Содержание
Форма, движение и размеры Земли
Шарообразность Земли
Начиная с V в. до н. э. почти все ученые древности полагали, что Земля имеет форму шара. До этого считалось, что Земля дискообразна и покоится на водах; такой точки зрения, по-видимому, придерживался Анаксимандр (правда, некоторые исследователи высказывали мысль о том, что он также считал Землю шаром). Это представление было отвергнуто пифагорейцами и Платоном; после них ни один серьезный мыслитель уже не оспаривал теории сферичности. Пифагорейцы основывали свое мнение скорее на умозрительных и философских доводах, чем на физических и опытных доказательствах: они полагали, что раз шар является наиболее совершенной геометрической формой, то Земля, следовательно, должна представлять собой сферу. Все направление научной мысли Аристотеля, менее умозрительной и гипотетической, чем мысль Платона, подводило его к поискам доказательств шарообразности, которые он сам весьма выразительно сформулировал. Клеомед, Плиний, Птолемей, Марциан Капелла и другие древние авторы выдвинули новые более или менее убедительные доказательства, которые были хорошо известны и часто повторялись в средние века.
Неподвижность Земли
Хотя почти все ученые древности единодушно признавали, что Земля имеет форму шара, далеко не все они придерживались мнения, что она неподвижно покоится в центре вселенной. Но различные теории, не согласующиеся с этой ортодоксальной точкой зрения, не играли никакой роли в развитии средневековой космологии и много позже рассматриваемого нами периода. Некоторые из пифагорейцев считали, что в центре Земли горит огонь. Платон говорил, что центр Земли, пребывающей неподвижно в центре вселенной, является вместилищем не огня, а мировой души. Внутреннее движение мировой души и является причиной движения всего космоса. Платоновское представление о мировой душе оказалось необычайно устойчивым и проникло в сочинения многих неоплатоников средневековья. Однако Аристотель, который столь же твердо придерживался теории о том, что Земля неподвижно покоится в центре вселенной, отрицал, в отличие от пифагорейцев и Платона, возможность того, что центр вселенной является вместилищем некоей нетленной сущности, состоящей из той же субстанции, что и небесные тела, – будь то огонь или мировая душа.
Аристотель, Плиний и Птолемей также выдвинули ряд более или менее веских доказательств в пользу неподвижности Земли.
Окружность Земли
Древние авторы предложили несколько числовых выражений длины земной окружности. Аристотель исчислял ее в 400 000 стадиев. По свидетельствам многих авторов, в том числе Плиния, Витрувия, Марциана Капеллы и Макробия, Эратосфен определил, что она составляет 252 000 стадиев. Клеомед же, оставивший наиболее обстоятельное описание произведенных Эратосфеном измерений, называет цифру в 250 000 стадиев. Вполне возможно, что сам Эратосфен произвольно добавил 2000 стадиев к полученному им результату, чтобы получить величину, более удобную для деления. Клеомед приводит слова Посидония, что окружность Земли составляет 240 000 стадиев, тогда как Страбон утверждает, что тот определял ее равной 180 000 стадиям. Эта последняя цифра была принята также Марином Тирским и Птолемеем.
Хотя в работах древних авторов встречается несколько различных цифр, это, конечно, не означает, что каждый из них использовал свой способ измерения.
Длина окружности у Аристотеля – плод чисто умозрительной оценки, и только результаты, полученные Эратосфеном, основаны на точном измерении и подсчете. Обе цифры, приводимые Посидонием, вполне могли быть заимствованы им у Эратосфена, причем большая из них получилась в результате неправильного истолкования или преднамеренного искажения данных последнего, а меньшая – в результате использования при расчетах стадия большей величины. Во всяком случае, насколько нам известно, греки пользовались для вычисления размеров Земли лишь одним методом. Он состоял в том, что в один и тот же день года определяли высоту Солнца в каких-то двух местах, которые, как считалось, лежали на одном и том же меридиане и расстояние между которыми было известно по «дорожникам» (итинерариям). Затем делали допущение, что угол между двумя меридиональными высотами так же относится к окружности небесной сферы, как расстояние между двумя точками наблюдения — к окружности Земли. Наблюдения, проведенные Эратосфеном в Египте, описываются у Клеомеда и Марциана Капеллы.
