Часы, по которым мы живем. От солнечных часов до лунного календаря

ЛИНИИ, ПОПЕРЕЧНЫЕ МЕРИДИАНАМ

Мы еще не объяснили времена года. Давайте вернемся к Земле, так как она перемещается и вращается по кругу.

Земля вращается вокруг воображаемой линии, проведенной через Землю. Эту линию называют земной осью; она выходит из Земли из двух точек на противоположных сторонах. Есть два полюса: один — Северный полюс, а другой — Южный полюс«.

Воображаемую линию, проведенную посередине между Северным и Южным полюсами вокруг Земли, называют экватором.

Сейчас представьте, что земная ось перпендикулярна линии, соединяющей Землю и Солнце: оно светит прямо на экватор. Человеку, живущему на экваторе, кажется, что Солнце каждый день всходит точно на востоке и садится точно на западе. Б полдень светило прямо над головой,

А для человека, живущего к северу от экватора, Солнце никогда не светит прямо над головой. В полдень оно находится чуть к югу от зенита — в направлении экватора. Если двигаться дальше на север от экватора, то полуденное Солнце перемешается дальше на юг.

Ситуация прямо противоположна, если вы живете на юге от экватора. Тогда полуденное Солнце появляется к северу от зенита (всегда в направлении экватора). Чем дальше вы находитесь от экватора на юг, том дальше на севере находится полуденное Солнце,

Древние греки, жившие к северу от экватора (в Северном полушарии) и никогда не путешествовавшие на юг, считали само собой разумеющимся, что в полдень Солнце всегда находится к югу от зенита. Великий греческий историк Геродот писал, что древние финикийцы, которые были великими мореплавателями, совершили экспедицию вокруг Африки. Они затем утверждали, что на южном краю Африки полуденное Солнце находится к северу от зенита. Геродот не мог в это поверить и насмехался над ними.

Скорее всего, финикийцы не придумали эту историю (она звучала бы слишком нелепо), а действительно приплыли в Южное полушарие (то есть к югу от экватора) и наблюдали это явление. Поэтому то, что убедило Геродота во лжи финикийцев, убеждает нас в обратном.

Но греки не знали, что при путешествии на север или юг Солнце и звезды перемещаются в противоположном направлении. Наблюдатели звезд интересовались их точным местоположением, поэтому провели на небе и на Земле воображаемые меридианы от Северного полюса до Южного. С их помощью они определяли расстояние с востока на запад, как я объяснил во 2-й главе.

Затем перпендикулярно меридианам провели линии на небе и Земле. Это впервые было сделано греческим географом Дикеархом около 300 года до новой эры. С помощью этих линий определяли расстояния на юг и север. Они начали с экватора, который был первой такой линией. (Это произошло спустя несколько веков после Геродота, когда греки узнали о географии чуть больше.) Затем параллельно экватору начали проводить другие линии в направлении севера и юга, пока не достигли полюсов.

Провели 90 таких линий от экватора до Северного полюса и еще 90 — от экватора до Южного полюса. Каждую линию, проходящую вокруг Земли параллельно экватору, назвали параллелью. (Слово «параллель»» латинского происхождения и означает сторону, так как на обычных картах с обозначенным сверху Северным полюсом линии необходимо было проводить от левой стороны к правой.) Расстояние между каждой из этих параллелей составляет 1º широты. Почему от экватора до полюсов 90º? Представьте себя отправившимся в путь от экватора и направляющимся на Северный полюс. Когда достигнете Северного полюса, пройдете 90º. Пересекаете полюс и движетесь вниз на противоположную сторону на юг к экватору — еще 90º. Пересекая экватор, движетесь вниз на Южный полюс — еще 90°. Через Южный полюс идете вверх к исходной стартовой точке на экваторе — еще 90º. Путешествие вокруг Земли через полюса составляет 4 x 90º или 360º; конечно, по кругу.

