Арктическая экспедиция: на Севере диком. Геодезия и отвага
Это второй блок рассказа о Великих градусных экспедициях XVIII века, которые должны были определить, сплюснутая Земля или вытянутая. Если раньше мы говорили о горе-миссии, которая завершилась только чудом, то теперь речь об эффективном менеджменте в науке.
Маршрут экспедиции
«Прудент» довольно быстро добрался до Стокгольма: он был там уже в мае 1736 года. Только представьте себе: начало лета в Швеции. Не слишком жарко, все цветет и зеленеет. Солнышко играет на боках больших паромов «Принцесса» и «Силья лайн». Впрочем, о чем это я? Тогда никаких паромов не было. А вот все остальное было.
Стокгольм в мае (https://terve.su/)
У меня сложилось впечатление, что Швеция в начале XVIII века — практически Швейцария. Свободное и уникальное место. У них там с 1717 года конституционная монархия. Текущий король Фредерик I стал королем только потому, что супруга Ульрика Элеонора отреклась от короны в его пользу.
Фредерик был мужем королевы Ульрики Элеоноры, которая унаследовала престол от своего брата — Карла XII, погибшего в цвете лет на войне.
При этом шведский монарх частично контролируется Президентом Канцелярии. Так что в 1736 году бездетный, 60-летний и довольно марионеточный король был рад принять французских ученых и поиграть в большую науку. Мопертюи в Стокгольме удостоился аудиенции Фредерика I, получил в подарок его личное ружье и разрешение взять нужные карты из картохранилища. Это воистину королевская милость: теперь Мопертюи имел возможность скорректировать план работ согласно реальной обстановке, а не как у Перуанской экспедиции — на местности. Король выразил обеспокоенность, что приличные городские ученые собираются провести год на северах (их там ждет масса неожиданных опасностей) и вяло пытался отговорить от зимовки. Но без особой настойчивости.
Кстати, некоторые историки считают, что эта «забота» короля о французских ученых на самом деле была очень вежливой и аккуратной попыткой показать, что он миссию не особенно одобряет. Впрочем, его в любом случае никто не послушал. Неожиданные сложности возникли только у аббата Утье. Ему запретили служить мессу иначе как для «обслуживания» нужд французов. Утье был католическим аббатом, а шведы довольно ревностно двигали лютеранство.
В Стокгольме ученые пробыли недолго. Пока открыт летний период судоходства — надо пробираться к месту измерений. Из Стокгольма путь экспедиции лежал в родную для Цельсия Уппсалу. Кстати, посмотрите тут карту: действительно очень удобно — можно идти морем, можно — сушей. Мопертюи, как любопытный исследователь, выбрал второе в компании Цельсия, а остальные остались на корабле, чтобы следить за инструментами (и заодно экономить).
Хотя король Фредерик и грозил погодой, но был конец весны, и никаких особых «суровостей» Швеции ученые не заметили. Семья Цельсия принимала гостей в просторных деревянных домах: светлых, чистых, построенных на французский манер и окруженных садом. Мы сейчас довольно хорошо себе представляем скандинавский комфорт. Экипаж ехал по зеленым холмам, где всходили рожь и ячмень, а реки были богаты рыбой. Настоящая пастораль в духе «Муми-Тролля».
Уппсальская обсерватория. Википедия.
К середине лета партия неспешно прибыла в Торнио, город на самом севере Ботнического залива, где планировалось разместить базу измерений. Сейчас Торнио принадлежит Финляндии, хотя и находится на самой границе со Швецией (вообще, эта граница проходит как раз по местам Лапландской экспедиции). Тогда, поскольку Финляндия была подконтрольна Швеции — город был последним оплотом цивилизации: маленьким шведским анклавом среди финских лесов. Торнио выполнял важную торговую функцию: рыбаки продавали сельдь, а «лапландцы» — оленьи шкуры и мясо. Такой вот центр жизни местного населения.
Ученых ждали: губернатор приготовил им жилье, нашел переводчика, представил полковнику Вест-Ботнического полка, который сочувствовал науке и выделил в помощь своих солдат из местных финнов. Я сильно подозреваю, что такое расположение администрации было вызвано относительным благополучием и скукой провинции. Если в Перу испанцы от безделья интриговали друг против друга и пытались перераспределить золото и шахты, то шведы просто развлекались наукой. И это не просто слова. Сам король Фредерик I приезжал, бывало, в Торнио (он за полярным кругом), чтобы наблюдать экзотическое зрелище: высоту солнца в полночь летнего солнцестояния. Наши ученые тоже предвкушали этот аттракцион, однако безуспешно. 21 июня небо было затянуто облаками.
