2. Градусные измерения и другие крупные геодезические работы

В области геодезии в начале XIX в., так же как и в области астрономических исследований, произошел важный организационный перелом. В XVIII в. преимущественно трудами ученых из Академии наук была выполнена огромная работа по определению астропунктов, как основы для точных геодезических работ. Однако Отечественная война 1812 г. и последующий заграничный поход русской армии через Европу показали военному ведомству и правительству, что отечественная картография далеко еще не удовлетворительна. В частности, это было вызвано тем, что съемки территорий производились геодезистами часто без применения метода триангуляций и не было достаточного числа астрономических пунктов, определенных с достаточной точностью.

Поэтому с 1816 г. начались более систематические астрономические и триангуляционные работы и для их проведения в 1822 г. был учрежден Корпус военных топографов. Эти работы были организованы под руководством генерала К.И. Теннера (1783—1856), в первую очередь в западных губерниях России. Они проводились с очень высокой точностью: современные определения обнаруживают в работах Теннера ошибки при измерении углов менее 1″. Им был использован опыт лучших геодезистов той эпохи — французских. Но Теннер творчески переработал их способы, обнаружил недостатки в зарубежных приборах для измерения длины базиса и создал свой прибор — жезл (своего рода жесткую линейку), позволявший измерять длину базисов с точностью в 0,00003%. Смыкая геодезическую сеть своих измерений с геодезической сетью Западной Европы, Теннер соединил ее также с прусской триангуляцией, проведенной к тому времени Бесселем, и получил отличное схождение.

Теннер пришел к мысли использовать лучшие русские триангуляции для измерения большой дуги меридиана, что привело бы к уточнению сведений о размерах и форме Земли. В этой мысли он сошелся с В.Я. Струве; об этой их работе мы расскажем дальше.

Одновременно с Теннером, большие геодезические работы были выполнены генералом Ф.Ф. Шубертом (1789—1865), сыном выдающегося астронома акад. Ф.И. Шуберта.

По условиям времени, когда военное ведомство нередко ставило перед геодезистами узко практические задачи, Шуберт ослабил требования к точности геодезических измерений, но ускорил съемку обширных пространств России. С 1827 г. он возглавил организованное в России Гидрографическое бюро и расширил съемки морских побережий. Это было связано с широким развитием морских и океанских экспедиций русского флота, что привело к множеству важных географических открытий (в том числе открытию Антарктиды, о котором мы уже упоминали). Шуберт сконструировал новый базисный прибор и ввел в практику особый метод (так называемый метод прямоугольных координат) для обработки измерений, полученных при триангуляции. Он вычислил размеры Земли, принимаемой по форме за трехосный эллипсоид, тогда как до этого Землю принимали обычно за двухосный эллипсоид вращения.

Первые полные курсы высшей геодезии на русском языке были составлены военным геодезистом генералом А.П. Болотовым (1803—1853), внуком автора известных исторических «Записок» А.Т. Болотова (1738—1833), и вышли в свет в 1836—1837 гг. Эти труды Болотова, стоявшие на уровне научных требований своего времени и отражавшие лучшие традиции русской геодезической школы, по рекомендации В.Я. Струве были удостоены премии Академии наук.

Работу крупнейших русских геодезистов своего времени и их сотрудников объединил, связав со своими геодезическими измерениями в общую работу гигантского масштаба, директор Пулковской обсерватории В.Я. Струве.

Мы отмечали, что уже с начала XVIII в. в России делались попытки измерения базисов и даже градусных измерений, нужных для определения формы и размеров Земли. Уклонение формы Земли от шара нельзя было игнорировать при точных картографических работах, а научное значение этого вопроса также очень велико. В частности, радиус Земли является базисом для измерения параллаксов Луны, Солнца и планет, и знание его величины важно для определения масштаба всей известной части вселенной. Рост точности измерения параллаксов требовал и уточнения значения радиуса Земли. Однако Россия XVIII в. предъявляла астрономам и геодезистам более срочные требования, и условия для постановки таких работ тогда еще не созрели, так как для них требовалась и большая материальная база и наличие многочисленных кадров геодезистов высокой квалификации. В начале XIX в. с развитием элементов капиталистических отношений, с развитием промышленности и транспорта такая задача становилась уже нужной и осуществимой.

Напомним, что определение длины одного градуса меридиана складывается из измерения избранной дуги в линейных и угловых мерах. Угловое протяжение дуги определяется как разность географических широт концов дуги, определяемых астрономически. Линейную же длину дуги измеряют методом триангуляции, уже описывавшимся нами ранее, т. е. точно измеряют некоторый базис и пространство между концами дуги покрывают сетью треугольников, в которых измеряются путем визирования на вершины треугольников углы при них, а длины сторон вычисляются. Потом, зная азимуты сторон всех треугольников, можно вычислять и длину большой дуги, которую на пересеченной местности иначе и нельзя было бы измерить. Длина одного градуса, найденная таким способом, дает радиус кривизны измеренного отрезка меридиана, а определение этого радиуса под разными широтами дает представление о форме всего меридиана, т. е. о степени сжатия Земли. При прочих равных условиях точность результатов растет с ростом длины измеренной дуги меридиана.

