Текст книги "Изложение системы мира"

Автор книги: Пьер Лаплас

сообщить о нарушении

Текущая страница: 5 (всего у книги 35 страниц)

Из всех замкнутых фигур сферическая фигура самая простая, так как зависит только от одного элемента – величины своего радиуса. Естественная склонность человеческого мышления предполагать в предметах форму, которую ему легче всего понять, привела его к мысли придать Земле сферическую форму. Но простота природы не должна всегда соразмеряться с простотой наших представлений. Бесконечно разнообразная в своих проявлениях, она проста только в своих причинах, и её экономность состоит в том, чтобы производить большое число явлений, иногда очень сложных, с помощью небольшого числа общих законов. Фигура Земли есть один из результатов действия этих законов, которые, модифицированные тысячей обстоятельств, могут заметно отклонить её от сферы. Небольшие вариации, наблюдавшиеся во время градусных измерений во Франции, указывали на эти отклонения. Но неизбежные ошибки наблюдений заставляли сомневаться в этом интересном явлении, и Академия наук, в которой этот важный вопрос живо обсуждался, разумно решила, что различие земных градусов, если оно реально, должно обнаружиться главным образом при сравнении градусов, измеренных на экваторе и вблизи полюсов. Она послала академиков на самый экватор, и они нашли, что там градус меридиана меньше, чем во Франции. Другие академики отправились на север и обнаружили, что там градус больше.¹⁰ Таким образом, увеличение градусов меридиана от экватора к полюсу было неопровержимо доказано этими измерениями, и в результате был сделан вывод, что Земля не строго сферична.

Эти знаменитые экспедиции французских академиков привлекли внимание наблюдателей к исследуемому предмету, и в Италии, Германии, в Африке, Индии и в Пенсильвании были сделаны новые измерения градуса меридиана. Все эти измерения подтвердили увеличение градусов от экватора к полюсам.

Следующая таблица даёт длину крайних измеренных градов и среднего града между полюсом и экватором. Первый был измерен в Перу Бугером и Лакондамином, второй – результат большой новой операции, недавно выполненной для определения длины дуги, пересекающей Францию от Дюнкерка до Перпиньяна, которую продолжили на юг до острова Форментера. На севере её соединили с меридианом Гринвича, связав треугольниками берега Франции с Англией. Эта огромная дуга, охватывающая седьмую часть расстояния от полюса до экватора, была определена с исключительной точностью. Астрономические и геодезические измерения были сделаны с помощью повторительных кругов. Два базиса, каждый длиною более 12 000 м, были измерены один около Мелена, другой вблизи Перпиньяна – новым методом, не оставляющим никакой погрешности. Правильность всех операций подтверждается тем, что длина базиса в Перпиньяне, вычисленная от базиса в Мелене через цепь треугольников, которые их соединяют, отличается не больше, чем на треть метра от его непосредственно измеренной величины, хотя разделяющее их расстояние превышает 900 000 м.

Чтобы не оставалось желать ничего больше в этой важной операции, в разных точках этой дуги определялась высота полюса и число колебаний одного и того же маятника в течение одних суток, откуда вывели вариации длины градуса и силы тяжести. Таким образом, эта операция, наиболее точная и обширная из всех предприятий такого рода, послужит монументом, констатирующим состояние науки и искусства в этом просвещённом веке. Наконец, длина третьего града была определена Сванбергом в Лапландии.

Высота полюса

 

Длина града

0

^g

00

[0.°00]

99 523.9 м

50

^g

08

[45.°07]

100 004.3 м

73

^g

71

[66.°34]

100 323.6 м

Возрастание длины градуса меридиана при увеличении высоты полюса заметно даже в различных частях большой дуги, о которой мы только что говорили. Действительно, рассмотрим её крайние точки и Пантеон в Париже – один из промежуточных пунктов. Из наблюдений было найдено:

Высота полюса

Расстояние

от Гринвича

по меридиану

Гринвич

57

^g

19753

[51.°477778]

0.0

м

Пантеон

54

^g

27431

[48.°84688]

292719.3

Форментера

42

^g

96178

[38.°66560]

1423636.1

Расстояние от Гринвича до Пантеона даёт 100 135.2 м для одного града, середина которого соответствует высоте полюса 55.^g73592 [50.°16233], а по расстоянию от Пантеона до острова Форментера получается только 99970.3 м для града, середина которого соответствует 48.^g61804 [43.°75624], что даёт увеличение града между этими двумя пунктами на 23.167 м.

