Тысячная доля секунды

Секунда — величина маленькая, но все же вполне ощутимая. За одну секунду можно сказать не спеша два недлинных слова.

Точность же современного астрономического определения времени достигла величины нескольких тысячных долей секунды.

Одна тысячная секунды! Эту меру трудно себе представить— уж очень она мала. Самое быстрое движение, на какое способен человек, это миг — мгновение ока, но, чтобы мигнуть, все-таки требуется ни мало, ни много, а четыреста тысячных долей секунды. Только чтобы закрыть глаза, и то надо семьдесят тысячных долей секунды.

Уколов палец иголкой, человек почувствует боль не сразу; чтобы ощутить боль от укола пальца, приходится ждать сорок тысячных долей секунды.

Даже комар — одно из самых быстрокрылых насекомых — и то за одну тысячную долю секунды не успевает махнуть крылышками. За этот срок он может только либо поднять, либо опустить крылышки.

Современный скоростной самолет с реактивным мотором, обгоняющий в полете звук, за одну тысячную долю секунды пролетит всего-навсего… около семидесяти сантиметров.

Так мала одна тысячная.

Астрономы добились поразительной точности; но можно ли этим гордиться? Кому нужна такая скрупулезная точность, кому от нее польза? В повседневной жизни мы прекрасно обходимся без нее. Если наши часы ошибаются на минуту в сутки, то это считается хорошо. Даже в железнодорожных расписаниях никогда не указывают секунд, — вполне достаточно минут.

Главным и очень требовательным заказчиком точности являются не моряки и не летчики, не топографы, которые с помощью сигналов точного времени определяют долготу, а разведчики подземных богатств — геологи.

В русских сказках наряду с ковром-самолетом и разрыв-травой существует также волшебный цветок папоротника. Он якобы вспыхивает голубым огоньком над тем местом, где зарыт какой-либо клад. Кто владеет таким цветком, — говорится в сказках, — тот может найти любое богатство, зарытое в земле.

Сейчас советские ученые изобрели изумительно чуткие приборы. Далеко до них сказочному цветку папоротника.

Угадывать скрытые изгибы земных пластов, определять плотность пород, залегающих на глубине двух — трех километров, и даже определять количество скрытых природных богатств — видеть в глубь земли — все это позволяют делать волшебные приборы, созданные отечественной наукой.

Сила тяжести на Земле не везде одинакова. Если где-либо в верхних слоях земной коры находится масса большей плотности, чем окружающие ее породы, например крупная залежь железной руды, то сила тяжести над этой залежью будет больше, чем в стороне от нее.

Если в земле находится пласт легких пород вроде мела, гипса или нефтяное месторождение, то сила тяжести над таким местом окажется меньше нормальной.

Измеряя силу тяжести в различных точках земной поверхности, геолог разведывает плотность пород, залегающих под почвой. Связав ее с другими геологическими данными — возрастом горных пород, характером изгибов пластов, — он решает, какие полезные ископаемые можно предполагать в данном месте.

Для определения силы тяжести существуют приборы, которые называются гравиметрическими. (Латинское слово «гравис» означает: «тяжелый».) Простейшим гравиметрическим прибором могут служить достаточно точные часы с маятником. Время качания маятника зависит от его длины и от притяжения Земли.

Различные маятниковые приборы, и часы в том числе, отличаются замечательной чувствительностью к малейшим изменениям силы тяжести. Это прекрасно понимал великий ученый и первый русский академик — Михаил Васильевич Ломоносов.

Он строил особые маятники или, как их называли в те времена, пендулы и с их помощью производил наблюдения за колебаниями силы тяжести на земной поверхности.

В рапорте о своих трудах за 1758 год Ломоносов пишет: «Сделал четыре новоизобретенных мною пендулы, из которых один медный, длиною в сажень, однако служит через механические стрелки против такого, который был бы вышиною с четвертью на версту».

Идеи Ломоносова о наблюдениях за силой тяжести с помощью маятников развивал и совершенствовал другой великий русский ученый — Дмитрий Иванович Менделеев. Он также строил маятниковые приборы и производил измерения силы тяжести.

Наблюдения за ходом современных точных часов показали, что, их маятники, находясь глубоко в подвале, «чувствуют» такие явления, как восход луны на небе.

Когда луна поднимается высоко над горизонтом, ее тяготение сказывается на силе тяжести. Притяжение луны противодействует земному тяготению; оно ослабляет его и все предметы на той стороне земного шара, которая обращена к луне, становятся чуть легче. Например, мальчик или девочка, весящие 25 килограммов, при свете луны становятся на 0,0055 грамма легче, чем до восхода луны. А маятники соответственно замедляют свое качание.

Этой чувствительностью маятниковых приборов пользуются геологи для определения силы тяжести в различных местах земной поверхности. Где сила тяжести больше, там маятник будет качаться быстрее — часы будут спешить; где сила тяжести меньше, маятник будет качаться медленнее, а часы — отставать.

Поэтому часы, выверенные в Ленинграде, уже в некоторых местах неподалеку от города покажут небольшое изменение хода. Под ленинградской почвой находятся пласты синей глины, а в окрестностях Ленинграда кое-где к поверхности земли подходят более тяжелые и плотные граниты. В таких местах сила тяжести будет чуть больше, и ленинградские часы там будут торопиться.

Таким образом, сравнивая ход часов, можно определить разницу в силе тяжести и плотность горных пород.

Разумеется, для гравиметрических исследований употребляют не часы, а специальные приборы.

