Содержание
Почему Земля круглая?
В древности, как известно. Землю обожествляли. Поэты посвящали ей торжественные гимны. Сказители повторяли мифы о ее жизни. Скульпторы навеки запечатлели в дереве, камне облик вечно молодой и прекрасной богини. Конечно, все понимали, что это — лишь поэтическое сравнение. Но вряд ли кто-нибудь мог объяснить, почему Земля не имеет сложной, причудливой формы, подобно каменным глыбам, растениям или животным. Почему Земля похожа на шар, окутанный голубым сиянием атмосферы! Кружатся круглые планеты. Круглая, как совиный глаз, Луна глядит на нас по ночам. А залетные гости Земли — метеориты — угловаты.
Есть еще одна группа небесных тел — астероиды, планеты-карлики. Диаметр их не превышает нескольких сот километров. (Для сравнения: средний диаметр Земли — 12 735 километров, Луны — 3478, Юпитера — 143 600). Астероиды занимают среднее положение между метеоритами и планетами. Они обнаруживают оригинальные особенности.
В 1900 году астрономы, уточняя траекторию астероида Эрота, были озадачены.
Они ясно видели в телескопы, что яркость астероида заметно изменяется. Известно, что все астероиды холодны и блестят лишь отраженным светом. И вдруг — яркость излучения периодически за короткий промежуток времени меняется в четыре раза!
Долгое время загадка Эрота тревожила умы астрономов. Все выяснилось в 1931 году, когда Эрот находился в наименьшем удалении от Земли. Самые мощные телескопы уставились на него в упор.
Оказалось, Эрот имеет форму бруска длиной 22 и толщиной 6 километров. Вращаясь, он поворачивается к Земле то широкой, то узкой стороной и соответственно отражает то больше солнечных лучей, то меньше.
Многие другие астероиды тоже не имеют постоянной яркости. Значит, и у них форма не шарообразная.
На собственном опыте мы знаем: все твердые тела сохраняют свою форму, если на них не воздействовать со стороны. Их атомы крепко-накрепко спаяны друг с другом электромагнитными силами. Они образуют прочные кристаллические решетки, выстраиваясь стройными рядами, как войско на параде.
Они монолитны, едины.
Но есть на свете сила более могучая, чем электромагнитная сплоченность атомов. Это — сила притяжения, гравитация. Она зависит от массы тела. Горит маленькая веточка — огонек слаб, еле различим издали. Разгораются лесные пожары — бушуют могучие сполохи, озаряя ночи. Так и силы гравитации. Их почти невозможно заметить в маленьких телах. Тут они не могут разрушить прочные связи между атомами. Форма космических тел остается неизменной.
Но вот сила взаимного притяжения объединяет межзвездный газ, пыль, обломки, глыбы. Их общая масса возрастает. Пропорционально (по закону Ньютона) увеличивается и взаимное их притяжение. Наступит, в конце концов, момент, когда гравитация превзойдет силу электрического взаимодействия атомов. Стиснутые огромным давлением, разрушатся кристаллические решетки, рассыплются стройные атомные ряды. Атомы будут вынуждены двигаться туда, куда направит их новая, более могучая сила.
Выходит, наша Земля круглая, потому что она тяжелая.
Форма, строение и главные свойства космических тел зависят в первую очередь от их массы. Другими словами, силы гравитации определяют главнейшие свойства пространства планеты.
Гравитация организует и само вещество космического тела. Астероид или маленькая планета не в силах удержать возле себя атмосферы: легкие и быстрые атомы и молекулы газов безостановочно улетучиваются в космос.
Притягивая к себе метеориты и астероиды, небесное тело будет раздуваться, тяжелеть, наливаться веществом. Газы уже не смогут преодолеть притяжения и будут обволакивать планету легчайшей прозрачной пеленой. Так возникает атмосфера планеты.