Вот еще забавный факт о восприятии французами северных особенностей: аббат Реджинальд Утье, в 1744 году выпустивший «Путевые заметки» об экспедиции, приводит подробные чертежи бревенчатых домов, бань и описание лыж. То, что для нас с вами является совершенно обыденным даже в Подмосковье, для городских французов в XVIII веке было экзотикой, не хуже авокадо.
Триангуляция
Не желая терять времени — Мопертюи затеял рекогносцировку: исследование местности на предмет удобства расположения точек триангуляции. Увы, результаты оказались не самые утешительные. Острова Ботнического залива, хотя и многочисленные, оказались слишком далеко расположены друг от друга, высадка на них с инструментами не была простой в штиль, а местные сулили, что чаще, чем солнце, будет ветер и дождь. Что же касается измерений базиса — не было уверенности в том, когда именно лед встанет в заливе так, чтобы работы были безопасными.
От затеи с Ботническим заливом пришлось отказаться. И тогда Мопертюи и Цельсий переместили свое внимание дальше на север: на речку Торнио (она же Торнеэльвен или Торне, ох уж эти языки!), впадавшую в море у одноименного города. С точки зрения измерений это был более трудоемкий вариант: придется ходить по лесной чаще и лезть на скалы и сопки для размещения пунктов триангуляции. С другой стороны, это все же, если не обжитые, то обследованные места. Река является оживленной торговой артерией: по ней оленеводы снуют до Торнио и обратно, продавая и обменивая свои товары. Выделенные в помощь солдаты из лапландцев смогут возить французов летом на своих лодках (правда, это такая традиционная финская река для рафтинга с порогами и перекатами), а когда встанет лед — на санях. И что приятно: леса для сигналов хватает за глаза.
Пороги на речке Торнио (Торне). Википедия.
Если коллеги в Перу сначала измеряли базис, потом углы в треугольниках и на последнем этапе — широту, то Мопертюи избрал иной путь. Еще бы: длину базиса он планировал измерять зимой, по льду. Первым делом надо было назначить и закрепить на местности пункты триангуляции: вершины измеряемых треугольников. Все вершины, кроме одной: шпиля церкви в Торнио приходилось «строить» с нуля.
Искали подходящую гору, с которой имелась видимость на соседние вершины, расчищали ее от растительности, строили деревянные пирамиды из высоких тесаных бревен. Так пирамиды были видны за десятки километров. Тогда Мопертюи, кстати, предложил нововведение, которое сейчас в ходу среди геодезистов. Чтобы гарантировать, сохранность наблюдаемых точек, были заложены такие старинные реперы: в скалу или грунт вбивался стальной костыль, обозначавший место и прикрывался сверху камнем.
Процесс
Поскольку измерить планировалось всего один градус меридиана (около 110 км), сигналов, было девять. Выбирали их так, чтобы с каждого можно видеть два-три соседних. Они формировали шесть треугольников и в центре — семиугольник, который математик Мопертюи счел более надежной фигурой.
Треугольники Арктической миссии. Утье. Википедия.
Кстати, если вы вдруг отправитесь в поход по Финляндии, в Пелло имеется три пирамиды (современных), которые были установлены в память о геодезической миссии. Через них проходят пешеходные туристические маршруты. Моя карта с приблизительными координатами пунктов триангуляции лежит тут.
Углы в треугольниках измерялись несколькими наблюдателями (по числу квадрантов). Квадранты заранее поверяли и совмещали с центром сигнала, далее измеряли горизонтальный угол (внутренний угол треугольника) и вертикальный угол, который позволит «спустить» измеренные углы к горизонту. Мопертюи пишет, что у участников расхождения в углах были очень малые, поэтому в отчетную книгу включено среднее значение из измеренных углов. Невязки (отличие суммы углов от 180 градусов) в треугольниках составляют до 30» в среднем.
Как это было
Легко сказать: пройти больше 100 км по реке, найти сопки и горы, сбегать на них и быстренько померить углы на 9 точках. По сравнению с 2 годами, потраченными на триангуляцию перуанской экспедицией, два летних месяца в Финляндии кажутся детской игрой. Но и это было не сидеть в салонах и не в карты играть. Городские жители Парижа приобрели ценный полевой опыт.
Вот, что пишет сам Мопертюи (заметим, что как писателю, ему надо было сохранять градус накала, чтобы героизм был понятен).
«В этом диком и суровом краю, протянувшемся от Торнио до Северного Полюса, нам предстояло выполнить точнейшие измерения, которые и в простых условиях представляют много сложностей. Проникнуть в эти леса можно только двумя путями: по бурной реке или пешком через непролазный лес. Даже когда мы оказались там — пришлось карабкаться на скалы и горы, расчищать вершины от растительности, жить в лесу впроголодь и страдать от мух, которые так свирепы, что даже оленеводы снимаются с мест, убегая от них на ветреное побережье.»
