Земля

3. Сжатие Земли

До XVI века учёные принимали кажущееся суточное движение Луны, Солнца и звёзд за действительное.

Многим из вас, вероятно, приходилось замечать, что в течение вечера созвездия в северной части неба поворачиваются вокруг Полярной звезды (точнее вокруг точки неба, которая лежит невдалеке от неё и называется полюсом мира).

Если бы звёзды были видны и днём, то мы могли бы наблюдать, что они совершают в течение суток на небе полный круг.

Чем дальше звёзды от полюса мира, тем больший круг они описывают. Если звезда очень далека от него, то часть её кругового пути проходит под горизонтом, то-есть она, как и Солнце, восходит, движется дугообразно по небу и потом заходит.

Но при этом расположение звёзд относительно друг друга не меняется, как будто они прикреплены к небу.

Если проследить в течение ночи за движением звёзд, то вам покажется, что весь небесный свод вращается целиком вокруг оси, упирающейся в Полярную звезду и проходящей через Землю.

Так в древности и думали греческие учёные. Видимое суточное движение звёзд они приписывали вращению «небесной сферы», как называли они видимый небесный свод, считая его внутренней поверхностью твёрдого полого шара — сферы.

Древние греческие учёные не представляли себе, чтобы небесные тела — Луна, Солнце и планеты — могли двигаться в пространстве по круговым путям. Поэтому они объясняли суточное движение Луны, Солнца и планет тем, будто эти тела прикреплены к особым сферам.

Особые сферы понадобились потому, что Луна, Солнце и планеты передвигаются между звёздами и поэтому их нельзя было считать прикреплёнными к звёздной сфере. Однако, объясняя движение небесных тел вращением сфер, нельзя было предсказывать вперёд положение на небе Луны, Солнца и планет.

Позднее, во II веке н. э., греческий астроном Клавдий Птоломей предложил чисто геометрическую схему движения небесных тел. Он считал, что каждая планета движется по кругу, центр которого, в свою очередь, совершает круговой путь вокруг Земли.

С помощью такого представления уже можно было вычислять движения планет среди звёзд. Однако нельзя было понять, почему же планета может двигаться вокруг воображаемой точки в пространстве, а эта воображаемая точка — двигаться вокруг Земли?

Не удивительно, что испанский король Альфонс X, любитель-астроном, живший в XIII веке, сказал, что если бы бог спросил его совета, то мир был бы устроен проще.

Эта фраза стоила Альфонсу престола, так как система Птоломея поддерживалась католической церковью, а церковь пользовалась в средние века огромным влиянием.

Согласно «священному писанию», т. е. тому, что написано в древних религиозных книгах, наша Земля — это центр всей вселенной, она не движется вокруг Солнца, а находится в неподвижности. Система Птоломея не противоречила этим взглядам.

Но вот в XVI веке знаменитый польский учёный Николай Коперник доказал, что мир действительно устроен гораздо проще, чем его себе представляют. Сложным же он казался потому, что люди принимали кажущееся движение небесных светил за действительное.

Земля вращается вокруг воображаемой оси, совершая полный оборот в течение суток. Находясь на ней, мы видим, как из-за выпуклости земной поверхности показывается Солнце. Тогда мы говорим, что оно «взошло».

Находясь на вращающейся Земле, мы сами движемся, а нам кажется, что Солнце катится по небу.

Самого вращения Земли мы не замечаем так же, как не чувствуем движения плавно идущего по спокойному морю судна, находясь в его каюте. Именно это сравнение приводил в XVII веке знаменитый итальянский учёный Галилей, защищая учение Коперника о вращении Земли.

Новое учение Коперника о солнечной системе явилось одним из величайших научных открытий. Оно опровергало всё старое мировоззрение, подрывало религиозное учение о Земле и небе. Ф. Энгельс писал, что издание бессмертного творения Коперника было вызовом «церковному авторитету в вопросах природы».

Система Коперника была подтверждена целым рядом бесспорных фактов.

В прошлом веке вращение Земли было доказано с помощью маятника. Но об этом мы расскажем дальше.

