные бруски, полковник Эверест и Матвей Струкс занялись столь тонким делом, как укладка линеек, — работой, в которой приняли участие и два молодых человека. Что касается Николая Паландера, то он с карандашом в руке уже готовился заносить в оба реестра цифры, которые ему будут названы.

Длина шести линеек была заранее определена с абсолютной точностью и соотнесена со старинным французским туазом, обычно принятым при геодезических измерениях. Она составляла два туаза. Ширина линейки измерялась шестью линиями и толщина — одной линией. При их изготовлении был использован такой металл, как платина, не реагирующий на воздух в обычных условиях и совершенно не окисляющийся ни на холоде, ни в тепле. Но платиновые линейки под влиянием изменения температуры могли либо увеличиваться, либо уменьшаться в длину, что следовало принимать во внимание. Придумали даже снабдить каждую собственным термометром — металлическим термометром, основанным на свойстве различных металлов неодинаково расширяться под воздействием тепла. Вот почему все измерительные линейки были накрыты другими линейками — из меди, чуть короче платиновых. Верньер[137]Верньер — прибор, который позволяет дробить интервалы между точками деления прямой линии или дуги окружности. Вспомогательная шкала, устраиваемая на лимбах геодезических и астрономических инструментов, служит для производства более точных отсчетов, чем это позволяет основная шкала лимба. Лимб — разделенный на градусы круг, по которому на угломерных инструментах отсчитывается величина измеряемых углов., расположенный на конце медной линейки, точно показывал относительное ее удлинение, что позволяло вывести абсолютное удлинение платиновой линейки. Более того, показания верньера позволяли определить расширение, каким бы малым оно ни было, у платиновой линейки. Этот прибор, кроме всего прочего, был снабжен лупой, позволявшей уловить изменение в четверть стотысячной туаза.

Итак, линейки укладывались на деревянные бруски, один конец к другому, но без соприкосновения, ибо следовало избегать даже самого легкого удара, который мог возникнуть от непосредственного их контакта. Полковник Эверест и Матвей Струкс сами положили первую линейку на деревянный брусок, в направлении базиса. Примерно в ста туазах отсюда, над первым колышком установили нивелирную рейку, и поскольку линейки были снабжены двумя вертикальными железными штифтами на самой оси, они легко укладывались в желаемом направлении. Эмери и Цорн, отступив назад и распростершись на земле, проверили — легли ли два железных штифта на середину нивелирной рейки.

— Теперь, — сказал полковник Эверест, — нам надо точно определить начальную точку нашей работы, опустив отвес от конца первой линейки. Поблизости нет никакой горы, которая могла бы повлиять на положение отвеса, поэтому он точно укажет начальную точку базиса на поверхности почвы.

— Да, — откликнулся Матвей Струкс, — при условии, однако, что мы примем в расчет половину толщины отвесного шнура в точке соприкосновения.

— Я тоже так думаю, — ответил полковник Эверест.

Когда удалось зафиксировать начальную точку шнура, работа была продолжена. Мало того, что линейка должна была уложиться точно по прямолинейному направлению базиса, следовало еще принять в расчет ее наклон по отношению к горизонту.

— Я думаю, — сказал полковник Эверест, — мы не должны стараться расположить линейку в совершенно горизонтальном положении.

— Да, — ответил Матвей Струкс, — достаточно будет определить ватерпасом[138]Ватерпас — простейший прибор для проверки горизонтальности и измерения небольших углов наклона. угол, который каждая линейка образует с горизонтом, и мы сможем таким образом соотнести долготу с долготой настоящей.

Так, в полном согласии друг с другом, оба ученых приступили к определению угла с помощью ватерпаса, специально сконструированного для этой цели и имевшего вид подвижной алидады[139]Алидада — часть теодолита в виде линейки или круга для отсчитывания величины измеряемых углов., вращающейся вокруг шарнира[140]Шарнир — подвижное соединение двух частей механизма или машины, допускающее вращательное движение одной части относительно другой., установленного на вершине деревянного угольника. Верньер указывал отклонение через совпадение своих делений с делениями зафиксированной линейки, содержащей дугу в десять градусов, поделенную на деления, равные пяти минутам.

Ватерпас поставили на линейку, и результат зафиксировали. В тот момент, когда Николай Паландер уже собирался записать его в свой реестр, Матвей Струкс попросил поставить ватерпас поочередно на оба конца линейки, чтобы узнать разницу между двумя дугами и перепроверить полученный результат. Этому совету русского астронома стали следовать и в дальнейшем при всех операциях подобного рода.

Итак, были определены два важных момента: направление линейки по отношению к базису, и угол, который она образовала по отношению к горизонту. Цифры, полученные при этом наблюдении, астрономы занесли в два отдельных реестра, который подписали все члены англо-русской комиссии. Оставалось сделать еще два не менее важных наблюдения, чтобы закончить работу с первой линейкой: сначала заметить ее изменение под влиянием температуры, затем зафиксировать длину, измеренную ею.

Что до изменения под влиянием температуры, то его было легко определить, сравнивая длину линейки платиновой с длиной линейки медной. Луна, через которую по очереди смотрели Матвей Струкс и полковник Эверест, показала абсолютную цифру изменения длины платиновой линейки (изменения, внесенного в оба экземпляра реестра), потом следовало перевести данные в исчисление по стоградусной шкале. Как только Николай Паландер записывал полученные цифры, они тотчас же всеми проверялись.

