ПРЕЦИЗИОННЫЕ ИНКЛИНОМЕТРЫ: ПРЯМОЕ ОБНАРУЖЕНИЕ СУТОЧНЫХ ВРАЩАТЕЛЬНЫХ УКЛОНЕНИЙ ОТВЕСНЫХ ЛИНИЙ

А.А.Гришаев, независимый исследователь

Краткая предыстория вопроса.

Феномен суточных вращательных уклонений отвесных линий многократно проявлялся на опыте – однако, до сих пор он проявлялся косвенно.

По-видимому, впервые с этим феноменом столкнулись ещё в конце XIX века, при астрооптических определениях широт – когда привязка к местной отвесной линии осуществлялась с помощью т.н. ртутного горизонта. «Когда начались массовые наблюдения за изменяемостью широт… выяснилось, что в среднем значения широт по вечерним группам [звёзд] систематически отличаются от широт, выведенных по группам утренним… существуют суточные колебания в наблюдённых зенитных расстояниях с амплитудой 0.²16» [1]. Далее, поразительные результаты опубликовал А.Я.Орлов, который в 1909 г. (!) исследовал горизонтальные вариации силы тяжести с помощью маятников Цельнера. Такой маятник представляет собой стерженёк с грузиком на одном конце, зафиксированный горизонтально с помощью двух струнных растяжек, из которых нижняя прикреплена к свободному концу стерженька, а верхняя – к точке, немного отстоящей от свободного конца. Это бесхитростное устройство практически не реагирует на вертикальные возмущения силы тяжести, но обладает высокой чувствительностью к горизонтальным возмущениям. А.Я.Орлов разделил лунный и солнечный вклады – в обоих суточная компонента сильно доминирует [2] (см. график в [3]). В дальнейшем, суточные эффекты с очевидностью проявлялись в высокоточных геодезических, гравиметрических и сейсмометрических измерениях. Так, Рыков приводит кривые показаний электронного сейсмометра [4] – которые чётко демонстрируют суточные волны.

Добавим, что обнаруживался не только сам факт суточной «болтанки» местных вертикалей, но и корреляция между размахом этой «болтанки» и фазами Луны. Так, «дрейф нуля сейсмометра, установленного в Ленинграде, подобен дрейфу нуля гравиметра, установленного под Алма-Атой… Такое подобие показаний приборов разной конструкции не может быть объяснено ни аппаратурной погрешностью, ни локальными процессами… автор сделал заключение о наличии неприливной вариации, обусловленной каким-то глобальным процессом. Мы обратили внимание, что временной ход этой глобальной вариации коррелирует с лунными фазами» [5]. Был сделан вывод о «глобальной неприливной вариации с амплитудой порядка 30×10^-6 см/с² и с цикличностью, соответствующей смене лунных фаз (синодическому месяцу)» [5].

Таким образом, предмет данной статьи, т.е. прямое обнаружение суточных вращательных уклонений местной отвесной линии и поведения этих уклонений на протяжении синодического месяца, не следует рассматривать как открытие – поскольку всё это было открыто ещё до нас. Но почему об этом имеется ничтожное количество упоминаний в публикациях? Потому что суточные вращательные уклонения отвесных линий, а, значит, и суточные вариации горизонтальных компонент силы тяжести, никак не следуют из закона всемирного тяготения – который предсказывает вариации с периодом не в сутки, а в половину суток. На этом догмате выстроены целые научные отрасли – теория приливов, геодинамика, гравиметрия – которые до сих пор благополучно существуют, игнорируя экспериментальные реалии.

В данной статье мы постараемся привести в согласие теорию с экспериментом.

Теория суточных вращательных уклонений отвесных линий.

Во множестве учебников написано, что, в идеализированном случае, при котором Мировой океан покрывал бы всю поверхность Земли, тяготение Луны формировало бы в Мировом океане приливный эллипсоид, один горб которого смотрел бы в сторону Луны, а другой – в противоположную сторону. Из-за суточного вращения Земли, горбы приливного эллипсоида перемещались бы по земной поверхности, давая за сутки два максимума и два минимума уровня воды в каждом пункте. По определению, нормаль к поверхности приливного эллипсоида, в каждой её точке, задаёт направление местной отвесной линии – отсюда можно видеть, что вариации горизонтальных компонент силы тяжести в каждом пункте имели бы полусуточную периодичность.

