От Земли до Солнца

На протяжении многих веков мечтали люди о полетах к далеким мирам Вселенной. Бесспорно, на пути к межпланетным перелетам предстоит преодолеть еще много, очень много трудностей и препятствий. Даже полет к Луне требует решения задач колоссальной сложности. Необходимы почти фантастическая точность, четкая работа сложнейшей аппаратуры. Для примера скажем, что если при расчете траектории не учитывать сжатие Земли, которым пренебрегают в обычных вычислениях, то ошибка составит сотни километров. Изменение в скорости всего на 1 метр в секунду приведет к отклонению от точки встречи с Луной на 250 километров.

Для расчета траекторий космических кораблей исключительно важно знать наиболее точное значение среднего расстояния до Солнца, то есть астрономической единицы. Достигнутая в настоящее время точность удовлетворяет большинство астрономических запросов, но она недостаточна для современных проблем космонавтики. При запуске межпланетных ракет к Венере, Марсу или другим планетам ошибка в определении астрономической единицы даже на несколько тысяч километров поведет к тому, что ракета не попадет в заданное место планеты или даже вообще на планету. Отсюда ясно, что величину астрономической единицы необходимо знать с точностью до немногих сотен километров — с такой же относительной точностью, с какой производятся наиболее точные линейные измерения на Земле.

Каким способом определяется астрономическая единица длины? Известно несколько способов, результаты которых хорошо согласуются между собой. О некоторых из них и будет рассказано в этой статье.

КАКУЮ ДЛИНУ ЧЕМ МЕРИТЬ

Огромное расстояние отделяет Солнце от Земли. Чтобы добраться до Солнца, пешеходу потребовалось бы не менее 3 400 лет непрерывного хода, курьерскому поезду — 200 лет, скоростному самолету — 20. Насколько можно доверять этим числам? Точности в одну тысячную (то есть 1 мм на метр измеряемой длины) для длины порядка одного метра легко достигнуть даже с помощью хорошей масштабной линейки или мерной ленты. Но точность в одну миллионную (1 мм на километр длины) уже близка к пределу возможного при современной технике.

Для космических расстояний применяются более удобные единицы, чем метры и километры. Например, радиус земного шара (точнее, земного экватора) применяется для измерения планет и расстояний до Солнца; средний радиус земной орбиты — для пределов солнечной системы; а единица в 206 265 раз более крупная, называемая парсеком, — для вычисления расстояний до звезд.

Но чтобы все эти единицы привести к одной общей мере — метру, нужно знать, сколько метров содержится в радиусе земного экватора и сколько таких радиусов укладывается в среднем радиусе земной орбиты (или, как говорят, в ее большой полуоси), равном среднему расстоянию от Земли до Солнца. Это расстояние называется астрономической единицей длины. Вообще же расстояние до Солнца вследствие эллиптичности земной орбиты может меняться на 1/60 долю в ту и другую сторону. Вот почему под расстоянием до Солнца обычно подразумевается именно средняя величина этого расстояния.

ПРЕЖДЁ ИЗМЕРИМ ЗЕМЛЮ

Прежде чем «покинуть» нашу планету и отправиться «промерять» космос, нужно сначала обмерить земной шар и найти длину радиуса экватора. Землю измеряют методом триангуляции. Для этого разбивают путь между измеряемыми пунктами на сеть треугольников, в вершинах которых устанавливаются вышки, называемые геодезическими сигналами. В Треугольниках, по возможности близких по форме к равносторонним, определяются со всей точностью углы и длина одной из сторон. Базис измеряется особыми проволоками, длина которых контролируется по точным копиям международного метра, имеющимся во многих странах мира.

Так устанавливается длина в метрах некоторой дуги на поверхности Земли, а астрономическими наблюдениями на концах дуги определяют, какую долю всей окружности Земли составляет промеренная дуга. Так находят и радиус земного шара в разных местах, что нужно и для исследования фигуры Земли и для определения радиуса земного экватора, который употребляется дальше в качестве новой меры длины.

Все эти измерения совершаются на твердой земной поверхности, на которой можно строить геодезические вышки, подвешивать на штативах мерные проволоки, устанавливать теодолиты для определения углов. А как быть, когда речь идет об огромных расстояниях в космическом пространстве, где подобные действия невозможны?

В землемерном деле существует способ определения расстояния до недоступного предмета. Это способ засечки: с двух пунктов, расстояние между которыми известно, визируют недоступный предмет. И определяют направления, по которым он виден. В точке пересечения прямых линий и находится определяемый предмет.

Но для того, чтобы такая засечка дала уверенный результат, нужно, чтобы прямые пересекались не под очень острым углом. Чем острее угол, тем менее уверенно определяется точка пересечения. Если бы землемеру предложили определить расстояние до предмета, линии на который пересекаются под углом в 9 градусов, то он отказался бы от решения такой задачи как совершенно безнадежной. А именно с такой задачей мы встречаемся при определении расстояния до Солнца тригонометрическим методом. Посмотрим, как она решается. Но уже в следующей статье.

Продолжение следует.

Автор: А. А. Михайлов.