Так как после окружности эллипс является самой простой из замкнутых кривых, Землю стали рассматривать как тело, образованное вращением эллипса вокруг его малой оси. Его сжатие в направлении полюсов является необходимым следствием наблюдаемого возрастания градусов меридиана от экватора к полюсам. Поскольку сила тяжести направлена по радиусам дуг этих градусов, по закону равновесия жидкостей они перпендикулярны поверхности морей, которые покрывают большую часть Земли. Они не оканчиваются, как у шара, в центре эллипсоида; ни по направлению, ни по длине они не совпадают с радиусами, проведёнными из этого центра к поверхности и пересекающими её наклонно везде, кроме полюсов и экватора. Пересечение двух соседних отвесных линий, расположенных на одном меридиане, является центром малой земной дуги, которую они заключают. Если бы этот отрезок дуги был прямой, линии отвеса были бы параллельными и встречались бы только в бесконечности. Но по мере того, как он изгибается, они встречаются на тем меньшем расстоянии, чем кривизна делается больше; поскольку конец малой оси является точкой, где эллипс ближе всего уподобляется прямой линии, радиус градуса на полюсе, а следовательно, и сам градус будет наибольшим из всех. Напротив, на конце большой оси эллипса, на экваторе, где кривизна самая большая, длина градуса в направлении меридиана самая маленькая. Изменяясь от второго к первому из этих крайних значений, градусы возрастают и, если эллипс имеет небольшое сжатие, их увеличение очень близко пропорционально квадрату синуса высоты полюса над горизонтом.

Сжатием, или эллиптичностью, эллиптического сфероида называют избыток его экваториальной оси над полярной, принятой за единицу. Чтобы его определить, достаточно измерить два градуса в направлении меридиана. Если сравнить между собой дуги, измеренные во Франции, в Перу и в Индии, которые благодаря своей протяжённости, отдалённости друг от друга, тщательности измерений и репутации наблюдателей заслуживают предпочтения, то находим, что сжатие земного эллипсоида равно 1/310, длина большой полуоси равна 6 376 606 м и длина малой полуоси равна 6 356 215 м.¹¹

Если бы Земля была эллиптической, то сравнивая попарно разные измерения земных градусов, мы должны были бы получить приблизительно одинаковые величины сжатия. Но их сравнение между собой даёт различия, которые трудно объяснить только ошибками наблюдений. Поэтому представляется, что Земля не имеет форму совершенно правильного эллипсоида. Посмотрим теперь, каковы свойства земных меридианов при любом предположении о фигуре Земли.

Плоскость небесного меридиана, определяемая астрономическими наблюдениями, проходит через ось мира и через зенит наблюдателя, поскольку эта плоскость делит на равные части параллельные экватору дуги, описываемые звёздами над горизонтом. Все точки на Земле, имеющие зенит на окружности этого меридиана, образуют соответствующий земной меридиан. Имея в виду огромность расстояния до звёзд, отвесные линии, восставленные из этих точек, можно считать параллельными плоскости небесного меридиана. В результате земной меридиан можно определить как кривую, образованную соединением оснований всех отвесных линий, параллельных плоскости небесного меридиана. Эта кривая лежит целиком в плоскости этого меридиана в случае, если Земля есть тело вращения. Во всех других случаях она от этой плоскости отклоняется. В общем случае она представляется линией, которую геометры называют кривой двоякой кривизны.

Земной меридиан не есть линия, в точности определяемая тригонометрическими измерениями в направлении небесного меридиана. Первый отрезок измеренной линии касателен к поверхности Земли и параллелен плоскости небесного меридиана. Если этот отрезок продолжить до встречи с бесконечно близкой отвесной линией и затем перегнуть это продолжение к основанию линии отвеса, получим второй отрезок кривой и таким же способом и другие. Линия, проведённая таким способом, – самая короткая из всех, которые можно провести на поверхности Земли между какими-нибудь двумя точками, взятыми на этой линии. Она не лежит в плоскости небесного меридиана и совпадает с земным меридианом только в том случае, если Земля есть тело вращения, по разница между длиной этой линии и длиной соответствующей дуги земного меридиана столь мала, что, не внося заметной ошибки, ею можно пренебречь.

Очень важно умножить измерения Земли во всех направлениях и в возможно большем числе мест. Можно в каждой точке земной поверхности представить оскулирующий эллипсоид, совпадающий с ней на небольшом участке вокруг точки касания. Земные дуги, измеренные в меридиональном направлении и перпендикулярно к нему, позволят узнать свойства и положение этого эллипсоида, который может и не быть фигурой вращения и заметно изменяться на больших расстояниях.

Каковы бы ни были свойства земных меридианов, уже только потому, что длина градуса уменьшается от полюса к экватору, Земля сжата у полюсов, т.е. полярная ось меньше экваториальной. Чтобы это показать, положим, что Земля есть тело вращения, и представим себе радиус одного градуса на Северном полюсе и ряд всех этих радиусов от полюса до экватора, радиусов, которые, по предположению, всё время уменьшаются.

Очевидно, что эти радиусы образуют своими последовательными пересечениями кривую, которая сперва касательна к полярной оси за экватором относительно Северного полюса, затем обращается выпуклостью к этой оси и поднимается к плоскости экватора до тех пор, пока радиус градуса меридиана не примет направление, перпендикулярное к исходному: тогда он оказывается в плоскости экватора. Если представить себе радиус полярного градуса гибким и охватывающим последовательно дуги кривой, которую мы только что рассматривали, его конец опишет земной меридиан, и его часть, заключённая между меридианом и кривой, будет радиусом соответствующего градуса меридиана. Эта кривая у геометров называется развёрткой меридиана (эвольвентой). Примем теперь за центр Земли пересечение экваториального диаметра и полярной оси. Сумма двух касательных к развёртке меридиана, проведённых из этого центра, первая – по полярной оси, а вторая – по диаметру экватора, будет больше, чем заключённая между ними дуга развёртки. Радиус, проведённый из центра Земли к Северному полюсу, равен радиусу полярного градуса без первой касательной, а полудиаметр экватора равен сумме радиуса градуса меридиана на экваторе и второй касательной. Избыток полудиаметра над земным радиусом на полюсе равен сумме этих двух касательных без избытка радиуса полярного градуса над радиусом градуса меридиана на экваторе. Этот последний избыток и есть сама дуга развёртки, дуга, которая меньше суммы экстремальных касательных. Следовательно, избыток полудиаметра экватора над радиусом, проведённым из центра Земли, положителен. Можно также доказать, что избыток этого полудиаметра над радиусом, проведённым из центра Земли к Южному полюсу, тоже положителен. Поэтому вся полярная ось меньше диаметра экватора, или, что сводится к тому же, Земля сжата с полюсов.

Рассматривая каждую часть меридиана как развёртку очень малой дуги её оскулирующей окружности, легко увидеть, что радиус, проведённый из центра Земли к концу дуги, более близкому к полюсу, меньше, чем радиус, проведённый из этого же центра к другому концу. Отсюда следует, что земные радиусы увеличиваются от полюса к экватору, если, как это указывают все наблюдения, градусы дуги меридиана увеличиваются от экватора к полюсам.

Разность радиусов градуса меридиана на полюсе и на экваторе равна разности соответствующих земных радиусов плюс избыток удвоенной развёртки над суммой двух экстремальных касательных; избыток этот, очевидно, положителен. Следовательно, градусы меридиана возрастают от экватора к полюсу в большем отношении, чем уменьшаются земные радиусы. Ясно, что эти доказательства имеют место и в том случае, если северное и южное полушария Земли не одинаковы и не подобны; их легко распространить также на случай, если бы Земля не была телом вращения.

Из главных пунктов Франции, расположенных на меридиане Парижской обсерватории, были построены кривые, проведённые таким же образом, как и линия, описанная выше, но с той разницей, что их первый отрезок, всегда касательный к поверхности Земли, вместо того, чтобы быть параллельным плоскости небесного меридиана Парижской обсерватории, был ему перпендикулярен. По длине этих кривых и по расстояниям от обсерватории до точек их пересечения с меридианом были определены положения этих точек. Эта работа, самая полезная из тех, что были сделаны в географии, является образцом, которому просвещённые нации спешат подражать и который вскоре будет распространён на всю Европу.

