История гравиметрии

Учеными нашей страны внесен немалый вклад в разработку аппаратуры и методов определения силы тяжести на море. Для этой цели еще в 1936 г. Л. В. Сорокиным был создан оригинальный маятниковый прибор, с помощью которого были выполнены определения силы тяжести на Черном, Охотском, Баренцевом морях, а также в Тихом и Атлантическом океанах. В связи с большой важностью изучения гравитационного поля морей и океанов эти работы в послевоенные годы получили широкое развитие. Так, в Институте физики Земли Академии наук СССР под руководством С. Е. Александрова и Ю. Д. Буланже в 1956 г. был создан оригинальный морской шестимаятниковый прибор, предназначенный для работ на подводных лодках и надводных кораблях. С этими приборами были выполнены многочисленные определения силы тяжести в Атлантическом океане и в антарктических водах. В последние годы в Центральном научно-исследовательском институте геодезии, аэрофотосъемки и картографии (ЦНИИГАиК) группе специалистов, руководимой М. Е. Хейфицем, удалось создать образцы оригинальных морских маятниковых приборов с автоматизированным управлением и с автоматизацией наиболее трудоемких вычислений. Крупным успехом является создание прибора с четвертьсекундными маятниками с принудительной стабилизацией и компенсацией значительной части горизонтальных ускорений.

Немало сделано и в области создания морских гравиметров. В Институте физики Земли под руководством Е. И. Попова удалось создать несколько образцов морских кварцевых гравиметров. В основу этих разработок были положены оригинальные теоретические соображения, высказанные К. Е. Веселовым, о возможности использования в качестве датчиков кварцевых гравиметров с большим затуханием.

На базе таких систем с принудительной стабилизацией было создано несколько образцов морских гравиметров. Используя современные достижения оптики и электроники, в этих приборах удалось почти полностью автоматизировать наиболее трудоемкие вычислительные процессы.

Разработанная аппаратура дала возможность значительно продвинуть наши знания о гравитационном поле морей и океанов. В частности, определения силы тяжести в комплексе с другими геофизическими методами позволили получить уникальные данные о строении земной коры в Индийском океане.

В период проведения Международного геофизического года советские гравиметристы явились героическими участниками исследования гравитационного поля центральной Антарктиды. Небольшой отряд на трех тягачах «Пингвин», возглавляемый молодым советским специалистом С. Н. Щегловым, впервые выполнил гравиметрическую съемку по маршруту протяженностью более 800 км. Через два года эта эпопея была продолжена под руководством Г. Е. Лазарева. Ему удалось выполнить измерения в наиболее труднодоступных районах Антарктиды — вдоль маршрута к полюсу относительной недоступности.

Эти работы вместе с сейсмическими исследованиями дали возможность получить уникальные по ценности данные о характере подледного рельефа Антарктиды и толщине льда. Было доказано, что Антарктида является материком, а не архипелагом.

Советскими учеными впервые были поставлены систематические работы по изучению вековых изменений силы тяжести. Для этой цели использовались высокоточные измерения на сети опорных гравиметрических пунктов. В 30-х годах это были маятниковые определения, с 1950 г.— гравиметровые.

Пункты для изучения вековых изменений выбирались как в сейсмически активных районах (Кавказ, Средняя Азия, Прибайкалье, Камчатка), так и в асейсмических (Европейская часть СССР, Западная Сибирь). Этими работами, выполненными под руководством Н. Н. Парийского и Ю. Д. Буланже, доказано, что на Кавказе за время с 1905 по 1955 г. изменений силы тяжести нет. Если они и есть, то лежат в пределах точности измерений — порядка ± 2—3 мгл. Такой же вывод получен для интервала времени с 1950 по 1965 г. по пунктам, расположенным вдоль 56 параллели северной широты на протяжении от Риги до Петропавловска-Камчатского (Казань, Свердловск, Омск, Красноярск) и по пунктам Средней Азии — Ашхабад, Душанбе, Ташкент, Алма-Ата, Балхаш. В этом случае постоянство силы тяжести характеризуется ошибкой ± 0,08 мгл.

Широкое использование гравиметрии в области прикладных наук, в физике, метрологии выявило настоятельную необходимость в знании абсолютной величины силы тяжести с точностью порядка ± 1 • 10-6 и даже выше. Перед второй мировой войной определениями, сделанными Куком в Теддингтоне(Англия), была выявлена ошибка в принятом значении g для мирового исходного пункта в Потсдаме. Эта ошибка достигает величины порядка 13-1О~6. Это обстоятельство побудило многие страны предпринять новые определения абсолютной величины силы тяжести. Ученые Советского Союза живо откликнулись на эту международную инициативу и провели соответствующие определения одними из первых во Всесоюзном научно-исследовательском институте метрологии в Ленинграде (ВНИИМ). Измерения велись тремя методами: классическим, с помощью оборотных маятников различной массы, и двумя новыми — методом свободного падения жезла в вакууме и свободного падения тела в несвободно падающей камере. Результаты по тому времени (1953 г.) имели весьма высокую точность. По совокупности результатов, полученных этими методами, сила тяжести во ВНИИМе была определена со средней ошибкой всего лишь порядка ±0,4 мгл. Это был крупный успех, получивший широкое международное признание.

За 50 лет существования Советского государства советская гравиметрия прошла большой путь. Наши ученые твердо занимают передовые позиции в теоретических исследованиях; их методические разработки, как правило, на ряд лет опережают аналогичные работы, проводимые в западных странах. Первые 10—15 лет мы не имели своей аппаратуры, теперь мы ее создаем сами. По ряду показателей она не только не уступает лучшим образцам зарубежных фирм, но часто и превосходит их.