Одной из фундаментальных проблем геофизики является изучение магнитного поля Земли. Знания о магнитном поле необходимы для исследования строения ядра, мантии, коры, литосферы, гидросферы и атмосферы Земли. Эти же знания необходимы при решении важнейших прикладных задач обеспечения безопасности важных элементов современной инфраструктуры - линий электроснабжения, трубопроводов, железных дорог, искусственных спутников Земли. Магнитное поле играет важную роль и для решения актуальных задач экономического развития нашей страны. К ним, в частности, относятся навигация на море и на суше, определение ориентации спутников, бурение скважин для добычи нефти и газа.

В России начало изучения геомагнитного поля относится к эпохе Петра I (1672–1725) и связано с развитием отечественного флота и морской навигации. Указом Петра I всем капитанам и командирам кораблей во время плавания вменялось в обязанность выполнять измерения магнитного склонения. Им же были написаны первые инструкции для морского флота «По практическому применению и обращению с компасами». Создание и развитие морского флота, становление России как морской державы, требовало подготовки собственных, российских, образованных специалистов. Важным шагом в развитии геомагнитных исследований в России был Указ Петра I об учреждении в 1724 г. Петербургской Академии наук. На первом же торжественном публичном заседании Академии 27 декабря 1725 г., наука о земном магнетизме была отнесена Академией к числу наиболее важных наук.

Начатые в 1726 г. по распоряжению Петра I систематические наблюдения магнитного склонения не прерывались и представляют собой один из наиболее длинных рядов наблюдений в Европе (рис. 1). Первоначально обсерватория была установлена вблизи Петропавловской крепости, затем после создания Главной физической обсерватории на Васильевском острове наблюдения были перенесены туда. Однако с развитием города уровень магнитных помех сильно возрос и встал вопрос о переносе наблюдений (к слову сказать, аналогичная ситуация сложилась в настоящее время с обсерваторией Москва) и в 1876 г. была заложена Павловская обсерватория. При этом уже тогда (как и сейчас) возникла проблема с выделением участка под строительство и Великий Князь Константин Николаевич, брат императора Александра II, отвел под обсерваторию в своём Павловском парке участок земли в 6 десятин (примерно 11 гектар). По этой причине Павловскую обсерваторию часто называли Константиновской. Обсерватория успешно развивалась.

В 1881 г. журнал «Нива», в частности, писал: «Наша Главная Физическая обсерватория, вместе с подчиненной обсерваторией в городе Павловске, занимает в настоящее время по полноте и точности магнитных и метеорологических наблюдений и обработке наблюдений, посылаемых со 150 станций, одно из первых, если не первое место в Европе».

Во время Великой Отечественной войны обсерватория была полностью разрушена и после войны восстановлена в поселке Сельцы (сейчас п. Воейково), называется Воейковской магнитной обсерваторией и принадлежит Санкт-Петербургскому филиалу ИЗМИРАН.

В Академии наук интерес ученых к геомагнетизму был столь велик, что многие выдающиеся российские академики в той или иной степени работали в этой области. Академик Леонард Эйлер (1707–1783) был одним из первых, кто вывел формулы, которые позволили определить, где находятся магнитные полюса, а затем и вычислить значения магнитного поля в любой точке земного шара. Академик Даниил Бернулли в 1741 г. получил премию Французской Академии наук за создание теории инклинатора, прибора для измерения величины наклонения магнитного поля Земли, вопроса, чрезвычайно актуального для того времени. В 1759 г. академик Франц Эпинус написал трактат «Опыт теории электричества и магнетизма», оказавший большое влияние на последующее развитие учения о магнетизме.

Заметный вклад в развитие учения о геомагнетизме внес Михаил Васильевич Ломоносов в своем труде «Рассуждение о большей точности морского пути». Он высказал вполне современное предположение о том, что земной шар состоит из мельчайших разнородно намагниченных частичек, которые в совокупности образуют неоднородно намагниченный шар, чем и объясняются неодинаковые значения магнитного склонения в различных частях земного шара.

Этим он сделал шаг вперед по сравнению с У. Гильбертом, считавшим поле Земли полем одного магнита с двумя полюсами, и предвосхитил идею К. Ф. Гаусса о произвольном намагничивании земного шара.

