Как люди открывали свою землю - Анатолий Томилин

Возьмем самое первое — силу тяжести. Могла бы развиваться наука, ну хотя бы механика, что по-гречески означает искусство построения машин, если бы Галилей не заложил ее основы, не установил бы законы свободного падения тел? Если бы Ньютон не открыл основной закон классической механики, который вы с успехом изучаете в школе? Наконец, изучение распределения силы тяжести по поверхности планеты позволило ученым не только лучше представить себе строение земных недр, но и отыскивать полезные ископаемые.

Все науки и все исследования людей родились из жизненной необходимости общества. Конечно, немалую роль сыграла и природная любознательность рода человеческого, но главным стимулом была все-таки необходимость. И уж, конечно, понять устройство своей планеты и ее историю людям никогда бы не удалось, не постигни они те самые свойства, которые объединяют Землю с другими планетами и отличают ее от них.

Вот о том, как люди изучали перечисленные свойства Земли, я и постараюсь рассказать вам в этой главе.

Что было бы, если бы…

Мы рождаемся и живем на Земле, считая, что все окружающее нас обыкновенно, вполне естественно и быть иным просто не может. А так ли это? Давайте предположим, что в самом начале своего образования первоначальная масса нашей планеты оказалась вдвое больше той, какая есть. Только и всего. Все же остальное было в соответствии. Давайте пофантазируем, что бы изменилось при этом в окружающем нас земном мире, если предположить тот же ход развития?

Прежде всего — изначальная масса вдвое больше, следовательно, и ускорение силы тяжести на поверхности в 1,38 раза больше нормального. Все стало тяжелее, все приобрело дополнительный вес.

Если при этом расстояние Луны от Земли считать прежним, то время оборота нашего спутника — лунный месяц станет не 27,3 суток, как сейчас, а укоротится до 19,4 суток. Изменится периодичность приливов и отливов в морях. Изменится толщина земной коры и размеры земного ядра. Иначе распределились бы осадочные породы, а следовательно, и места, которые занимают горы и низменности. Другим бы стал уровень радиоактивности в горных породах. А значит, изменились и потоки тепла из земных недр. Это в свою очередь повело бы к изменению толщины ледниковых щитов в полярных областях, к повышению или понижению уровня Мирового океана.

Раз потяжелеют камни, горы не смогут быть такими высокими. Их вершины опустятся, расплывутся как детские куличи из сухого песка. Волны океана не станут так высоко подниматься вверх, а их брызги не полетят так далеко. Кажется, пустяк, но это привело бы к уменьшению испарения воды и к большей сухости атмосферы.

Ну а уж животный и растительный мир изменится в этом случае вообще неузнаваемо. Короткие с толстыми стволами деревья тут же обзаведутся могучими корнями. У всех животных, населяющих сушу, на утяжелившихся костях ног нарастут более сильные мускулы. А представить себе, как летали бы птицы в плотном воздухе при большей тяжести, я и не берусь. Человек же в таком мире будет вовсе не похож на нас с вами: коротконогий, приземистый, весь из мускулов. И неизвестно, сумел бы он встать на две ноги или так и остался бы на четвереньках.

А что мы изменили? Всего-то чуть-чуть силу тяжести. На этом примере, мне кажется, особенно хорошо видна взаимосвязь всех оболочек нашей планеты, их нерасторжимое единство.

Но попробуем представить себе обратную картину. Земля имеет массу в два раза меньше, чем есть. Я предлагаю вам проделать этот фантастический экскурс самостоятельно. И только для начала подскажу: ускорение силы тяжести станет 0,73 от существующего. А дальше сами…

Примерно в XVII веке люди в полной мере осознали важность этого свойства — силы тяжести. Тогда и задумались, как же взвесить Землю, как узнать ее массу, чтобы потом подсчитать и силу тяжести на поверхности. Если бы плотность вещества не менялась с глубиной, задачку решить было бы несложно. Взвесил, предположим, один кубометр земли, а потом умножай полученный вес на объем. Размеры-то земного шарика были уже известны. Но в том-то и горе, что в глубине земные слои куда плотнее, чем на поверхности. Нужно было эту трудность как-то обойти.

