Астрономия из первых рук
Геодезия, как и астрономия - древнейшие науки. Но если об астрономии должен знать каждый школьник, то о геодезии большинство людей даже ничего и не слышало. Между тем, современное развитие человеческой цивилизации немыслимо без использования геодезических знаний.
Так что же собой представляет геодезия? Говоря кратко, - это наука об изучении и измерении земной поверхности, а также всей Земли как планеты в целом.
Чтобы яснее представить, что такое геодезия, надо проследить ее развитие с древнейших времен до настоящего времени, связь с другими науками и, прежде всего, с астрономией.
Перефразируя известного поэта, можно сказать, что астрономия и геодезия - близнецы-сестры. Их развитие шло одновременно, взаимно обогащая и дополняя друг друга, и связь эта была настолько тесной, что разделить их порой было невозможно. Ни одна из них не могла развиваться без использования достижений другой.
Целый ряд крупнейших ученых XIX и XX веков, таких например, как Ж.Б.Деламбр, К.Ф.Гаусс, Ф.В.Бессель, А.М.Жданов, Ф.Н.Красовский, А.А.Михайлов, Н.А.Урмаев и многие другие, не говоря уже об универсальных ученых древности и средневековья, а также академиках XVIII века, положивших начала современным наукам, могут быть названы одновременно и выдающимися астрономами и геодезистами.
Астрономия и геодезия издавна исправно служат людям. Еще в древнем Египте, Вавилонии, Индии, Китае наблюдения за некоторыми светилами и, прежде всего, за Солнцем и Луной, позволяли определять времена года, устанавливать сроки проведения сельскохозяйственных работ, предсказывать разливы рек, игравших огромную роль в жизни народов, живших на берегах Нила, Тигра, Евфрата, Ганга, Ян-Цзы.
В то же время определение места наблюдения на Земле требовало проведения геодезических измерений. Последние использовались уже шумерами и египтянами при строительстве различных сооружений и, в частности, пирамид, прокладке оросительных каналов и дорог. Древние мореплаватели и путешественники, а также воины в своих походах умели ориентироваться по Солнцу и по звездам, определять по ним свое местоположение как на суше, так и на море.
Слово геодезия происходит от греческих: гео - земля и дайдзо - делить на части, а, говоря проще, оно означает землеразделение, то есть изучение Земли при помощи измерений на ее поверхности.
Отличие геодезии от других наук о Земле, таких как география, геология, геоморфология в том и заключается, что изучение это основано на очень точных измерениях различных параметров и величин, характеризующих Землю как в целом, так и отдельных ее частей.
Геодезические измерения в совокупности с астрономическими наблюдениями дали возможность ученым определить размеры и форму Земли.
Геодезические измерения позволили определить основную астрономическую единицу, служащую для определения расстояний в окружающем нас космическом пространстве. Они позволили также установить единицу измерения длины в метрической системе мер - метр.
Только геодезические измерения позволяют получать точные количественные величины деформации частей земной коры, происходящей как вследствие вековых тектонических вертикальных и горизонтальных движений материков, так и сдвигов отдельных участков земной поверхности вследствие сейсмической активности и деятельности человека.
Геодезические измерения лежат в основе картографирования страны, т. е. в создании всевозможных карт и планов местности. Они лежат также в основе изучения гравитационного поля Земли, т. е. поля, образованного силой тяжести Земли.
Наступление космической эры, появление искусственных спутников Земли и космических аппаратов, запускаемых к отдаленным планетам, было бы невозможно без знания размеров Земли и ее гравитационного поля.
В изучении фигуры Луны и планет солнечной системы также участвует геодезия.
Велико значение геодезии в военном деле. Без нее невозможно действие артиллерии, ракетных войск, так как расположение орудий и ракет, расстояний до целей и их положение на местности определяется геодезическими методами. Ведение военных операций, первоначально разыгрываемых на топографических картах, являющихся «глазами армии» и создаваемых геодезистами, расположение противоборствующих войск и их расквартирование, также связаны с геодезией.
Еще с прошлого века геодезию как науку было принято подразделять на две основные ветви - собственно геодезию или топографию и высшую геодезию. В ХХ веке к этому подразделению добавилась еще одна бурно развивающаяся ее ветвь - инженерная или прикладная геодезия, получившая большое распространение при решении различных инженерных задач.
Если кратко осветить эти направления, то надо отметить их следующие особенности.
В собственно геодезии, или топографии, изучаются небольшие участки земной поверхности, принимаемые за плоские. При этом исследуются свойства различных геометрических фигур с использованием формул тригонометрии и их приложение к решению различных задач на местности. Разрабатываются также методы проведения топографических съемок, создания планов и карт, конструирования необходимых при этом приборов.