Самой важной частью всех этих приборов является маятник. Поэтому геологи, занятые гравиметрической разведкой, на месте работ ежедневно принимают сигналы точного времени. Они сообщают им надежно выверенную величину секунды и позволяют непрерывно контролировать качания маятника.

Эта работа имеет необычайно важное значение. Весь наш народ стремится сделать свою Родину страной изобилия, могучей державой, которая была бы застрахована от всяких случайностей, а для этого прежде всего наша страна должна иметь первоклассную промышленность. Поэтому нам необходимо исследовать и использовать природные богатства нашей страны.

А остановись хотя бы на несколько суток деятельность службы времени, — и замрут в бездействии сотни гравиметрических экспедиций, работающих в различных уголках нашей Родины.

Служба времени — ценный помощник разведчиков природных богатств.

 

Второй потребитель точности

Не только геологи требуют высшей точности, — того же требуют и работники связи.

Включите приемник, поворачивайте рукоятку настройки — и почти на каждом делении шкалы, особенно на коротких волнах, будете слышать какую-либо станцию. Доносится писк морзянок кораблей и полярных станций, слышны монотонные ряды чисел метеорологических сводок, звучит музыка, пение, речь.

Даже легкое движение рукоятки уже ловит новую станцию. Их сотни; они все работают одновременно, но крайне редко случается, что какая-либо станция собьется со своей волны, сползет на чужое место и спутает передачу с соседней станцией. Радиопередатчики строго выдерживают заданную им длину волны.

Следуют за длиной волны и поддерживают ее на заданной величине особые приборы. А для регулировки и поверки этих приборов нужно знать предельно-точную величину секунды, то есть приходится пользоваться опять-таки сигналами службы времени.

Немногие знают, что когда москвич разговаривает по телефону с Ленинградом, Киевом или другим большим городом, то вместе с ним, одновременно по тому же самому проводу, говорит еще несколько человек и передают несколько телеграмм. Но разговоры не смешиваются, телеграммы не путаются и никто из разговаривающих не мешает другому.

Многократное телефонирование дает огромную экономию.

Там, где при старом способе понадобилось бы много проводов, теперь достаточно одного. А осуществляется оно благодаря применению переменного тока различной частоты.

Телефонный разговор транслируют по проводам с помощью приборов, подобных радиопередатчикам. Каждый такой аппарат настроен на определенную длину волны, на определенную частоту электрических колебаний.

Чтобы разговаривающие не мешали друг другу, частоту колебаний контролируют и поддерживают на заданном уровне приборы, подобные тем, которые применяются на радиостанциях.

Для их регулировки необходимы сигналы точного времени.

Если бы служба времени почему-либо прекратила свою деятельность на несколько суток, то и радиостанция и телефонные аппараты междугородных станций утратили бы свою точную регулировку и в приемнике радиослушателя раздалось бы сумбурное бормотание нескольких станций сразу, а по телефону разговоры оказались бы весьма затруднительными.

Третьим важным потребителем точного времени являются геодезисты, штурманы морских и воздушных кораблей, а также географы и многочисленные экспедиции, которые работают в холодных странах Арктика и Антарктики, в тайге Сибири или в пустынях Средней Азии.

Этих заказчиков в службе времени называют одним словом — «долготники», потому что они с помощью сигналов точного времени определяют географическую долготу.

 

Миллион проклятий долготе

Один старый моряк еще в прошлом столетии подсчитал, во сколько обошлось человечеству неумение определять долготу в море. У него получились внушительные цифры — потери в битве с долготой превышают самые кровопролитные морские сражения. Несколько сот кораблей, несколько десятков тысяч жизней, на много миллионов рублей ценного груза отправилось на дно океана. И все из-за ошибок в определении долготы. Убытки же, вызванные блужданием в океане по той же причине, не поддаются исчислению.

Определение географической долготы на голубых дорогах океана было одной из «проклятых» задач, которой наука никак не могла найти решения.

Широту моряки определяли быстро и просто — измерил высоту Полярной звезды над горизонтом и узнал широту. Если не видна Полярная, можно воспользоваться любой другой яркой звездой или Луной. Днем можно измерить высоту Солнца над горизонтом. Особенной разницы нет, только в этих случаях необходимо прибегать к помощи астрономических морских таблиц. Для определения широты было много способов, для долготы — ни одного.

Дело дошло до того, что в 1713 году английское правительство объявило: «20 тысяч фунтов стерлингов тому, кто укажет способ определения долготы». По тем временам это была колоссальная сумма — 120 тысяч рублей золотом — целое состояние!

Сотни людей, главным образом астрономов и часовщиков, принялись за работу.

Успеха добился часовщик Джон Гаррисон. Он построил особо точный хронометр, не боящийся морской качки.

Первый хронометр Гаррисона.

Хронометр позволяет определить долготу вполне успешно, лишь бы он был точен и надежно выверен. Поэтому каждая экспедиция, каждый штурман корабля, собирающегося в дальнее плавание, всегда посылали свои хронометры на проверку. В прошлом столетии проверкой хронометров занимались астрономические обсерватории.

В Пулкове, например, постоянно гостило до пятидесяти хронометров разных кораблей и экспедиций. Для исследования хода в Пулково присылали хронометры из соседних стран, и в том числе из Англии. Пулково всегда славилось тщательностью и высоким качеством астрономических исследований.

Когда вдоль дорог встали телеграфные столбы, Пулково стало передавать сигналы точного времени по телеграфу и впервые в мире осуществило проверку хронометров на расстоянии около двух тысяч километров от обсерватории.

27 и 28 июня 1899 года из Пулкова в Архангельск были переданы, сигналы точного времени, с помощью которых проверила свои хронометры экспедиция герцога Абруццкого, направлявшаяся к Северному полюсу.

