Физика для любознательных. Том 2. Наука о Земле и Вселенной. Молекулы и энергия: читать книгу онлайн полностью и бесплатно

Фиг. 4. Меридиан.

_{Полуденное Солнце находится на юге (или на севере). Меридиональная плоскость — вертикальная плоскость, проходящая через полуденные положения Солнца.}

Наиболее простое «объяснение» или описательная схема звездного неба состоит в следующем — это сверкающие светила, вкрапленные в большую вращающуюся полусферу, в центре которой находимся мы. Такое представление возникло много лет назад, и если бы вы смотрели на небо в течение многих ночей, то и вам наверное показалось бы, что так на самом деле оно и есть. Мудрый мыслитель сделал предположение, что в действительности существует полная сфера, лишь половину которой мы можем, однако, видеть в данный момент времени. Небесная сфера, ось вращения которой проходит через Полярную звезду, и небесный экватор, являющийся продолжением земного, неизменно вращаются вместе со звездами, совершая полный оборот в течение 24 часов. Солнце светит слишком ярко, и поэтому днем видеть звезды невозможно, мы видим лишь те звезды, которые находятся на небесной полусфере над нами ночью, когда Солнце находится на другой полусфере. Ежедневный путь Солнца по небу близок к небесному экватору, но проходит в течение года то выше, то ниже его от 23¹/₂° к северу летом до 23¹/₂° к югу зимой.

Фиг. 5. Звездная картина вращается.

Хотя звездная картина в целом остается неизменной, ее положение меняется при смене времен года — та часть звезд, которая находится в полночь прямо над нами, постепенно сдвигается к западу и ее заменяет другая; весь цикл происходит в течение года. Звезды, которые заходят через час после захода Солнца, в следующую ночь будут находиться на 1° ниже, ближе к западу, и зайдут на несколько минут раньше; через две недели они будут на одном уровне с Солнцем и зайдут одновременно с ним. Таким образом, за 24 часа небесная сфера совершает немногим более одного оборота: 360°+ около 1°. Она движется несколько быстрее Солнца, которое совершает один оборот за 24 часа. Небесная звездная сфера совершает за год один лишний полный оборот.

Фиг. 6. Фотографический снимок неба вблизи Полярной звезды.

_{Сделан с восьмичасовой экспозицией. Полярная звезда сама оставляет очень яркий след вблизи центра снимка}

Солнце и звезды

Это различие между ежедневным движением Солнца и звезд (происходящее вследствие движения Земли по ее орбите вокруг Солнца) было известно с давних времен и указывало на то, что Солнце движется под действием других причин. Солнце как божество стало центральной фигурой многих первобытных религий; за его передвижением по небу тщательно следили, ориентируясь по изменению теней, и делали отметки, выкладывая в ряд большие камни в храмах.

Вместо того чтобы говорить, что звездная картина «уходит вперед» (подобно часам, которые спешат) на 1° за день, мы принимаем движение звезд за стандарт и говорим, что Солнце отстает от этого стандарта на 1° в день. Мы можем «прикрепить» Солнце, подобно звездам, к внутренней поверхности небесной сферы; но поскольку Солнце отстает в своем движении от звезд, оно не остается в этом фиксированном месте звездной сферы, а будет медленно ползти назад, совершая за год полный оборот. Таким образом, движение Солнца мы можем представить состоящим из ежедневного движения вместе с небесной сферой и из ежегодного движения назад относительно звезд.

Фиг. 7. День и ночь в различные времена года.

_{а — лето в Северном полушарии (длинные дни, короткие ночи), зима в Южном полушарии (короткие дни, длинные ночи), б — во время равноденствия (день и ночь повсюду равны), в — зима в Северном полушарии (короткие дни, длинные ночи), лето в Южном полушарии (длинные дни, короткие ночи)}

Эклиптика и зодиак

Идея отделить ежегодное движение Солнца от его ежедневного движения по звездному небу может служить примером научного анализа. Как только возникла такая идея, удалось составить карту ежегодного движения Солнца среди звезд — не непосредственно, ибо солнечный свет затмевает днем звезды, а наблюдая расположение звезд на небе в полночь. Годовой траекторией Солнца является не небесный экватор, а окружность, плоскость которой наклонена по отношению к плоскости экватора на 231/2°. Именно вследствие этого наклона ежедневный путь Солнца на небе меняется в зависимости от времени года. Во время равноденствий годовая траектория Солнца пересекает экватор. Летом Солнце ежедневно движется в небе по этой наклонной траектории на 231/2° выше, а зимой — на 231/2° ниже. Эта годовая наклонная траектория называется эклиптикой.

При движении Солнца по эклиптике оно в течение года проходит в данное время года через одни и те же созвездия, и так повторяется из года в год. Широкая полоса созвездий в окрестности эклиптики называется зодиаком, и этим созвездиям астрологи давно дали специальные названия, соответственно каждому месяцу года.

Фиг. 8. Путь Солнца.

_{Вид с неподвижной Земли в различные времена года. Положения Солнца указаны (полдень, утро и т. д.) для наблюдателей, находящихся на долготе Нью-Йорка. Если бы такой наблюдатель мог вести наблюдения непрерывно, независимо от положения Земли, то увидел бы, что 6 месяцев от лета до зимы Солнце движется по спирали вниз (см фиг. 9), а затем по спирали вверх, по той же траектории, от зимы до лета.}

Фиг. 9. Путь Солнца в течение полугода.

Фиг. 10. Созвездия сохраняют постоянную форму, но совершают за месяц поворот на 30° относительно полуденного и полуночного положений Солнца.

Фиг. 11. Эклиптика, путь Солнца на звездном небе в течение года.

_{Суточное движение представлено как бы «замороженным».}

Луна

Луна обращается вокруг Земли и освещается солнечным светом. Понаблюдайте за ней неделю или две; обратите внимание на то, где находится в данный момент Солнце, и проверьте, как это влияет на свет Луны. Луна движется по небу вместе с соседними звездами, но даже за одну ночь она заметна отстает от звезд. Луна отстает от звезд значительно быстрее, нежели Солнце, — на 90° в неделю, а за месяц — на полный оборот вокруг всей звездной сферы. Месячная траектория Луны наклонена по отношению к эклиптике на 5°, но расположена в пределах зодиака.