Данные Эратосфена отличаются удивительной точностью. Какую бы величину— 157,5 или 168 метров — ни имел использовавшийся им стадий (о чем до сих пор спорят ученые), длина окружности, по его подсчетам, окажется равной 39 375 или соответственно 42 336 километрам. В любом случае ошибка выглядит совершенно незначительной; в действительности окружность Земли равна приблизительно 40 000 километров.
Читать книгу «Краткая история Вселенной» онлайн полностью📖 — Николая Дорожкина — MyBook.
Что выбрать
Библиотека
Подписка
📖Книги
🎧Аудиокниги
👌Бесплатные книги
🔥Новинки
❤️Топ книг
🎙Топ аудиокниг
🎙Загрузи свой подкаст
📖Книги
🎧Аудиокниги
👌Бесплатные книги
🔥Новинки
❤️Топ книг
🎙Топ аудиокниг
🎙Загрузи свой подкаст
- Главная
- ⭐️Николай Дорожкин
- 📚«Краткая история Вселенной»
- Читать
org/ListItem»>Научно-популярная литератураНиколай Дорожкин
Краткая история Вселенной
Земля в представлении древних
Еще в глубокой древности люди чувствовали свою связь с землей и зависимость от нее. Земля давала все – и кров, и пищу. И человек воспринимал землю как сильное и доброе начало.
Землю обожествляли. Ее называли матерью и кормилицей. На Руси она почиталась как Мать Сыра Земля. Древние греки поклонялись богине Земли по имени Гея. От этого имени, обозначающего, кстати, и саму Землю как мать и кормилицу богов и людей, пошли названия всех наук, связанных с Землей: геометрия, география, геология, геодезия, геофизика, геохимия…
Но все в мире изменяется – таков незыблемый закон природы.
Изменились и люди. И, конечно, изменились представления людей о мире, в котором они живут. Вот, например, как менялись представления людей о Земле.
Самая древняя из земных цивилизаций – шумерская. Государство шумеров располагалось в Месопотамии, между реками Тигр и Евфрат, на территории современного Ирака. Там же, согласно Библии, находился и Сад Эдемский, где Бог поселил первых людей – Адама и Еву. В представлении шумеров Земля – это плоский круг, огороженный горами и покрытый твердым небесным куполом. Вся эта «конструкция» погружена в воды океана. Если вода прорывает в куполе отверстия, на Землю обрушиваются ливни. В противоположных сторонах гор есть двери, через которые Солнце входит утром и выходит вечером. Вавилоняне, сменившие шумеров на земле Месопотамии (Междуречья), представляли Мир примерно таким же, только Землю считали не плоской, а выпуклой – в виде полушария.
Модель мира древних шумеров
Но бытовали и более странные, просто сказочные представления о Земле и небе.
Например, плоский земной круг покоится на спинах трех огромных китов, плавающих в мировом океане. Конечно, трудно вообразить себе морских гигантов такой величины, зато эта «теория» легко объясняет происхождение дождей, наводнений, землетрясений – все зависит от поведения китов.
Модель мира в Древней Индии
А вот более сложная картина. Земля – это полушарие, обращенное выпуклостью кверху. Полушарие лежит на спинах и поддерживается хоботами трех исполинских слонов, которые в свою очередь стоят на спине-панцире громадной черепахи. На что опирается черепаха? Этот вопрос оставался открытым. Одни говорили, что на какое-то твердое основание, другие – на воду. Ну, а на чем вода держится? И – начинай сначала…
Понадобилось не одно тысячелетие, чтобы эти фантастические образы уступили место картине, более близкой к действительности.
Земля имеет форму шара
Даже если человек ничего не читал о Земле и небе, Солнце, Луне и планетах – все равно он уже знает, что Земля имеет форму шара.
Но удивительно: как все-таки люди смогли определить настоящую форму Земли?
В древней Греции, в VI веке до Р.Х., жил и трудился великий ученый античности Пифагор. Он был математиком, физиком, врачом, юристом, тренером по борьбе, поэтом, музыкантом, но называл себя философом – в те времена это понятие вмещало множество профессий, где нужна была любовь к мудрости. Вместе со своими учениками он основал целое направление в науке, которое вошло в историю как пифагорейство. Пифагор учил, что все в мире подчиняется законам гармонии чисел и музыки. Самой совершенной геометрической формой Пифагор считал сферу, или шар. Полагая Солнце, Луну и планеты совершенными, он такой же видел и Землю. Таким образом, исходя только из рассуждений о мировой гармонии и красоте, пифагорейцы еще 2600 лет назад утверждали: Земля имеет форму шара.
Аристотель(384–322 гг. до Р.Х.)
Любые мысленные построения и числовые расчеты проверяются опытом, или экспериментом. В IV веке до Р.Х. великий ученый Древней Греции македонянин Аристотель из города Стагиры привел целый ряд убедительных доказательств шарообразности Земли.
Во-первых, он сослался на свидетельства моряков и рыбаков. Они давно заметили, что корабль появляется из-за горизонта постепенно: сначала видны мачты и паруса, а затем уже корпус судна. Это – наблюдение с берега. А наблюдатель, стоящий на палубе корабля, видит, как при подходе корабля к дальнему берегу сначала встают из моря вершины гор, затем башни маяков и сторожевые вышки, и только по мере приближения моряки видят берег с людьми и морскими судами, стоящими у причалов.
Другой аргумент Аристотеля был особенно веским для людей, взоры которых привлекало звездное небо. Кто путешествовал, тот знает, что чем дальше к югу, тем больше открывается на ночном небе новых созвездий, а знакомые звездные фигуры постепенно склоняются к северу и уходят за горизонт. То же самое, только в обратном порядке, наблюдается при путешествии к северу.
Схема лунного затмения
И наконец, тоже «с неба» взял Аристотель третий довод в пользу того, что Земля имеет форму шара. Он говорил, что «в противоположном случае во время лунных затмений мы не видели бы на Луне такого четкого круглого сегмента… А поскольку лунное затмение образуется земной тенью, то и Земля должна иметь вид шара».
Конечно, такое доказательство могли принять только те современники Аристотеля, которые наблюдали лунные затмения и понимали, отчего они происходят.
Они решились измерить Землю
Если известна форма Земли, то почему бы не определить и ее размеры? Возможно, что этим занимался еще Пифагор, возвестивший античному миру о сферической форме Земли. Во всяком случае, Аристотелю уже была известна длина большой окружности, опоясывающей нашу планету, – 400 тысяч стадий, или 63 тысячи километров. Правда, эта величина в полтора раза больше действительной, но для тех времен такая ошибка допустима. Тем более, что уже вскоре земной шар был измерен гораздо точнее.
Это удалось сделать Эратосфену из Александрии, жившему в III в. до Р.Х. Александрия была тогда центром греческой науки и культуры в Египте. Этот город находится на одном меридиане с Сиеной (нынешний Асуан), отстоящей на 5000 египетских стадий (800 километров) к югу. Эратосфен обнаружил, что в Сиене в полдень самого длинного летнего дня Солнце освещает дно самых глубоких колодцев.
Это значит, что солнечные лучи в этот час падают на Землю вертикально, то есть Солнце стоит в зените – высшей точке небосвода. В этот момент вертикально стоящие предметы не отбрасывают тени на поверхность Земли. А в Александрии в это же время Солнце отстоит от зенита на 7 градусов 12 минут, и на этот же угол отклоняется тень.
Эратосфен
Но если известны зенитное расстояние в градусах и дистанция (земное расстояние) между Александрией и Сиеной в стадиях, то, составив пропорцию, нетрудно подсчитать, сколько же стадий вместит полная окружность (360 градусов). Эратосфен получил величину окружности земного меридиана равной 250 тысяч стадий, или 39500 километров. А поскольку, как известно, длина окружности S = 2πR, то радиус Земли R = 6290 км. По современным данным длина окружности Земли равна 40 000 км, а радиус – 6378 км. Так что Эратосфен, живший за 2300 лет до начала космической эры, не имея точных измерительных приборов, определил размеры Земли с ошибкой чуть больше 1 процента.
Это был настоящий научный подвиг!
