Представим себе три наземные станции — А, В и С (рис. 8).
Рис. 8. Принцип спутниковой триангуляции.
Спутник S1 наблюдается (визуально или фотографически) со всех трех станций, спутник S2 — со станций А и Б, спутник S3 — со станций В и С. Кстати, метод применим и тогда, когда S1, S2 и S3 не три разных спутника, а три положения одного и того же спутника для разных моментов времени.
По наблюдениям спутника S1 со станций А и Б определяют направление прямых AS1 и BS1 относительно звезд и тем самым фиксируют положение плоскости ABS1. Аналогично по наблюдениям спутника S2 находят положение плоскости ABS2 в пространстве. Очевидно, эти плоскости пересекаются по прямой АВ. Положение ВС определяют из пересечения плоскостей BCS1 и BCS3. Прямые АВ и ВС фиксируют плоскость треугольника АВС, и их пересечение с ACS1 определяет отрезок АС. Следовательно, по данным спутников можно найти стороны и углы треугольника АВС, т. е. решить первый главный треугольник в триангуляционной сети. Если в этом треугольнике положения точек А и В (а значит, базис АВ) известны, то по спутникам находят положение третьей вершины — С. Примечательно, что при этом обязательно знать не точное положение спутников в пространстве, а направление к ним от наземных станций. Чтобы наблюдения с разных станций были синхронными, на «геодезических» спутниках устанавливают специальные импульсные лампы, дающие очень яркие вспышки. Эти вспышки фиксируют фотокамеры всех станций, занимающихся спутниковой триангуляцией.
При наземной триангуляции стороны треугольников, как правило, равны 20–30 км. В «космической» триангуляционной сети треугольники в десятки и сотни раз крупнее, что резко сокращает промежуточные этапы измерений. Прежний метод годился только для суши. Для спутниковой триангуляции даже океаны не являются непреодолимым препятствием — спутник может одновременно наблюдаться с разных континентов, например из Европы и из Америки.
Спутниковая триангуляция возникла совсем недавно — в 1963 г. Но это «дитя» космонавтики подает большие надежды. Дело не только в уточнении формы Земли, в составлении все более и более точных карт, что, конечно, очень важно для практической, производственной деятельности человека. С помощью спутников можно узнать, как изменяется наша планета во времени, как движутся материки, как медленно перераспределяются массы в твердом теле Земли, — словом, как «дышит» и «живет» наша планета. И часть этих задач успешно решается уже сегодня.
Многогранная Земля
После всего, что говорилось об относительной гладкости Земли, о большом сходстве ее с шаром, сфероидом, трехосным эллипсоидом и, наконец, геоидом, — фигурами гладкими, хотя, конечно, идеализированными, разговор об угловатости Земли может показаться странным.
Между тем, как и всякая верная идея, мысль о многогранности Земли высказывалась уже давно, еще Пифагором, Платоном и другими древними философами. Во Вьетнаме и других местах Земли найдены странные предметы, созданные за несколько веков до нашей эры. Они представляют собой многогранники, в вершинах которых укреплены маленькие шарики. Назначение этих находок неизвестно, но кое-кто из смело мыслящих ученых, склонен считать их стилизованными моделями нашей планеты.
Позже идеи о многогранности Земли высказывали многие. Среди них в новое время следует упомянуть геолога Бомона, математика Пуанкаре, кристаллографа Шафрановского. Известный советский геолог Б. Л. Личков полагал, что некоторая угловатость Земли есть результат ее длительной эволюции. Как считают большинство современных ученых, Земля и другие планеты когда-то сформировались из огромного газово-пылевого облака, окружавшего Солнце. Естественно, что первичная, только что сконденсировавшаяся Земля не могла быть абсолютно круглой и гладкой. Геоид формировался, «утрясаясь», на протяжении миллиардов лет. В этом процессе участвовали не только гравитационные силы самой Земли. На формирующуюся планету воздействовали Солнце, разные планеты, возможно даже общее гравитационное поле Галактики. А так как Земля складывалась из различных кристаллических пород, то и сама она постепенно приобретала форму исполинского сложного кристалла.
Разумеется, нашу планету в целом нельзя рассматривать как монокристалл — однородный кристаллический многогранник. Но поверхность Земли, как и поверхность кристаллического тела, по-видимому формировалась по принципу минимума поверхностей энергии. В итоге геоид и сегодня несет на себе некоторые черты сложного многогранника.
Эту постепенно складывающуюся в веках гипотезу особенно успешно развил в двадцатых годах текущего века советский геолог С. И. Кислицын. Стараясь подобрать такие многогранники, которые больше всего походили бы на геологические детали Земли, Кислицын изготовил сорок моделей. По его мнению, примерно 400–500 млн. лет назад геосфера, состоявшая в основном из базальтов и до этого имевшая форму додекаэдра (многогранник из двенадцати пятиугольников), приобрела также черты икосаэдра (многогранник из двадцати треугольников). Совмещение этих двух многогранников наиболее полно отвечает важнейшим геологическим (да и не только геологическим) особенностям сегодняшней Земли.
Упомянутые выше сорок моделей Кислицына не только отражают постепенную эволюцию многогранной Земли. Современные ребра и вершины (узлы) земного многогранника, как заметил впервые С. И. Кислицын, указывают на местонахождение нефти, алмазов, угля, газов и многих других полезных ископаемых. Еще в 1928 г. он указал на территории СССР 12 алмазоносных центров, из которых многие открыты. Ребра и вершины земного многогранника оказались тем «силовым каркасом», в котором наиболее сильно проявляются энергетические возможности Земли. Исследования С. И. Кислицына в свое время были поддержаны В. И. Лениным, Ф. Э. Дзержинским, В. В. Куйбышевым и другими видными советскими деятелями. «Это был удивительный человек, — вспоминает о С. И. Кислицыне акад. Н. В. Белов[2]. — Один из тех людей, которые ускоряют наше проникновение за границы неведомого, способствуют поиску новых путей в науке». Работы С. И. Кислицына были успешно продолжены советскими исследователями — действительными членами Географического общества СССР — Н. Ф. Гончаровым, В. С. Морозовым и В. А. Макаровым. То, что им удалось открыть, поистине поразительно и заслуживает самого пристального внимания читателя.
Почти все сколько-нибудь примечательные в геологическом отношении районы Земли приурочены к полигональной поверхностной земной сети. Так, с одним из узлов совпадают залежи тюменской нефти. В Западной Африке (Габон) недавно открыли естественный атомный реактор, который действовал 1,7 млрд, лет назад. В результате случайного сочетания обстоятельств концентрация урана-235 достигла здесь критического уровня, и началась (без всякого человеческого вмешательства) цепная ядерная реакция. В некоторых узлах находятся центры зарождения ураганов и мировые центры экстремального атмосферного давления. Кстати, преимущественные направления постоянных ветров совпадают с ребрами многогранной системы. Стоит ли говорить, что с той же системой связаны океанические хребты и линии разломов земной коры?
С космических высот хорошо видны глобальные геологические структуры. Не мудрено, что космонавт В. И. Севастьянов уточнил «сверху» расположение Уральской складчатой страны и гигантского разлома Марокко — Пакистан. В уточненном виде их расположение совпало с ребрами икосаэдра. В некоторых узлах системы из космоса замечены своеобразные кольцевые геологические структуры диаметром в сотни километров.