Каждый градус широты разделен на 60 минут, а каждая минута — на 60 секунд,

Говорят, что точки к северу от экватора составляют столько-то градусов, минут и секунд северной широты. Точки на юг от экватора — градусы, минуты и секунды южной широты.

С помощью долготы и широты можно точно определить любую точку на поверхности Земли. Долгота указывает восточно-западное расположение, а широта — северо-южное. Таким образом, Нью-Йорк находится на 74º западной долготы и 40º северной широты; Лос-Анджелес — на 118º западной долготы и 34º северной широты; Лондон — на 0º долготы (ни на востоке, ни на западе, так как он находится на нулевом меридиане) и 51º30' северной широты.

НАКЛОННАЯ ОСЬ

Сейчас, когда Земля и небо наделены параллелями широты, широта полуденного Солнца, кажется, должна зависеть от широты наблюдателя.

Например (мы по-прежнему считаем, что Земля вращается вертикально и Солнце светит точно над экватором), для человека, находящегося в Лос-Анджелесе иа северной широте 34°, полуденное Солнце появлялось бы на 34º южнее зенита. Для жителя Нью-Йорка, который находится на 6º севернее Лос-Анджелеса, полуденное Солнце появлялось бы на 40° южнее зенита. Для жителя Лондона, располагающегося еще дальше на север, оно было бы на 51º30' южнее зенита.

На Северном полюсе, который находится на 90º северной широты, полуденное Солнце было бы на 90º южнее зенита. Поскольку 90° — это расстояние от зенита до горизонта, то получится, что полуденное Солнце находится на горизонте.

Для людей, живущих в южных широтах, ситуация была бы такой же, кроме тот, что полуденное Солнце оказалось бы намного севернее зенита.

Если бы все было так и земная ось находилась бы вертикально по отношению к Солнцу, день и ночь всегда бы были равны, независимо от вашего местонахождения на Земле. Граница дня и ночи проходила бы через оба полюса, и каждая точка на Земле, так как Земля вращается, половину своего времени проводила бы в дневной части, а половину — в ночной.

Но мы знаем, что это не так! День и ночь в большинстве случаев и в большинстве мест не равны.

Объяснение этому следующее: земная ось проходит не вертикально, как мы до сих пор предполагали, а наклонно! И она сохраняет наклонное положение без какого-либо изменения в течение всего года.

Теперь представьте, что Земля вращается вокруг Солнца, сохраняя наклон неизменным: Северный полюс из-за вращения Земли все дальше удаляется от Солнца.

(Вам легче представить это, если проткнете яблоко вязальной иглой» которая будет моделью земной оси. Чуть наклоните вязальную иглу и вращайте это яблоко вокруг другого яблока. При этом не меняйте направление наклона и посмотрите, как один конец вязальной иглы во время вращения уходит дальше от центра яблока.)

Наконец, спустя полгода с момента отправления от стартовой точки в противоположной точке орбиты Земли вокруг Солнца (орбита — слово латинского происхождения и означает «круг») уже Южный полюс находится ближе к Солнцу» а Северный — дальше от него. Так как Земля продолжает вращаться, ситуация медленно меняется на противоположную. Когда Земля возвращается к своей стартовой точке спустя год, Северный полюс снова находится ближе к Солнцу* Таким образом» в течение года полюса (поочередно) приближаются к Солнцу, затем удаляются от него.

На экваторе дни и ночи остаются равной продолжительности даже при наклоненной оси, хотя дальше от экватора иная ситуация. Когда Северный полюс обращен к Солнцу» в регионах, расположенных к северу от экватора, дни длиннее ночей, а в регионах, расположенных к югу от экватора, дни короче ночей. Когда Южный полюс обращен к Солнцу, ситуация противоположная. Более того, чем дальше от экватора, тем больше неравенство.

ВЗГЛЯД С ЗЕМЛИ

Как это видит некто, находясь в Нью- Йорке?

Наклон оси такой, что 21 июня Северный полюс находится максимально далеко от Солнца. В полдень нью-йоркское Солнце находится в небе довольно высоко — 16¹/₂º от зенита. Так как широта Нью-Йорка — 40º севернее экватора, то полуденное Солнце находилось бы на 40º южнее зенита без наклона оси.