Куда бы ни занесло корабль, куда бы ни забрела экспедиция, — заблудиться она не может, если у нее есть хронометр.

На земном шаре на каждом меридиане время разное. Когда в Москве наступает полдень, то на Дальнем Востоке этот полдень уже прошел, там вечер. С помощью несложных астрономических наблюдений и заранее составленных таблиц по Солнцу, а ночью по звездам можно узнать местное время, то есть время своего меридиана.

Так штурманы и делают — узнают местное время и затем смотрят на хронометр. Хронометр показывает время той обсерватории, которая его проверяла. Разница, полученная простым вычитанием, даст долготу.

Например, штурман почтового самолета определил, что местное время на том меридиане, где он находится, равно 10 часам 44 минутам и 9 секундам. Затем он посмотрел на хронометр, выверенный по пулковским часам; хронометр в момент наблюдения показывал 2 часа 11 минут и 3 секунды. Значит, обсерваторию и самолет разделяет расстояние в 8 часов 33 минуты и 6 секунд. Известно, что один час равен 15 градусам, а одна минута времени— 15 дуговым минутам. Умножение на 15 дает географическую долготу. Если сказать, что широта самолета равна 53°01′, то ясно: самолет находится над Петропавловском-на-Камчатке; можно пробивать облака и идти на посадку.

Такой способ определения долготы называется «способом перевозки хронометра». Штурман с помощью хронометра возит с собой показания часов обсерватории и, когда нужно — сравнивает местное время с ними.

Надежность этого способа зависит от качества хронометра. Если он хорошо держит ход, то штурман может быть спокоен. Но если от качки или случайного толчка хронометр допустит ошибку, то ошибется и штурман.

А ошибка может быть весьма значительной. На широте Москвы погрешность хронометра только на одну минуту вызовет ошибку в определении местонахождения в 15 километров.

Такая точность терпима для какого-либо тихоходного парусника или рыболовной шаланды, но для океанского парохода или для боевого корабля местоположение надо определять с точностью в несколько кабельтовых.

Для землемерных работ, при составлении точных географических карт местности и этого недостаточно — там не допускается ошибка даже в несколько метров, — то есть определение долготы приходится производить, пользуясь не минутами, а долями секунд. Поэтому при точных работах по измерению земного шара наибольшие трудности представляло не столько само определение местного времени, сколько перевозка хронометров. В пути за ними следили, как за малыми детьми, оберегая их от случайных и опасных толчков.

В 1859 году экспедиция пулковских астрономов работала в труднодоступных районах тогдашней Петербургской губернии. Для перевозки снаряжения был построен особый экипаж. Ученые везли с собою, кроме астрономических и геодезических инструментов, еще 12 хронометров, потому что иначе они не могли быть уверены в точности определения времени. Если бы они взяли с собой только один хронометр, то во время работы им никоим образом не удалось бы проверить его и узнать, ошибается ли он и насколько. Если бы они взяли два хронометра, — было бы не лучше. Ученые не знали бы, какой из них ошибается. Поэтому астрономы решили иметь 12 хронометров и из всех их показаний выводить наиболее точную величину секунды.

Русский астроном Петр Михайлович Смыслов, который возглавлял эту экспедицию, подробно описал в своей книге все трудности, возникавшие при переездах. Для геодезических работ приходилось заезжать в самые глухие места, куда и тропинок не было проложено. Переправлялись через болота, взбирались на крутые косогоры. Особенно трудно было во время дождей. Тяжелый экипаж, с трудом двигаясь по распустившемуся глинистому грунту, беспрерывно угрожал свалиться в овраг или скользил вниз. Измученные крестьянские лошади не в состоянии были удерживаться на некованых ногах. Иногда встречались песчаные крутые горы, на которые экипаж втаскивали, призывая на помощь крестьян из ближайших деревень.

«На одну из таких гор, — пишет П. М. Смыслов, — после переправы через реку Пашу наш тарантас можно было поднять не иначе, как воротом, с помощью барочного каната, зацепленного за толстое дерево на верху горы. При этом помогало до 40 людей и 6 лошадей».

Во время таких переездов астрономы оберегали хронометры, предпочитали переносить их на руках, чтобы не подвергать толчкам и тряске и рисковать точностью своих измерений.

Однако даже самое бережное обращение с хронометром не спасало моряков и геодезистов от ошибок. Определение долготы по способу перевозки или переноски хронометров было не вполне надежным делом. Хронометр, вынесенный из стен обсерватории, становился совершенно бесконтрольным прибором. Проверить его в пути не было никакой возможности. Может быть, он спешит; может быть, отстает. Этого никто знать не мог. И чем дольше продолжалась экспедиция, тем значительнее становилась ошибка хронометра.

Для надежности нужен был контроль в пути.

Двести лет назад британское правительство выплатило изобретателю хронометра Гаррисону только 10 тысяч фунтов стерлингов. Вторую половину премии оно удержало под тем предлогом, что хронометр не вполне надежный инструмент для определения долготы. Однако эта премия по справедливости должна была бы принадлежать великому русскому ученому Александру Степановичу Попову. Именно его изобретение окончательно решило непокорную задачу долготы.

Теперь, как и прежде, на всех кораблях имеются хронометры. Но никто не боится, что качка испортит их ход Круглые сутки в радиорубке дежурит радист. В холодных водах Антарктики и в просторах Тихого океана, близ экватора, в любом уголке земного шара радисты слышат радиосигналы точного времени. Теперь хронометры не смеют ошибаться, — их ход проверяют несколько раз в сутки.

