национальный исследовательский томский государственный университет
Радиофизический факультет
Лазерный индикатор малого смещения
для маятника Цельнера

Руководитель проекта:

доктор технических наук, профессор

Дунаевский Григорий Ефимович

История
Маятник Цельнера – это прибор, используемый для измерения отклонений земной коры, основанный на изменениях силы тяжести в зависимости от местоположения установки. В первоначальном варианте, он представляет из себя подвешенный горизонтально на жестких нитях стержень с грузом, на конце которого расположена игла. Игла прописывает на вращающемся барабане с фотопленкой малые горизонтальные смещения груза относительно основания маятника.
Приливные силы стремятся растянуть Землю в направлении приливообразующего светила и сжать ее в перпендикулярных направлениях. Образующаяся под действием приливных сил приливная деформация Земли при вращении Земли вокруг своей оси распространяется внутри Земли как упругая приливная волна. Внешняя поверхность Земли при этом также деформируется. В каждом пункте земной поверхности под действием приливных сил происходят почти периодические изменения его высоты, изменения силы тяжести, а также наклонов поверхностных слоев к линии отвеса, которая колеблется под действием этих сил. Поверхностные слои Земли, как и все ее части, претерпевают периодические сжатия и растяжения, а также небольшие смещения. Любой кусок, вырезанный мысленно в теле Земли, испытывает при этом изменения своей формы и объема. Величины таких изменений, наблюдаемых у поверхности, зависят от внутреннего строения Земли — от распределения плотностей и упругих свойств материала Земли во всей ее толще от центра до поверхности. Поэтому измерения различного рода приливных деформаций дают дополнительные сведения о внутреннем строении Земли.

В июне 1911 года на съезде Международной сейсмологической ассоциации, проходившем в Манчестере (Великобритания), было принято решение о создании двух сейсмических станций для наблюдений за деформацией Земли под влиянием лунно-солнечного притяжения. Первую станцию было поручено соорудить немецкому ученому Ю.Ф. Геккеру на юге Африки вблизи Йоханнесбурга, вторую по предложению выдающегося русского астронома А. Я. Орлова (1880–1954) решили построить в Томске, где уже был открыт и активно развивался первый за Уралом университет. По возвращении со съезда Орлов сделал доклад на заседании Постоянной центральной сейсмической комиссии на тему «О новой сейсмической станции в г. Томске для наблюдений над деформациями Земли». Он сообщил, что удобнее всего построить для этой цели отдельный специальный погреб в Томске.

Строительство длилось с осени 1911 по зиму 1912 года. Для оборудования станции были выделены международные средства в размере 3500 марок. В качестве места расположения выбрали территорию ботанического сада. Активное участие в сооружении станции принял профессор Томского технологического института Петр Соболевский. Первые наблюдения начались 25 сентября 1912 года после просушки помещения и продолжались всего восемь месяцев, но затем были продолжены.
Станция представляла собой специально выкопанную пещеру длиной около 4-5 саженей, расположенную в одном из боков оврага. Внутри были толстые кирпичные стены, окрашенные известью. Над потолком возвышался пласт земли толщиной 4 сажени. Все это позволяло поддерживать в течение всего года постоянные температуру, равную примерно + 11,5 °С, и влажность (80 %). Станция была разделена на коридор и помещение, где были установлены измерительные приборы. Измерения выполняла Мария Гортт де Гротт, слушательница Сибирских высших женских курсов, а в 1913-1915 годах ей помогал ассистент Томского университета, хранитель физического кабинета Вильгельм Абольд.
Первым достижением можно назвать тот факт, что 18 апреля 1914 года, на заседании Постоянной центральной сейсмической станции Императорской академии наук А. Я. Орлов сделал доклад «О результатах новейших наблюдений в Томске над земными приливами». Уже на следующий год он опубликовал капитальный труд «Результаты юрьевских, томских и потсдамских наблюдений над лунно-солнечными деформациями Земли», а также защитил по этой теме докторскую диссертацию в Санкт-Петербургском университете. Эти наблюдения позволили оценить амплитуды приливов в твердом теле Земли, вызванных лунно-солнечным притяжением, а также твердость Земли, которая оказалась «равной твердости драгоценных камней».

Томская сейсмическая станция в 1912-1913 годы
На протяжении всего времени работы – с 1912 по 1922 годы – станция неоднократно подвергалась разграблению. Помимо этого, периодически имела место нехватка средств, и было трудно достать весьма необходимую фотографическую пленку, используемую для регистрации наблюдений. Также такие события мировой истории, как революция 1918 года и Гражданская война воспрепятствовали регулярной работе сейсмической станции. В конечном счете, это привело к тому, что в 1922 года станция окончательно прекратила свою деятельность, а имеющееся там оборудование было демонтировано и под руководством А. Я. Орлова вывезено в Одессу. Тем не менее, даже кратковременное существование станции является одной из ярких страниц истории Томского университета, подтверждает важность открытия в конце XIX века этого высшего учебного заведения – первого на огромной территории Сибири и Дальнего Востока.

Памятный знак, символ центра Евро-Азиатского континента
Впоследствии в Университетской роще по инициативе студентов ТГУ был установлен памятный знак, который символизирует центр Евро-Азиатского континента.
Во время наблюдений в городе Юрьев (ныне Тарту, Эстония) использовались гравиметрические установки, изображение одной из которых представлено на рисунке.

В основе установки находился горизонтальный маятник Цельнера, состоящий из горизонтального стержня с острием 1, массы 2 и подвеса 3. Как показали исследования А. Я. Орлова, проводимые в Юрьеве в 1909 году, данный маятник имел такие немаловажные особенности, как простота конструкции, независимость периода малых колебаний от амплитуды, большая чувствительность, а также постоянство чувствительности (она менялась весьма мало и непрерывно). По нуль-пункту 4 определялось центральное положение маятника. В качестве самопишущего устройства применялась катушка 6, на которой располагалась специальная фотографическая пленка с запасом примерно на 8 дней (фотопленку, таким образом, достаточно было менять всего 4 раза в месяц). В качестве источника питания использовалась аккумуляторная батарея 5, которую требовалось периодически заряжать. В помещении сейсмической станции также имелись зарядное устройство и запасные аккумуляторные батареи

1 – горизонтальный стержень с острием, 2 – масса, 3 – подвес,
4 – нуль-пункт маятника, 5 – аккумуляторная батарея,
6 – катушка с фотопленкой
© 2024 Томский Государственный Университет, Радиофизический Факультет
This site was made on Tilda — a website builder that helps to create a website without any code
Create a website