Геодезическими методами невозможно определить относительные положения мест, разделённых обширными морями, и в этих случаях следует прибегать к небесным наблюдениям. Одним из наибольших достоинств астрономии является то, что она обеспечивает нам возможность определения положений этих мест. Для этого используют метод, применяемый для составления каталога звёзд, проводя на поверхности Земли круги, соответствующие тем, которые ранее воображались на небе. Так, ось небесного экватора пересекает поверхность Земли в двух диаметрально противоположных точках, каждая из которых имеет в своём зените один из полюсов мира, и которые можно рассматривать как полюса Земли. Пересечение плоскости небесного экватора с этой поверхностью образует окружность, рассматриваемую как земной экватор. Пересечения плоскостей всех небесных меридианов с тою же поверхностью образуют кривые, сходящиеся у полюсов; и если Землю считать телом вращения, что можно сделать в географии без ощутимой ошибки, это будут земные меридианы. Наконец, малые окружности, проведённые на Земле параллельно плоскости экватора, будут земными параллелями, и земная параллель любого места соответствует небесной параллели, проходящей через его зенит.

Положение какого-либо пункта на Земле определяется его расстоянием от экватора или дугой земного меридиана, заключённой между экватором и его параллелью, и углом, образованным его меридианом с первым меридианом, выбор которого произволен и к которому относят все другие меридианы. Расстояние пункта от экватора зависит от угла между зенитом этого пункта и небесным экватором, а этот угол, очевидно, равен высоте полюса над горизонтом. Эту высоту называют географической широтой. Угол, составленный меридианом места с первым меридианом, называют долготой. Этот угол измеряется дугой экватора, заключённой между этими меридианами. Долгота может быть восточной или западной в зависимости от того, находится ли пункт к востоку или к западу от первого меридиана.

Наблюдение высоты полюса даёт широту. Долгота определяется путём одновременного наблюдения какого-нибудь небесного явления на меридианах, взаимное положение которых определяется. Если меридиан, от которого ведётся счёт долгот, находится на востоке от того, долготу которого ищут, то Солнце придёт к его небесному меридиану раньше. Если, например, угол, образованный земными меридианами, равен четверти окружности, разность между моментами полудня на этих меридианах будет равна четверти суток. Предположим, что на каждом из них наблюдается явление, наступающее в один физический момент для всех точек Земли, такое, как начало или конец затмения Луны или спутников Юпитера. Разница во времени, отмеченная наблюдателями этого явления, будет относиться к целым суткам как угол, образованный двумя меридианами, относится к целой окружности. Солнечные затмения и покрытия звёзд Луной дают более точные методы определения долгот благодаря точности, с которой можно наблюдать начало или конец этих явлений. Правда, они не наступают в один и тот же физический момент для всех точек на Земле, но элементы лунного движения достаточно известны, чтобы точно учесть эту разность.

Для определения долготы места нет необходимости, чтобы небесное явление обязательно наблюдалось на первом меридиане. Достаточно, чтобы оно было наблюдено на меридиане, положение которого относительно первого известно. Именно таким способом, последовательно связывая меридианы один с другим, были определены относительные положения самых отдалённых точек на Земле. С помощью астрономических наблюдений уже было определено множество пунктов и исправлены большие ошибки в положениях и протяжённости давно известных стран. Были зафиксированы положения новых стран, к открытию которых привели интересы коммерции и любовь к науке. Но несмотря на то что путешествия, предпринятые в последние времена, значительно увеличили наши географические познания, ещё многое остаётся неоткрытым. Внутренняя Африка, Новая Голландия ³ заключают огромные страны, совершенно нам неизвестные. Мы имеем только недостоверные и часто противоречивые сведения о многих других странах, относительно которых география, до сих пор предоставленная случайностям догадок, ожидает от астрономии ясных указаний, чтобы бесповоротно зафиксировать их положение.