В действительности же, в Мировом океане нет никакого приливного эллипсоида. Движение его горбов означало бы перетекание колоссальных масс воды из океана в океан – чего не наблюдается. Вместо этого, каждый океан разделён на области, в которых приливные явления протекают автономно. В каждой такой области вращается поверхность уровня, несколько наклонённая к горизонту – как в тазике с водой, который двигают по полу круговыми движениями. При этом максимум и минимум уровня последовательно проходят по всему периметру области. Это и есть фактическая картина приливных явлений, честно описанная в учебниках по океанографии. А генераторами вращающихся приливных волн являются вращательные уклонения местных отвесных линий – ведь именно к этой линии стремится стать ортогональной поверхность уровня воды. Примечательно, что фактическая картина приливных явлений убедительно свидетельствует именно о суточной периодичности уклонений отвесных линий: в открытых океанах, т.е. на 75% площади Мирового океана, безраздельно властвуют суточные приливы. Полусуточные приливы наблюдаются в окраинных морях – и есть основания полагать, что там происходит не что иное, как возбуждение второй гармоники (а в некоторых небольших и неглубоких водоёмах, например, в Кандалакшском заливе Белого моря, приливы имеют четвертьсуточный период).

Как можно видеть, фактическая картина приливов никак не следует из закона всемирного тяготения. Хуже того: океанские приливы никоим образом не могут порождаться тяготением Луны. Ведь благодаря уже первым полётам советских и американских космических аппаратов к Луне достоверно известно: тяготение Луны, вопреки закону всемирного тяготения, действует лишь в небольшой окололунной области, примерно до 10000 км от поверхности Луны [6]. Поскольку расстояние между Землёй и Луной составляет около 384000 км, область действия тяготения Луны далеко не достаёт до Земли. Поэтому кинематика пары Земля-Луна является следствием того необычного обстоятельства, что земное тяготение на Луну действует, а лунное тяготение на Землю – нет. В самом деле, на опыте отнюдь не подтверждается предсказание закона всемирного тяготения о том, что по орбите вокруг Солнца должен двигаться центр масс пары Земля-Луна, а сами Земля и Луна должны обращаться в противофазе около этого центра масс, положение которого должно быть смещено из центра Земли в сторону Луны на 4670 км, т.е. примерно на ¾ радиуса Земли. Если имело бы место обращение Земли, с радиусом 4670 км и периодом в синодический месяц, около названного центра масс, то это обращение проявлялось бы как пара ортогональных одномерных синодических колебаний – вдоль и поперёк местного участка невозмущённой годичной орбиты. Однако, достоверно известно: происходит лишь первое из этих колебаний, что проявляется через колебания видимой долготы Солнца с амплитудой около 6.²4 и периодом в синодический месяц [7,8] (т.н. лунное неравенство в гелиоцентрической долготе Земли). Синодические же колебания Земли поперёк своей орбиты – отсутствуют. Они давно могли быть прямо обнаружены с помощью ряда экспериментальных методик – приёма импульсов пульсаров, радиолокации планет, слежения за автоматическими межпланетными станциями – однако, они упорно не обнаруживаются [9]. Таким образом, кинематика пары Земля-Луна весьма своеобразна: Луна выписывает, вокруг некоторого условного центра, двумерную кривую, а Земля совершает, около этого центра, одномерные колебания [9]. Именно такая их кинематика даёт тривиальное, чисто геометрическое, объяснение главного неравенства в движении Луны (после большого эллиптического неравенства) – т.н. вариации (см. [10]).

