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 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, вращающейся вокруг шарнира, 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 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.
Глава VIII
ДВАДЦАТЬ ЧЕТВЕРТЫЙ МЕРИДИАН
Измерив базис, руководители экспедиции решили, не теряя времени, приступить к построению треугольников. Прежде всего, следовало определить широту южной точки, с которой начнется дуга меридиана, подлежащая измерению, а затем — и самой северной. Из разности этих широт ученые получат число градусов измеряемой дуги.
С самого начала Вильям Эмери и Михаил Цорн с помощью угломера Фортэна занимались вычислением высоты звезд. Молодые люди проводили свои наблюдения с такой точностью, что предел крайних отклонений не составлял даже двух шестидесятых секунды. Вполне возможно, что причиной таких отклонений явилась разница в преломлении света, вызванная изменением конфигурации атмосферных слоев. По результатам этих тщательных и неоднократно повторенных измерений астрономы смогли вычислить с достаточным приближением широту астральной точки дуги. Эта широта составляла 27,951789 градуса.
Затем вычислили долготу, и полученную точку нанесли на превосходную карту Южной Африки, выполненную в крупном масштабе. Карта отражала все географические открытия, сделанные за последнее время в этой части Африканского континента, все пути следования путешественников и натуралистов — таких, как Ливингстон, Андерсон, Мадьяр, Болдвин, Вайлан, Варчелл, Лихтенштейн. Теперь пришла очередь выбрать на этой карте меридиан, дугу которого, равную нескольким градусам, следовало измерить в двух довольно отдаленных друг от друга точках. Ведь понятно, что чем длиннее измеряемая дуга, тем меньше влияние ошибок, возможных при определении широт. Дуга от Дюнкерка до Форментеры равнялась, например, приблизительно десяти градусам парижского меридиана, а точнее — девяти градусам пятидесяти шести минутам.
Вообще выбор меридиана следовало произвести с особой осмотрительностью, чтобы не наткнуться на естественные преграды — такие, как непреодолимые горы или большие водные пространства. К счастью, этот район Южной Африки как нельзя более подходил для операции подобного рода. Подъемы почвы были в допустимых пределах, реки немногочисленны и легко преодолимы. Здесь могли встретиться опасности, но не препятствия.
Между двадцать девятой и двадцатой южными параллелями, от реки Оранжевой до озера Нгами протянулась пустыня Калахари. С запада на восток она простирается от Атлантики до двадцать пятого восточного меридиана по Гринвичу. Но пустыня Калахари, строго говоря, не совсем пустыня. Это отнюдь не пески Сахары, нескончаемые пески, лишенные растительности, это саванны с характерной для них растительностью — здесь произрастает множество растений; поверхность ее изобилует травами; в ней есть густые кустарники и леса с большими деревьями; травами и кустарником; здесь во множестве водится дичь и опасные звери; здесь живут оседлые или кочевые племена бушменов и бакалахаров. Но большую часть года в этой области Африканского материка нет воды; русла многочисленных рек, пересекающих ее, высыхают. Правда, экспедиция могла рассчитывать на то, что в болотах, озерах и ручьях еще не истощились запасы накопившейся воды.
Мокум поведал своим спутникам о Калахари все, что знал сам, бывая здесь и как охотник, добывающий себе пропитание, и как проводник. Полковник Эверест и Матвей Струкс пришли к выводу, что на этом обширном пространстве есть все условия для проведения триангуляции.
Оставалось избрать меридиан, на котором следовало измерить дугу в несколько градусов. А нельзя ли взять тот, что проходит через одну из оконечностей базиса? Это дало бы возможность обойтись без связывания этого базиса с другой точкой Калахари целой серией вспомогательных треугольников. [Чтобы лучше понять, что представляет собой геодезическая операция, называемая триангуляцией, позаимствуем следующие геометрические построения из учебника «Новые уроки космографии» г-на А. Гарсе, преподавателя математики лицея Генриха IV. С помощью прилагаемого здесь рисунка эта любопытная процедура будет легко понята:
«Пусть АБ — меридиан, длину которого требуется найти. Тщательно измеряем основание (базис) AB, идущий от оконечности А меридиана до первой позиции В. Затем по обеим сторонам этого меридиана избираем дополнительные позиции — Г, Д, Е, Ж, 3, И и так далее, каждая из которых позволяет видеть соседнюю позицию, и измеряем с помощью теодолита углы каждого из треугольников АВГ, ВГД, ДЕЖ и т. д., которые они образуют между собой. Эта первая операция позволяет определить параметры различных треугольников, ибо в первом известна длина AB и утлы, и можно вычислить сторону ВГ; во втором — сторона ВГ и углы, и легко подсчитывается сторона ГД; в третьем — известна сторона ГД и утлы и можно получить сторону ДЕ и так далее. Затем определяем наклон меридиана относительно основания AB, для чего измеряем угол MAB. Таким образом, в треугольнике АВМ известны сторона AB и прилегающие к ней углы и можно вычислить первый отрезок AM меридиана. Аналогично вычисляются угол ВАШ и сторона ВМ:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29
— Я думаю, — сказал полковник Эверест, — мы не должны стараться расположить линейку в совершенно горизонтальном положении.