Пока же будем помнить, что земной шар вращается вокруг своей воображаемой оси. Продолжение этой оси упирается на небесной сфере в полюс мира.

Вращение Земли отразилось на её форме. Почему это так происходит, показывает опыт с каплей растительного масла, вращаемой в смеси воды со спиртом.

Налейте в стакан смесь воды со спиртом в такой пропорции, чтобы растительное масло не всплывало и не тонуло в ней. Вы увидите, что оно примет форму шара.

Теперь осторожно введите в масляный шарик лёгкую вертушку на тонком стержне. Если вам удастся сделать этот опыт, вы сможете наблюдать замечательное явление: при вращении вертушки постепенно начинает вращаться и масляный шар, и чем быстрее он вращается, тем больше сплющивается вдоль своей оси.

Чтобы понять, почему сплющивается масляный шарик, сравним вращающуюся вокруг оси частицу масла с тяжёлой гирькой на тонкой резинке, вращаемой вокруг руки.

По инерции гирька стремится двигаться прямолинейно, но резинка заставляет её искривлять свой путь. Гирька оказывает сопротивление, растягивающее резинку. Вследствие этого она отдаляется от оси на расстояние, зависящее от сопротивления резинки центробежной силе (так называют силу, растягивающую резинку).

По этой же причине удаляются от оси вращения частицы масла, и масляный шарик сплющивается.

Так как Земля вращается, то и на ней возникают центробежные силы. Эти силы также удалили частицы земного шара от оси вращения, и он сжался вдоль оси.

Такое объяснение сжатия Земли было дано английским учёным Ньютоном. Но французские учёные, наоборот, утверждали, будто Земля не сжата, а вытянута вдоль оси.

Чтобы решить этот спор, нужно было сравнить кривизну меридиана близ экватора и в полярной зоне.

Если Земля сжата у полюсов, то кривизна меридиана в полярной зоне меньше, чем в экваториальной. Значит, длина градуса меридиана близ полюса больше, чем близ экватора.

Для проверки французская Академия наук снарядила две экспедиции, одну в Лапландию, другую — в экваториальную зону Южной Америки. Только через семь лет удалось получить результаты их измерений. Когда сравнили измерение градуса в полярной и экваториальной зонах, то оказалось, что полярный радиус приблизительно на 21,5 километра короче экваториального.

Таким образом, Земля по своей форме напоминает, скажем, мандарин, хотя сжата она, конечно, гораздо меньше. Наблюдая Землю со стороны, например с Луны, мы не могли бы заметить его. Сжатие Земли определяется так: нужно разницу между радиусами Земли разделить на экваториальный радиус. Получится дробь, выражающая сжатие.

Вычисление радиусов Земли и сжатия её делалось многими русскими и иностранными учёными. В наше время этой задачей занимался советский учёный Ф. И. Красовский. Он сделал самое точное вычисление радиусов и сжатия Земли. Экваториальный радиус определён им в 6378,245 километра, полярный — в 6356,863 километра, а сжатие — в ¹/_298,3.

Обычно же радиус Земли принято теперь считать равным 6371 километру, потому что объём и поверхность правильного шара с таким радиусом почти точно равны объёму и поверхности Земли.

Изучение формы Земли советскими учёными показало, что Земля сжата не только вдоль оси вращения, но и в плоскости экватора, то-есть, другими словами, диаметры экватора не одинаковой длины. Правда, это сжатие незначительно: разница между наибольшим и наименьшим диаметрами экватора составляет всего около 213 метров. Однако, как ни незначительно это сжатие, оно существует.

Теперь, когда учёные так точно определили форму Земли, нужно сказать, чтó подразумевают они под земной поверхностью. Ведь Земля не гладка, подобно бильярдному шару. На ней есть возвышенности, горные хребты, долины, впадины морей и океанов. Поэтому учёные принимают за земную поверхность уровень океана.

Но что же считать поверхностью Земли на суше? — спросите вы.

Так же уровень океана, мысленно продолженный на пространство материков.

Представьте себе, что мы прорезали все материки такими глубокими каналами, что все океаны и моря соединились между собой. Уровень воды в этих воображаемых каналах и принимается учёными за поверхность Земли.