Наклон должен составлять 40 - 16¹/₂º или 23¹/₂º. Такую величину (если быть более точным, 23º27') составляет угол, который образует земная ось с вертикалью.

Поэтому 21 июня Солнце светит в зените над параллелью 23¹/₂º северной широты (это около Гаваны на Кубе). Полуденное местоположение Солнца здесь самое удаленное.

Фактически, после 21 июня Северный полюс начинает удаляться от Солнца, а полуденное Солнце находится над более южными параллелями. Оно не поднимается после 22 июня, а с 23 июня начинает опускаться. Когда это происходит, в Нью-Йорке дни становятся короче, а ночи — длиннее.

Это продолжается до 23 сентября, когда полуденное Солнце в Нью-Йорке находится на 40° южнее зенита. Так как это широта Нью-Йорка, то Солнце находится точно над экватором. В это время день и ночь в Нью-Йорке (и фактически везде на Земле) равны, они длятся по 12 часов. Отсюда и название экватора; это слово латинского происхождения и означает «сделать равным».

День 23 сентября называют осенним равноденствием, поскольку дни становятся равными ночи после наступления осени.

Но Земля продолжает вращаться вокруг Солнца и после 23 сентября» Северный полюс все дальше уходит от Солнца, Из-за наклона оси полуденное Солнце оказывается южнее того местоположения, которое оно занимало бы, если бы Земля была вертикальной, Оно снова находилось бы в 40º от зенита в Нью-Йорке. Но с учетом наклона в Нью-Йорке угол составляет 40 плюс 23¹/₂º или 63¹/₂º южнее зенита, Это составляет чуть более ¹/₃ движения вверх от горизонта, поэтому 21 декабря — самый короткий день в году, а ночь самая длинная.

В это время года полуденное Солнце находится прямо над параллелью 23¹/₂º южной широты (около Рио-де-Жанейро в Бразилии).

Но сейчас Северный полюс максимально удален от Солнца, Так как Земля продолжает вращаться, полуденное Солнце начинает снова подниматься. Дни становятся длиннее, а ночи короче. В Нью-Йорке 20 марта полуденное Солнце снова находится в 40° от зенита. Солнце снова над экватором, и этот день называют днем весеннего равноденствия. (Латинское название весны «верная» — равноденствие возвещает о весне.)

Солнце продолжает подниматься, дни удлиняются, а ночи становятся короче до 21 июня, а затем весь цикл повторяется.

Если изучать это но солнечным часам, то зимой и весной до 21 июня полуденная тень укорачивается, затем она, как нам кажется, останавливается и меняет направление. Летом и осенью до 21 декабря она удлиняется, затем, как нам кажется, останавливается и снова меняет направление. (Я упоминал это при описании северного и южного перемещения в главе 1.)

На самом деле эти изменения 21 июня и 21 декабря не являются неожиданными. В июне и декабре изменение длины тени очень небольшое; чтобы сказать, в какой день тень является самой короткой, необходимо тщательное наблюдение. Дни, когда кажется, что тень останавливается, называют солнцестоянием: 21 июня — летнее солнцестояние, а 21 декабря — зимнее солнцестояние.

НАКОНЕЦ НАЙДЕНО ОБЪЯСНЕНИЕ ВРЕМЕН ГОДА

Когда Солнце находится высоко в небе, то тепло по двум причинам. Во-первых, солнечный свет надает на Землю под меньшим углом, поэтому он распространяется на небольшую область. Свет, распространяющийся на небольшую область, означает большую концентрацию тепла.

Во-вторых, день длиннее и ночь короче, чем в другие времена года. Поэтому у Земли больше времени, чтобы согреться, и меньше времени, чтобы остыть ночью.

