О форме Земли: тыква или дыня? Геодезия и отвага

В XVIII веке Французское правительство отправило к берегам Латинской Америки экспедицию. Участники должны были экспериментально определить: Земля скорее сплюснутый эллипсоид или вытянутый . "Зимовка в тепле!" - радовались ученые. Но их ждали восемь лет испытаний. Индейцы, война,  извержение вулкана и лютый холод: обычная работа геодезистов. История Экваториальной градусной экспедиции совершенно не охвачена в русскоязычном пространстве, и я попытаюсь это исправить.

Серия 1. Декартисты против Ньютонианцев.

Дайте волю воображению и представьте себе картинку:

Ужин философов, 1772 - 1773 г., Жан Юбер.

1733 год: Париж, кафе Градо: излюбленное место сборищ ученых из Академии Наук. Предлагают кофе, сидр и то, что покрепче. Где-то играет музыка. Градо - храм науки: в отличие от салонных встреч тут можно спорить даже с самыми именитыми гостями. Мужчины плотным кружком обступили некрасивого носатого докладчика. Тот превозносит англичанина Исаака Ньютона: "Представьте себе, он нашу планету может описать математически. Сколько гармонии и красоты в этой мысли! А сколько благородства в его сородичах, что наградили его почетным титулом Сэра, несмотря на хмурый нрав и нелюбовь к невежественным сборищам. Разве у нас такое мыслимо, когда наука зависит от мнения света?". "Позвольте, - кто-то тут же ему возражает, - да ваш Ньютон утверждает, что Земля сплюснутая. Следует ли так им восхищаться?".
Это в плотный кружок “ньютонианцев” затесался “декартист”. Они тут не в чести. С “несогласным” тут же ожесточенно вступает в спор месье Мопертюи и один из его учеников: юноша с нежнейшими глазами и дамской прической. Градус накаляется, аргументы крепчают. Трещат стулья, взрываются бутылки с сидром, лают перепуганные собачки.

Вот так или примерно так выглядел привычный спор о фигуре Земли (ее сплюснутости или вытянутости), который с конца XVII века то угасал, то полыхал с новой силой в научных кругах Европы.

Рене Декарт, 1675-1703, гравюра Жака Любена по портрету Франса Хальса © The Trustees of the British Museum

В XVII веке жил во Франции такой ученый: Рене Декарт. Помимо декартовой системы координат, с которой мы впервые сталкиваемся в школе, он создал целое философское течение: картезианство. Кстати, "картезианство" и “декартизм” - это просто разное прочтение одного и того же имени, которое пишется как Descartes.

Так вот, среди прочего, Декарт считал что Земля омывается вихрями, которые истончают ее. И Земля должна быть слегка вытянута от полюса к полюсу (подобно дыне).

Это предположение, вроде как, было подтверждено экспериментально. Французский астроном и геодезист Жак Кассини, сын директора парижской обсерватории, в результате градусных измерений (многолетних определений длины 1 градуса парижского меридиана) получил, неоднаковую длину градуса меридиана на севере и юге Франции.

При этом, в конце того же XVII века Ньютон (в "Началах натуральной философии") писал:

“Земля при экваторе выше, нежели при полюсах, примерно на 17 миль".

Он полагал, что мысль его доказывают маятниковые эксперименты астронома Рише. Тот путешествовал по миру с точным маятником и заметил, что один и тот же откалиброванный стержень маятника на разных широтах колеблется с разной периодичностью. Стало быть, Земля сплюснута как тыква. На том стояли ньютонианцы.

Обложка "Начал натуральной философии" Ньютона.

Надо сказать, что речь шла о “сплюснутости или вытянутости” планеты в такой малой степени, что едва ли ее можно было надежно обнаружить существующими методами наблюдений. Поэтому “неугодные результаты”, в зависимости от того, кто ты: декартист или ньютонианец, всегда можно было списать на погрешности измерений. Тем не менее, Французская Академия Наук регулярно объявляла конкурсы на научные работы по теме о Фигуре Земли, что позволяло ученым оттачивать ум, состязаясь за денежный приз и публикации.

Но вернемся к первоначальной сценке в кафе. Тут возникает резонный вопрос: зачем в 1733 году о Земле спорить, если можно пьянствовать и читать стихи?