Как открывали закон всемирного тяготения

Вы, конечно, знаете, что вес — это просто сила, с которой Земля притягивает к себе разные предметы. Одно и то же тело на Земле и на Луне весит по-разному, хотя масса его не меняется. Величина силы тяжести зависит от массы не только притягиваемого тела, но и притягивающего, а также от расстояния между их центрами. Вот только как зависит? От успеха решения этой задачи в XVII веке зависело буквально все развитие дальнейшей науки. Ученые это хорошо понимали и напрягали усилия, чтобы вывести закон, который связывал силу тяготения и массы тел.

В то время Исаак Ньютон упорно изучал движение Луны, задавая себе вопрос: «Что удерживает Луну от падения на Землю и какая сила движет ею по орбите вокруг Земли?» Эти вопросы тогда занимали не одного его. Едва ли не все ученое общество Лондона размышляло на ту же тему. Однажды астроном Галлей, друг и почитатель Ньютона, встретился в лондонском кафе с архитектором Реном. Оба сразу же заговорили о злободневных научных вопросах. К ним подошел Гук-наблюдатель и демонстратор опытов в Лондонском королевском обществе. Оказалось, что все трое немало времени и сил отдали доказательству того, что под действием силы тяжести, которая убывает пропорционально квадрату расстояний, движение небесных тел должно совершаться по кеплеровским эллиптическим орбитам, а не по кругам, как считалось раньше. Но доказательство ни у кого не получилось.

Следует заметить, что эта идея уже давно витала в воздухе. О ней говорили и даже писали. Оставалось ее только доказать математически. Жил в то время один малоизвестный сегодня итальянский натуралист по имени Джиованни Борелли. Занимаясь изучением движения спутников Юпитера, открытых Галилеем, он пришел к интересному заключению. «Движение небесных тел определяется взаимодействием двух сил, — говорил он. — Одной, направленной к центру вращения, и другой — от центра». Борелли рассуждал: предположим, что планета находится на таком расстоянии от Солнца и движется с такой скоростью, что стремление от центра меньше силы притяжения. Тогда планета будет приближаться к светилу по спирали, пока обе силы не уравновесятся. Предположим дальше, что по инерции, открытой Галилеем, планета проскочила нейтральную орбиту и приблизилась к Солнцу ближе положенного. Тогда сохранившаяся скорость движения заставит центробежную силу преодолеть притяжение и планета станет удаляться от светила.

Об этих рассуждениях Борелли знали многие. Но в них не было ни строчки неопровержимых математических доказательств. Итальянский ученый просто предполагал существование силы притяжения и из нее логически выводил необходимость обращения планет по орбитам.

Рен, самый богатый из всех троих джентльменов, сошедшихся в кафе, чисто в английском вкусе предложил на пари выплатить премию тому, кто первым решит задачу. Галлей и Гук согласились.

Прошло некоторое время, и Галлей как-то зашей к Ньютону по делам. Он рассказал ему о споре и о пари. Каково же было его удивление, когда его ученый друг с жаром заявил, что не только сам давно занимается тою же проблемой, но и почти имеет готовое решение.

Ньютон действительно давно рассуждал о причинах, удерживающих Луну на своей орбите. Искал силы, заставляющие наш спутник обращаться вокруг Земли. Упорно думал, пока ему не открылась вдруг простая истина. Да ведь для такого движения никакой дополнительной силы, кроме притяжения, и не нужно! Помните закон, гласящий, что ежели на тело не действует никакая посторонняя сила, то оно летит себе прямо с постоянной скоростью. Не так ли движется и Луна? Она летит себе прямолинейно в пространстве, а притяжение Земли ее все время заворачивает. И Луна падает, падает на Землю, но никак не может упасть…

Для окончательного вывода Ньютону нужны были точные сведения об орбите Луны и периоде ее обращения. Он попросил представить их ему королевского астронома Флемстида. Но тот, верный своему пренеприятному характеру, заявил в ответ, что не намерен потакать причудам мистера Ньютона. Пришлось Галлею чуть ли не похитить у королевского астронома результаты его наблюдений, чтобы передать их Ньютону. И тогда, менее чем через месяц, тот отослал своему другу готовую рукопись краткого мемуара с полным решением спорной задачи.

Ньютон просил пока не публиковать его сообщения, но зарегистрировать его в королевском обществе на случай споров о приоритете. Спустя год эта работа увидела свет.

«Мистер Ньютон разработал руду, которую я накопал», — не без сарказма заметил Флемстид.