Примерно тридцать пять тысяч торговых и военных кораблей разных флагов бороздят моря и океаны земного шара. Тридцать пять тысяч радистов принимают сигналы точного времени и тридцать пять тысяч штурманов склоняются над картами, прокладывая курс корабля. Никого из них не смущают трудности определения долготы. Оно стало теперь таким же простым и надежным делом, как и определение широты.

Это неоценимая заслуга радиотехники и службы времени.

Именно ее сигналы помогли Герою Советского Союза М. Водопьянову посадить свой самолет на Северном полюсе, а Героям Советского Союза — В. Чкалову и М. Громову — поставить мировые рекорды дальности полета.

Сигналы радиомаяков давали им направление, а сигналы точного времени помогали определять долготу.

Машина мчалась над белой пустыней, но она была окружена тысячей советских друзей.

В годы Великой Отечественной войны сигналы точного времени помогали ориентироваться эскадрильям тяжелых бомбардировщиков, которые несли возмездие в логово фашистского зверя. Несмотря на полное затемнение и тщательную маскировку Берлина, наши самолеты безошибочно ориентировались в темноте и выходили прямо к цели.

После Великой Отечественной войны густая сеть авиационных линий покрыла территорию Советского Союза. Общая длина воздушных путей уже не уступает протяженности железных дорог. Растет число международных авиалиний. Сотни самолетов уходят и прилетают строго по расписанию, и на каждом из них штурман-радист пользуется сигналами точного времени для проверки своих хронометров.

 

Ловля «радиозайчика»

Два советских академика — Л. И. Мандельштам и Н, Д. Папалекси — еще до начала Великой Отечественной войны разработали новый способ измерения расстояний при помощи радиосигналов. Их открытие было впервые в мире применено еще в 1938 году на кораблях Главсевморпути. Этот прибор назывался тогда радиодальномером. Сейчас радиодальномеры получили весьма широкое применение, и теперь их чаще называют радиолокаторами или радиолокационными станциями.

В отличие от обычной радиостанции, радиодальномер излучает радиоволны не во все стороны, а одним узким пучком. Этот пучок можно направлять по желанию в любую сторону, поворачивая антенну радиодальномера, как прожектор.

Действие радиодальномера подобно действию прожектора, но только прожектора светят непрерывно, а он посылает свой луч отдельными порциями, отрывистыми короткими сигналами-импульсами. Продолжительность каждого такого импульса равна нескольким миллионным долям секунды. Такой отрывистый сигнал летит по заданному направлению. Если на его пути не встретится какого-либо препятствия, то сигнал уйдет в мировое пространство и там потеряется. Если же он наткнется на какую-либо преграду — на скалу, ледяную гору, другой корабль или самолет, — сигнал радио-дальномера отразится от нее наподобие эха или «зайчика» от зеркала.

Отраженный радиолуч летит обратно.

Приемник радиодальномера улавливает эхо собственных сигналов, и на его экране вспыхивает зеленый светящийся значок.

Скорость распространения радиоволн известна; она равна почти 300 тысячам километров в секунду. Если сигнал потратил на путешествие до препятствия и обратно одну десятитысячную долю секунды, — значит, он пролетел в оба конца 30 километров, а до препятствия, следовательно, 15 километров.

При помощи мощного радиодальномера ученые сумели измерить расстояние до Луны.

Вечером 10 января 1946 года, когда взошла луна, антенну радиодальномера направили на Луну и послали ей сигнал.

Радиолуч пробил верхние слои атмосферы и проник в межпланетное пространство. Впервые в истории сигналы, посланные человеческой рукой, достигли другого небесного тела. Сигналы отразились от поверхности Луны и полетели обратно.

Приемник радиодальномера уловил радиоэхо, отраженное Луной. На его экране вспыхнул зеленоватый значок. Репродуктор издал звук, а точные хронографы засекли время, которое потратил радиолуч на путешествие до Луны и обратно.

Такие опыты «разговора с Луной» делали несколько раз. Время «путешествия» радиосигнала равнялось от 2,38 секунды до 2,72 секунды, в зависимости от расстояния, отделяющего Луну от Земли.

В среднем двойное расстояние от Луны равно 768 800 километрам.

Этот новый способ измерения расстояний при помощи радио также нуждается в знании точной величины секунды, так как в радиолокаторах приходится учитывать десятитысячные и даже стотысячные доли секунды.

И, наконец, потребителем точного времени являются астрономы, геофизики, физики и химики и вообще все ученые, производящие астрономические и физические опыты. Строгий контроль за временем иногда приводит к неожиданным открытиям.

 

Луна тормозит Землю

Историки, изучавшие жизнь древних народов, не всегда могли разобраться в летописях, папирусах и других документах, оставшихся от прошлых веков. Летописцы и древние историки, особенно римские, частенько ошибались в датах, путали годы, а иногда пользовались совершенно непонятным летосчислением.

Было очень трудно, а порой даже невозможно установить, когда случилось то или иное событие. К счастью, для исторической науки летописцы очень добросовестно указывали затмение солнца и луны. Это позволило астрономам прийти на помощь историкам. Астрономы могут вычислить совершенно точно день, час и минуту любого затмения — прошлого или будущего — на несколько тысяч лет назад или вперед, все равно.

Астроном М. А. Вильев рассчитал для историков все затмения, какие были видны в России с тех пор, как началась наша история; а вообще астрономы произвели вычисления для восьми тысяч солнечных затмений, случившихся на протяжении трех последних тысячелетий.

Теперь историки пользуются затмениями как вехами или верстовыми столбами истории и находят точные даты минувших событий.