Поэтому в таких местах, как Нью-Йорк или Лондон, обычно теплее между мартом и сентябрем, чем между сентябрем и мартом. Интересно, что 2(июня, когда день самый длинный, жарко, а в июле и августе дни все еще длиннее ночей (хотя не такие длинные, как в июне), поэтому Земля продолжает нагреваться. Именно июль и август являются самыми жаркими месяцами в Европе и Соединенных Штатах.

Тот же аргумент применим и к 21 декабря. Это самый короткий день, но в январе и феврале дни все еще короче ночей, поэтому Земля продолжает охлаждаться, и они являются по-настоящему самыми холодными зимними месяцами,

В Южном полушарии ситуация, естественно, противоположная. Наше летнее солнцестояние — это их зимнее солнцестояние, и наоборот; наше весеннее равноденствие — это их осеннее равноденствие, и наоборот. У нас длинные дни и короткие ночи в летнее время, у них короткие дни и длинные ночи в зимнее время. И конечно, наоборот.

В Буэнос-Айресе июнь и август — месяцы снега к льда, а январь и февраль — месяцы теплых волн.

Когда мы путешествуем к экватору, полуденное Солнце почти весь год находится высоко, в отличие от районов, расположенных дальше от экватора. Поэтому движение на юг в Северном полушарии (или на север в Южном полушарии) означает движение к теплому климату.

Передвижение от экватора к Северному или Южному полюсам означает движение к более холодному климату. На климат, конечно, влияет не только широта. На больших высотах холоднее, чем на уровне моря. Климат районов, расположенных около океана, отличается от климата других мест, имеющих ту же широту, но удаленных от океана.

Общеизвестный факт заключается в том, что по мере продвижения к экватору становится жарче, а по мере движения от него — холоднее.

Теперь причина смены времен года ясна.

ПОЛЮСЫ В НЕБЕ

Если воображаемую ось Земли провести через Северный полюс и довести до неба, то на небесном глобусе среди звезд можно показать ее местоположение. Это местоположение является небесным Северным полюсом, а напротив него находится небесный Южный полюс. Посередине между двумя полюсами находится небесный экватор, На небесном глобусе можно также провести все другие параллели широты и все меридианы долготы.

Движение Земли вокруг своей оси выглядит так, как если бы небо вращалось в противоположном направлении, но вокруг той же оси. Это значит, что небесный Северный полюс (или небесный Южный полюс) не движется с вращением Земли больше Северного полюса (или Южного полюса).

Около небесного Северного полюса располагается очень яркая звезда. Ее называют Полярисом или чаще Полярной звездой, Она находится чуть дальше небесного Северного полюса, но не намного. Случай ному наблюдателю кажется, что она не движется с вращением Земли.

Так как земная ось, вращаясь вокруг Солнца, всегда указывает в одном направлении, она так же неизменно указывает на одну точку в небе. Это значит, что местоположение небесного Северного и Южного полюсов не меняется в течение года. Конечно, в одной точке орбиты Земли расстояние от нее до одной стороны Солнца составляет 93 миллиона миль и так же 93 миллиона миль до противоположной точки с другой стороны. На таком расстоянии находятся звезды, поэтому перемещение Земли на 166 миллионов миль в течение года не особенно важно. (Это как если бы вы находились в Нью-Йорке и указывали пальцем на Лондон. Направление было бы тем же, независимо от того, находились бы вы на севере Манхеттена или юге. Лондон расположен так далеко, что не важно, из какой точки указывать.)

Полярная звезда сохраняет свое местоположение не только в течение одной ночи, но в течение всех ночей года. Именно благодаря этому Северная звезда была так необходима мореплавателям до изобретения компаса. Она всегда указывала направление на север, и по ней определяли все другие направления.

Северная звезда находится на конце хвоста животного, известного как созвездие Малая Медведица. Но у медведей нет хвостов, и некоторые считали его созвездием собаки. Поэтому в древние времена Полярную звезду иногда называли Синозьюре, что на греческом языке означает «хвост собаки». Так как мореплаватели видели Полярную звезду близко, «синозьюре» стало значить любой центр притяжения,

У экватора небесный Северный полюс находится на северном горизонте, а Южный небесный полюс — на южном горизонте, и ни один, конечно, никогда не меняет своего местоположения. Небесный экватор проходит прямо над головой на восток и запад.