Вода легче почти всех горных пород, но тяжелее газов. Она займет свое место на границе твердой Земли и атмосферы, образуя моря и океаны — гидросферу. Из горных пород к поверхности со временем всплывут наиболее легкие, образуя континенты — земную кору — словно накипь на самой поверхности плотной кремниево-магниевой мантии Земли. А в самом центре планеты — каменно-металлическое огромное сверхплотное ядро.
Кто не знает закона Архимеда! Говорят, великий ученый открыл его, погрузившись в ванну с водой. С тех пор и гласит закон о том, что «погруженное в жидкость тело…» и так далее. Ну, а если тело погружается не в жидкость!
Возьмите кусок твердой смолы. Положите на него тяжелый металлический шар. Пройдет время, и вы убедитесь: твердый шар очень медленно, но неуклонно тонет в твердой смоле.
Закону Архимеда подчиняются и жидкости, и газы, и твердые тела. Шар будет погружаться не только в твердую смолу, но и в лед (настоящий кристаллический материал!), и во всякое другое вещество. Потому что, как доказано многими опытами, любое твердое тело становится пластичным или даже начинает течь при больших давлениях или за очень долгий срок.
Но это, как говорится, присказка. Сказка будет впереди. Применяя закон Архимеда к твердым телам, мы сможем, в конце концов, прийти к выводам поистине сказочным. История эта началась в середине позапрошлого века у подножий Гималаев. Здесь английская экспедиция измеряла отклонения отвеса.
Результаты измерений получались подозрительными. Горы притягивали к себе отвес значительно слабее, чем можно было ожидать, учитывая приблизительно массу горных массивов. Как будто в горах вес земной коры меньше, чем на равнинах!
В начале прошлого века к загадке «легких гор» прибавилась загадка «тяжелых океанов». Измерения, проведенные на кораблях и подводных лодках, показали, что частота колебаний маятников на континентах и в океанах почти одинакова, то есть на континентах и океанах Земля притягивает груз одинаково. Но плотность земной коры в 2,8 раза больше, чем в океанах. Почему же этого «не желают замечать» маятники!
Известно, что ниже земной коры расположена более тяжелая мантия Земли. Было высказано предположение: под океанами мантия залегает близко к поверхности Земли, под равнинами — глубже, а под горными странами — наиболее глубоко. Там, где толщина земной коры мала (океаны), толстый слой мантии восполняет недостаток массы.
Дальнейшее развитие этой идеи привело к обоснованию принципа изостазии (равновесия).
Согласно этому принципу, земная кора погружена в более тяжелую мантию Земли, как айсберг в воду, как металлический шар в смолу или ртуть. Плотность льда составляет 0,9 плотности воды. В соответствии с законом Архимеда 0,9 айсберга погружено в воду. Если высота над водой 100 м, значит, под водой — 900 м.
По тому же самому закону погружены в мантию и участки земной коры (плотность коры составляет приблизительно 0,9 плотности мантии). Чем выше вздымаются на поверхности Земли горные страны, тем глубже уходят их корни, тем толще в этом месте земная кора. На просторах океанов, где слой земной поверхности тонок, образовались понижения, заполненные водой.
Сравнительно недавно были получены факты, подтверждающие принцип изостазии. Сейсмическими исследованиями удалось достаточно точно определить толщину земной коры в разных странах. Оказалось, что под горными системами Гималаев, Тянь-Шаня, Тибета земная кора погружена в мантию на 70 километров. В районе Кавказа — на 30, в Западной Европе — на 26, в Северной Америке — на 30 километров.
Мощные глыбы материков глубоко погружены в плотную, очень вязкую мантию. А в Тихом океане слой «коры» совсем тонок — 8, в Атлантическом — 16, в Северном Ледовитом — 18 километров.
Итак, океаны — это не просто суша, залитая водой. Две ступени на графике рельефа Земли соответствуют двум главнейшим структурам планеты. Они размножаются и по своему строению (толщина земной коры), и по химическому составу. И, по-видимому, никогда глубины океанов не были сушей, а участки суши — океаническими глубинами. Залог устойчивости этих двух структур — изостазия.
Продолжение следует.
Автор: Р. Баландин.
Когда люди догадались, что Земля круглая?
Слоны, стоящие на черепахе, казались древним опорой для плоской Земли
Идея о шарообразности Земли возникла около 500 г. до н. э. Первыми ее высказали античные философы просто потому, что шар — самая совершенная из фигур. Но к такому же выводу подталкивали и конкретные наблюдения. Халдеи (племена, жившие в Месопотамии) поняли, что смена фаз Луны и ее затмения происходят потому, что Луна попадает в тень Земли.
Но эта тень всегда имеет форму круга, а значит, Земля круглая! Греческий мыслитель Аристотель (384-322 гг. до н. э.) пришел к мысли, что земной шар невелик, так как картина звездного неба значительно меняется при переезде на север или на юг. Клавдий Птолемей (около 90-160 гг. до н.э.) считал, что именно шарообразностью Земли можно объяснить, что уходящие в море корабли исчезают за горизонтом.
Кто первый измерил Землю?
Первым, кто измерил земной шар, был Эратосфен Киренский (около 276-194 гг. до н. э.). Люди давно заметили, что в день летнего солнцестояния в городе Сиене (современный Асуан) солнечные лучи падают отвесно: предметы не отбрасывают тени и солнце освещает дно глубоких колодцев. Именно в этот день Эратосфен измерил высоту солнца в своем родном городе Александрии, располагавшейся севернее Сиены, и нашел, что светило на 1,2° не доходит до зенита. Эратосфен рассудил, что этому углу соответствует дуга земной окружности, равная хорошо известному расстоянию между городами.
Решив пропорцию, Эратосфен определил, что длина окружности Земли равна 252 тыс. стадиев. Насколько точна была эта оценка? Если Эратосфен использовал при вычислениях египетский стадий, равный 157,7 м, то найденная им величина равнялась 39 690 км, что отличается от современных измерений всего лишь на 319 км. Но если он использовал более распространенный ионийский стадий, равный 210 м, то ошибка была значительно больше.
Земля не шар?
Упрощенна модель Земли — эллипсоид сжатия
С XVII в. начали уточняться представления о форме Земли. В 1672 г. французский астроном Ж. Рише установил, что на экваторе маятник часов замедляет движение по сравнению с Парижем на 2,5 с/сут. Нидерландский ученый Х. Гюйгенс и англичанин И. Ньютон объяснили это разной удаленностью полюсов и экватора от центра Земли, а конкретнее — проявлением центробежной силы. Значит, Земля немного приплюснута у полюсов, имеет форму эллипсоида сжатия. Для проверки этого предположения в XVIII-XIX вв.
организовывались экспедиции, выполнявшие градусные измерения по меридианам в разных широтах, а в английской обсерватории в Гринвиче ту же проблему своими методами решали астрономы. Выяснилось, что расстояние от центра Земли до полюсов на 22 км меньше, чем до экватора. Кроме того, оказалось, что поверхность Земли искривлена (имеются в виду, конечно, не выступы гор и материков, а искривления гипотетической поверхности Земли, которая получилась бы, если бы вся она была покрыта океаном). Но как же назвать форму нашей планеты? Ее назвали геоидом — землеподобной.
Поделиться ссылкой
Почему планеты круглые? | Космическое пространство НАСА — Наука НАСА для детей
Краткий ответ:
Планета круглая из-за гравитации. Гравитация планеты притягивает одинаково со всех сторон. Гравитация тянет от центра к краям, как спицы велосипедного колеса. Это делает общую форму планеты сферой, которая представляет собой трехмерный круг.
Большие, маленькие, но круглые
Восемь планет Солнечной системы во многом отличаются друг от друга.
