Основные задачи науки XVII—XVIII вв.

Геодезия и тесно связанная с ней гравиметрия сформировались как современные науки в XVII—XVIII вв. Именно в этот период на территории ряда стран Европы: Голландии (В.Я. Блеу, П.В. Мушенбрек, В. Снелль), Англии (Р. Норвуд), Италии (Дж. Б. Риччьоли, Ф. Бьянкини) и Франции (Ж.Ф. Фернель — еще в 1528 г., затем Ж. Пикар, Дж. Д. и Ж. Кассини и др.) были проведены первые градусные измерения, давшие приблизительные оценки формы и размеров Земли.

В ходе этих работ в 1615—1617 гг. В. Снелль ввел в практику метод триангуляции, опубликованный Г. Фризи еще в 1533 г. и опробованный ь 1540 г. его учеником Г. Меркатором при проведении съемок во Фландрии.

Изобретение в XVII в. телескопов, а также маятниковых часов и хронометров открыло дорогу в жизнь другой идее Фризи, высказанной им в 1553 г., — измерению географических долгот с помощью переноски часов. В 1669—1670 гг. во Франции Ж. Пикар впервые применил геодезические инструменты со зрительными трубами, снабженными сетью нитей. В конце XVII в. были получены также и первые сообщения об уменьшении длины секундного маятника в районах, близких к экватору: Кайенна (Ж. Рише, 1672 г.), остров Святой Елены (Э. Галлей, 1677 г.) и др.

Использовав эти сообщения, И. Ньютон на основе теоретических представлений о тяготении пришел к заключению о том, что Земля должна иметь форму сплюснутого у полюсов сфероида, и оценил величину сжатия как 1/230. Его результат был опубликован в первом издании «Математических начал естествознания» [148]. В 1690 г. также на основе теоретических соображений к аналогичному заключению пришел и Х. Гюйгенс, получивший, правда, значительно ме́ньшую величину сжатия 1/576 [149]. Это означало, что кривизна земной поверхности в околополярных областях должна быть меньше, чем у экватора.

В таком случае следовало ожидать, что экваториальный и полярный радиусы Земли окажутся неравными, а сила притяжения, обратно пропорциональная квадрату расстояния, будет возрастать к полюсам и уменьшаться к экватору. Этому, казалось бы, противоречили первые европейские градусные измерения, выполненные в XVII в., о которых говорилось выше.

Проанализировав их результаты, врач из Страсбурга И.К. Эйзеншмидт в 1691 г. пришел к выводу, что длина дуги меридиана в 1°, вопреки утверждению Ньютона, уменьшается к полюсам, а следовательно, Земля должна иметь форму вытянутого у полюсов сфероида [150].

Наиболее полно разработал эту гипотезу Ж. Кассини, имя которого она и получила. Гипотеза Кассини опиралась на данные градусных измерений вдоль Парижского меридиана. На север от Парижской обсерватории измерения проводились под руководством Ж. Пикара, южная часть того же меридиана измерялась под руководством Дж. Д. Кассини. В 1713—1718 гг. дуга Парижского меридиана была продолжена на север до Дюнкерка — французского порта на побережье Северного моря и на юг — до Коллиура, на побережье Средиземного моря.

По окончании работ, проводившихся на последнем этапе под руководством Ж. Кассини, измеренная часть Парижского меридиана составила около 8°.5. Столь большой дугой не располагала в то время ни одна страна мира, кроме Франции. Гипотеза Кассини о вытянутой у полюсов фигуре Земли была изложена в ряде его статей, опубликованных в Мемуарах Парижской Академии наук за 1710—1718 гг., особенно подробно за 1713 [151] и 1718 гг. [152], а также в книге «О величине и фигуре Земли» [153].

В начале XVIII в. вопрос о фигуре Земли приобрел необычайную остроту. Прежде всего это объяснялось тем, что представление о вытянутой у полюсов фигуре Земли вытекало и из разработанной Р. Декартом вихревой системы мира, пользовавшейся в то время всеобщим признанием. Неудивительно, что гипотеза Кассини получила широкое распространение во Франции, где господствующее положение занимали тогда картезианцы.

Это мнение разделяло и подавляющее большинство ученых на континенте Европы. Лишь на Британских островах, где учение Ньютона уже завоевало признание, преобладало представление о сплюснутой у полюсов фигуре Земли.

Повышенное внимание к теоретическому вопросу о фигуре Земли усиливало еще и то обстоятельство, что он оказался тесно связан с проблемами картографии. Ведь точность географических карт, как морских, так и сухопутных, определялась тем, какая форма Земли принималась за основу. Таким образом, главной задачей геодезии и гравиметрии XVII—XVIII вв. стало решение вопроса о фигуре Земли. От него зависело не только развитие картографии и навигации, но и дальнейшая судьба всего современного естествознания.

Итак, решался не только вопрос о фигуре Земли, но и о том, оставаться ли естествознанию и дальше в плену картезианских представлений, дающих лишь приблизительные и качественные «вихревые» оценки, или же основываться на твердом фундаменте ньютоновского учения, допускающего количественные расчеты.