Например, о походе великого князя Игоря летописец сообщает: «Святославич Игорь, внук Олегов, поеха из Новагорода месяца апреля в 23 день, во вторник, идяху тихо, сбираючи дружину свою. Идущим же им к Донцу реки в год вечерний, Игорь воззре на небо и виде Солнце стояще ако месяц, и рече боярам своим и дружине своей: видите ли что есть знамение сие?»

Благодаря упоминанию летописца о затмении, теперь известно совершенно точно, что Игорь выехал на берег реки Донца 1 мая 1185 года.

Проверяя таким способом даты исторических событий, астрономы столкнулись с одним загадочным явлением. Известно, что знаменитый греческий историк Плутарх жил и писал свои сочинения в городе Херонее. В его книгах есть описание затмения, которое он наблюдал. Астрономы без всякого труда установили, что единственное затмение, которое было в Греции при жизни Плутарха, произошло 20 марта 71 года. Но вот что удивительно: каким образом мог наблюдать это затмение Плутарх, если оно в Херонее не было видимым. Полоса затмения прошла гораздо западнее этого города!

Получилось неприятное недоразумение. Оно явно набрасывало тень на добропорядочность астрономических вычислений. Сначала ученые подумали, что, по всей вероятности, Плутарх уезжал из родного города. Он наблюдал затмение где-нибудь в другом месте, но забыл упомянуть об этом.

Такое объяснение правдоподобно. Возможно, астрономы и историки удовлетворились бы им, но дело неожиданно усложнилось. В описаниях других историков, сделанных в другие годы, тоже имелись такие же расхождения. Затмение во многих случаях видели не там, где указывали астрономические вычисления. Один человек, конечно, может ошибиться, но разные летописцы одинаково ошибаться не могут.

Возникла загадка, полная таинственности. Что-то путало расчеты. Либо вкралась ошибка в вычислениях, либо спешит Луна, либо земной шар замедляет свое вращение.

В настоящее время ученые полностью распутали загадочный узел очень сложных движений Луны. Было установлено, что земной шар, следовательно, вращается с замедлением. Именно вследствие замедления вращения Земли и образовалось то расхождение, которое было замечено историками и астрономами.

Представьте себе, что вы пришли на состязание по бегу с неисправным секундомером. Допустим, для простоты, что каждые 10 секунд он отстает на 1 секунду, а вы об этом не знаете. Тогда, наблюдая бегуна, который проходит стометровку за 11 секунд, вы будете уверены, что на ваших глазах побит мировой рекорд. Ведь ваш секундомер покажет вам не 11 секунд, а 9,9 секунды! Это результат неслыханный и на 0,2 секунды выше всемирного рекорда, поставленного в 1957 году американцем Морроу! Легко сообразить, что и на остальных дистанциях, наблюдая рядового хорошего бегуна, вы будете уверены, что побит мировой рекорд. Вы будете видеть сплошные мировые рекорды там, где их нет и в помине; выходит, что если ваши часы отстают, то, судя по ним, все остальные явления происходят ускоренно. Вот почему замедление вращения Земли проявляется в виде кажущегося ускорения Луны.

Выходит, что Луна двигалась по небу быстрее, чем принимали астрономы при своих расчетах. Поэтому затмения случались раньше, чем предсказывали астрономы. А раз они случались не в то время, то, значит, и не в том месте! Величина «ошибки» земного шара совершенно ничтожна; она равна всего лишь тысячной доле секунды в столетие. Иначе говоря, сутки становятся длиннее на одну секунду по прошествии миллиона лет.

Но, как ни мала эта величина, она все же существует и доказывает правильность мысли, высказанной еще древними философами, что в мире нет ничего неизменного, застывшего. В мире все течет, все изменяется.

Пулковский астроном Б. М. Рубашев вычислил, какова была длительность суток в различные геологические эпохи. Когда на Земле росли пышные хвощи сигиллярии и лепидодендроны и в теплых болотах накапливались толщи растительных остатков, которые со временем превратились в каменный уголь, Земля делала один оборот вокруг оси за 22 часа и 16 нынешних минут.

В более далекую эпоху, когда на Земле появлялись первые животные, сутки были еще короче; они длились тогда только 20 часов и 36 минут.

В глубине веков, около полутора миллиардов лет назад, в эпоху, которая называлась архейской, в сутках было всего лишь 16 часов.

В будущем удлинение суток, накапливаясь, изменит величину суток настолько, что они сравняются с месяцем. Тогда Земля и Луна, повернутые друг к другу одной стороной, будут обращаться вокруг общего центра тяжести, а жители Земли будут видеть Луну неподвижно повисшей над какой-либо частью земного шара.

Был найден и виновник удлинения наших суток. Это наш сосед в пространстве — Луна. Именно она понемногу тормозит Землю, мешая ей вращаться. Своим тяготением Луна вызывает в океанах приливы и отливы. Приливные волны прокатываются по океанам с востока на запад, то есть навстречу вращению земного шара. Они действуют подобно тормозным колодкам и постепенно замедляют его вращение.

Сделанное открытие заставило внимательнее следить за поведением нашей планеты. Не допускает ли она и других нарушений?

В 1872 году известный русский астроном Сергей Павлович Глазенап решил проверить, действительно ли земной шар вращается вокруг оси вполне равномерно. Предпринятое им исследование подтвердило существовавшие ранее предположения, что скорость вращения Земли меняется. В 1860 году, например, она неожиданно ускорила свое вращение, и сутки от этого укоротились на 2 тысячные доли секунды.

Эта работа С. И. Глазенапа доставила науке первое доказательство неравномерности вращения земного шара.

