Чтобы создать более или менее ровную гравиметрическую сеть на всем земном шаре, необходимо сотрудничество ученых всех континентов. Вот почему такие исследования вошли в программу Международного геофизического года.
Сейчас по всей планете работает огромное количество специальных гравиметрических станций, исследующих силу тяжести. Их вклад станет нагляднее, если представить, что только в один из международных центров, в котором собирают результаты гравиметрических наблюдений, ожидается поступление такого обильного количества новых сведений, что они с трудом уместятся в 90 томах, объемом страниц по 500 каждый. А чтобы запечатлеть материалы гравиметрических наблюдений на микрофильмах, такому центру потребуется свыше 100 километров пленки.
Совсем избавиться от эллипсоида геодезистам так и не удалось. И вот почему.
Предположим, сила тяжести уже промерена на всей земной поверхности, и так часто, как это требуется. Теперь мы можем провести поверхность, перпендикулярную найденным направлениям силы тяжести, то есть получить, наконец, хоть и не тот, который предполагали — не гладкий, а бугристый, но все же самый настоящий геоид.
Можем-то можем. Но при этом мы узнаем только форму его поверхности. А расстояние, на котором поверхность геоида находится от центра Земли (то есть его размер), нам не может сообщить гравиметрия.
Точная наука, позволившая вычислить с правильностью до нескольких метров форму Земли, оказывалась вдруг в положении гадалки, за результаты предсказаний которой трудно поручиться.
Пришлось опять вспомнить об эллипсоиде. Волнистая поверхность геоида местами поднимается над эллипсоидом, местами же опускается ниже его. Вычислив с помощью градусного аршина размеры земного эллипсоида, геодезисты как бы вычитают его затем из геоида, то есть находят излишки и недостающие куски. Этот земной эллипсоид так и назвали «референц-эллипсоид», что значит «эллипсоид, с которым сравнивают».
Изучение формы геоида свелось, таким образом, к определению разницы между его бугристой поверхностью и ровным эллипсоидом.
Но геоид — это ведь только близкая к действительной Земле фигура. Настоящая же физическая поверхность Земли находится, как мы знаем, на некоторой высоте над ним. Поэтому найти высоту геоида над эллипсоидом — это только половина задачи. Теперь предстоит вычислить, насколько сам геоид отступает от действительной поверхности Земли.
И хотя с введением понятия «геоид» определять форму земного шара стало сложнее, потому что ученым, занимающимся этой проблемой, приходится пользоваться и «градусным аршином» и «гирей», наше представление о собственной планете стало гораздо ближе к истине, чем раньше.
Как же производится это двойное вычитание?
После того как размеры эллипсоида вычислили достаточно точно, надо его надлежащим образом разместить, установить в теле Земли. Ведь его поверхность и поверхность геоида должны находиться достаточно близко друг от друга.
Для этого намечают какую-то точку на поверхности Земли и уславливаются, что здесь эллипсоид будет касаться земной поверхности. У нас обычно для этой цели выбирают Пулково, где расположена Главная астрономическая обсерватория Академии наук. Тогда эллипсоид займет внутри Земли вполне определенное положение: его полярная ось и плоскость экватора будут параллельны оси вращения Земли и земному экватору. Но центр эллипсоида разместится где-то в стороне от земного.
Понятно, что два референц-эллипсоида одних и тех же размеров, но ориентированные в двух разных городах, например один в Пулкове, другой в Ташкенте, займут совершенно разные положения внутри Земли. Поэтому, когда говорят, насколько геоид в том или ином месте отступает от эллипсоида, приходится указывать не только, от какого эллипсоида — Красовского, Бесселя или Хейфорда — ведется счет, но и в какой точке он ориентирован.
На территории СССР геоид отступает от эллипсоида Красовского, ориентированного по Пулкову, в среднем метров на 20, а местами на 50 и даже 80. Это вполне допустимая разница. Достаточно сказать, что старый эллипсоид Бесселя расходился с поверхностью геоида в Хабаровске на 370 метров, а в районе дальневосточного побережья на целых 400.