Русские часы :: Феодосий Михайлович Федченко

Итак, Федченко начал проделывать, без преувеличения, тысячи опытов. С 1947 по 1952 год он перепробовал буквально все мыслимые типы пружин: и короткие, и длинные, и толстые, и тонкие, и с переменным сечением по длине, и строго плоские, – и все впустую. Тем не менее, нельзя сказать, что эти пять лет работы обернулись для ученого зря потраченным временем. Без этого сонма опытов у Федченко не было бы такой уверенности, не отточилось бы настолько мастерство, не изощрилась бы способность мгновенно оценивать возможный результат очередного нововведения. И наконец, день, когда исследовательский труд оказался вознагражденным, наступил.

Один из подвесов вдруг действительно оказался необычным; маятник с ним получился, как у Хойна, перекомпенсированным! Что случилось? Федченко вынул подвес и машинально отверткой попробовал винты, которыми стягивались щечки: винты подались. И тут же маятник превратился в обычный неизохронный, подчиняющийся всем законам. Что ж, Хойн действительно заблуждался. Дело, выходит, только в щечках, крепко ли они стянуты. А что значит – «стянуты»? Это значит, что пружина изгибается не у корня своего, а немного выше или ниже.

Сразу же у Федченко родилась идея: сделать подвес не из одной пружины, не из двух, а из трех – двух коротких и между ними поставить длинную. Тогда в положении, близком к равновесию, длину маятника определят не длинная и не короткие пружины, а нечто среднее между ними; зато на краях качания – короткие, средняя же как бы выключится. Исчезнет элемент случайности, свойственный плохо затянутым винтам. Подвес можно будет настроить так, чтобы качание маятника происходило по циклоиде, как того требует Гюйгенс. Первая же проверка показала, что идея верна. Маятник действительно получился изохронным: при изменении амплитуды с 30 до 150 угловых минут его период оставался неизменным. Часы, в которых был он поставлен, обеспечили вариацию хода в 1 – 2 десятитысячные секунды, в то время как обычные астрономические часы в тех же условиях показывали результаты в 50 – 100 раз худшие.

Исчезли прочные, неколебимые стены, мощные фундаменты: часы Федченко к сотрясениям мало чувствительны. Вопреки всем канонам они могут висеть в лаборатории на втором этаже – и давать ту же точность, что и часы Шорта, спрятанные в подвале.

О создании астрономических часов Федченко (АЧФ) можно поведать очень многое. О том, как автор разрабатывал систему электромагнитного привода своего маятника, – сначала на обычных реле, потом на транзисторах, которые только-только появились. О том, как исследовал влияние формы груза на точность хода часов (ведь размеры груза изменяются при изменении температуры), как нашел, что Шорт чисто интуитивно выбрал более удачные соотношения высоты и диаметра груза, чем Рифлер, и тем самым улучшил температурную компенсацию своего маятника, – и как потом Федченко рассчитал оптимальную форму: обыкновенный шар. Но интереснее всего то, как часы АЧФ уловили притяжение Солнца и Луны.

Наш вес зависит от того, с какой силой притягивает нас Земля. Притяжение Луны и Солнца изменяет земную силу тяжести: дважды в сутки она достигает максимума и столько же раз – минимума. Разница ничтожна, гиря в 1 килограмм меняется в весе на 0,4 миллиграмма. Часы Федченко улавливают в 40 раз меньшие изменения. Но, конечно, не потому, что способны что-то взвешивать, а потому, что из-за разной силы тяжести начинают спешить или отставать. Нужно только сравнить ход АЧФ с ходом кварцевых или атомных часов.

Такие тонкие эффекты раньше улавливали гравиметрами, основа которых – груз, подвешенный на пружине. Она растягивается или сокращается в такт с изменениями силы тяжести – т.е. веса гири. При той чувствительности, которой достигли эти приборы, они ощущают уже не только вариации силы тяжести, но и «старение» металла пружин. Всем гравиметрам свойствен крайне серьезный недостаток: «сползание нуля». Отсчеты, сделанные сегодня и через десяток дней, могут отличаться друг от друга, хотя притяжение Земли осталось неизменным. «Могут» – в этом слове кроется неопределенность. Ученый не знает причины, вызвавшей изменение показаний, и вынужден то и дело заниматься кропотливой проверкой – калибровкой. Вести наблюдения непрерывно в течение многих недель и месяцев практически невозможно, хотя именно такие измерения наиболее ценны. Часам Федченко это не грозит. С 1968 года с их помощью стали исследовать вариации силы тяжести в Астрофизической обсерватории Института физики Земли АН СССР.

Маятниковые часы – это уже не столько устройство для измерения времени (его гораздо лучше хранят атомные, квантовые генераторы), сколько точнейший гравиметрический прибор, благодаря которому, посредством измерения силы тяжести, можно определять более точную фигуру Земли, создавать более верные карты, находить новые месторождения полезных ископаемых, изучать внутреннее строение нашей планеты, и т. д.

Вот характеристика часов АЧФ, составленная директором Главной Астрономической Обсерватории, профессором В. А. Кратом: