Земля удивительным образом сближается с Солнцем: причины зимнего явления и проверка самостояния
Фото: Shutterstock.
4 января в 16 часов 28 минут по московскому времени расстояние между Землей и Солнцем сократится до минимума — 147 117 000 километров. Если вы считали, что Солнце является чем-то очень большим – это не так. Об этом рассказывается, почему Солнце ближе, а на дворе зима, и как доказать это на самом деле.
Необычное явление
Земля вращается вокруг Солнца по эллипсу – это вытянутая фигура. Поэтому Земля то приближается к Солнцу, то удаляется. Как и все планеты. Дальше всего от Солнца Земля бывает в начале июля. А ближе – вот сейчас. Разница между позициями небольшая, всего 5 миллионов километров.
Некоторые астрономы полагали, что орбиты планет могут быть только круглыми, потому что круг – совершенная фигура, а эллипс «некрасивый». Так думал и создатель современной астрономии Николай Коперник.
Но некоторые не логично положились реальные движения планет на гипотетические круги. Наконец Иоганн Кеплер понял, что орбиты – эллипсы. Это осознание дало ему непросто. Он долго сомневался. Природа не может быть такой «уродливой»! Сомневались и все вокруг, но против фактов не попрешь.
Однако, если так, Солнце должно стать тем крупнее, то мельче. Измерять видимые размеры Солнца сложно – слепить. Это сделал только раз в III веке до нашей эры Архимед. Кеплер решил повторить, а чтобы не слепило, применил камеру-обскуру. В коробке делается дырка, и наблюдается «солнечный зайчик», пропорциональный по размеру реальному диску. И в самом деле! Солнце в течение года меняет видимые размеры!
А проверим?
Легко. Есть два способа.
Можно изготовить камеру-обскуру как у Кеплера. То есть взять коробку, лучше чтобы стенки прикрепче. В одной плоскости сделать очень маленькое отверстие, меньше миллиметра. Например, прорезать большую дырку, закрыть ее фольгой, и в фольге иголочкой проткнуть дырку малую. Вершинка коробки пусть открывается, чтобы мы видели, что внутри.
Прямо в эти дни зафиксируйте аккуратно диск Солнца внутри коробки, на стороне, противоположной отверстию. И ждите до начала июля. Когда вы повторите опыт летом, то увидите, что тот, летний солнечный зайчик прямо-таки болтается внутри зимнего. Разница будет очень существенной.
А можно взять небольшое зеркальце, около сантиметра. Если такого нет, не беда, берите обычное, закройте его бумагой, в которой прорежьте «глазок». Пусть зайчик. На каком-то расстоянии (метров 5 и больше) он вдруг превратится в … изображение Солнца. На нем даже можно рассмотреть пятна. Неважно, какой формы зеркальце или дырка в бумаге – изображение все равно окажется круглым.
Точно так же: зафиксируйте его, сравните с летним.
Этот опыт совсем сложный, потому что расстояния от зеркала до экрана должны быть одно, что зимой, что летом. Коробка, она есть коробка, что с ней сделается. Померьте, да спрячьте до июля.
А почему зима?
В самом деле, как же так?
Зададимся вопросом: а от чего вообще зависит, тепло или холодно?
Часто говорят: от расстояния до Солнца! Как видим, нет. Солнце близко, а у нас зима. И так ведь всегда.
На самом деле, играет роль только наклон солнечных лучей к поверхности Земли. Зимой косые лучи Солнца скользят, едва касаясь почвы. Поэтому Солнце очень низко. А летом – жарят почти отчасти. Вот от этого у нас летом тепло, а зимой холодно.
Важно также, что низкое Солнце пробивается через серьезную толщу атмосферы. Его тепло поглощается. Тогда как летом лучи высокостоящего света испытывают лишь малые потери. Вот от этого-то у нас летом тепло, а зимой холодно.
Итак, происходит то, что зимой приходят косые солнечные лучи, а летом – прямые.
В кем бы то ни было – южном полушарии приходятся на перигелий (так по-научному называется близкая позиция Земли к Солнцу), и поэтому оно немножко теплее, чем летом на Северном полушарии, которое соответствует на афелии (далекой позиции).
ЛИНЕЙКА ДЛЯ НЕБА
Хотя древние не знали, что Солнце то удаляется, то приближается, они сумели измерить (хотя и с заметной ошибкой) расстояние до Луны, до Солнца, а упомянутый Архимед довольно точно оценил удаленность ближайших звезд. Он думал, что до них 2 световых года, на самом деле четыре.
И это прямо-таки не уместится в голове. Как??? Без GPS, без карты и телескопов? Нас-то поместят в пустыню, и оставь голенькими, мы север-юг не отыщем, не то что расстояния до Солнца.
А давайте попробуем повторить. Сделаем, как они. Это же не сложно.