Теперь мы можем пояснить происхождение суточных вращательных уклонений отвесных линий на Земле, которая совершает одномерные колебания «вперёд-назад», наложенные на её движение по орбите вокруг Солнца. Эти колебания, конечно, не являются динамической реакцией на Луну. Мы полагаем, что эти колебания являются следствием таких же колебаний области планетарного тяготения, в которой удерживается Земля [10]. При периоде этих колебаний в синодический месяц и амплитуде 4670 км, Земля испытывает соответствующее гармоническое ускорение с амплитудой »2.8×10^-5 м/с². Мгновенный вектор этого ускорения, взятый с обратным знаком, входит, как инерциальная поправка, во все местные векторы силы тяжести на Земле. Из-за суточного вращения Земли, в каждом пункте направление этой инерциальной поправки изменяется – конец её вектора в течение суток выписывает, в проекции на плоскость горизонта, некоторое подобие эллипса. Максимальное результирующее уклонение отвесной линии равно отношению вышеприведённого значения, 2.8×10^-5 м/с², к величине ускорения свободного падения, 9.8 м/с² – что, в угловой мере, составляет 0.²59. Таким образом и получаются суточные вращательные уклонения отвесных линий, которые, на наш взгляд, являются истинными генераторами «лунных» океанских приливов [9]. Заметим, что размах этих уклонений должен быть промодулирован синодической волной. Действительно, ускорение Земли, при её вышеописанных одномерных колебаниях, максимально в квадратурах (I и III четвертях Луны) и равно нулю в сизигиях (новолуниях и полнолуниях) [10]. Причём, при переходах через эти нули, обращается направление вектора ускорения Земли (было «вперёд» по орбите, становится «назад», или наоборот) – что должно вызывать инверсию фазы суточных вращательных уклонений отвесных линий. Добавим, что имеют место ещё «солнечные» вращательные уклонения – тоже с суточным периодом, но с постоянной амплитудой, которая в 5-6 раз меньше максимальной амплитуды «лунных» уклонений. «Солнечные» вклады незначительны по сравнению с «лунными», поэтому учитывать «солнечные» вклады мы не будем.

По логике вышеизложенного, выражения для «лунных» уклонений отвеса - x_WE, в проекции на линию «запад-восток», и x_NS, в проекции на линию «север-юг» - имеют вид:

x_WE= a_max×Sinj_SINOD(-Sinj_DCosj_YE + Cosj_DCosqSinj_YE);

x_NS= a_max×Sinj_SINOD(-SinlCosj_DCosj_YE - SinlSinj_DCosqSinj_YE - CoslSinqSinj_YE),

где a_max=0.²59, j_SINOD – фаза синодического месяца, j_D – фаза суток, j_YE – фаза года, q=23°,5 – наклонение земной оси, l - широта места наблюдения. Для наглядной визуализации наших предсказаний, мы написали программу VERTICAL-inclin, которая находится в свободном доступе [11]. На Рис.1 изображён интерфейс этой программы. Она рассчитывает и показывает суточные хода «лунных» уклонений отвеса в проекциях на линии «север-юг» и «запад-восток», а также результирующую двумерную кривую уклонения отвеса в проекции на плоскость горизонта – в зависимости от широты места наблюдения, от дня в году и от дня синодического месяца. Заметим, что устройство, измеряющее x_WE и x_NS, может давать их величины с прямым или обратным знаком, в зависимости от своих конструктивных особенностей. В программе VERTICAL-inclin величины x_WE и x_NS берутся со знаком минус – в соответствии с тем, как их отображают использованные нами датчики. На Рис.1 показан теоретический ход суточных кривых в окрестностях I четверти Луны, когда x_WE представляет собой «косинус», а x_NS – «минус синус». В окрестностях III четверти Луны, фазы этих кривых инвертированы: x_WE представляет собой «минус косинус», а x_NS – «синус».

Рис.1

Описание измерительного комплекса.

В качестве измерительных датчиков использовались двухосевые электролитические инклинометры ИН-Д3ц360 производства ЗАО «НТП ГОРИЗОНТ». В таком датчике уклонение местной отвесной линии проявляется через асимметрию электрических токов между электродом-отвесом и боковыми электродами, задающими две ортогональные оси измерений - X и Y. Датчики были сориентированы по сторонам света таким образом, что их оси X были направлены на север, а оси Y - на восток.

Каждый датчик устанавливался на три опорных регулируемых винта и притягивался к посадочному месту тремя винтами с пружинами. Изменения показаний датчиков при вкручивании-выкручивании их опорных винтов и соответствующих наклонениях их корпусов давали однозначные указания на знак измеряемого эффекта: уменьшение величины отсчёта по оси X соответствовало уклонению отвеса в сторону юга, а уменьшение величины отсчёта по оси Y соответствовало уклонению отвеса в сторону запада.