Как известно, правильное указание на сжатие Земли у полюсов из измерений было получено французскими экспедициями в первой половине XVIII в., но их результаты были еще недостаточно точны.

В 1816 г. Лифляндскому экономическому обществу понадобилась топографическая карта Лифляндии, и оно предложило Струве (по его же, вероятно, инициативе) произвести астрономо-геодезическую съемку.

Конечно, интересы экономики прибалтийских областей были лишь отражением тех общих веяний и тенденций, которые стали распространяться в широких общественных кругах России в начале XIX в. Их же отражением было возникновение еще в конце XVIII в. Вольного экономического общества в Петербурге.

Эта эпоха характеризуется заметным сдвигом от примитивной помещичьей системы хозяйства к более развитым и экономически более выгодным формам. Более рациональное размещение сельскохозяйственных культур по территории, более рациональное географо-экономическое распределение обрабатывающей промышленности — все это требовало хороших географических карт. Составление таких карт, диктуемое жизнью, начало развиваться в России — нередко стихийно — именно в эту эпоху.

Астрономо-геодезическая съемка была связана со многими трудностями и прежде всего с недостатком в инструментах и в кадрах. Приходилось проявлять находчивость и изобретательность в методике наблюдений, привлекать к работе наиболее способных студентов и офицеров-практикантов. Эта первая геодезическая работа Струве, несмотря на перечисленные затруднения, оказалась выполненной прекрасно и была отнесена специалистами к лучшим работам этого рода. Она принесла пользу и русской астрономии и самому Струве, показав еще раз правящим и влиятельным кругам царской России реальную пользу, приносимую астрономией. Струве не собирался останавливаться на этой работе, и теперь он мог уже рассчитывать на финансовую поддержку своих научных предприятий.

Производя геодезическую съемку в Лифляндии, Струве заметил, что эта область представляет большие удобства для измерения дуги меридиана протяжением 3°,5. В 1818—1819 гг. Струве стал хлопотать о возможности произвести это градусное измерение и, получив поддержку, приступил с 1820 г. к работе и закончил ее в 1827 г. Уже в 1832 г. вышло изложение результатов этого блистательного труда. Вообще, нужно отметить ту исключительную и похвальную быстроту, с которой Струве производил окончательную обработку наблюдений и выпускал готовую, всегда тщательно отделанную работу в свет.

Таким образом, Струве задумал и выполнил измерение отрезка меридиана в Лифляндии. Его сотрудники и ученики под его руководством выполнили такое же измерение в Финляндии, а генерал Теннер, как мы уже говорили в начале этой главы, проводил такую же работу в Литве. Струве задумал объединить все эти измерения в одно гигантское определение длины значительной части меридиана, чтобы точнее установить размеры и форму Земли. Предприятие это сталкивалось, конечно, с многими административными и техническими затруднениями.

Производя свои измерения, Теннер дошел в 1844 г. до Днепра, где к нему присоединился Струве; продолжая далее работу совместно, они пересекли Бессарабию и дошли до Дуная.

После этого Струве специально ездил в Стокгольм с целью заинтересовать шведских и норвежских астрономов и побудить их к продолжению этой работы на Скандинавском полуострове — к северу от Торнео, в сторону Ледовитого океана, что Струве и удалось. Измерения были выполнены под наблюдением Струве и при его участии как в планировании всей работы, так и в методике ее проведения. В результате получился единый, грандиозный и тщательно продуманный труд («Дуга меридиана в 25°20′″ между Дунаем и Ледовитым морем, измеренная с 1816 по 1855 год». Изд. Акад. наук, СПб., 1861). Методы измерения углов и базисов, разработанные Струве для этой цели, впоследствии долго практиковались при всех русских триангуляциях. Выдающийся советский геодезист Ф.Н. Красовский писал о геодезических работах В.Я. Струве: «Чрезвычайно интересные и талантливые исследования ошибок измерения углов и базисов, исполненные Струве... заставляют геодезистов всех стран изучать его сочинения и в настоящее время; беседа через книгу «Дуга меридиана» с этим большим умом, талантливым теоретиком и большим практиком действительно необходима для воспитания начинающего геодезиста и полезна опытному, много работавшему геодезисту для проверки самого себя». В частности, Струве разработал метод измерения углов так называемыми «круговыми приемами». Им был также построен новый базисный прибор, позволивший измерять длину базиса с исключительной по тому времени точностью — до одной миллионной доли измеряемого базиса, углы же при триангуляции измерялись с точностью от 1″ до +0″,6. Были выработаны новые принципы так называемого уравнивания триангуляций и обработки градусных измерений. Возможную ошибку в измерении всей гигантской дуги протяжением более 2½ тысяч км Струве оценивал величиной всего лишь в + 12 м.

Рис. 76. Измерение базиса прибором В.Я. Струве во время большого градусного измерения.

