Земля

Земля есть одна из больших планет, движущихся вокруг солнца по орбитам, мало отличающимся от кругов, и образующих вместе с солнцем, со своими спутниками и малыми планетами солнечную систему. Земля движется кругом солнца и в то же время вращается, подобно мячику, который брошен так, что он летит и в то же время вертится.

Мысль, что Земля движется, настолько противоречит непосредственному ощущению ее полной неподвижности, что установление этого факта возможно было лишь после того, как объяснение разнообразных движений небесных светил при допущении неподвижности Земли перестало удовлетворять астрономов. Коперник первый последовательно развил учение о движении, небесных тел, принявши, что неподвижно солнце, и что Земля есть планета и движется подобно планетам древности. Его последователи Кеплер,  Галилей, Ньютон развили детально основную идею учения Коперника, и все последующие астрономические исследования поставили этот факт вне всякого сомнения (см. солнечная система). Равным образом, лишь постепенно (см. география, геодезия, градусные измерения) выяснилось, что Земля, в общем, имеет форму шара, точнее говоря — форму сплюснутого шара (сфероида, эллипсоида вращения), так что короткий диаметр Земли, с которым совпадает ось вращения, на 43 км, короче, чем диаметр экватора. Вследствие вращения Земли нам кажется, будет вся вселенная вращается вокруг нее: солнце, луна и звезды восходят, проходят над горизонтом и заходят; лишь две точки на небе кажутся нам, неподвижными при этом суточном вращении небесного свода, именно те точки, на которые указывает ось вращения земли, продолженная в обе стороны, к северу и к югу; эти две точки называются полюсами мира — северным (он лежит в созвездии Малой Медведицы, около яркой звезды ее, т. н. Полярной) и южным (в созвездии Октанта). Поэтому в каждом месте Земли в каждый ясный вечер можно указать направление оси вращения земли, вытянув руку (или направив трубу) по направлению к полюсу мира. Вследствие движения Земли вокруг солнца нам кажется, будто солнце перемещается на небе вдоль большого круга (т. н. эклиптика, см.) на фоне зодиакальных созвездий и совершает полный обход неба за промежуток времени, называемый годом. Направление к полюсу мира (или, что то же, направление оси вращения Земли) составляет с плоскостью эклиптики (или, что то же, с плоскостью земного пути вокруг солнца) угол в 66 1/2°; от этого наклона происходит явление смены времен года (см.).

Наблюдения явлений суточного вращения небесного свода дают возможность определить форму и размеры Земли и расположение различных мест на ее поверхности. Положение какого-либо места на Земле определяется его географической широтой, его долготой, т. е. углом между его меридианом и условно принятым начальным меридианом (например, Гринвичским, Пулковским или др.), и высотой места над уровнем   океана. Представим себе, что    до какого-нибудь места суши проведен узкий канал от океана, и вообразим на его водной поверхности точку, лежащую под рассматриваемым местом Земли, т. е. на одной с ним вертикальной линии; расстояние места Земли от этой точки называется высотой его над уровнем океана (иные места суши, например, в Сахаре, лежат под уровнем океана). При помощи нивелировок (см. геодезия, XIII, 262/3) возможно измерить разности высот мест на земной поверхности, каждое из которых видно из соседних с ним, и, если этот ряд точек доведен до океана, то и высоты всех пройденных мест над уровнем океана будут определены. Вообразим себе под (а в иных случаях над) каждой точкой суши соответствующую ей точку водной поверхности океана, как бы продолженного в указанном выше смысле сквозь сушу, но без уничтожения последней. Все эти точки лежат на некоторой поверхности, и именно ее всегда имеют ввиду, когда говорят об определении формы и величины Земли; как показали геодезические измерения в XIX в., эта поверхность не представляет какой-либо простой формы, но приблизительно имеет форму сфероида (см. геодезия и градусные измерения, где приведены результаты различных исследований). Географической широтой места на Земле называется угол между вертикальной линией в нем и плоскостью земного экватора; она же есть и географическая широта соответствующей точки земного сфероида, т. к. обе лежат на одной вертикали. Пусть сплошная линия чертежа представляет меридиан земного сфероида; Р и Р₁ полюсы, Е, Е  — точки экватора, так  что линия ЕЕ перпендикулярна к линии РР₁; М — точка на поверхности сфероида, MZ — вертикальная линия в  этой точке; она лежит в плоскости меридиана; угол между MZ и ЕЕ есть географическая широта; вместе с углом между MZ и PP₁ он составляет 90°; с другой стороны, угол между MZ и PP₁ равен углу между MZ и МР', где МР' есть направление из места на земной поверхности к полюсу мира; таким образом, определение географической широты места сводится к определению угла ZMP', т. е. зенитного расстояния полюса мира в рассматриваемом месте Земли; но  т. к. полюс мира ничем непосредственно на небе не отмечен, то для определения географической широты места измеряют зенитные расстояния в меридиане какой-либо околополярной звезды в верхней и нижней кульминации; среднее из обоих зенитных расстояний равно зенитному расстоянию полюса, а дополнение этого угла до 90° есть географической широтой места (см. подробнее небесная сфера и вертикальный круг). MZ, как вертикальная линия, представляющая направление земной тяжести, перпендикулярна к спокойной поверхности океана и совпадает с нормалью к сфероиду, представляющему эту поверхность, а также с нормалью к меридиану; так как земной меридиан есть эллипс, а не круг, то ZM, вообще говоря, не проходит чрез центр Земли; различают поэтому от географической широты широту геоцентрическую, — так называемый угол, который образует с плоскостью экватора радиус, проведенный из центра земли к точке М.