В отличие от собственно геодезии в высшей геодезии изучаются большие участки земной поверхности с учетом ее кривизны и вся Земля в целом. Именно разработанные в высшей геодезии методы позволили решить одну из важных проблем естествознания - определить размеры и форму Земли, детально изучить различные физические факторы, определяющие ее жизнь как планеты (изменение размеров с течением времени, движение полюсов, смещение береговых линий и частей земной поверхности, изменение уровней морей и океанов). Методы создания общегосударственной системы геодезических пунктов, служащих основой карт и выбора места для строительства различных инженерных сооружений, и способы изображения выпуклой поверхности Земли на плоскости также разрабатываются в высшей геодезии.
Развившаяся из описанных геодезических ветвей инженерная или прикладная геодезия превратилась в обширную науку, успешно решающую задачи различных отраслей народного хозяйства.
Так, например, в сельском хозяйстве в основе земного и лесного кадастра* лежат работы, выполняемые инженерной геодезией по определению посевных площадей, границ земельных участков, отводимых под ирригацию и мелиорацию, водных площадей, лесных порубок и других объектов, определяющих научно обоснованную постановку землепользования.
На транспорте при строительстве железных и шоссейных дорог методы инженерной геодезии позволяют осуществить выбор трассы дороги и съемку полосы местности вдоль нее, обеспечивают нужное направление при прокладке туннелей, строительстве мостов и путепроводов.
Прокладка трубопроводов, нефтепроводов и газопроводов также не обходятся без геодезических измерений.
В речном судоходстве на долю геодезии выпадает задача по изучению реки как водного пути, а именно, проведение съемки долины реки и ее русла, определение падения (наклона) дна реки, определение поперечных сечений и рельефа русла реки, определение скорости течения воды в реке на различных глубинах, наблюдение за уровнем воды.
Геодезические работы помогают составить предшествующую разведке полезных ископаемых карту районов их вероятного залегания, проводить геологическую и геофизическую разведку по определению мест и количества их запасов, а также осуществлять наземную и подземную съемки, позволяющие правильно и экономично проектировать горные работы.
Велика роль геодезических работ в городском строительстве и строительстве различных инженерных сооружений. В настоящее время развитие городов и населенных пунктов невозможно без подробного топографического плана, на который наносятся все наземные, подземные и надземные сооружения и по которому осуществляется планировка улиц, кварталов, домов. На плане, кроме того, детально показывается рельеф местности.
При строительстве заводов, фабрик, высотных зданий и других инженерных объектов геодезические измерения проводятся с начала и до конца работ по их сооружению, а именно: они предшествуют проектированию, участвуют в изысканиях на местности при выборе площадки под строительство, сопровождают монтажные работы, контролируя правильность их проведения, а по завершении строительства фиксируют осадки и деформации отдельных частей созданных конструкций.
Большое значение имеют геодезические измерения при проектировании и строительстве гидротехнических сооружений - плотин, водохранилищ, гидроэлектростанций, судоходных шлюзов, водозаборных и водоспускных сооружений. Измерения по определению осадок гидротехнических сооружений и наблюдение за их техническим состоянием проводятся как в процессе, так и по окончанию работ. Таков далеко не полный перечень круга задач, решаемых инженерной геодезией.
Помимо указанных подразделений, современная геодезия включает в себя ряд сомостоятельно развивающихся научных направлений:
- радиогеодезию, изучающую электронные методы точного определения расстояний между пунктами на Земле и в пространстве;
- теорию фигуры Земли, разрабатывающую научные основы ее изучения;
- сфероидическую геодезию, являющейся математической основой для решения различных геодезических задач;
- геодезическую астрономию, позволяющую определять положение пунктов на Земле и ориентировать линии по наблюдению небесных светил;
- геодезическую гравиметрию, изучающую гравитационное поле Земли, знание которой необходимо для точного определения координат пунктов на земной поверхности и вне ее, а также для развития геофизических методов разведки полезных ископаемых;
- картографию, разрабатывающую способы изображения поверхности Земли в виде планов и карт;
- космическую геодезию, занимающуюся изучением космоса спутниками Земли и космическими аппаратами, запускаемыми к далеким планетам, и использованием их для определения положения точек на земной поверхности и гравитационного поля.
Подобно этому развитие астрономии как науки также послужило основой для появления самостоятельных наук, таких как астрометрия, небесная механика, астрофизика, космогония, космология, звездная астрономия, теоретическая астрономия, радиоастрономия и ряд других.
Несмотря на то, что указанные выше науки углубились в свои фундаментальные исследования и удалились друг от друга настолько, что потеряли всякую связь между собой, все же астрономия и геодезия в целом тесно взаимодействуют между собой в решении многих научных задач и их приложении в народном хозяйстве страны.
Таким образом, совместное решение научных проблем астрономией и геодезией позволяет познавать и глубже изучать Вселенную и Землю, на которой мы живем, и способствовать развитию человечества как части Вселенной.
Изучение геодезии как самостоятельной научной дисциплины проводится во многих учебных заведениях. Но основным из них, целиком посвященным изучению и развитию геодезической науки и практики, является Московский государственный Университет геодезии и картографии (МосГУГК). На его факультетах изучаются различные направления и ветви геодезической науки и их практическое приложение в решении конкретных задач.