Они разного размера. Они находятся на разном расстоянии от солнца. Некоторые из них маленькие и каменистые, а другие большие и газообразные. Но они все красивые и круглые. Почему это? Почему они не имеют форму кубов, пирамид или дисков?
Планеты формируются, когда материя в космосе начинает сталкиваться и слипаться. Через некоторое время у него будет достаточно материала, чтобы иметь хорошую гравитацию. Это сила, которая скрепляет вещи в космосе. Когда формирующаяся планета становится достаточно большой, она начинает расчищать свой путь вокруг звезды, вокруг которой она вращается. Он использует свою гравитацию, чтобы ловить космические предметы.
Гравитация планеты притягивает одинаково со всех сторон. Гравитация тянет от центра к краям, как спицы велосипедного колеса. Это делает общую форму планеты сферой, которая представляет собой трехмерный круг.
Но все ли они идеальны?
Хотя все планеты в нашей Солнечной системе красивые и круглые, некоторые из них круглее других.
Меркурий и Венера самые круглые из всех. Это почти идеальные сферы, как шарики.
Но некоторые планеты не такие идеально круглые.
Сатурн и Юпитер немного толще в середине. Когда они вращаются, они выпячиваются вдоль экватора. Почему это происходит? Когда что-то вращается, как вращается планета, то, что находится на внешнем краю, должно двигаться быстрее, чем то, что находится внутри, чтобы не отставать. Это верно для всего, что вращается, например, для колеса, DVD или вентилятора. Вещи на краю должны путешествовать дальше и быстрее всего.
Вдоль экватора планеты, на полпути между северным и южным полюсами, гравитация удерживает края внутри, но по мере вращения что-то хочет раскрутиться, как грязь, слетающая с шины. Сатурн и Юпитер действительно большие и вращаются очень быстро, но гравитация все еще удерживает их вместе. Вот почему они выпирают в середине. Мы называем дополнительную ширину экваториальной выпуклостью.
Сатурн выпячивается больше всех планет в нашей Солнечной системе.
Если вы сравните диаметр от полюса до полюса с диаметром вдоль экватора, это не то же самое. Сатурн на 10,7% толще посередине. Юпитер 6,9% толще в середине.
Вместо того, чтобы быть идеально круглыми, как шарики, они похожи на баскетбольные мячи, сплющенные, когда кто-то сидит на них.
А как насчет других планет?
Земля и Марс маленькие и не вращаются так быстро, как газовые гиганты. Это не идеальные сферы, но они круглее, чем Сатурн и Юпитер. Земля на 0,3% толще посередине, а Марс на 0,6% толще посередине. Поскольку они даже не на один процентный пункт толще в середине, можно с уверенностью сказать, что они очень круглые.
Что касается Урана и Нептуна, то они посередине. Уран на 2,3% толще в середине. Нептун на 1,7% толще. Они не идеально круглые, но довольно близки.
Почувствуйте силу вращения
Хотите узнать, каково это быть вращающейся планетой? Это чувствуется, когда крутишься на месте. Во-первых, убедитесь, что вокруг нет препятствий, на которые вы можете наткнуться.
Затем либо стоя, либо на вращающемся стуле, вращайтесь по кругу. Держите руки близко к телу, затем вытяните руки. Двигайте руками вперед и назад и почувствуйте разницу. Когда ваши руки вытянуты, ваши кисти должны двигаться быстрее, чем ваши плечи, чтобы не отставать, поэтому вы почувствуете на них больше силы.
Если вам это понравилось, вам может понравиться:
Что такое барицентр?
Что такое метеоритный дождь?
Как мы взвешиваем планеты?
Почему Земля круглая?
Это статья из серии «Любопытные дети» для детей. Разговор просит детей присылать вопросы, на которые они хотели бы получить ответ от эксперта. Приветствуются любые вопросы – серьезные, странные или дурацкие!
Почему Земля круглая? – Зоя, 3 года, Сидней.