Долготы и широты недостаточно, чтобы определить положение точки на Земле. К этим двум горизонтальным координатам необходимо добавить третью, вертикальную координату, которая определяет её высоту над уровнем моря. Здесь находит своё самое полезное применение барометр: многочисленные и точные наблюдения, выполненные с этим инструментом, прольют такой же свет на фигуру Земли по высоте, как астрономические наблюдения уже сделали это по двум другим её измерениям.

Для мореплавателя, когда он, находясь в открытом море, имеет для ориентировки только звёзды и компас, особенно важно знать своё положение и положения мест, куда он должен прийти, а также рифов, встречающихся ему на пути. Он легко может узнать свою широту по наблюдениям высоты звёзд. Счастливое изобретение октанта и повторительного круга придали наблюдениям такого рода неожиданную точность. Но поскольку небо в силу своего суточного вращения представляется почти одинаковым в течение суток для всех точек на его параллели, мореплавателю трудно отметить точку, в которой он находится. Чтобы дополнить астрономические наблюдения, он измеряет скорость и направление своего движения, выводит свои ход в направлении параллели и, сравнивая его со своими наблюдениями широт, определяет свою долготу относительно исходного пункта. Неточность этого способа приводит к ошибкам, могущим быть для него гибельными, если он оказывается ночью покинутым на произвол ветра, вблизи берегов или мелей, от которых по своему расчёту он считает себя достаточно удалённым. Как только прогресс техники и астрономии позволил надеяться на разработку методов определения долготы на море, торговые нации, чтобы избавиться от этих опасностей, путём щедрых поощрений поспешили направить усилия учёных и изобретателей по этому пути. Их стремление было удовлетворено изобретением морских часов и доведением лунных таблиц до исключительной точности. Эти два новшества, ценные сами по себе, дают ещё лучшие результаты, когда они взаимно дополняют друг друга.

Часы, хорошо отрегулированные в порту, положение которого известно, и сохраняющие при перевозке на судне свой ход, в каждый момент показывают время, соответствующее этому порту. Как мы видели, разность этого времени и времени, определённого на море, так относится к суткам, как разность долгот к окружности. Но создание таких часов было делом очень трудным. Неравномерные движения судна, изменения температуры и неизбежное трение, очень ощутимое в таких чувствительных приборах, были препятствиями к достижению их точности. Эти препятствия удалось удачно преодолеть и построить часы, которые в течение многих месяцев сохраняют почти равномерный ход и, таким образом, дают самый простой способ определения долготы на море; поскольку этот способ тем точнее, чем короче время, в которое используют эти часы без поверки их хода, они очень полезны для определения взаимных положений двух близко расположенных мест. В этом отношении они имеют даже некоторое преимущество над астрономическими наблюдениями, точность которых не увеличивается при сближении пунктов наблюдения.¹²

Часто повторяющиеся затмения спутников Юпитера дали бы мореплавателям лёгкий способ определять долготу, если бы они наблюдали их в море. Но все попытки преодолеть трудности этих наблюдений, возникающие из-за качки корабля, до сих пор оказались бесплодными. Тем не менее, навигация и география извлекли из этих затмений, особенно из затмений первого спутника, у которого можно точно наблюдать начало или конец явления, большие выгоды. Мореплаватели с успехом используют их во время стоянок в порту. Правда, им необходимо знать время, когда то же затмение, которое они наблюдают, видно под известным меридианом, потому что разность времён, отсчитанных одновременно на разных меридианах, определяет разность их долгот. Но таблицы затмений первого спутника Юпитера, значительно улучшенные в наши дни, для парижского меридиана дают моменты этих затмений с точностью, почти равной точности самих наблюдений.

Крайняя трудность наблюдения этих затмений на море заставила прибегнуть к другим небесным явлениям, из которых только быстрое движение Луны может служить для определения земных долгот. Положение Луны, видимое из центра Земли, может быть легко получено из измерения углового расстояния от Солнца и звёзд. Таблицы её движения дают затем время, соответствующее первому меридиану, когда Луна наблюдается на нем в таком же положении, и мореплаватель, сравнивая его с временем, отсчитанным им на своём корабле в момент наблюдения, определяет свою долготу по разности этих времён.