Схема измерений размеров Земли Эратосфеном
Кстати, об измерительных приборах. Для измерения зенитного расстояния Солнца Эратосфен использовал в качестве угломерного прибора солнечные часы – скафис. Основу прибора составляла чаша в форме полусферы, в центре которой установлен заостренный стержень. На внутренней поверхности чаши нанесены деления в виде горизонтальных окружностей. Отклонение тени в полдень самого долгого дня давало величину зенитного расстояния Солнца, а время определялось по отклонениям тени от направления «север – юг».
Тяга земная и силы небесные
Есть известная легенда о том, как великий английский ученый сэр Исаак Ньютон сидел в саду под яблоней и размышлял о том, почему любой предмет, куда бы его ни бросили – вверх, вниз или в сторону, все равно падает вниз, в сторону поверхности Земли. В это время спелое яблоко, упав с ветки, чувствительно стукнуло Ньютона по голове. И тогда ученого осенило: на все тела действует сила тяготения! Земля притягивает все предметы, которые находятся в пределах действия ее силы.
И чем больше масса тела, тем больше сила тяготения.
Позже Ньютон доказал, что силы тяготения действуют везде во Вселенной. Но для нас, землян, важнее всего именно земное тяготение. В науке эта сила называется гравитацией – от латинского слова gravis – «тяжелый». Все тела притягиваются друг к другу тем сильнее, чем больше их массы и чем меньше расстояние между ними. А поскольку любая планета состоит из множества тел и частиц (камней, песчинок, капель жидкости, ледяных кристаллов и т. д.), все эти части стремятся устроиться поближе друг к другу. Поэтому и Земля, и планеты, и звезды стремятся принять самую экономичную геометрическую форму – сферическую, или шарообразную. Частицы газов также подчиняются закону всемирного тяготения. Поэтому атмосфера имеется только у планет с достаточно большой массой и силой тяготения.
Земля видится гладким шаром разве что наблюдателям из космоса. А землянам хорошо видно, что это очень неровный шар – весь во вмятинах и острых выступах, шероховатый и колючий.
Ведь на поверхности Земли есть скалистые горы и холмистые равнины, ущелья и океанские глубины. Но глубокие обширные впадины заполнены водой, а горы не могут быть выше 9 км – гравитация не позволяет. Будь у нашей планеты небольшая сила тяжести, как на Марсе или Луне, высота горных вершин достигала бы 20–30 километров. А планеты, состоящие только из жидких веществ, имеют действительно гладкую поверхность, возмущаемую только волнами и смерчами.
Интересно, что о силе гравитации люди задумывались еще в самые давние времена. В древнегреческой мифологии предшественниками богов Олимпа были дети Урана-Неба и Геи-Земли – титаны, шестеро сыновей и шестеро дочерей. А кроме них, Земля породила шестерых гигантов – трех одноглазых циклопов и трех гекатонхейров – сторуких чудовищ с пятьюдесятью головами. Титаны ведали надземными стихиями, а гиганты были заключены в недра Земли – они олицетворяли подземные силы. В древнерусской мифологии присутствуют свои титаны. Известна былина о могучем старом богатыре по имени Святогор.
Он был так огромен и тяжел, что его даже земля не выдерживала. Богатырь был так уверен в своей силе, что захотел даже Землю поднять. Для этого ему пришлось ухватиться за суму переметную, в которой и была заключена тяга земная. Силен был Святогор, но все-таки не смог одолеть тягу земную: на какую высоту поднимал он суму переметную, на такую же глубину сам в землю погружался… Не выдержав соревнования с земной тягой, гигант погиб, успев передать часть своей силы Илье Муромцу. Но Илья уже не посягал на закон всемирного тяготения.
Премиум
(1 оценка)
Николай Дорожкин
На этой странице вы можете прочитать онлайн книгу «Краткая история Вселенной», автора Николая Дорожкина. Данная книга относится к жанрам: «Научно-популярная литература», «Детская познавательная и развивающая литература». Произведение затрагивает такие темы, как «астрономия для детей», «занимательная наука». Книга «Краткая история Вселенной» была написана в 2019 и издана в 2019 году. Приятного чтения!