Общий вид трёх датчиков на стальной плите толщиной 20 мм приведён на Рис.2. Измерения проводились на втором этаже пятиэтажного каменного здания, имеющего капитальные стены толщиной 60 см – и ещё усиленные рёбрами жёсткости из-за наличия лоджий. Плита с датчиками была установлена в оконном проёме, будучи притянута анкер-болтами к массивному подоконнику из плотного гипсобетона, покоящегося на бетонной заливке, монолитной с капитальной стеной. Единственной мерой для локальной стабилизации параметров среды, в которой работали датчики, было прикрытие их коробом из толстого картона.

Рис.2

Опрос датчиков и считывание их показаний, с усреднением на интервалах в 20 с, выполнялись программой «Горизонт», предоставленной изготовителем датчиков. Эта

Рис.3

программа, интерфейс которой изображён на Рис.3, на протяжении всего периода измерений бесперебойно добавляла записи – отстоящие на 20 с от предыдущих – в суточные файлы данных для каждого датчика.

Разрешение считываемых данных составляло 0².01, но случайная погрешность измерений была на порядок больше: текущие среднеквадратические отклонения, отображаемые программой, у двух лучших датчиков (№2 и №8) составляли 0².20-0².35. Ожидалось, что такая точность измерений будет достаточна для выявления искомых суточных эффектов – с максимальным размахом около 1².0.

Результаты измерений.

Измерения проводились рядом с г. Зеленоград Московской области.

Данные обрабатывались стандартной программой Excel.

Поскольку исходные суточные массивы данных, с интервалами между отсчётами в 20 секунд, имели весьма избыточные количества точек, то, для обработки данных на интервалах в несколько суток, мы перешли на прореженные массивы, в которых на один час приходились четыре точки. Подчеркнём, что такой прореженный массив представлял собой простую выборку из исходного – без усреднения, которое приукрасило бы картину мощным сглаживанием шумов. Графики исходного и прореженного рядов визуально, практически, не различались.

Наши надежды на то, что искомые суточные волны будут заметны без дополнительной обработки, не оправдались. Дело в том, что в результирующую картину подмешивались паразитные суточные эффекты, обусловленные бытовой активностью в здании. Мы полагали, что в суточных рядах, полученных вблизи квадратур, должны были присутствовать как паразитные эффекты, так и искомые (с максимальным размахом), а в суточных рядах, полученных вблизи сизигий – только паразитные, поскольку искомые эффекты здесь, практически, нулевые. Паразитные эффекты, вблизи сизигий, имели достаточно регулярный характер (см. Рис.4,5 – где скорректирована только постоянная составляющая). Поэтому, чтобы выделить искомый эффект из квадратурного суточного ряда, мы вычитали из него сизигийный суточный ряд – для того же самого датчика.

Рис.4

Рис.5

Измерения проводились с 25 октября по 27 ноября 2011 г. На этот период пришлись: новолуние 26 октября, полнолуние 10 ноября и ещё новолуние 25 ноября. Результаты для трёхсуточного интервала вблизи I четверти Луны приведены на Рис.6,7. «Скачки» на стыках суток обусловлены тем, что из каждого суточного ряда, входящего в этот трёхсуточный интервал, вычитался один и тот же сизигийный суточный ряд, имевший собственный тренд. Вполне заметно качественное согласие результирующих суточных кривых с теоретическими – даже при не устранённых трендах. Что касается количественного согласия, то размах суточных вариаций у экспериментальных кривых в полтора-два раза меньше, чем у теоретических – мы интерпретируем это как результат систематической ошибки при калибровке датчиков.

Рис.6

Рис.7

Из-за некоторых организационных проблем, месяц наших измерений оказался сдвинут к концу года, поэтому измерения не уложились в сезон пасмурного неба и минимальных суточных перепадов температур. На окрестности III четверти Луны (18 ноября) пришлось резкое похолодание с заходом под 0^оС – что сделало невозможным выделение искомых эффектов, поскольку опорные сизигийные ряды формировались в других условиях. Поэтому мы приводим результаты для предшествующего трёхсуточного интервала – 14-16 ноября, см. Рис.8,9. Как можно видеть, здесь фазы суточных кривых инвертированы по отношению к фазам кривых вблизи I четверти Луны – в согласии с вышеизложенной теорией.

