Поясним принципы определения положений звезд для составления звездного каталога. Мы уже сказали, что положение звезды задается двумя координатами: прямым восхождением и склонением. Обе координаты определяются во время прохождения звезды через меридиан: прямое восхождение находится по моменту времени, в которое звезда при вращении небесного свода (то есть в сущности вследствие вращения земного шара вокруг своей оси) пересекает меридиан, или, как говорят, кульминирует. Склонение получается из измерений в градусах высоты звезды над горизонтом в тот же момент кульминации.
Для этих наблюдений служит особый инструмент, называемый меридианным кругом. Его зрительная труба может вращаться вокруг горизонтальной оси и всегда направлена в плоскости меридиана. С трубой скреплен круг, имеющий мелкие и очень точно нанесенные деления. Деления эти отсчитываются при помощи двух или четырех микроскопов, что позволяет определить угловую высоту оптической оси трубы над горизонтом с точностью до долей секунды дуги. При прохождении звезды через меридиан, с которым совпадает паутинная нить, натянутая в поле зрения трубы, наблюдатель отмечает по часам соответствующий момент, который послужит для определения прямого восхождения; установив трубу точно на высоту звезды, он при помощи микроскопов отсчитывает ее склонение по кругу. Таким образом, меридианный круг позволяет определить обе координаты звезд одновременно.
Однако Струве отказался от такого совместного определения прямого восхождения и склонения светил и избрал способ их раздельного определения. Для этого им были заказаны два разных инструмента — большой пассажный инструмент для определения прямых восхождений и вертикальный круг — для склонений. Выгода этого заключается в том, что внимание наблюдателя не раздваивается, а полностью концентрируется на одной задаче; наблюдатель может полнее изучить свой инструмент и лучше овладеть техникой наблюдения, что повышает точность определения координат.
О том, насколько это было достигнуто, свидетельствует крупнейший американский ученый Ньюкомб, который писал: «Особым намерением Струве было введение новой эры в астрономические определения, соединяя в большом масштабе качества наиболее точных инструментов, которые искусство могло создать, с умением наиболее опытных наблюдателей. Было найдено, что когда последние уделяли наиболее тщательное внимание исключению всех источников ошибок, была достигнута такая степень совершенства в их работе, которая была недоступна рутинным наблюдателям... Одно наблюдение Пулковским вертикальным кругом в руках Петерса имело такую же цену, как двадцать, тридцать и даже сорок наблюдений, произведенных меридианным кругом рутинными наблюдателями». И дальше: «Две великих обсерватории, Гринвич и Пулково, своими богатыми ресурсами, превосходством своих инструментов и постоянством своего направления, заняли ведущее место в получении материала для фундаментальных данных астрономии».
С помощью упомянутых двух инструментов, установленных в западном павильоне обсерватории, был создан первый фундаментальный пулковский каталог, содержащий положения 374 звезд для эпохи 1845 года. Затем через каждые 20 лет следовали перенаблюдения этого каталога по несколько расширенной программе. Так был составлен знаменитый ряд пулковских фундаментальных каталогов для эпох 1845, 1865, 1885, 1905 и 1930 годов.
Обычно бывает так, что если какая-нибудь научная работа повторяется через некоторое время на более высоком уровне, то этим в значительной мере обесценивается предыдущая работа, за которой сохраняется главным образом лишь исторический интерес. В другом положении находятся звездные каталоги: каждый последующий каталог не только не умаляет значения предшествующих, а, наоборот, повышает их научную ценность. Действительно, собственные движения звезд можно вывести, лишь располагая минимум двумя каталогами, а лучше несколькими, по возможности удаленными друг от друга по времени. Поэтому каждый новый каталог, содержащий положения тех же звезд, позволяет сравнением со старыми каталогами получить собственные движения с большей точностью, так как увеличивается промежуток времени, за который сравниваются положения звезд. Здесь можно сделать сравнение с постройкой высотного здания: чем выше дом, тем большее значение приобретает его фундамент.