Если вы путешествуете к северу от экватора, небесный Северный полюс поднимается над северным горизонтом, а небесный Южный полюс опускается ниже южного горизонта. Этот подъем и спуск равен каждому пройденному вами градусу.

На широте Нью-Йорка (40º) небесный Северный полюс находится на 40º над северным горизонтом, а небесный Южный полюс — на 40º ниже южного горизонта. Так как звезды совершают ежедневное вращение вокруг оси, которая проходит через небесные полюса, это значит, что в Нью-Йорке всходят и заходят не все звезды. Te, которые находятся в пределах 40º небесного Северного полюса, никогда не спускаются к северному горизонту даже в самой низкой точке их ежедневного кругообращения, Они никогда не заходят. Такие звезды называют околополюсными звездами. Самые заметные из них — звезды Большой — Медведицы.

Звезды в пределах 40º небесного Северного полюса никогда не приближаются к южному горизонту даже в самой высокой точке их ежедневного вращения. Есть звезды, которые никогда не видны на широте Нью-Йорка. Самые известные из них — звезды Южного Креста.

Чем дальше на север» тем выше поднимается в небо небесный Северный полюс. При движении на север появляется все больше околополюсных звезд и все больше и больше невидимых нам звезд у противоположного полюса. Наконец, на Северном полюсе небесный Северный полюс находится прямо над головой. Все звезды, находящиеся к северу от небесного экватора, вращаются но кругу на неизменном расстоянии от горизонта. Ни одна из этих звезд не заходит. С другой стороны, все звезды, находящиеся к югу от небесного экватора, никогда не видимы с Северного полюса.

Ситуация прямо противоположная, если путешествовать от экватора к Южному полюсу. В Новой Зеландии Южный Крест является околополюсным созвездием и никогда не заходит, а Большая Медведица никогда не видна.

В каком-то смысле люди в Южном полушарии менее счастливы, чем в Северном: нет яркой звезды, определяющей местоположение небесного Южного полюса, подобной Полярной звезде, которая указывает небесный Северный полюс.

ЕЩЕ ЗОНЫ НА ЗЕМЛЕ

А сейчас вспомните эклиптику, указывающую путь движения Солнца, который является противоположным звездам. Эта линия образует угол с небесным экватором, пересекая его в двух точках на противоположных сторонах небесного глобуса. Эти точки называют точками равноденствия_, так как это происходит в момент нахождения Солнца в точках равноденствия. Поэтому небесный экватор также называют равноденственной линией. Эклиптика пересекает небесный экватор в одно» точке во время осеннего равноденствия, двигаясь с севера на юг, и в другой точке во время весеннего равноденствия, двигаясь с юга на север.

На самом дальнем севере эклиптика касается 23º27' северной широты. На самом дальнем юге — 23º27' южной широты. После движения на север до 23º27' северной широты она поворачивает и начинает двигаться на юг.

После движения на юг до 23°27' южной широты она поворачивает и начинает двигаться на север. Угол, образуемый эклиптикой с небесным экватором, называют наклонением эклиптики; его впервые около 220 года до новой эры точно измерил греческий астроном Эратосфен,

Поэтому эти две параллели широты, как на небесном глобусе, так и на поверхности Земли, называют тропиками. Когда греки производили наблюдения, эклиптика касалась тропика на севере в точке зодиакального созвездия Рака, Поэтому 23º27' северной широты называют тропиком Рака. Эклиитика доходит до тропика юга в созвездии Козерога, поэтому 23º27' южной широты — тропик Козерога,

Район Земли, который лежит между тропиком Рака и тропиком Козерога (экватор проходит вдоль его центра), называют тропической зоной или просто тропиками. Это самая жаркая часть Земли по причинам, которые я ранее объяснил в этой главе.