Мы, с одной стороны, можем посмеяться: Финляндия летом — это ведь изобильнейшее место с рыбой, грибами, ягодами и чудесным лесом. Однако по поводу трудностей перемещения вдоль берега Мопертюи не врет. Речка Торнио порожистая. И не всегда участники экспедиции отваживались оставаться в лодках, которыми правили лапландцы. Однако, когда они решались идти пешком, то оказывалось, что берег состоит из стволов деревьев, поваленных в воду, а прыгать по камням и стволам так ловко, как это делают местные жители, не получается. Более того, во Франции, конечно, есть комары, но нет мошки. И знакомство с ней поразило всех ученых. Они подробно описывали, как оленеводы научили их спасаться от насекомых, разводя дымные костры.
Работы по измерению углов в треугольниках велись с июля по август 1736 года. Погода не всегда радовала. Нам это легко понять: хотя лето на севере светлое, но довольно дождливое. Из-за туманов и мороси подолгу не было видимости. Мопертюи жалуется, что на одном из сигналов ему восемь дней пришлось ждать, пока развиднеется. («ха-ха-ха!» — сказал бы Лакондамин, проведший за аналогичным занятием целый месяц).
Мопертюи в своих мемуарах жалуется на голод. Но при этом ученым регулярно перепадали пироги, рыба, варенье и другие вкусности, которые крестьяне дарили или выменивали на водку. В 15 километрах вверх по течению в маленьком приходе Освер-Торнео жил с семьей пастор Бруниус, у которого французы регулярно проживали и столовались, отводя душу в «цивилизованной» компании. Вот, что пишет про «голод» аббат Утье:
«Мадам Бруниус собрала нам в горы обед из рубленого мяса и зеленого горошка, но они, по местному обычаю, были сладкими и сдобрены лимонной цедрой, так что мы не смогли это есть.»
почему-то напомнило
Кстати, дружелюбие местных жителей порой было не в радость ученым. Удивительно, хотя их кормили и предоставляли ночлег. Вот, что вспоминает аббат Утье:
«Чтобы избавиться от ненужных гостей, мсье Цельсий ушел в кладовую, а закончив — поднялся сразу на крышу церкви и заперся там. Мы с мсье Мопертюи сделали вид, что идем на прогулку и, как только нас оставили одних, поднялись на колокольню, где нас ожидал мсье Цельсий. У нас было достаточно времени до вечерней службы, чтобы выполнить измерения.»
Не обошлось и без неприятностей. Было жаркое лето и, однажды, плохо затушив костер, ученые устроили лесной пожар. Обнаружили они это, наблюдая за пунктом Хоррилакеро. Его заволокло дымом — несколько дней он был недоступен для измерений. Спасательная бригада обнаружила, что деревянная пирамида сгорела, однако благодаря реперу, заложенному в камень, ее удалось восстановить на том же месте. В противном случае, пришлось бы переделывать все связанные с этой точкой наблюдения.
В начале сентября, глядя на плоды своих трудов, Мопертюи напишет:
«у нас получилась отличная цепочка треугольников. Похоже, что Провидение послало нам горы именно в тех местах, где они были нам нужны».
Следующим этапом работ должно было стать определение разности широт между Торнио и Пелло (югом и севером измеряемой дуги). Как и планировали, в августе 1736 года в Торнио прибыл зенитный сектор, заказанный Цельсием в Гринвиче у уже знакомого нам мастера Грэхема.
Созвездие Дракона. Википедия.
За опорную звезду выбрали дельту созвездия Дракона. Она совсем близко от Полярной и хорошо видна в высоких широтах. Ученые построили две обсерватории. Для них они арендовали или выкупили котты (это такие местные амбары с высокой крышей, в которых топят снег, чтобы зимой поить скот) и смонтировали там открывающуюся крышу. В обсерваториях (холодных и темных) разместили зенитный сектор, ориентируя его по направлению север-юг. Дальше оставалось поймать момент, когда звезда появится в плоскости меридиана и определить ее склонение относительно зенита. Делалось это в темноте. Сначала наблюдатель выставлял барабан микрометра на известную позицию, потом свеча задувалась, и наблюдатель ловил звезды, на память отсчитывая обороты микрометра. Мопертюи считал этот метод новаторским. Измерения, однако, в целом удались. Сходимость результатов составила 3», что было очень хорошо.
Котта на иллюстрациях аббата Утье.
