История развития геодезии

 

В истории геодезии условно следует выделить пять периодов ее развития.

Первоначальный период своими корнями уходит в весьма отдаленные времена. Есть сведения, что ещё в Древнем Египте была особая каста жрецов, которые вели учёт крестьянских участков, позиционировали их с тем, чтобы ежегодно после разливов Нила восстанавливать межи. Кроме того, геодезия использовалась при строительстве таких сооружений, как известные пирамиды в Гизе. Площадки под строительство тщательно нивелировались, производилась разметка и осуществлялось геодезическое сопровождение строительства.

Появление в III веке до н.э. самой геометрии Эвклида должна была предшествовать многовековая практика в области линейных и угловых измерений. Сооружение значительных оросительных систем, а также больших каналов, например, канала, соединяющего реку Нил с Красным морем (VI в. до н.э.), говорят о том, что производство геодезических расчетов на местности в то время находилось на довольно высоком уровне.

Второй период «от Аристотеля до Ньютона» начался в IV веке до н.э. выделением геодезии в самостоятельную науку и завершился на рубеже XVII-XVIII в.в.

Проблемой определения формы и размеров Земли занимались такие древнегреческие философы и ученые как Аристотель, Архимед и другие. Впервые весьма точно определил размеры Земли в 230 г. до н.э. древнегреческий ученый Эратосфен. Зная по времени караванных переходов расстояние между Александрией и Сиеной (современный Асуан), считая их расположенными на одном меридиане и определив разность их широт по наблюденным высотам Солнца в кульминации, он вычислил значение окружности земного шара, равное 250000 стадий. К сожалению, точная длина древнегреческой стадии теперь неизвестна, но считают ее близкой к 160 метрам. Поэтому по определению Эратосфена окружность Земли приблизительно равна 40000 км, что очень близко к современному значению.

Смысл проведённых им определений показан на рисунке 2.

Рис. 2. Смысл градусных измерений

Взять на поверхности Земли две точки: 1 и 2. Измерить между ними расстояние S. Измерить в точках углы между отвесными линиями и направлениями на какой либо удалённый предмет, например, звезду. Эти углы обозначены символами Z₁ и Z₂ и называются зенитными расстояниями. Если считать, что направления на звезду из точек 1 и 2 параллельны из-за большой удалённости звезды, легко доказать, что

.

Затем по пропорции

вычисляется полная длина окружности Земли L. Из формулы

вычисляется радиус Земли. При этом можно вычислить длину дуги в один градус. Поэтому такой вид геодезических работ называется градусным измерением.

Работы по определению форм и размеров Земли выполнялись арабскими и туркестанскими учеными. Так, философ, астроном и геодезист Бируни из Туркестана в 1023 г. определил радиус земного шара из наблюдений понижения горизонта. По Бируни длина одноградусной дуги меридиана на широте 32⁰ с.ш. равна 110,278 км (по современным данным – 110,895 км).

В геодезии в это же время происходит ряд замечательных открытий. Так в 1609 г. Галилеем изобретена зрительная труба. Нидерландский астроном и математик Снеллиус в 1614 году разработал метод триангуляции, который был впервые применен французским астрономом Пикаром при измерении дуги меридиана в 1° под Парижем.

Третий период начался в 1687 году, когда вышел монументальный труд И.Ньютона «Математические начала натуральной философии», в котором на основании открытого им закона всемирного тяготения доказывается наличие полярного сжатия Земли. Ньютон не только установил сплюснутость фигуры Земли по оси вращения, но и теоретически определил величину её полярного сжатия, которая составила 1/230 (современное значение 1/298,257). В течение этого времени получили начало такие науки как гравиметрия, геофизика. В это же время ученые-геодезисты пришли к выводу, что сглаженная до уровня Мирового океана фигура Земли не является простой геометрической фигурой, т.е. возникло понятие геоида.

Эти идеи были приняты далеко не всеми учёными. Многие отрицали закон всемирного тяготения и, в частности, сплюснутость Земли. Для проверки гипотезы Парижской академией наук были направлены две экспедиции. Перуанская (1735 - 1744 годы) под руководством учёных: Годена, Ла Кондамина и Буге измеряла фрагмент меридиана вблизи экватора. Лапландская (1736 - 1737 годы) под руководством учёного Мопертюи измеряла фрагмент меридиана в Лапландии (север Норвегии и Финляндии). Их работы доказали правоту И.Ньютона.

Рис. 3 Известные российские геодезисты

 

К началу 19 века были накоплены значительные материалы геодезических и астрономических наблюдений. В связи с этим возникла проблема совместной обработки материалов измерений. Метод решения этой проблемы был предложен независимо немецким математиком, астрономом и геодезистом К.Ф. Гауссом и известным французским математиком Лежандром. Этот метод, названный методом наименьших квадратов, находит широкое применение при обработке геодезических сетей. В России метод наименьших квадратов в геодезии и астрономии на практике применили известные российские астрономы и геодезисты Струве, Шуберт, Померанцев, Цингер, Певцов, Гедеонов и другие.

Четвертый период (конец 19 – первая половина 20 века) развития геодезии ознаменовался основополагающими работами известных советских ученых Ф.Н.Красовского и М.С.Молоденского, который доказал невозможность точного определения фигуры геоида только по измерениям на земной поверхности и разработал теорию и методы определения фигуры физической поверхности Земли.

В нашей стране к 1940 году была создана объёмная астрономо-геодезическая сеть. Она была целиком обработана по программе, разработанной Ф.Н.Красовским, Н.А.Урмаевым, М.С.Молоденским и другими учеными. В результате обработки были определены размеры и положение земного эллипсоида. По постановлению Правительства в Советском Союзе с 1946 года введена единая Система координат 1942 года (СК-42).

К середине 80-х годов 20 века в СССР, обработав массивы результатов спутниковых геодезических измерений, советские геодезисты уточнили параметры Земли и предложили новую единую Систему координат, которая была введена в употребление с 1995 года (СК-95).

Портреты некоторых знаменитых российских геодезистов приведены на рисунке 3.

С жизнью и повседневной деятельностью геодезистов можно познакомиться и в художественной литературе, например в книгах инженера-геодезиста Г.А.Федосеева («Таёжные встречи», «Мы идём по восточному Саяну», «В тисках Джугдыра»).