Чтобы оценить точность этого метода, надо учесть, что вследствие погрешностей наблюдения положение Луны, определённое наблюдателем, не соответствует в точности времени, отмеченному по его часам, и что из-за ошибок таблиц это положение не соответствует моменту прохождения первого меридиана, указанному в таблицах. Следовательно, разность этих времён не равна той, которая была бы при безошибочных наблюдениях и таблицах. Предположим, что ошибка, сделанная при определении этой разности, равна 1 мин [1.^m44]. За это время 40^c [21.'6] экватора пройдут под меридианом, и это соответствует ошибке в положении корабля, которая на экваторе близка к 40 000 м. Однако на параллелях она меньше. Кроме того, она может быть уменьшена увеличением числа наблюдений расстояний от Луны до Солнца или звёзд и повторением их в течение нескольких дней, чтобы компенсировать и уничтожить одни из ошибок наблюдений и таблиц другими.

Ясно, что ошибки в долготе, обусловленные погрешностями наблюдений и таблиц, тем меньше, чем быстрее движется светило. Следовательно, с этой точки зрения наблюдения Луны в перигее выгоднее, чем в апогее. Если бы использовалось движение Солнца, приблизительно в тринадцать раз более медленное, чем движение Луны, то и ошибки в долготе были бы в тринадцать раз больше. Отсюда следует, что из всех светил только Луна, у которой движение достаточно быстрое, может служить для определения долгот на море. Из этого видно, как полезно было улучшить её таблицы.

Желательно, чтобы все народы Европы, вместо того чтобы относить географические долготы к меридианам своих главных обсерваторий, условились бы отсчитывать их от одного и того же меридиана, задаваемого самой природой, чтобы во все времена его можно было легко находить. Это соглашение ввело бы в их географию то же единообразие, какое уже имеют их календари и их арифметика, единообразие, которое, распространившись на множество объектов их взаимоотношений, создало бы из этих разных народов одну огромную семью. Птолемей провёл свой первый меридиан через Канарские острова, как лежащие на западном пределе известных тогда стран. После открытия Америки этот довод больше не существует, но один из этих островов предлагает нам одну из наиболее замечательных точек на Земле благодаря её вышине и изолированности. Это – вершина пика Тенерифе. Вместе с голландцами можно было бы взять меридиан этого пика как начало земных долгот, определив путём очень большого числа астрономических определений его положение относительно главных обсерваторий. Но независимо от того, будет ли установлен или нет общий меридиан, для будущих веков было бы полезно знать точное положение обсерваторий относительно вершин некоторых гор, всегда легко узнаваемых благодаря их высоте и неизменности, таких как Монблан, возвышающийся над массивом громадной и неизменной цепи Альп.

Очень примечательное явление, о котором мы узнали из астрономических экспедиций, это изменение силы тяжести на поверхности Земли. Эта своеобразная сила воздействует в данном месте на все тела пропорционально их массам и стремится сообщить им одинаковые скорости за одно и то же время. С помощью весов невозможно обнаружить её изменения, так как она влияет одинаково как на тело, которое взвешивается, так и на гирю, с которой оно сравнивается. Но эти изменения можно измерить, сравнивая эту гирю с постоянной силой, такой как давление воздуха при неизменной температуре. Так, если перевозить в разные места манометр, заполненный некоторым объёмом воздуха, давление которого поднимает столб ртути во внутренней трубке, то ясно, что поскольку вес столба ртути в трубке должен всегда уравновешивать давление этого воздуха при постоянной температуре, высота столба будет обратно пропорциональна силе тяжести, изменения которой она, следовательно, и укажет. Наблюдения качаний маятника также дают способ очень точного определения этих изменений, так как ясно, что его колебания должны быть медленнее в местах, где сила тяжести меньше. Этот инструмент, применение которого в часах было одной из главных причин успехов современной астрономии и географии, состоит из тела, подвешенного на конце нити или стержня, качающегося около неподвижной точки, расположенной на другом конце. Маятник немного отклоняют от вертикального положения, предоставив его затем действию силы тяжести. Он совершает небольшие колебания почти одинаковой продолжительности, несмотря на различия описываемых им дуг. Эта продолжительность зависит от величины и формы подвешенного тела, от массы и длины стержня. Однако геометры нашли общие правила, чтобы из наблюдений качаний сложного маятника любой формы определять длину маятника, колебания которого имели бы известную продолжительность и у которого масса стержня предполагалась бы равной нулю по отношению к массе тела, рассматриваемого как бесконечно плотная точка. К этому идеальному маятнику, названному простым маятником, отнесены все опыты с маятниками, выполненные в разных точках Земли.