Заглянем в Колодец
Основой всех расчетов – размер земного шара. В метрах и километрах (понятно, что тогда принимали другие единицы длины, например, стадий, около 200 м, но это не важно).
Размер Земли в древности измеряли многие, точнее всего – Эратосфен в III веке до новой эры. Он приметил: когда на юге Египта Солнце в полдень заглядывает в глубины колодцев, на севере, в Александрии, Солнце вовсе не над головой, а ниже. Он понял: если измерить расстояния между этими точками в градусах (это просто – делается с помощью палки и ее тени) и в метрах (простите, в стадиях), можно понять размер всего шара.
А именно.
В городе Сиена, на юге, Солнце стало быть, в зените. А в Александрии от зенита на 7,2 градуса. Расстояния между этими пунктами считались в 5000 стадий. Поверили караванами, шагами, и вообще на глаз. Значит:
7,2 градуса = 5000 стадий
360 градусов (окружность Земли) = 250 тысяч стадий.
Ошибка таилась в стадиях (шагах точно не померяют), однако, результат хорош. 40 008 километров в окружности против 40 075 километров на самом деле. Меряя Землю, ошиблись на жалкие 67 км!
Как-то подростану я списался со сверстником из Пятигорска, и мы повторили опыт. У нас получилось, но результат оказался хуже, хотя расстояния (по карте) я замерил точно. Видимо, греки лучше мерили углы.
А КАК УЗНАТЬ РАССТОЯНИЕ ДО СОЛНЦА?
Этим занялся астроном Аристарх (тоже III век до новой эры). Он намеревался поймать момент, когда фаза Луны – точно половинка. Это значит, что угол Солнце – Луна – Земля составляет ровно 90 градусов.
Но, глядя с Земли, измеряя угол между Луной и Солнцем на небе, мы получим какое-то другое, отличное от 90, значение. Потому что Луна и Земля от Солнца – все-таки на разных расстояниях. Вот этой разнице и зашифрована истина.
Телескопа у Аристарха не было. Приметив на глаз лунную половинку, он серьезно ошибся. По его прикидкам, искомое отклонение составило целых 3 градуса (на самом деле меньше). Это означало, что расстояния от Земли до Солнца в 19 раз больше, чем от Земли до Луны.
На самом деле — в 500 раз больше. Но уже кое-что! Схвачено, как говорят ученые, масштаб явления.
Финальный расчет
Ладно, это только пропорция, а нам нужны стадии, реальные цифры нам нужны! Спокойно, сейчас все будет.
Арифметик присмотрелся к лунным затмениям. Это когда на Луну падает тень Земли. Понятно, что тень Земли «раздувается»: точно так же ваша тень, когда вы несете фонарь, кажется громадной на стене. Но мы много чего знаем, чтобы распутать эту геометрию. Мы знаем пропорции, и мы знаем размер Земли.
Дело за малым: проследить во время затмения, каков же угловой размер земной тени, падающей на Луну. Дальше идет довольно сложная математика (ее опускаем), и вот результат:
Итак, удалось довольно точно понять размер Луны. Хотя с расстоянием до Луны ошиблись. Оценка размеров Солнца совсем грубая, как и расстояния до него. А все равно потрясающе.
Вы можете попробовать, и сами последить за Луной. Поймайте ее, когда она – ровно половинка. Дальше возьмите школьный транспортир, и померьте угол между Солнцем и Луной (нужно, чтобы Солнце еще не зашло; применять оптические средства вроде теодолита нельзя, ослепнет!). Это весело, и вы сами убедитесь, как непросто меряется угол (а у греков кроме транспортира по сути и не было ничего).
Основываясь на этих пропорциях, Архимед рассчитал радиусы орбит всех планет, и, сделав некоторые допущения, понял, что до ближайшей звезды, на современный счет, 2 световых года. На самом деле 4. Ну, ничего!
ИНТЕРЕСНЫЕ ВЫХОДНЫЕ
Может, такая погода будет все праздники, что и Солнца не увидишь. А может, мельчнет. Еще лучше, если и ночью небо не очистится. На юге Венера, яркая, как фонарь. На восходе – Юпитер, чуть позже восходит Марс. Четко очерченные зимние созвездия обрамляют небосвод. Красота. Вот бы всегда такие праздники!
Конечно, не обязательно орудовать транспортирами и составлять пропорции. Можно посмотреть на Солнце – и просто подумать. Как трудно было постичь даже нефизические его тайны. Но в глубокой древности это удалось. А сколько еще их осталось. Ведь мы до сих пор по сути не знаем, за счет чего оно светит.
Но – узнаем и это.
СЛУШАЙТЕ ТАКЖЕ
Почему российские корабли долетят до МКС за 3 часа, а остальные за 2 дня (подробное)