О проекте
Что такое MyBook
Правовая информация
Правообладателям
Документация
Помощь
О подписке
Купить подписку
Бесплатные книги
Подарить подписку
Как оплатить
Ввести подарочный код
Библиотека для компаний
Настройки
Другие проекты
Издать свою книгу
MyBook: Истории
Экваториальная выпуклость Земли формирует физику планеты
Поиск
Метеорологи, океанологи и снайперы должны учитывать эту деформацию.
Изображение
СМИ
Антон Балаж/Shutterstock; Изображение на главной странице предоставлено: Джоанна Гудиер/Shutterstock
Физика
Уилл Салливан, штатный сотрудник
(Inside Science) — Земля может выглядеть как сфера, но на самом деле это «сплюснутый сфероид» — планета слегка сплющена, поэтому окружность экватора больше, чем окружность через полюса. Облака, океанские течения и ракеты большой дальности вели бы себя иначе, если бы Земля была идеально сферической.
Эта выпуклость существует из-за силы, создаваемой вращением Земли. В результате человек на экваторе находится более чем на 13 миль дальше от центра Земли, чем человек на Северном полюсе. Эта разница более чем вдвое превышает расстояние между уровнем моря и вершиной горы Эверест, но в планетарном масштабе эта выпуклость практически незаметна. Бойд Эдвардс, физик из Университета штата Юта в Логане, сказал, что это примерно эквивалентно одному слою клейкой ленты вокруг сферического волейбольного мяча.
Земля настолько близка к сферической, что физики иногда считают ее таковой в своих моделях, сказал Эдвардс. Но это упрощение может привести к значительным ошибкам при расчете движения на поверхности Земли.
В статье, опубликованной в августе в American Journal of Physics , Эдвардс и его брат Джон Эдвардс, ученый-компьютерщик, который также работает в штате Юта, демонстрируют, как сфероидальная форма Земли влияет на движение, представляя себе Землю, которая абсолютно гладкая и покрытые гладким льдом и спрашивающие, что произойдет, если вы бросите хоккейную шайбу по его поверхности.
Хоккеист на сферической Земле
Представьте себе, что хоккеист, стоящий где-то в Португалии, бросает шайбу прямо на север со скоростью около 100 миль в час. Куда полетит шайба? С точки зрения игрока шайба сначала движется на север.
Image
На этом изображении показана траектория шайбы на гладкой сферической поверхности Земли без трения в течение 31 часа с точки зрения человека с Земли.
Первоначально шайба была брошена на север со скоростью около 100 миль в час.
Источники СМИ
Воспроизведено из статьи «Силы и законы сохранения для движения на нашей сфероидальной Земле», American Journal of Physics 89, 830 (2021), с разрешения Американской ассоциации учителей физики
Затем на вращающейся сфере центробежная сила, внешняя сила, возникающая при вращении, толкает шайбу к экватору. Пройдя около 50 миль на север, шайба меняет направление и начинает двигаться на юг.
В то же время сила Кориолиса, другая сила, возникающая во вращающихся системах, толкает шайбу на запад. Частично причина в том, что при вращении Земли объекты, расположенные ближе к экватору, движутся быстрее, чем объекты, расположенные ближе к полюсам, поскольку этим точкам приходится перемещаться дальше, чтобы совершить оборот по орбите за то же время. (Это похоже на то, как легкоатлет на внешней дорожке должен бежать быстрее, чтобы не отставать от бегуна на внутренней дорожке.) Когда шайба движется на юг, земля под ней движется быстрее на восток, поэтому кажется, что шайба движется на запад.
.
Кроме того, по мере приближения шайбы к экватору она удаляется от оси вращения Земли, и для сохранения углового момента скорость, с которой она движется на восток, уменьшается. По той же причине фигурист вращается быстрее, когда руки сложены, и медленнее, когда руки вытянуты. Это замедление еще больше толкает шайбу на запад.
Когда шайба движется на юго-запад, она ускоряется, пока не пересечет экватор, после чего начинает замедляться, так как центробежная сила снова тянет ее обратно к экватору. Шайба достигает юга Аргентины, ровно настолько ниже экватора, насколько и самая высокая точка над ним, прежде чем вернуться на север. Шайба будет продолжать петлять между северным и южным полушариями, двигаясь на запад.
Хоккеист на сфероидальной Земле
Изображение
Траектория того же броска на сфероидальной Земле показывает, как шайба кружит вокруг Испании и Португалии за 19 часов.