Теперь следовало определить реальную длину, положив на деревянную подставку вторую линейку вслед за первой с небольшим промежутком между ними. Эту вторую линейку уложили так же, как предыдущую, после того как вполне убедились, что четыре железных штифта[141]Штифт — цилиндрический или конический стержень, служащий для соединения деталей. пришлись как раз на середину нивелирной рейки.

Оставалось лишь замерить промежуток между обеими линейками. На конце первой линейки, в той ее части, которую не покрывала медная линейка, находилась маленькая платиновая пластинка, которая с небольшим трением скользила между двух пазов. Полковник Эверест подвинул эту пластину так, чтобы она коснулась второй линейки. Поскольку платиновая пластинка имела деления в десятитысячные доли туаза, а верньер возле одного из пазов был снабжен лупой и показывал с ее помощью стотысячные доли туаза, то удавалось с большой математической точностью измерить промежуток, специально оставленный между двумя линейками. Цифра эта тотчас заносилась в оба реестра и немедленно перепроверялась.

По совету Михаила Цорна была соблюдена еще одна мера для достижения большей точности. Медная линейка покрывала сверху платиновую. Могло поэтому случиться так, что под воздействием солнечных лучей закрытая ею платина будет нагреваться медленнее, чем медь. Для предупреждения разницы в температурных изменениях над линейками на высоте нескольких дюймов устроили маленький навес, причем таким образом, чтобы он не мешал проводить наблюдения. Когда же вечером и утром косые солнечные лучи проникали под навес и падали на линейки, с солнечной стороны навешивался холст, преграждавший доступ лучам.

Описанные работы велись более месяца с неизменным терпением и тщательностью. Когда последовательно были уложены четыре линейки и выверены с четырех позиций — направления, наклона, растяжения и действительной длины, работа возобновлялась в том же порядке; при этом подставки, бруски и первая линейка переносилась к концу четвертой. Эти маневры требовали много времени, несмотря на умение операторов. В день они измеряли не более двухсот двадцати — двухсот тридцати туазов, к тому же в неблагоприятную погоду, например, когда дул слишком сильный ветер, который мог нарушить неподвижность приборов, работу приостанавливали. Каждый день с наступлением сумерек ученые прекращали работу. Тогда линейку номер один приносили и временно укладывали, отмечая на земле точку там, где она кончалась. В этой точке делали отверстие, куда вставляли колышек с прикрепленной к нему свинцовой пластинкой. Потом эту линейку ставили в ее окончательное положение, отметив при этом наклон, температурное изменение и направление; далее записывали длину, измеренную линейкой номер четыре, потом, с помощью отвеса, спущенного с конца линейки номер один, делали отметку на свинцовой пластинке. Из этой точки тщательно вычерчивались две линии, пересекающиеся под прямым углом, одна — в направлении самого базиса, другая — в перпендикулярном направлении. Потом свинцовую пластинку закрывали деревянным футляром, ямку закапывали, и колышек оставляли зарытым до утра. Так что даже если ночью по какой-либо случайности инструменты сдвинулись бы, то не было необходимости начинать всю операцию сначала.

На следующий день с пластинки снимали футляр и первую линейку укладывали снова в то же положение, что накануне, с помощью отвеса, острие которого должно было точно совпасть с точкой, отмеченной пересечением двух линий на пластинке.

Эта серия операций, производившихся на ровном, как скатерть, лугу продолжалась в течение тридцати восьми дней. Все полученные цифры записывались дважды, фиксировались, проверялись и удостоверялись всеми членами ученой комиссии.

Полковник Эверест и его русский коллега проводили измерения почти в полном согласии. Лишь некоторые цифры, считанные с верньера и расходившиеся на какую-нибудь одну четырехсоттысячную туаза, вызвали у них несколько раз обмен колкостями. Но тут на помощь приходило принятие решения большинством голосов, оно являлось законом, перед которым следовало смириться. И все-таки один вопрос вызвал спор двух ученых-соперников, так что даже потребовалось вмешательство сэра Джона Муррэя. А именно вопрос о том, какую длину дать основанию первого треугольника. Всем ясно, что чем больше основание, тем больше будет угол вершины первого треугольника, который тем легче измерить, чем больше он развернут. Но эта длина не могла быть бесконечной. Полковник Эверест предлагал сделать базис длиною шесть тысяч туазов — почти равным базису, измеренному на Меленской дороге. Матвей Струкс хотел увеличить его до десяти тысяч туазов, поскольку это позволяла ровная поверхность участка.

Тут полковник Эверест проявил всю свою несговорчивость. Матвей Струкс, казалось, тоже решил не уступать. После доводов более или менее терпимых они перешли на личности. Возникла угроза, что в какой-то момент будут затронуты национальные чувства, а это уже был бы не спор двух ученых, а ссора англичанина с русским. К счастью, плохая погода, установившаяся на несколько дней и прекратившая работу, не дала разгореться дебатам. Страсти утихли, а большинством голосов было решено завершить измерение базиса примерно на восьмой тысяче метров, то есть спорщики сошлись на середине. Наконец в результате непосредственного измерения базиса ученые получили длину в восемь тысяч тридцать семь целых и семьдесят пять сотых туаза; на нем теперь предстояло построить ряд треугольников, и их сеть покроет Южную Африку на площади в несколько градусов.