Земля действительно вращается странно, — она то чуть-чуть ускоряет свое вращение, то так же неожиданно и как будто беспричинно слегка замедляет его.

Быстрее всего Земля вращается в августе и медленнее всего — в марте. В августе сутки короче на 0,0011 секунды, а в марте они длиннее на 0,0010 секунды средней величины за весь год.

Небольшие изменения скорости вращения земного шара изо дня в день постепенно накапливаются. К концу года они могут достичь величины, которая не ускользает от внимания астрономов.

Приборы, которыми пользуются сотрудники службы времени астрономических обсерваторий, достигли в настоящее время весьма большого совершенства. Они позволяют отмечать очень сложные и до сих пор остававшиеся незамеченными изменения скорости вращения Земли.

Так, например, было замечено, что в течение прошлого столетия Земля вращалась с ускорением — сутки чуть-чуть укорачивались. Разница, накопившаяся к концу года, достигла величины целой секунды, а иногда даже превышала ее. За время с 1865 по 1898 годы мы потеряли почти 35 секунд.

В конце прошлого века Земля перестала спешить, сутки снова начали удлиняться. Это продолжалось до 1920 года. Сейчас она опять вращается с небольшим ускорением. Сами по себе эти изменения ничтожны, и мы их совершенно не замечаем. Но они рассказывают ученым о многом. Они говорят, что Земля — не застывший твердый шар, а тело, подверженное беспрестанным изменениям. Чувствительное ухо новых часов позволяет астрономам как бы прислушиваться к биению пульса Земли.

Длина суток подвержена ежегодным колебаниям, которые отличаются своей плавностью и правильностью. Почему они происходят? Несомненно, от того, что за каждый год какие-то большие массы на Земле меняют свое положение. Вероятнее всего, это перемещение массы воды. Летом вода больше испаряется и разносится в виде облаков и туч в атмосфере Земли. Зимой же вода замерзает и выпадает слоем льда и снега, и притом, чем ближе к полюсу, тем сильнее.

Как выяснили советские ученые, в районе Южного полюса материк Антарктиды покрыт толстым слоем льда, толщина которого доходит до 4 километров. Если бы эта масса льда вдруг растаяла, то высота уровня океанов по всей Земле поднялась бы на несколько десятков метров. Это наверняка замедлило бы вращение Земли.

Кроме годичных колебаний, во вращении Земли бывают нередко еще внезапные скачкообразные изменения. Возможно, что это связано с большими оползнями или обвалами внутри земной коры. Все эти вопросы сейчас лишь начинают изучаться, и пройдет какое-то время, прежде чем картина окончательно прояснится. Но несомненно, что изучение приведет к новым важным и увлекательным открытиям, раскрывающим тайну жизни Земли.

Пока же ясно одно, — земной шар, который всегда считали безупречным судьей всех часов, сам оказался не вполне надежными часами. Обстоятельные астрономические наблюдения за различными небесными светилами уличили нашего верховного законодателя времени в небольшой, но все же вполне заметной неаккуратности.

Много веков назад астрономы искали способа преодолеть трудности, возникавшие в счете времени из-за несоизмеримости года, месяца и суток. С этой задачей наука более или менее справилась.

В наши дни ученые столкнулись с другим, более сложным явлением — с непостоянством нашей основной меры времени — суток. Сутки то удлиняются, то укорачиваются, а вместе с ними удлиняется и укорачивается 1/864000 доля суток — секунда. Это большая помеха в научно-исследовательской работе. Ведь никто не согласится измерять расстояние резиновым метром, потому что он растягивается, а в измерении времени ученые, и мы вместе с ними, вынуждены пользоваться «резиновой секундой». Это искажает результаты исследований. Время надо измерять неизменной секундой. Пусть сутки удлиняются или укорачиваются, секунда должна оставаться по возможности постоянной.

Это заставляет, во-первых, искать в природе или создавать искусственным путем какое-либо ритмичное явление, которое могло бы послужить образцом для секунды. И, во-вторых, установить точную длину секунды как основной единицы времени. Обе эти важные задачи обсуждались на Международном астрономическом съезде в городе Дублине в 1955 году. На этом съезде астрономы договорились, что никакого нового ритмичного явления взамен вращения Земли вводить не будут. Они будут находить и вычислять необходимые исправления или, как говорят астрономы, «поправки», проверяя время по звездам и выясняя неправильности во вращении Земли. Эти поправки, оказывается, можно довольно легко обнаруживать, непрерывно наблюдая за движением Луны. Луна всего ближе к Земле и движется быстрее всех небесных светил. Если бы Земля вращалась совершенно равномерно, то тогда на основании одних только вычислений можно было бы найти точное положение Луны для каждого дня и часа на много лет вперед. Результаты таких вычислений астрономы обычно представляют в виде таблицы, носящей название эфемериды. Если скорость земного вращения изменяется, то это моментально сказывается на видимом движении Луны среди звезд. Оно начинает расходиться с эфемеридой.

Как только это происходит, астрономы, наученные горьким опытом, сразу же догадываются, что дело здесь не в Луне, а в Земле! Теперь можно поставить задачу, вроде решения уравнения с одним неизвестным: какую поправку нужно внести в скорость вращения Земли, чтобы движение Луны снова совпало с эфемеридой? Эту задачу астрономы научились очень быстро решать, особенно пользуясь современными быстродействующими счетными машинами. Находя этим способом поправки к астрономическому времени, астрономы находят и время, которое мы бы имели, если бы Земля вращалась идеально равномерно. Это время называется эфемеридным временем. Этим временем съезд в Дублине предложил впредь пользоваться всем астрономам. Таким образом, была решена первая задача.