Тут все очень просто: у нас эпоха просвещения. Умным быть престижно, и все приличные люди занимаются математикой или астрономией. Это кафе Градо: место неформального общения ученых из Академии Наук. Чем больше тебя знают в тусовке, тем больше у тебя возможностей для поступления на службу, преподавания или других способов обогащения. Кстати, тот юноша с нежными глазами, что вступался за Ньютона - маркиза Эмили дю Шатле. Она специально пришла поучаствовать в дискуссии, а женщин в кафе не пускали - пришлось переодеться. В будущем она станет серьезным математиком и  возлюбленной Вольтера (он и есть тот носатый докладчик). Пока же, она очень увлечена биномами и своим учителем математики: мсье Мопертюи, главой парижского “кружка” ньютонианцев.

Мадам дю Шатле за своим столом, 18 в., Морис Кантен де Ла Тур

Про Мопертюи

Надо помнить, что математики (да и вообще ученые), о которых мы говорим - это популярные и модные и люди. Скорее, как “айтишники” из 2010-х, а не как “программисты” из 90-х. Пьер Моро де Мопертюи (ему где-то 36 в воображаемом нами 1733 году) - амбициозный и очень светский ученый. Когда-то он приехал в Париж наниматься в мушкетеры, но передумал и занялся математикой. Давал частные уроки, публиковал научные работы. Первой была «О форме музыкальных инструментов»: Мопертюи недурно играл на гитаре и на досуге писал песенки. Из путешествия в Англию он привез ньютонианство и сколотил вокруг себя кружок то ли единомышленников, то ли обожателей. Ему нравилось окружать себя свитой из учеников и поклонников. О нем говорили:

“Этот Мопертюи как муха. То он тут, то он там. Ах, бывает ли он на месте?”.

Эмили дю Шатле (его ученица и подруга) писала ему как-то:

“Месье, я послала за Вами к Вам домой и в Академию, чтобы сказать, что вечер проведу дома одна. За биномами и триномами. Но я не могу учиться, если Вы не зададите мне задачу, и эту задачу я желаю страстно”.

Про Вольтера

Носатый господин из нашей сценки (первая картинка) - Шарль Мари Аруэ, Вольтер. Именно из-за него спор декартистов и ньютонианцев в Париже начала 1730-х вспыхнул с новой силой. Несколько лет назад он вернулся из ссылки в Англию (в противном случае ему грозила бы Бастилия), из которой привез увлечение Ньютоном.

Однако, будучи популяризатором и любителем науки, Вольтер не имел достаточно глубоких математических познаний, чтобы понять “Начала натуральной философии”, которые продвигал. Эта книга тогда публиковалась только на латыни, читало ее немного людей, а понимало еще меньше.

Марикза дю Шатле потом будет много лет заниматься переводом “Начал” на французский и ее перевод, кстати, до сих пор остается единственным. Тут следует сделать ремарку: “Начала натуральной философии” - это такой свод рассуждений. Автор выдвигает предположение, а потом его обосновывает тем математическим аппаратом (или просто словесными аргументами), которым располагает. Тот же Мопертюи, переписываясь со своим швейцарским коллегой Иоганом Бернулли (еще одна фамилия знакомая из школьного курса), жаловался на то, что ему не всегда удается проследить и повторить рассуждения автора. Заметим, это все совершенно не мешало веселым и ожесточенным околонаучным спорам. Был бы повод собраться.

Идея экспедиции

В кружке своих сторонников Мопертюи вынашивал план о том, как радикально (и славно) решить спор о форме Земли. Надо бы предложить выполнить натурные измерения на большой территории и сравнить их с парижскими измерениями Кассини. Если тот мерил меридиан, то можно мерить параллель. Или, скажем, отправиться новые края: к нулевой широте. Туда, где разница в “сжатии” будет более очевидной в сравнении с парижскими измерениями. И вот, в декабре 1733 года, на скучноватом предрождественском заседании Академии Наук было высказано предложение: для проверки идеи о сжатии или вытянутости Земли нужно отправить экспедицию в вице-королевство Перу, принадлежащее Испании. Оно находится на экваторе. И там измерить длину дуги меридиана, которую впоследствии сравнить с парижским. Предложение, неожиданно для всех, было принято. И тут же стремительно нашлись деньги на его реализацию. Вот только одна проблема: с этим предложением выступил вовсе не Пьер Мопертюи, известный математик. А молодой и амбициозный член кружка ньютонианцев: астроном Луи Годен, тридцати лет от роду. Он и станет руководителем Французской Геодезической миссии в Перу. Градусной экспедиции, первой на чужой территории.

Экспедиция планировалась примерно сюда: в районе Кито (тогда Перу, теперь Эквадор).

Если история показалась вам любопытной, много-много картинок (со ссылками на источник) будет в инстаграме рассказа: Geocourage.