— Да, — ответил Матвей Струкс, — достаточно будет определить ватерпасом 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, вращающейся вокруг шарнира, 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 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.
Глава VIII
ДВАДЦАТЬ ЧЕТВЕРТЫЙ МЕРИДИАН
Измерив базис, руководители экспедиции решили, не теряя времени, приступить к построению треугольников. Прежде всего, следовало определить широту южной точки, с которой начнется дуга меридиана, подлежащая измерению, а затем — и самой северной. Из разности этих широт ученые получат число градусов измеряемой дуги.
С самого начала Вильям Эмери и Михаил Цорн с помощью угломера Фортэна занимались вычислением высоты звезд. Молодые люди проводили свои наблюдения с такой точностью, что предел крайних отклонений не составлял даже двух шестидесятых секунды. Вполне возможно, что причиной таких отклонений явилась разница в преломлении света, вызванная изменением конфигурации атмосферных слоев. По результатам этих тщательных и неоднократно повторенных измерений астрономы смогли вычислить с достаточным приближением широту астральной точки дуги. Эта широта составляла 27,951789 градуса.
Затем вычислили долготу, и полученную точку нанесли на превосходную карту Южной Африки, выполненную в крупном масштабе. Карта отражала все географические открытия, сделанные за последнее время в этой части Африканского континента, все пути следования путешественников и натуралистов — таких, как Ливингстон, Андерсон, Мадьяр, Болдвин, Вайлан, Варчелл, Лихтенштейн. Теперь пришла очередь выбрать на этой карте меридиан, дугу которого, равную нескольким градусам, следовало измерить в двух довольно отдаленных друг от друга точках. Ведь понятно, что чем длиннее измеряемая дуга, тем меньше влияние ошибок, возможных при определении широт. Дуга от Дюнкерка до Форментеры равнялась, например, приблизительно десяти градусам парижского меридиана, а точнее — девяти градусам пятидесяти шести минутам.
Вообще выбор меридиана следовало произвести с особой осмотрительностью, чтобы не наткнуться на естественные преграды — такие, как непреодолимые горы или большие водные пространства. К счастью, этот район Южной Африки как нельзя более подходил для операции подобного рода. Подъемы почвы были в допустимых пределах, реки немногочисленны и легко преодолимы. Здесь могли встретиться опасности, но не препятствия.
Между двадцать девятой и двадцатой южными параллелями, от реки Оранжевой до озера Нгами протянулась пустыня Калахари. С запада на восток она простирается от Атлантики до двадцать пятого восточного меридиана по Гринвичу. Но пустыня Калахари, строго говоря, не совсем пустыня. Это отнюдь не пески Сахары, нескончаемые пески, лишенные растительности, это саванны с характерной для них растительностью — здесь произрастает множество растений; поверхность ее изобилует травами; в ней есть густые кустарники и леса с большими деревьями; травами и кустарником; здесь во множестве водится дичь и опасные звери; здесь живут оседлые или кочевые племена бушменов и бакалахаров. Но большую часть года в этой области Африканского материка нет воды; русла многочисленных рек, пересекающих ее, высыхают. Правда, экспедиция могла рассчитывать на то, что в болотах, озерах и ручьях еще не истощились запасы накопившейся воды.
Мокум поведал своим спутникам о Калахари все, что знал сам, бывая здесь и как охотник, добывающий себе пропитание, и как проводник. Полковник Эверест и Матвей Струкс пришли к выводу, что на этом обширном пространстве есть все условия для проведения триангуляции.
Оставалось избрать меридиан, на котором следовало измерить дугу в несколько градусов. А нельзя ли взять тот, что проходит через одну из оконечностей базиса? Это дало бы возможность обойтись без связывания этого базиса с другой точкой Калахари целой серией вспомогательных треугольников. [Чтобы лучше понять, что представляет собой геодезическая операция, называемая триангуляцией, позаимствуем следующие геометрические построения из учебника «Новые уроки космографии» г-на А. Гарсе, преподавателя математики лицея Генриха IV. С помощью прилагаемого здесь рисунка эта любопытная процедура будет легко понята:
«Пусть АБ — меридиан, длину которого требуется найти. Тщательно измеряем основание (базис) AB, идущий от оконечности А меридиана до первой позиции В. Затем по обеим сторонам этого меридиана избираем дополнительные позиции — Г, Д, Е, Ж, 3, И и так далее, каждая из которых позволяет видеть соседнюю позицию, и измеряем с помощью теодолита углы каждого из треугольников АВГ, ВГД, ДЕЖ и т. д., которые они образуют между собой. Эта первая операция позволяет определить параметры различных треугольников, ибо в первом известна длина AB и утлы, и можно вычислить сторону ВГ; во втором — сторона ВГ и углы, и легко подсчитывается сторона ГД; в третьем — известна сторона ГД и утлы и можно получить сторону ДЕ и так далее. Затем определяем наклон меридиана относительно основания AB, для чего измеряем угол MAB. Таким образом, в треугольнике АВМ известны сторона AB и прилегающие к ней углы и можно вычислить первый отрезок AM меридиана. Аналогично вычисляются угол ВАШ и сторона ВМ:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29