Что касается второй, то, за неимением лучшего, съезд предложил за эталон секунды принять 1/31556925,975 часть 1900-го (тропического) года.

Таким образом, наша единица времени стала определяться при помощи некоторого общепринятого образчика, или эталона. Совсем так же определяются длина метра и вес килограмма при помощи эталонов, хранящихся в Бюро долгот в Париже.

Интересно, что в конце концов пришлось секунду определить через год, потому что оказалось, что длину года легче контролировать, чем длину суток.

 

Загадки полюса и материков

Каждая обсерватория время от времени проверяет свой географический адрес. Астрономы определяют долготу и широту обсерватории так, как будто они находятся не на твердой земле, а на корабле среди океана.

Казалось бы, что может случиться со зданиями. Не может же обсерватория сдвинуться с фундаментов. Однако оказалось, что хотя Пулково со своего холма никуда за сто лет не сдвинулось, а его широта и долгота чуть-чуть изменились. То же самое наблюдается и на остальных обсерваториях земного шара, причем изменение географического адреса у разных обсерваторий происходит примерно одинаково.

Это значит, что перемещаются не обсерватории, а земные полюса. И Северный и Южный полюса Земли не остаются на одном месте. Они движутся, описывая в пространстве неправильные петли.

На чертеже показано, какие петли проделал Северный полюс с 1912 по 1919 год.

Смещение Северного полюса с 1912 по 1919 год.

Полюса движутся. А почему? В точности пока неизвестно, но одной из возможных причин перемещения полюсов является… хорошая погода в Сибири.

Советские ученые — академики В. В. Шулейкин и А. Я. Орлов — обратили внимание на то, что зимой в Сибири и над Монголией устанавливается высокое атмосферное давление, которое обычно сопровождается хорошей, тихой погодой.

Повышение атмосферного давления означает, что над Сибирью скапливаются значительные массы холодного плотного воздуха. Давление атмосферы увеличивается почти на 300 килограммов на каждый квадратный метр. Иначе говоря, над каждым квадратным метром сибирской земли нависает по 300 килограммов «лишнего» воздуха.

Площадь, охваченная таким избыточным давлением, весьма велика, и если подсчитать, сколько весит вся эта масса нависающего воздуха, получается изрядно большое число. Она равна по весу двадцати семи горам по 5000 метров высотой каждая.

Представьте себе, что поверх Алтая навалили еще двадцать семь Казбеков; и понятно, что от такой нагрузки земной шар немного изменит свою форму и полюса сдвинутся со своих мест.

Весной избыточное давление рассасывается, воздух растекается более или менее равномерно по Земле, и земной шар снова выпрямляется.

Некоторую, но небольшую роль играет также снег, который скапливается зимой на поверхности земли, и ледники, нарастающие на Арктических островах и на высоких горах. Они тоже утяжеляют северное полушарие.

Смена времени года и зимнее накапливание больших масс холодного воздуха, а также и замерзшей воды зимой слегка нарушают равновесие между северным и южным полушариями и вызывают небольшое и временное смещение полюсов.

Кроме этого, возможно также, что перемещение каких-то масс в земных недрах, вызывающее изменение длины суток, сказывается и на полюсах.

В начале XX века в среде геологов и географов оживленно обсуждали одну смелую догадку. Было высказано предположение, что в доисторические времена, когда на земле еще не было человека, Южная и Северная Америка составляли с Евразией и Африкой один материк. Этот первобытный материк якобы раскололся; его два обломка стали постепенно отходить на запад и образовали Америку. Щель между материками заполнила вода — и возник Атлантический океан. Если присмотреться к очертаниям западных берегов Европы и Африки, с одной стороны, и восточных берегов Северной и Южной Америки, — с другой, то можно заметить некоторое сходство. Каждому выступу одного берега соответствует впадина в другом береге, и наоборот.

Некоторые ученые доказывали также, что движение материков не прекратилось и поныне. Америка продолжает отодвигаться на запад, и ширина Атлантического океана увеличивается.

Эти ученые раздобыли материал нескольких экспедиций, определявших долготу в Гренландии. Материалы были опубликованы, и из них следовало, что с 1823 по 1870 год Гренландия отодвинулась от Европы на 420 метров, то есть она «проплывала» ежегодно почти по 9 метров! С 1870 по 1907 год, по сведениям другой экспедиции, Гренландия якобы двигалась еще быстрее и за эти 37 лет прошла 1190 метров.

Факты безусловно поразительные. Единственное, что смущало ученых, — это их достоверность. Ведь в прошлом столетии великая задача долготы еще не была решена с необходимой для этого точностью. Радио было неизвестно. Долготу определяли весьма неточно. Сведения о перемещении Гренландии могли основываться на самых обычных ошибках при определении долготы.

Однако вопрос был настолько важен и увлекателен, что астрономы приняли участие в этом споре геологов и географов. В 1926 году была организована международная проверка долгот. Работало одиннадцать обсерваторий, являвшихся опорными, а несколько десятков наблюдательных станций служили вспомогательными пунктами.

Благодаря хорошей погоде и прекрасной слышимости радиосигналов точного времени обсерватории выполнили свою задачу успешно.

После этого предстояло подождать еще несколько лет, затем повторить определение долгот и сравнить результаты.

Так и было сделано. Семь лет спустя, в 1933 году, начались еще более грандиозные работы по определению долгот различных пунктов на материках и островах. Участвовало 22 обсерватории первого класса, и им содействовало 70 наблюдательных пунктов.

