Расширяя границы Вселенной: история астрономии в задачах - Евгений Гусев

4.57. Утверждалось, что на вращающейся Земле тела, находящиеся в воздухе, должны отставать от тел, находящихся на поверхности. Высказывалось даже мнение, что под действием центробежных сил инерции вращающаяся Земля должна была бы распасться на части.

4.58. Исаак Ньютон. Для обеспечения центростремительного ускорения материальной точки на поверхности Земли векторы силы реакции опоры и силы притяжения к центру Земли должны располагаться под тупым углом друг к другу (не равным 180°), что возможно лишь при нарушении сферичности планеты.

4.59. Фуко назвал изобретённый им прибор гироскопом. Согласно закону сохранения момента импульса, положение оси вращения свободного тела в пространстве остаётся неизменным. Поворот осей топоцентрической системы отсчёта при вращении Земли приводит к кажущемуся изменению положения оси гироскопа в пространстве. Этот прибор получил широкое применение в авиации и морском деле.

4.60. Если бы континенты и их опора в земной коре были бы столь же эластичны, сколь и океаны, то вода и суша перемещались бы под действием Луны и Солнца совершенно одинаково, и на побережье морские приливы и отливы перестали бы наблюдаться.

4.61. Под сумерками понимают время после захода Солнца и перед его восходом, когда земная поверхность освещается рассеянными в атмосфере лучами светила. Критерии сумерек чисто фотометрические и достаточно условные. Конец вечерних гражданских сумерек определяется необходимостью включения искусственного освещения для безопасного движения транспорта. При погружении Солнца под горизонт ниже, чем на 12°, навигация на реке или море невозможна без сигнальных огней. А после погружения Солнца на 18° уже возможны точные фотометрические наблюдения небесных объектов.

Попытки найти связь глубины погружения Солнца с условиями освещённости делали ещё средневековые учёные. В «Оптике» Альха- зена (Ибн аль Хайсам) (965—1039), арабского учёного, работавшего в Каире, указано, что угол понижения Солнца в конце сумерек или начале зари равен 18°. Ротман указывал, что сумерки заканчиваются, когда Солнце опускается под горизонт на 24°, Нониус предлагал отрицательную высоту Солнца в 16°, Кассини — в 15°, Риччиоли давал 16° для утренних и 20° для вечерних сумерек. Такие расхождения можно объяснить трудностью различения границы раздела частей атмосферы, освещённой и не освещённой Солнцем.

4.62. Кислород, как и другие газы, земная атмосфера теряет также из‑за того, что молекулы, имеющие скорость движения больше второй космической скорости, убегают от Земли. Однако химический состав и давление атмосферы стабильны на протяжении, по крайней мере, сотен миллионов лет. Это означает, что атмосфера одновременно пополняется кислородом, например, за счёт разложения кислородосодержащих горных пород, фотосинтеза и диссоциации воды.

4.63. Голубой цвет Земли установил советский астроном Г. А. Тихов (1875–1960) из колориметрических наблюдений пепельного света Луны.

4.64. Полагают, что источником падающего из космоса на Землю вещества в современную эпоху являются астероиды и кометы, приходящие, как минимум, из‑за орбиты Марса, а не вещество околоземной зоны, как это было в начальной фазе формирования Земли.

4.65. На поверхности планет земной группы и спутников планет Солнечной системы обнаружено большое количество кратеров. Древние греки называли кратером большой сосуд для разбавления вина водой.

4.66. Периодичность изменения фаз позволила использовать Луну как мерило времени. Поэтому в славянских языках название спутника Земли и интервала времени звучат одинаково — месяц. На санскрите Луна называется мас, что и означает «измеритель». Латинское мензис находится в близком родстве со словом мензурка.

4.67. Астроним луна по этимологии близок к словам луч, люкс, лысина, что отражает свойство Луны как источника света.

4.68. Даже не очень зоркий глаз видит своеобразный рисунок на поверхности Луны, так называемый лунный лик. Поэтому составить грубую карту Луны может каждый из нас без телескопа. В этом убедился один из авторов книги, имеющий отнюдь не 100–процентное зрение (рис. 1): в целом рисунок верно отражает расположение

К решению задачи 4.68.

лунных морей, хотя малые моря Восточного полушария — моря Ясности, Спокойствия, Нектара, Изобилия и Кризисов — слились в одну Я — образную фигуру.