Русско-скандинавское измерение дуги меридиана от Гаммерфеста до устья Дуная является одним из крупнейших мероприятий этого рода. Впоследствии были произведены измерения англо-французское от Шетландских островов до Алжира (28°), американское — от Техаса до Миннесоты (23°), индийское — от Гималаев до южной оконечности Индии (25°) и африканское — от озера Танганьика до Капской колонии (21°).

Русско-скандинавское измерение является до известной степени завершением грандиозных по масштабу астрономо-геодезических измерений, выполненных в значительной мере под руководством русского Генерального штаба, а отчасти и стихийно, усилиями молодых русских обсерваторий, возникших в первой половине XIX в.

О многочисленных определениях географических координат городов и о триангуляциях, охвативших обширнейшие территории России, мы уже упоминали неоднократно. По своему масштабу эти измерения далеко превзошли аналогичные предприятия сравнительно небольших по территории западноевропейских стран. Русскими военными геодезистами были проложены градусные измерения вдоль параллелей 47½ и 52°.

В 1836—1838 гг. под руководством Е.Е. Саблера и А.Н. Савича была определена разность уровней Черного и Каспийского морей. В.Я. Струве, организовавший эту работу, впервые применил для этой цели так называемую базисную (параллактическую) полигонометрию. В 1847—1853 гг. генерал Ходзько выполнил первоклассную триангуляцию Закавказья, а в 1860—1865 гг. — и Северного Кавказа. Необходимость подобных работ диктовалась частыми военными действиями, происходившими вдоль границ государства, в особенности на Кавказе и в Средней Азии. Точные координаты, необходимые в военном деле, сделались особенно нужными и в связи с развитием транспорта, в частности с постройкой первых железных дорог, с колонизацией вновь приобретенных и еще не освоенных земель.

В процессе осуществления этих работ выросли высококвалифицированные кадры специалистов, астрономов-астрометристов, полевых астрономов и военных геодезистов, разъезжавших с угломерными приборами по губерниям и областям, настойчиво и упорно собиравших данные для нанесения их на карту. Только опираясь на эти данные и на тот интерес, который подобные мероприятия возбуждали в передовых слоях общества и у военных деятелей, Струве смог осуществить свое гигантское предприятие по измерению дуги меридиана.

Обширнейшие геодезические работы, выполненные в России, поражали зарубежных ученых своим объемом и точностью. По поводу обзора деятельности Корпуса военных топографов, изданного Ф.Ф. Шубертом в 1858 г., в Германии писали: «В Европе привыкли смотреть на Россию в научном отношении неблагоприятно и считать ее заметно отставшей от остального образованного мира. Обзор генерала Шуберта астрономических и геодезических работ, исполненных в России до 1855 г., представляет блестящее доказательство того, что Россия, во всяком случае на географическом поприще, опередила другие государства Европы, сделала неожиданные, поистине изумительные успехи».

Федор Федорович Витрам (1854—1914)

Во второй половине XIX в., кроме упомянутых выше кавказских триангуляций, необходимо отметить астрономо-геодезические работы в Туркестане, начатые в 1870 г. И.И. Жилинским, инициатором создания Ташкентской обсерватории, которая, как мы видели, внесла затем крупнейший вклад в картографию Средней Азии. Определение астрономических пунктов и триангуляционные измерения производились по берегам Каспийского моря Н.А. Ивашинцевым (1856—1867 гг.), Черного и Азовского — астрономом И.Е. Кортацци из Николаева и адмиралом Зарудным (1871—1901), а в конце XIX в. расширились работы, производившиеся ранее Теннером вдоль западной границы России. В 1897—1907 гг. они были объединены генералом К.В. Шарнгорстом, в свое время также причастным к организации Ташкентской обсерватории.

Начатые в 1909 г. триангуляции от Пулкова к Николаеву (параллельно прежней триангуляции Струве и Теннера), проводившиеся под руководством И.И. Померанцева, ранее работавшего в Ташкентской обсерватории, были прерваны мировой войной. Этой же войной были прерваны начатые большие триангуляции в Сибири, на морях Белом, Балтийском, Каспийском, но в 1913—1916 гг. все же удалось связать друг с другом уровни Балтийского и Черного морей.

Среди крупнейших астрономов-геодезистов конца XIX и начала XX в. необходимо назвать профессоров Ф.Ф. Витрама (1854—1914), В.В. Витковского (1856—1924), Н.Я. Цингера (1842—1918) и И.А. Иверонова (1867—1916), которые воспитали многих выдающихся штатских и военных геодезистов, учившихся в Академии Генерального штаба, в Московском Межевом институте и совершенствовавшихся в Пулковской обсерватории.

После Великой Октябрьской социалистической революции, направившей усилия ученых на плановое развитие народного хозяйства и создавшей условия для полной перестройки всей науки, геодезия разрослась в Советском Союзе настолько, что фактически стала большой самостоятельной областью науки, опирающейся на многочисленные кадры и требующей самостоятельного освещения ее истории.