Рише, посланный в 1672 г. Академией наук в Кайенну для выполнения астрономических наблюдений, нашёл, что его часы, отрегулированные в Париже по среднему времени, в Кайенне отставали ежедневно на заметную величину. Это интересное наблюдение дало первое прямое указание на то, что сила тяжести на экваторе уменьшается. Оно было повторено с большой тщательностью и в большом числе точек, с учётом температуры и сопротивления воздуха. В результате всех измерений с секундным маятником было установлено, что его длина увеличивается от экватора к полюсу.

Взяв за единицу длину маятника, делающего в Парижской обсерватории 100 000 колебаний в сутки, нашли, что на уровне моря на экваторе его длина равна 0.99669, тогда как в Лапландии, в точке с высотой полюса 74.^g22 [66.°80], она оказалась 1.00137. Путём многочисленных и точных наблюдений Борда установил, что в обсерватории Парижа длина маятника, принятая за единицу и приведённая к пустоте, равна 0.741887 м.

Увеличение длины маятника при переходе от экватора к полюсам заметно даже на разных точках большой дуги меридиана, пересекающей Францию, как это видно из следующей таблицы результатов многочисленных и точных исследований, сделанных Био, Араго и Матьё.

Место определения

Высота полюса

Высота над уровнем моря

Наблюдённая длина секундного маятника ⁴

Форментера

42.

^g

96 [38.°66]

196

м

0.

^м

7412061

Бордо

49.82 [44.84]

0

0.7412615

Париж

54.26 [48.83]

65

0.7419076

Дюнкерк

56.67 [51.00]

0

0.7420865

Длины, определённые в Дюнкерке и в Бордо, путём интерполяции для длины секундного маятника на берегах Франции, на уровне моря, при высоте полюса 50^g [45°] дают величину 0.7416274 м. Эта длина и длина градуса меридиана, середина которого соответствует той же точке, послужит, чтобы снова найти наши меры, если с течением времени они изменятся.

Увеличение длины маятника происходит более равномерно, чем увеличение градуса меридиана. Оно меньше отклоняется от отношения квадратов синусов высоты полюса, потому что его измерение, более лёгкое, чем градусные измерения, вносит меньше ошибок или из-за того, что причины, возмущающие правильность фигуры Земли, оказывают меньшее влияние на силу тяжести. Сравнивая между собой все наблюдения, сделанные до сих пор в разных местах Земли, находим, что если за единицу взять длину маятника на экваторе, её увеличение от экватора к полюсу равно произведению 0.0054 и а квадрат синуса широты.¹³

Кроме того, с помощью маятников было замечено небольшое уменьшение силы тяжести на вершинах высоких гор. Бугер сделал в Перу много таких опытов. Он нашёл, что если принять за единицу силу тяжести на экваторе на уровне моря, то в Кито на высоте 2857 м над этим уровнем она будет 0.999249 и на Пичинче на высоте 4744 м – 0.998816. Это уменьшение силы тяжести на высотах, которые очень малы по сравнению с радиусом Земли, даёт основание думать, что изменения силы тяжести на больших расстояниях от центра Земли очень значительны.

Наблюдения маятников, доставляющие неизменную и легко воспроизводимую во все времена длину, породили идею использовать её как универсальную меру. Нельзя видеть чрезмерное число применяемых мер не только у разных народов, но даже у одной нации, их странные и неудобные для расчётов деления, трудность их определения и сравнения и, наконец, затруднения и обманы, которые из-за этого возникают в торговле, без того, чтобы не оценить как одну из самых больших услуг, какую правительства могут оказать обществу, – принятие системы мер, единообразные деления которой легче всего поддаются подсчётам и которая вытекает наименее сложным образом из фундаментальной меры, указанной самой природой. Народ, который ввёл бы подобную систему, получил бы не только преимущество пожать её первые плоды, но и увидел бы, как другие народы последуют его примеру, и заслужил бы их благодарность, так как власть разума медленно, но неизбежно вознесёт его над национальными самолюбиями и преодолеет другие препятствия, противостоящие всеобщему благу.