Пулковские каталоги были использованы и для других целей. Прежде всего они послужили для новых определений и уточнения основных астрономических постоянных — прецессии, нутации, аберрации и рефракции. Попутно было определено движение всей солнечной системы в пространстве относительно окружающих звезд. При помощи большого телескопа В. Я. Струве и его сын измерили много двойных звезд, завершив классические работы, которые В. Я. Струве начал еще в Дерпте.
Когда в 1896 году на Международной конференции в Париже были установлены значения астрономических постоянных, которые должны применяться при обработке всех наблюдений, пулковские определения этих постоянных получили наибольший вес. Теперь мы знаем, что еще более точные значения были бы получены, если бы конференция ограничилась одними лишь пулковскими определениями, так как использование результатов других обсерваторий не улучшило выбранные значения.
Наряду с упомянутыми двумя инструментами для определения координат звезд, в восточном павильоне Пулковской обсерватории был установлен меридианный круг, позволявший определять обе координаты одновременно. Этот инструмент давал меньшую точность, но был более продуктивен и поэтому употреблялся не для составления фундаментальных каталогов с небольшим числом звезд наивысшей точности, а для определения положений большого числа звезд, не требующего предельной точности.
В первом уставе обсерватории было сказано о наблюдениях, «необходимых для географических предприятий», и о том, что обсерватория должна «доставлять случай к практическим упражнениям в географическом определении мест». Эти задачи обсерватория выполнила самым совершенным образом.
Для составления точных топографических карт, а также многих инженерных работ на территории требуется так называемая геодезическая основа в виде рядов и сети измеренных на поверхности Земли треугольников, которые могут быть также использованы для общегеодезических целей — определения формы и размеров Земли. Измерение таких треугольников называется триангуляцией, а триангуляция, годная по своей точности и протяженности для решения задачи о размерах всей Земли, называется также градусным измерением.
В. Я. Струве еще в бытность свою в Дерпте произвел такую триангуляцию в бывших прибалтийских губерниях (Лифляндской, Эстляндской и Курляндской). Военный геодезист К. И. Теннер производил почти в то же время съемку в Виленской губернии и для этой цели выполнил там триангуляцию в виде цепи треугольников по меридиану.
Став директором Пулковской обсерватории, Струве соединил свои триангуляции с теннеровскими и возглавил огромную работу по продолжению градусного измерения на юг — до устья Дуная и на север — до берегов Ледовитого океана, принимая личное участие в работах в прибалтийских губерниях и в Финляндии. Общая длина дуги меридиана Струве — Теннера равна 2 800 км; на этом протяжении измерено 258 треугольников. Это самое большое градусное измерение того времени и до сих пор не потеряло большого научного и практического-значения.
Пулковская обсерватория воспитала школу русских геодезистов, которые были передовыми учеными и практиками. В ней завершали свое образование военные геодезисты. Здесь под руководством сотрудников обсерватории они упражнялись в производстве астрономических наблюдений, необходимых для определения географических пунктов. Лучшие традиции этой школы перешли в советскую эпоху, и если ныне наша геодезия занимает по научной обоснованности, качеству и объему своих работ первое место в мире, то большая доля заслуги в этом принадлежит Пулковской обсерватории.
В прошлом веке питомцы Пулковской обсерватории участвовали еще в двух грандиозных градусных измерениях (по параллелям 47 1/2 и 52 градуса), мысль о которых также принадлежала В. Я. Струве. На территории России более северная из этих дуг шла от западной границы до Орска, а южная дуга — от западной границы до Астрахани. Последнее большое градусное измерение было выполнено Пулковской обсерваторией в трудных условиях, на Шпицбергене, совместно со Шведской Академией наук в 1898—1900 годах. В этой самой северной триангуляции мира участвовали директор обсерватории О. А. Баклунд и сотрудники ее А. С. Васильев и А. П. Ганский.