Спасибо, Зоя, за отличный вопрос. Задавать подобные вопросы — действительно важная часть работы ученого.
Представьте, что Земля притягивает к своему центру все, из чего она состоит, всю свою массу. Это происходит равномерно по всей Земле, в результате чего она принимает круглую форму. Позвольте мне объяснить, что я имею в виду.
Чтобы понять, почему Земля круглая, нам нужно рассмотреть две вещи — массу и гравитацию.
Каждая вещь во Вселенной имеет массу — от самой большой звезды до крошечной песчинки. У людей тоже есть масса. Чем крупнее и плотнее что-то, тем больше у него массы. Например, у слона масса больше, чем у мыши.
Чем больше масса, тем больше гравитация
Хотя вы можете этого не видеть, все объекты, обладающие массой, на самом деле притягиваются друг к другу силой, называемой гравитацией. Чем больше масса чего-либо, тем сильнее его притяжение.
Вы когда-нибудь задумывались, почему если что-то уронить, оно падает на землю, а не в небо? Или причина, по которой мы все прилипли к земле?
С того момента, как вода выбрасывается вверх, гравитация работает, чтобы тянуть ее обратно вниз.
Дэвид Симмондс/flickr, CC BY-SA
Это из-за гравитации. Поскольку масса Земли намного больше, чем масса людей (или ложек, или ваз, или воды), нас всех сильно тянет к ней, поэтому кажется, что мы приклеены к поверхности земли.
Читать далее:
Любознательные дети: Какие растения могли расти в космической зоне Златовласки?
Не все в космосе круглое
Часть того, что делает планету планетой, это ее круглая форма. Но большинство вещей в космосе вовсе не идеально круглые! На самом деле, некоторые вещи очень комковатые. Причина этого в том, как устроены планеты.
Планеты состоят из камня, льда и газа. Прежде чем стать планетой, каменистые и ледяные части представляют собой небольшие комочки, не больше песчинок, движущиеся вокруг молодого Солнца.
Аккреционный диск, состоящий из газовых камней и льда, подобный тому, что сформировал нашу Солнечную систему миллиарды лет назад.
НАСА/Лаборатория реактивного движения-Калифорнийский технологический институт
В течение миллионов лет гравитация притягивала маленькие скалистые и ледяные части друг к другу, пока они не начали слипаться. Со временем эти маленькие части выросли из размера песка в размер гор.
Эти горы из камня и льда пушистые, как гигантские грязные снежки. Таким образом, небольшая масса — и слабая гравитация — всей горы не в состоянии преодолеть твердую форму скалы и глыбы льда, чтобы стать круглыми.
Читать далее:
Любознательные дети: Почему звезды мерцают?
Пушистые горы, подобные этим, были сметены вместе миллиарды лет назад, чтобы образовать планеты, которые мы узнаем сегодня. Но некоторые из них все еще являются второстепенными объектами в Солнечной системе. Эти кусочки оставшегося материала для строительства планет, называемые астероидами и кометами, имеют очень неровную форму.
Некоторые имеют форму картофеля, а другие – яйца.
Сравнение размеров астероидов, включая Цереру и Весту, два крупнейших объекта в поясе астероидов.
НАСА/ЕКА/STScI
Крупнейшие из этих малых тел, такие как Церера и Плутон, обладают достаточной гравитацией, чтобы выглядеть как планета. Их называют карликовыми планетами. Некоторые, например Хаумеа, очень быстро вращаются, придавая им вытянутую форму, например:
Привет, любознательные малыши! У вас есть вопрос, на который вы хотели бы получить ответ от эксперта? Попросите взрослого отправить нам свой вопрос. Вы можете:
* Расскажите нам в Твиттере, отметив @ConversationEDU хэштегом #curiouskids, или
* Расскажите нам на Facebook
CC BY-ND
Пожалуйста, сообщите нам ваше имя, возраст и город, в котором вы живете.