Угловой диаметр лунного диска для земного наблюдателя составляет около 30′. Если принять разрешающую способность зоркого невооружённого глаза равной 1′, то карта Луны, составленная без телескопа, окажется мозаикой размером 30×30 и будет содержать около 700 элементов. Такое изображение Луны мы изготовили искусственно, взяв телескопический снимок лунного диска и ухудшив его качество до разрешения в 1′ (рис. 2).

Астрономам дотелескопической эпохи практически удалось достичь этого идеала. Посмотрите на рисунок, сделанный английским учёным Вильямом Гильбертом (1540–1603), рис. 3.

На нём легко угадывается расположение лунных морей, даже тех, которые не заметны на первом рисунке. Мельчайшие детали на карте Гильберта (1651) действительно имеют размер около 1′. Некоторым деталям на своей карте Гильберт дал названия, например, Британия (современное Море Кризисов), Большая страна Восточная (Море Дождей), Большая страна Западная (Море Ясности), Остров Средилунный (Залив Центральный), Море Средилунное (Апеннины), и др. Как видим, в отличие от более поздней традиции, тёмным областям Луны Гильберт давал имена материков, а не морей.

4.69. Основанием для суждения об удалённости Луны и планет от Земли являлась скорость их видимого движения по звёздному небу; предполагалось, что удалённые тела движутся медленнее, чем более близкие.

4.70. Ускорение свободного падения на расстоянии Луны Ньютон нашёл из кинематических данных, вычислив центростремительное ускорение Луны по расстоянию до неё (R≈60 радиусов Земли) и периоду обращения (T =1 месяц). Ускорение Луны оказалось примерно в 3600 раз меньше, чем ускорение свободного падения у поверхности Земли, что и привело к выводу о квадратичной зависимости силы от расстояния в законе всемирного тяготения (Кудрявцев, 1982, с. 109).

4.71. Колумб использовал Альманах Региомонтана (1474 г.), в котором с помощью теории Птолемея были предвычислены каждодневные положения Солнца, Луны и планет для Нюрнберга на период 1476–1506 гг. Во время четвёртого плавания, когда 29 февраля 1504 г. корабль находился на Ямайке, Колумб, воспользовавшись предвычисленным моментом затмения Луны, сначала разыграл перед туземцами роль божественного провидца, а затем из наблюдений определил долготу своего местонахождения относительно Нюрнберга, допустив ошибку в 2,5 часа к западу. Что стало причиной этой ошибки — неточность в определении местного времени, ошибки в Альманахе или просто желание Колумба доказать, что он действительно достиг берегов Азии, — этого мы никогда не узнаем. Но о точности астрономического определения долгот в ту эпоху свидетельствует такой факт: 14 августа 1499 г. во время своего второго путешествия Америго Веспуччи наблюдал покрытие Марса Луной и определил долготу своего местонахождения с очень высокой точностью (Хауз, 1983, с. 21).

4.72. Поскольку редкие моменты лунных затмений и покрытий ярких звёзд и планет не позволяли морякам оперативно измерять долготу во время плавания, И. Вернер предложил новый метод, основанный на измерении расстояний от Луны до нескольких специально выбранных зодиакальных звёзд. Поскольку Луна перемещается за час приблизительно на свой диаметр (0,5°), эти расстояния быстро меняются и могут быть использованы как указатель местного времени в том пункте, для которого заранее составлены эфемериды Луны. Сравнив его с местным временем пункта наблюдения и учтя суточный параллакс Луны, можно определить долготу пункта.

Метод лунных расстояний совершенствовался в течение нескольких веков. Были составлены таблицы положения Луны и опорных звёзд как функция всемирного времени (которое вместе с Гринвичской обсерваторией как раз и появилось для определения долгот этим методом). Измеряя расстояния до Луны от избранных звёзд и от горизонта в данном месте Земли, можно определить местное время и долготу пункта. Наиболее точную теорию движения Луны для этой цели разработал Леонард Эйлер (1707–1783). По мере повышения точности теории возникла потребность и в усовершенствовании угломерного инструмента: вместо жезла Якоба и его развития — поперечного жезла был изобретён зеркальный секстант. Но полностью проблема определения долготы была решена только после изобретения морского хронометра.