Ночи стояли по-северному длинные, холодные и ясные. Самое то для измерений. Разность широт между двумя обсерваториями составила: 57 ' 27 » (немногим менее градуса. В три раза меньше, чем та дуга, которую измеряли коллеги на экваторе).
Базис
Базис начали измерять 21 декабря 1736 года, после зимнего солнцестояния. Тогда было холодно, морозы стояли почти минус двадцать по Цельсию (Цельсий был там и отмечал температуру в градусах Реомюра), и местные предлагали дождаться весенних оттепелей: чтобы лед подтаял и потом схватился еще более ровной поверхностью. Но Мопертюи боялся непредсказуемости погоды в будущем и хотел выполнить работы сейчас, чтобы на зимовке обработать результаты. Линию в 14 км разбили на замерзшей поверхности речки Торнио. Конечно, снег пришлось расчистить.
Использовали восемь еловых вех (почти девятиметровых), которые при разных температурах проверялись эталонным туазом на предмет сжатия-растяжения. При помощи скребка, собранного из нескольких бревен, расчистили снег в створе линии. Потом приступили к измерениям.
Каждая бригада работала с четырьмя 30-футовыми вехами. Вехи были обиты железными пятками и Мопертюи предполагал, что это противодействует расширению-сжатию дерева. Расхождение расстояния у бригад составило рекордные 4 дюйма. Длина базиса была: 7 406 туазов, 5 футов, 2 дюйма. Итого погрешность измерения базиса: 10 см на 14 км.
На все работы по измерению базиса, несмотря на холод и короткий световой день, ушло восемь дней (там, на экваторе — полтора месяца). Какие это были непростые дни!
Солнце всходило примерно в полдень (понятно, что ночью особенно не понаблюдаешь) и работа шла часов до четырех дня. Ходили по почти полуметровому снегу, таща на себе тяжелые деревянные вехи (с другой стороны веху тащил крестьянин или слуга, но его не следует упоминать в отчете, конечно). Мопертюи потом делился:
«от холода губы примерзают к фляжке с бренди, единственным напитком, который не замерзает при таких температурах».
При этом на геодезические работы, как на диковинку, съезжались поглазеть местные оленеводы, и для них, привыкших к климату, это было веселее любой ярмарки. Как-то Мопертюи вспомнил, что летом забыл определить высоту одного из горных сигналов на Авалаксе, и до горы, заснеженной и зимней, его домчали пастор и лапландка на санях. Потом Мопертюи превратит это в настоящий триллер с упоминанием хищных оленей-людоедов:
«Дикое и неуправляемое животное… [олень] бросится на вас, будет брыкаться и кусаться, мстя за удары. Когда олень кидается на Лапландца — тот прикрывается санями и снова бьет его палкой, но мы, чужаки, скорее погибнем, чем успеем принять эту оборонительную позицию».
Олень — дикий зверь.
К новому году измерения были готовы, и оказалось, что дуга меридиана составила 52 203,5 туаза (57 градусов 27 минут). Градус меридиана в Лапландии составил 57 437 туазов.
Понятно, что зимой в обратный путь было не пробраться. До открытия судоходства ученые отдыхали в Торнио, наслаждаясь теплом очагов и обществом доброжелательных и любопытных хозяев. Помимо обработки журналов, проверки измерений, они определили магнитное склонение (уклонение стрелки компаса от направления на север), исследовали аберрацию звезд и выполняли маятниковые эксперименты.
Возвращение на родину
В мае лед вскрылся, и можно было бы пуститься в обратный путь. Часть партии снова отправилась пешком (по раскисшим дорогам), а часть — на корабле. И тут случилась серьезная неприятность: корабль дал течь и потерял в тумане берег. Только чудом удалось избежать крушения: капитан успел различить знакомые очертания берега и не разбиться о скалы. Ученые остались невредимы, однако часть инструментов была повреждена, в частности, северный эталонный туаз: он необратимо пострадал от соленой воды. Впрочем, это было единственное злоключения в стремительной и победоносной экспедиции Мопертюи. К августу 1737 года вся партия достигла Парижа.
О том, как встретили Мопертюи в Париже, и как соотечественники оценивали результаты двух градусных экспедиций: Перуанской и Арктической, я расскажу в следующий раз.
Предыдущие части цикла можно найти тут:
О форме Земли: тыква или дыня?
Как набрать команду к экватору?
Планирование экспедиции.
Приборы и инструменты.
Дорога на Запад.
Базисные измерения и политика.
Триангуляция и коррида.
О звездном непостоянстве.
Нельзя просто так взять и вернуться из экспедиции.
Арктическая градусная экспедиция. Начало.