Измерение разности долгот двух мест основывается на следующих соображениях: Земля совершает один оборот на 360° в 24 часа, в 1 ч.  она поворачивается на 15°, в 1 мин. на 15'; представим обе плоскости двух земных меридианов продолженными до звезд и одну какую-либо звезду; вследствие вращения Земля сначала один меридиан пройдет чрез звезду, а наблюдатель в этом месте увидит, что эта звезда проходит через  его меридиан; потом, через такой промежуток времени, за который Земля поворачивается на угол между обоими меридианами, второй меридиан пройдет через ту же звезду, и наблюдатель в этом месте увидит прохождение ее через его меридиан; если бы оба наблюдателя могли отметить эти моменты прохождения одной и той же звезды через их меридианы по одним и тем же, и притом верно идущим, часам, то из разности этих моментов можно было бы  определить и угол между меридианами, зная, что за 1 час Земля поворачивается на 15°. Определение момента прохождения звезды через меридиан по часам наблюдателя производится при помощи пассажного инструмента, или меридианного круга, но на деле каждый наблюдатель наблюдает по своим часам, а затем одновременные показания обоих часов сравниваются при помощи сигналов, посылаемых по телеграфной проволоке, для чего оба места соединяются проволокой непосредственно, без каких-либо промежуточных станций (по предварительному соглашению с государственными учреждениями, заведующими телеграфными сетями); в этом заключается основная идея наиболее точного способа определения долгот. Если в местах наблюдения нет телеграфной сети, то наблюдения производятся в обоих местах по одному и тому же хронометру, который перевозится из одного места в другое со всякими предосторожностями, чтоб он, по возможности, сохранял правильный ход, и затем наблюдатель обязательно возвращается в первое место, чтоб повторить в нем наблюдения, определить, насколько хронометр уходил вперед или отставал от верного времени, и принять его ход во внимание; для большей точности пользуются при этом, по возможности, не одним, а несколькими хронометрами; такие хронометрические экспедиции бывают поэтому всегда круговыми поездками. Подобными наблюдениями достигается определение положения разных мест на земном шаре; при помощи триангуляционных сетей (см. геодезия, XIII, 258) все такие места связываются одно с другим и получается возможность точного определения широт и долгот также и других промежуточных мест земной поверхности; все эти результаты ведут, в конце концов, к составлению географических карт (см. картография).

При таком связывании астрономически определенных точек на Земле между собой при помощи триангуляции оказывается иногда невязка: расстояние между точками в градусной мере (из разностей широт и долгот) не соответствует их расстоянию в саженях или метрах; таким образом обнаруживаются т. н. уклонения отвеса (подразумевается: от того направления, которое отвес должен иметь на поверхности сфероида); они случаются как в гористых местностях (например, на Кавказе), так и на равнинах (например, около Москвы); они объясняются тем, что в земной коре плотность не везде одинакова; присутствие более плотных пород или, наоборот, пустоты в земной коре изменяют то направление вертикальной линии (или направление силы земной тяжести), которое было бы в идеальном случае однородного сфероида.   Направление земной оси в небесном пространстве медленно изменяется, и сообразно с этим изменяются и места полюсов мира на фоне звездного неба; это движение оси Земли совершенно аналогично движению оси волчка; подобно тому, как эта ось, дрожа, описывает конус, так и ось Земли медленно движется вдоль конической поверхности (т. н. прецессия), но при этом совершает еще мелкие колебания (т. н. нутация); эти движения оси Земли отображаются на перемещении полюсов мира; каждый полюс описывает на фоне звездного неба круг с радиусом в 23 1/2° в течение 26 тысяч лет, перемещаясь за год на 20,0”, и в то же время совершает более мелкие колебания, не отходя от этого круга более, чем на 9,2”; от этого теперешняя Полярная звезда не всегда была и будет близ полюса; чрез 13 тысяч лет полярной звездой будет Вега, яркая звезда в созвездии Лиры. Такое движение оси Земли происходит оттого, что она не представляет однородного шара (она сплюснута и не однородна); притяжения солнца и луны, оказываемые ими на экваториальную выпуклость Земли, служат причиной этих движений. Эти движения не изменяют, однако, принципиально вышеизложенных приемов для определения географических широт и долгот (и других астрономических измерений), но лишь несколько усложняют их техническое выполнение.  В самом теле Земли ее ось вращения также не имеет постоянного положения, но перемещается очень сложным движением, не отходя, впрочем, от среднего своего положения более, чем на малый угол в 0,3”; сообразно с этим, полюсы Земли описывают на ее поверхности сложные кривые, не отходя от среднего положения дальше, чем на 9 метров; это вызывает  периодическое изменение географических широт, слишком малое, впрочем, для того, чтоб иметь, практическое значение для картографии; это явление интересно, однако, для геофизики, так как оно является, можно думать, следствием тех перемещений масс, которые происходят внутри 3емли.

С. Блажко.