В 1835 г. членом-корреспондентом Петербургской академии Иваном Михайловичем Симоновым в работе «Опыт математической теории земного магнетизма» была предложена новая теория геомагнетизма, в рамках которой показано, что магнитное поле Земли, вызванное суммарным действием магнитных частиц, находящихся внутри нее, будет совпадать с полем диполя, если допустить, что частицы распределены равномерно.

В 1829 г. Петербургская академия наук принимает решение о строительстве первых магнитных обсерваторий в России, что было заслугой Александра фон Гумбольдта и члена Петербургской академии наук, проф. Казанского университета Адольфа Яковлевича Купфера. Именно ему Академия наук поручила организовать сеть магнитных обсерваторий в стране.

Таким образом, в первой половине XIX в. в России была создана сеть магнитных обсерваторий, охватившая огромное пространство от западных границ (Петербург, Гельсингфорс) до крайних восточных владений на Аляске (Ситка) и в Пекине (на территории русской миссии), обеспечившая в дальнейшем изучение вариаций геомагнитного поля в этих пунктах и его вековых изменений.

Привязка маршрутных определений магнитных компонент к ближайшим обсерваториям значительно повысила точность таких определений. Создание Главной Физической Обсерватории и сети обсерваторских наблюдений действительно стало достижением мирового масштаба. 

Французская газета «Siècle» 14 сентября 1849 г. писала: «…мы не замечаем, как иностранцы нас опережают в науках. Вот Россия основала без всякого шума Главную физическую обсерваторию, имеющую огромное значение; ничего подобного нет до сих пор нигде в Европе».

Геомагнитные исследования в России в последней четверти XIX и начале XX вв. не ограничивались только развитием и улучшением работы обсерваторской сети. В начале XIX века научились измерять не только склонение и наклонение геомагнитного поля, но и его напряженность. С 1870 г. на территории России наступает оживление работ по исследованию географического распределения элементов геомагнитного поля. В работу подключаются мореплаватели и гидрографы, военные топографы и геодезисты, Русское географическое общество, отдельные университеты и Российская академия наук.

Планомерная экспедиционная работа, поставившая своей задачей изучение магнитного поля в России, была осуществлена доцентом Казанского университета И. Н. Смирновым в 1871–1878 гг., который в течение 8 лет впервые производил измерения на специально разработанной им сети из 291 пункта, равномерно распределенных в европейской части России, Западной Сибири, Финляндии и на Кавказе. Он по существу заложил надежную сеть пунктов магнитных определений – основу для последующего изучения векового хода. Эта сеть позволила выявить ряд регионов с аномальным магнитным полем, в том числе и Курскую магнитную аномалию.

Однако, число пунктов наблюдения для огромной территории России было очень мало и Российской академией наук в 1893 г. был разработан проект сплошной магнитной съемки Российской империи, но из-за социальных потрясений и постоянной нехватки финансовых средств его завершение было отодвинуто почти на полвека. Ключевую роль в проведении генеральной магнитной съемки должна была сыграть Павловская обсерватория, так как еще в 70-х годах XIX века там были начаты разработка и изготовление магнитометрических приборов для выполнения экспедиционных наблюдений. Были проведены испытания этих приборов в полевых условиях.

Директор Павловской обсерватории академик М. А. Рыкачев, который, будучи одновременно и председателем Международной магнитной комиссии, в докладе «О магнитных съемках за границей и о продолжении магнитной съемки в России», отмечал: «Потребность в этом (т. е. в съемке) так велика, что если мы это не сделаем, то за нее примутся американцы. Но удобно ли, чтобы Российская Империя наравне с необитаемыми и дикими странами была исследована „Карнеги” на средства Магнитного департамента („Карнеги” – немагнитная яхта, построенная в США в 1909 г. для научных исследований)».

Наблюдения на таких пунктах продолжались до середины 1970-х годов, и в настоящее время важной задачей является восстановление этих наблюдений, а слова академика М. А. Рыкачева очень актуальны и сейчас.

В заключение отметим, что с развитием магнетизма в России помимо указанных выше имен, связаны и другие исторические фигуры. Так, лейтенант (будущий адмирал) А. Колчак участвовал в качестве магнитолога в полярной экспедиции Толля (1900 г.). В 1889–1891 гг. в Тифлисской магнитно-метеорологической обсерватории магнитологом работал И. В. Сталин. В 1916 г. директором ГФО был назначен известный математик, механик и кораблестроитель академик А. Н. Крылов, им была написана монография «Земной магнетизм».

Источник: ИЗМИРАН им. Н. В. Пушкова.