Источники СМИ
Воспроизведено из статьи «Силы и законы сохранения для движения на нашей сфероидальной Земле», American Journal of Physics 89, 830 (2021), с разрешения Американской ассоциации учителей физики
На сфероидальной Земле центробежная сила и гравитация нейтрализуют друг друга, и только сила Кориолиса влияет на движение шайбы.
Сила Кориолиса — это то, что придает ураганам и циклонам их круговое движение, и шайба ведет себя аналогичным образом, вращаясь по часовой стрелке, зависая над Испанией и Португалией.
Шайба двигалась бы по-другому, если бы хоккеист начинал с другого места и бросал шайбу в другом направлении, и вы можете поиграть с разными начальными точками в этой программе визуализации, разработанной авторами статьи. Но эти примеры показывают сильное влияние формы Земли на движение по ее поверхности.
Бойд Эдвардс сказал, что сфероидальная форма Земли имеет значение для авиации, метеорологии, океанографии и других областей, поскольку сила Кориолиса будет влиять на движение, а центробежная сила — нет.
«Но что еще более важно, я думаю, что для нас очень важно понять все, что можно понять о нашей Земле», — сказал он. «Это единственная планета, на которой мы, вероятно, будем жить».
Примечание редактора: Американский журнал физики издается Американской ассоциацией учителей физики, членом общества Американского института физики.
Inside Science — редакционно независимое издание Американского института физики.
Подано под
Земля
Погода
Физика
Биография автора и Архив историй
Интернет бурно обсуждает фотографию бугристой Земли: «Абсолютно не та форма»
Культура
Андерс Англси
Культура
Земля
ТИК Так
Интернет
Вирусный
Вирусное видео, в котором утверждается, что Земля не идеальная сфера, а несколько бугристая, стало вирусным на платформе социальных сетей TikTok.
В видео, размещенном на платформе, пользователь TikTok holly.moffat, известный под псевдонимом Холли, рассказала, что была ошеломлена, когда узнала предполагаемую форму земного шара — утверждение, которое будет яростно оспорено в разделе комментариев.
Клип оказался хитом в сети и набрал более 5,8 миллионов просмотров с момента его загрузки в воскресенье, 19 июня.
тип эллипсоида, который местами можно рассматривать как несколько вытянутую сферу.
Пока проигрывалось видео, Холли говорила с камерой, показывая несколько неровных изображений Земли позади нее.
Стоковое изображение планеты Земля. Пользователь TikTok был ошеломлен открытием, что Земля не совсем круглая.
Гетти
Изображения, показанные на видео, однако, являются преувеличенными изображениями, одно из которых было получено с помощью прибора Европейского космического агентства Gravity Field and Steady-State Ocean Circulation Explorer (GOCE), которое показало, что поверхность планеты «преувеличена» в 7000 раз, согласно до Новый Ученый .
Было сказано, что повышенное преувеличение сделает ямки и гребни на изображении выше или ниже.
По данным Национальной океанической службы (NOS), хотя Земля из космоса выглядит как сфера, это уникальная форма, которая «постоянно меняется».
В нем добавлено: «Наша планета толще на экваторе, чем на полюсах, примерно на 70 000 футов.
Это происходит из-за центробежной силы, создаваемой постоянным вращением Земли. футов (по сравнению с уровнем моря) еще больше искажают форму Земли. Сам уровень моря имеет даже неправильную форму. Незначительные изменения в гравитационном поле Земли вызывают постоянные холмы и долины на поверхности океана высотой более 300 футов относительно эллипсоида».0003
NOS также сообщает, что форма планеты иногда меняется из-за таких событий, как землетрясения, извержения вулканов или удары метеоритов.
@holly.moffatt
Вроде и логично но в то же время абсолютно бессмысленно 🤯
♬ оригинальный звук — Холли
В ролике, который можно увидеть здесь, Холли сказала: «Как после 21 года жизни на этой планете я только сейчас узнаю, что это форма Земли? И что она не идеально круглая. Как мой разум взорван».
Ее заявления ошеломили нескольких человек в TikTok, которые бросились в раздел комментариев, чтобы указать, что сказанное не соответствует действительности, и лайкнули видео около 15 700 раз.