Рис.8

Рис.9

Небольшое обсуждение.

Мы проводили эксперимент, фактически, в домашних условиях. Едва ли можно сомневаться в том, что повторение измерений в более благоприятной обстановке – т.е. в заглублённом под землю помещении на отдельном мощном фундаменте, свободном от бытовых и производственных помех – позволит выявить искомые эффекты в гораздо более чистом виде. Но уже сейчас можно сказать, что отвесные линии действительно испытывают суточные вращательные уклонения, размах и фаза которых привязаны к циклу лунных фаз – причём, этот феномен никоим образом не объясняется с позиций закона всемирного тяготения.

Таким образом, подтверждаются некоторые наши выводы, сделанные в предыдущих работах. Прежде всего, подтверждается вывод о том, что лунное тяготение не действует на Землю [6]: у Земли нет динамической реакции на Луну, поскольку Земля не обращается, в противофазе с Луной, около их общего центра масс, а совершает одномерные синодические колебания «вперёд-назад», наложенные на её орбитальное движение вокруг Солнца [9]. Подтверждается вывод о том, что не короткодействующее лунное тяготение, а именно суточные вращательные уклонения местных отвесных линий являются истинными генераторами «лунных» приливов в океанах [12,9]. Подтверждается вывод об иллюзорности «периодического движения полюсов Земли», «обнаруживаемого» при астрооптических наблюдениях [3]. Добавим, что одномерные синодические колебания земной области тяготения [10], порождающие суточные вращательные уклонения отвесных линий на Земле, должны порождать ещё один феномен. А именно: космические аппараты в околоземном пространстве должны испытывать «инерциальный снос», из-за которого параметры их орбит должны эволюционировать с периодом в лунный месяц – но не синодический, а сидерический, поскольку эти орбиты сохраняют ориентацию по отношению к «неподвижным звёздам». Данные NORAD убедительно свидетельствуют о том, что именно такие сидерические вариации параметров орбит GPS действительно имеют место [13] – причём, они тоже никоим образом не следуют из закона всемирного тяготения.

Как можно видеть, прямое обнаружение суточных вращательных уклонений отвесных линий – это важное подтверждение нашей концепции тяготения [14] и её предпочтительности по сравнению с концепцией всемирного тяготения.

Автор весьма признателен Н.Н.Лунёву и Б.Б.Кузьменко за любезное предоставление инклинометров и программы «Горизонт», а также М.А.Михальнюку, М.В.Соколову, В.Н.Тетереву и А.В.Толокнову – за техническое содействие.

Ссылки.

1. К.А.Куликов. Изменяемость широт и долгот. «Гос. изд-во физико-математической литератруры», М., 1962.

2. А.Я.Орлов. Избранные труды, т.2. «Изд-во АН УССР», Киев, 1961.

3. А.А.Гришаев. Периодическое движение полюсов Земли: реальность или иллюзия? – Доступна на данном сайте.

4. http://scorcher.ru/art/theory/evolition/seismograph.php

5. Ю.Н.Авсюк, С.Н.Щеглов. ДАН, 288, 1 (1986) 71.

6. А.А.Гришаев. Граница области тяготения Луны: анализ полётов в окололунном пространстве. - Доступна на данном сайте.

7. О.Струве, Б.Линдс, Э.Пилланс. Элементарная астрономия. «Наука», М., 1967.

8. Луна. А.В.Марков, ред. «Гос. изд-во физико-математической литературы», М., 1960.

9. А.А.Гришаев. Свидетельства об одномерности колебаний Земли в кинематике пары Земля-Луна. - Доступна на данном сайте.

10. А.А.Гришаев. Синхронизатор орбитального движения Луны. - Доступна на данном сайте.

11. Программа VERTICAL-inclin и описание к ней доступны на http://newfiz.narod.ru/soft/soft.htm

12. А.А.Гришаев. Новый взгляд на природу приливообразующих сил. - Доступна на данном сайте.

13. А.А.Гришаев. Сидерические вариации параметров орбит GPS: ещё одно подтверждение новой концепции тяготения. - Доступна на данном сайте.

14. А.А.Гришаев. Книга «Этот «цифровой» физический мир», 2010. - Доступна на данном сайте.

Источник: http://newfiz.info

Поступило на сайт: 04 января 2012 г.