В результате этих наблюдений оказалось, что семилетний срок слишком мал. Заметить смещение материков за столь короткий промежуток времени нельзя. Если даже предположить, что материки движутся, то во всяком случае скорость их перемещения не превышает 3 сантиметров в год, а такую величину невозможно отделить от неизбежных ошибок при наблюдениях.

Следовательно, сведения, доставленные прежними экспедициями, пока не подтвердились. Для того, чтобы получить действительно надежные данные о движении материков, надо сделать промежуток между наблюдениями гораздо больше. Тогда мы сможем иметь окончательное решение задачи. В 1957–1958 годах в связи с международным геофизическим годом работы по определению долгот повторяются снова.

Можно быть уверенными, что на этот раз мы получим более надежный результат и это поможет нам решить увлекательную тайну движения материков Земли.

 

Все всегда вовремя

Самым важным, самым многочисленным заказчиком службы времени являются фабрики и заводы, шахты и рудники, транспорт, электростанции и вообще все народное хозяйство, все население Советского Союза. Верное время необходимо всем и каждому.

Кораблестроители и электрики Ленинграда, рыбаки Камчатки, металлурги Урала и Кривого Рога, шахтеры Воркуты, Донбасса и Кузнецка, текстильщики Иваново-Вознесенска, лесорубы Севера, железнодорожники, полярники, пограничники, летчики и моряки, колхозники, служащие и учащиеся — все одинаково прислушиваются к сигналам точного времени, все каждый день поправляют свои часы.

Точное время необходимо, чтобы без опозданий подавали свой могучий голос заводские гудки; чтобы своевременно вспыхивали зеленые выходные светофоры железнодорожных станций; чтобы нескончаемой вереницей шли вагонетки с углем и рудой и лился бы металл из доменных и мартеновских печей.

Точно по расписанию должны взмахивать флажками стартеры транспортных самолетов. Вовремя должны звенеть звонки, означающие начало работы в учреждениях и начало занятий в учебных заведениях.

Всё должно делаться вовремя, в срок, а если нужно Родине, то и до срока.

Наша страна, весь наш двухсотмиллионный советский народ поглощен напряженной творческой работой. Мы восстановили хозяйство, разрушенное войной, и полным ходом строим коммунистическое общество.

Наша страна с каждым днем, с каждым часом преображается. Вырастают новые заводы и города. У широких плотин Волги разливаются новые моря. Загорается электрическими огнями безлюдная прежде Арктика. Пустыни и степи покрываются зеленью лесов и полей. Могучей рукой советский народ-строитель преграждает дорогу ветрам, несущим засуху, и заковывает течение рек в бетонные трубы, заставляя речные струи рождать электрическую энергию.

В этой грандиозной работе каждая минута на счету, каждая минута дорога потому, что из минут складываются часы, дни и пятилетки. Каждый знает, что потерянная минута проходит и никогда не возвращается. Время надо беречь.

Тот, кому случалось ехать в поезде, который задержался в пути и опоздал, — знает, как это неприятно. Поезд начинает останавливаться на мелких станциях и разъездах. Мимо него проходят другие поезда, а он все стоит и стоит, а если едет, то короткими перегонами от станции до станции. Маленькое опоздание становится большим. Железнодорожники говорят в таких случаях: «Поезд вышел из графика». Это означает, что поезд стал мешать движению на всей дороге.

И пассажирские и товарные поезда идут вслед друг другу с определенными промежутками. Один опоздал, а следующий уже наседает ему на хвост и требует пути. Если опоздавший поезд может наверстать упущенное, диспетчер, который следит за движением на дороге, старается ему помочь; если это не удается, то останавливает его на разъезде и начинает пропускать другие поезда.

Иначе нельзя. Иначе начнут задерживаться и поезда, идущие сзади. Тогда уже не один поезд опоздает, а все. Все паровозы сожгут лишнее топливо, все грузы и пассажиры прибудут на место не вовремя. Опоздание может передаться на следующие сутки и на соседние железные дороги. Оно скажется на работе предприятий. Пять — десять минут задержки повлекут за собой миллионные убытки. Это недопустимо. Диспетчер выводит виновника из графика. Пусть страдает один, а не вся дорога.

Опаздывать нельзя. Опоздание преступно. Точно так же строго следят за графиком на каждом заводе, в каждом цехе. Никто не смеет опаздывать и задерживать остальных. Все должно делаться вовремя, в срок, в назначенную минуту, а иногда даже в секунду. Это коренное условие каждой работы, а соблюдать его невозможно без сигналов службы точного времени. Эти сигналы помогают поддерживать во всей нашей стране дружную, слаженную работу всех и каждого.

Академик Александр Евгеньевич Ферсман, автор многих увлекательных научно-популярных книг, писал однажды: «Мы свыклись с понятием времени, с его неизбежным течением; мы знаем, что через грань настоящего будущее уходит в невозвратное прошлое, что время ни от чего не зависит, никем не может быть регулировано или задержано, что ничем мы не можем приблизить будущее или вернуть прошедшее»…

Да, мы знаем, что время не может быть регулировано или задержано, мы не в силах ускорить или замедлить его течение, остановить настоящее, вернуть прошедшее… но мы не праздные пассажиры в колеснице времени, мы можем по-разному пользоваться им.

Годы могут катиться мимо нас, как пустые вагоны, — без толку, без пользы; и они могут проходить с грузом больших событий, наполненные напряженной творческой деятельностью, кипучей работой, учебой, борьбой и победами. Мы не в состоянии понукать время, но мы достаточно сильны, чтобы ускорять события, а годы созидательного труда приближают будущее.

История нашего социалистического отечества дает тому блестящие примеры.