Новая система отсчета высот: теперь не надо ориентироваться на уровень моря

Насколько высока гора Эверест? 8848 метров? 8844 метра? Или 8850 метров? В течение многих лет Китай и Непал не могли прийти к согласию. В 2019 году Непал отправил команду геодезистов для измерения самой высокой горы в мире. Через год на вершину поднялась команда из Китая. В декабре прошлого года правительства двух стран совместно объявили результат нового измерения: 8848,86 метра.

Тот факт, что и Китай, и Непал признают этот результат, следует рассматривать как дипломатический успех. Это стало возможным благодаря новой Международной системе отсчета высоты (IHRS), впервые использованной геодезическими специалистами, проводящими новое измерение.

Ученые из Технического университета Мюнхена (TUM) сыграли ведущую роль в разработке новой системы. Она устанавливает общепринятый нулевой уровень в качестве основы для всех будущих измерений. Таким образом, система заменяет средний уровень моря, который традиционно служил нулевым уровнем для геодезистов и, следовательно, для всех топографических карт.

В статье в Journal of Geodesy, написанной совместно учеными TUM и международными исследовательскими группами, излагаются научные основы и теоретическая концепция IHRS, а также стратегия ее реализации.

Использовавшийся до сих пор стандарт — средний уровень моря — изначально был несовершенным: не существовало фиксированного определения уровня моря. Каждая страна может использовать произвольные мареографы для определения своего собственного нулевого уровня. В результате официальный уровень моря в Германии на 31 сантиметр выше итальянского, на 50 см выше, чем в Испании, и на 2,33 м выше, чем в Бельгии, где нулевая высота основана на маловодье в Остенде.

Когда топографические карты используются только для пеших прогулок, такие различия никого не смущают. Но для специалистов по геодезии, пытающихся достичь универсально согласованной высоты непоследовательные нулевые уровни представляют собой большую проблему.

И эта проблема может оказаться дорогостоящей, например, при проектировке трансграничных структур, таких как мосты и туннели. На Hochrheinbrücke, мосте, соединяющем Германию и Швейцарию, подобное несоответствие было замечено как раз вовремя.

Новая Международная система отсчета высоты определяет способ ее расчета: она учитывает форму Земли, которая близка к сферической, но сглажена на полюсах и слегка выпячена на экваторе из-за ее вращения — и неравномерное распределение масс внутри и на поверхности.

Возникающие в результате неоднородности гравитационного поля являются основой для расчета системы высот, поскольку сила и направление силы определяют распределение воды в океанах. Если мы предположим, что поверхность Земли полностью покрыта водой, можно точно рассчитать высоту гипотетического уровня моря и, следовательно, нулевой уровень для всего земного шара.

«Информация, полученная таким образом, обеспечивает основу для расчета среднего уровня моря для каждой точки на Земле, независимо от того, находится ли она на континенте или в океане», — поясняет Лаура Санчес, которая возглавляла рабочие группы, изучающие теоретические аспекты IHRS.

Ученые отмечают, что теперь придется скорректировать множество карт, однако утверждают, что это не драматично. В промышленно развитых странах, где измерения силы тяжести производятся десятилетиями, отклонения весьма малы — всего в дециметровом диапазоне. Но со строительными проектами даже небольшие отклонения могут вызвать серьезные неприятности. Следовательно, уверены ученые, новая система отсчета быстро получит признание.