Во всех точках между тропиками в полдень Солнце находится прямо над головой в два разных дня года. На тропике Рака полуденное Солнце находится над головой только один день в году — 21 июня, в день летнего солнцестояния. На тропике Козерога день, когда оно находится в зените, — 21 декабря, день зимнего солнцестояния. Севернее тропика Рака полуденное Солнце всегда находится к югу от зенита; южнее тропика Козерога оно всегда бывает к северу от зенита.

Когда человек продвигается дальше на север, полуденное Солнце во время зимнего солнцестояния (когда оно занимает самое низкое положение) находится максимально далеко от зенита и максимально близко к южному горизонту. В Нью-Йорке 21 декабря полуденное Солнце находится над южным горизонтом лишь на 26¹/₂º В Лондоне — над южным горизонтом лишь на 14º.

На 66¹/₂º северной широты (линия, которая проходит через Аляску, северную Канаду, Скандинавию и Сибирь) 21 декабря полуденное Солнце достигает южного горизонта и выше не поднимается. Наступает 24-часовой период без светлого времени суток. Если продвигаться дальше на север, период без светлого времени суток становится все длиннее, и на Северном полюсе полярная ночь длится 6 месяцев.

(Фактически наша атмосфера преломляет лучи света — феномен называют рефракцией, что заставляет думать о нахождении Солнца над горизонтом в тот момент, когда оно в действительности ниже его.)

Во время летнего солнцестояния наблюдается обратная ситуация. На 66¹/₂º северной широты 21 июня Солнце никогда не поднимается выше 47º над южным горизонтом; а затем в полночь оно касается северного горизонта и начинает снова подниматься; день не прекращается все 24 часа в сутки. Чем дальше на север, тем дольше период непрекращающегося светлого времени суток во время летнего солнцестояния. И наконец, на Северном полюсе после 6-месячной ночи наступает 6-месячный день.

Землю к северу от линии 66¹/₂º северной широты называют «страной полуночного Солнца», Ее также могут называть «страной полуденной ночи».

То же самое происходит в южных районах Земли, находящихся к югу от 66¹/₂º южной широты, за исключением продолжительных там периодов ночи перед 21 июня и продолжительных периодов дня перед 21 декабря.

Северные районы называют Арктикой по одной интересной при чине. Как я ранее объяснял, при продвижении на север небесный Северный полюс оказывается выше. Это означает, что Полярная звезда и звезды возле нее находятся высоко. Эти звезды образуют несколько созвездий, включая Большую Медведицу и Малую Медведицу, (Полярная звезда — самая яркая звезда Малой Медведицы.)

Путешествие на север означает, что две Медведицы, Большая и Малая, поднимаются в небо и господствуют там.

Так как по-гречески медведь — «арктос», они назвали северные районы «арктикос», и это название дошло до нас как Арктика.

Поэтому линию 66¹/₂º северной широты, которая опоясывает северную часть земного глобуса, называют Северным полярным кругом, а находящийся внутри его район — арктической зоной.

Южные районы греки называли «антарктикос», что значит «напротив медведя». Таким образом, линия 66¹/₂º южной широты — Антарктический круг. Район внутри этого круга — антарктическая зона.

Арктическая зона в основном состоит из покрытой льдом волы, а антарктическая зона — почти полностью покрытая льдом суша, континент, который называют Антарктикой.

Между Арктическим кругом и тропиком Рака (между 23¹/₂º и 66¹/₂º северной широты) есть район Земли, который никогда не видит Солнца в зените. Он также никогда не видит Солнца в полночь. Там не так жарко, как в тропиках, и не так холодно, как в Арктике. Эго Северный умеренный пояс. (Слово «умеренный» означает — «избегать чрезмерности».) По аналогии район между Антарктическим кругом и тропиками Козерога — Южный умеренный пояс.

Все эти деления Земли, разница в температуре, климате и продолжительности дня и ночи — последствия наклона земной оси и ее вращения вокруг Солнца.

Теперь мы можем вернуться к определению года и особым трудностям, возникшим в древние времена.