В 1525 году молодой врач и увлеченный астроном Жан Фернель отправился в путь из Парижа в Амьен. Его путешествие было не просто поездкой — оно стало частью научного эксперимента по определению размеров нашей планеты.
Солнечные наблюдения и простое колесо
Каждый день перед полуднем Фернель останавливал экипаж, устанавливал угломерный инструмент и измерял высоту Солнца над горизонтом. В Амьене он обнаружил, что Солнце находится на целый градус ниже, чем в Париже в тот же день. Это означало, что Амьен расположен на один градус севернее столицы. Теперь нужно было измерить расстояние между этими городами.
Для этого Фернель придумал остроумный способ: он сделал метку на заднем колесе своего экипажа и на обратном пути в Париж считал его обороты. Простые расчеты позволили ему определить, что длина дуги одного градуса меридиана составляет 110,6 километра. Отсюда он вычислил окружность Земли (39 816 км) и ее радиус (6 337 км).
Удивительно, но эти измерения, выполненные с помощью простейших средств, оказались довольно точными. Случайные ошибки не смогли существенно исказить результат.
Рождение точной геодезии: метод триангуляции
Более совершенный способ измерения больших расстояний предложил голландский ученый Виллеброрд Снеллиус в начале XVII века. Его метод, названный триангуляцией (от латинского «треугольник»), стал основой научной геодезии.
Представьте, что нужно измерить расстояние между двумя удаленными точками. Сначала на местности создается опорная геодезическая сеть в виде цепочки треугольников. Вершины этих треугольников выбирают на возвышенностях, башнях или высоких зданиях так, чтобы из каждого пункта были видны соседние.
В одном из треугольников измеряют одну сторону — базис, который проходит по ровной открытой местности. Затем с помощью теодолита измеряют все углы в треугольниках сети. Зная длину базиса и все углы, можно вычислить стороны всех треугольников по цепочке, пока не будет найдено искомое расстояние.
Астрономическая основа измерений
Геодезическая сеть обязательно привязывается к астрономическим пунктам, где методами наблюдения звезд определяют точные географические координаты (широту и долготу) и азимуты направлений. Когда известна протяженность дуги меридиана между двумя пунктами и разность их широт в градусах, легко вычислить длину одного градуса меридиана простым делением.
Первые практические применения
В 1614 году Снеллиус проложил первую цепочку треугольников на плоской голландской равнине, используя многочисленные башни и колокольни как естественные вершины треугольников. Через три года работа была завершена, и ученый определил длину одного градуса меридиана равной 107 км 335 м, что соответствовало окружности Земли 38 641 км и радиусу 6 150 км.
Интересно, что эти более точные измерения дали менее точный результат, чем у Фернеля. Вероятно, Снеллиус допустил ошибку при измерении базиса. Тем не менее, его работа окончательно подтвердила, что Земля имеет форму шара, и заложила основы современной геодезии — науки о форме и размерах Земли, начало которой положил еще Эратосфен.