Сайт "Галактика"
Астрономическая энциклопедия.

С.А. Астахов.

 

Что мы знаем о вселенной?

Глава I. Земля - шар.

  В глубокой древности люди считали, что если пренебречь неровностями рельефа, то Земля - плоскость. Так мы ее воспринимаем нашими органами зрения, которое недостаточно приспособлено для "космических" масштабов. При этом остаются несколько вопросов, на которые невозможно дать достаточно разумный ответ: на чем стоит (лежит, плавает) Земля? Что такое Солнце, Луна, звезды, планеты?

Среди существовавших ответов были: Земля стоит на трех столпах, или Земля стоит на трех китах (черепахах), плавает во всемирном океане и так далее. Все космические объекты объявлялись прямой божественной сущностью, свойствами которых положено интересоваться только и исключительно лишь специально предназначенным для этого людям - жрецам (священникам).

Но с развитием мореплавания люди заметили, что уплывающий корабль не превращается в точку, а уходит за горизонт - сначала корпус, и лишь только затем паруса. Это дало основания Эратосфену [РА]* считать (около 200 года до нашей эры), что Земля - шар.

*[РА] - здесь и в дальнейшем таким образом использованные технические и библиографические справки и ссылки взяты с Российского астрономического портала: www.ASTROLAB.ru

Какова же длина окружности Земли? - Эратосфен уже в те времена знал, что 22 июня (по нашему календарю) шест, поставленный вертикально в Сиене (недалеко от современного Асуана), в полдень не дает тени - Солнце стоит в зените. Тогда как в Александрии (~800 км от Сиены) в полдень тень минимальна, то есть можно измерить угол Солнца по отношению к зениту, учитывая, что города лежат на одном меридиане.

Но здесь возникает вопрос, как далеко Солнце? - Ведь измеренный угол можно получить и для плоской Земли при относительно недалеком расположении Солнца. Эратосфен посчитал, что Солнце находится очень далеко, то есть его лучи приходят на Землю почти параллельно. В результате он получил очень точный для своего времени результат - ~39 690 км, что совсем немного отличается от современных данных - ~40 000 км.

Однако позднее Птолемей [Ор, РА] посчитал, что Солнце должно находиться не так далеко, а это привело к существенной ошибке в размерах радиуса Земли, следствием которой является общеизвестный факт убежденности Колумба в открытии западного пути в Индию.

Вот, казалось бы, и все. Дальнейшее развитие наук мало изменило представления о форме Земли. Конечно, наша планета не совсем шар, а неравномерный эллипсоид, величина приплюснутости которого с полюсов определяется скоростью вращения и величиной плотности в зависимости от расстояния от центра и составляет 1/298,25. Более того, северное полушарие немного крупнее южного, т.е. форма Земли чуть-чуть сдвинута относительно эллипсоида в сторону груши. В свое время французская Академия наук организовывала экспедиции и назначала премии [РА], чтобы установить возможно более точную форму, так как эти сведения были нужны для высокоточной геодезии, картографии и морской навигации.

Хотя для большинства практических целей можно с высокой точностью продолжать считать Землю шаром, работы по измерению формы Земли продолжаются и в настоящее время, так как этого требуют задачи навигации не только морского и авиационного, но даже автомобильного транспорта. Эти данные необходимы и военным. Точные сведения о форме геоида Земли и измерении его параметров, а также о применяемых в картографии проекциях можно почерпнуть в учебниках по геодезии.

Для особо интересующихся отмечу, что построение моделей формы Земли основывыается на задаче вариационного исчисления - нахождения минимума свободной энергии гравитационного и центробежного потенциалов. Делая необходимые приближения, именно таким способом и можно получить как уравнение Клеро, так и поправки более высоких порядков. (Объяснения термодинамическому потенциалу - свободной энергии Гиббса - можно найти в учебниках по термодинамике. Точно таким же методом вычисляется, например, форма мениска капли воды, лежащей на плоской поверхности.)

Для измерений координат любой, наперед заданной точки на земной поверхности в настоящее время имеется великолепное техническое решение - система GPS (глобальная система позиционирования). Размещаемая на земле аппаратура при помощи специальных спутников, находящихся на орбите, позволяет измерять координаты вплоть до миллиметровой точности (погрешность составляет единицы миллиметров). Что характерно, для этого случая точность зависит только от отведенного времени на данное конкретное измерение. Кроме чисто практических целей эта система иногда используется даже для измерения скоростей дрейфа континентальных тектонических плит, которые могут составить величину от милиметров до единиц сантиметров в год.

Также весьма важное значение имеет доказательство вращения Земли, потому что в свое время отсутствие соответствующих необходимых фактов послужило основанием Птолемею поместить Землю в центр мироздания. Ему пришлось отказаться от тогда уже известной гелиоцентрической системы, предложенной Аристархом [Ор, РА].

Он задолго до открытия необходимых законов механики совершенно справедливо полагал, что в случае вращения Земли тела, брошенные вертикально вверх, не должны падать в точку выброса. Но он считал этот эффект прямым следствием скорости, так как ему был неизвестен принцип относительности движения, открытый Галилеем на 1300 лет позднее. В действительности, в неинерциальных системах отсчета - а Земля таковой и является - не только вертикальное, но и горизонтальное движение тел - в зависимости от направления - вызывает появление некоторой силы, которая в механике носит название силы Кориолиса [Ор]. Однако в античные времена не было придумано, с помощью каких технических приспособлений можно проверить существование и измерить действие этой силы. В настоящее же время ее приходится явным образом учитывать при расчетах запуска ракет, артиллерийской стрельбе и различных навигационных задачах. Кроме того, внимательные наблюдения природы дают и другие дополнительные факты, которые явным образом указывают на присутствие этой силы и, следовательно, на вращение Земли. Например, это наличие многих постоянных океанских течений, направления постоянно дующих ветров, подмыв определенных берегов реками, текущими с севера на юг или с юга на север и т.д.

Но самым бесспорным и наглядным фактом, демонстрирующим вращение Земли, является маятник Фуко [ЭК]*, представляющий собой просто достаточно длинный и тяжелый маятник, чтобы его колебания могли продолжаться хотя бы несколько часов. Кроме того, необходимо, чтобы его колебания могли свободно происходить в любой плоскости подвеса (как говорят физики, маятник должен иметь две степени свободы). При запуске маятника Фуко фиксируется плоскость его колебаний, и, по прошествии даже относительно небольшого времени, становится заметным вращение этой плоскости. Период вращения (не колебаний!) зависит только от географической широты места и изменяется от 24 часов на полюсах (вращение самое быстрое) до бесконечности (вращение плоскости колебаний отсутствует) на экваторе. Следует отметить, что для технического изготовления маятника Фуко - даже во времена Птолемея - никаких принципиальных трудностей не существовало.

*[ЭК] - энциклопедия "Кругосвет": www.krugosvet.ru

Содержание:

Приложения к книге: перейти >>


Содержание и подготовка в электронном виде - Козловский А., дизайн, обработка и выкладка на сайт - Кременчуцкий А. Copyright © 2003-2009 'Галактика' сайт. Все права защищены. При копировании ссылка на источник обязательна. Оставайтесь с нами! Сайт «Галактика» Страница сделана 07.02.2004.   На Главную





Сайт создан в системе uCoz