Дрожь деформированной планеты
Разумеется, это круговое движение создает огромные центробежные нагрузки, которые, как показал Исаак Ньютон в XVII веке, заставляют «бумажный мешок» Земли вспучиваться у экватора и сплющиваться у полюсов. Вследствие этого форма нашей планеты отличается от идеальной сферы, и ее правильнее называть «приплюснутым сфероидом». Ее радиус на экваторе (3963, 374 мили) примерно на 14 миль больше полярного радиуса (3949,921 мили).
В течение миллиардов лет сплющенные полюса и вспученный экватор Земли подвергаются воздействию гравитационных сил. «Поскольку Земля является уплощенной, — объясняет один специалист, — лунная гравитация стремится наклонить земную ось перпендикулярно орбите Луны; в меньшей степени то же самое относится к Солнцу».
В то же время экваториальная выпуклость — дополнительная масса, распределенная вокруг экватора, — действует подобно ротору гироскопа, ровно удерживающего Землю на своей оси.
Год за годом в планетарном масштабе этот гироскопический эффект не дает притяжению Солнца и Луны резко изменить направление земной оси вращения. Однако совместное гравитационное воздействие обоих тел достаточно велико, чтобы заставить ось «прецессировать», то есть медленно покачиваться по часовой стрелке, в направлении, противоположном вращению Земли.
Это движение является характерной особенностью нашей планеты в Солнечной системе. Любому, кто когда-либо раскручивал волчок, не составит труда понять его; в конце концов, волчок представляет собой разновидность гироскопа. Когда он хорошо раскручен, то стоит вертикально, но в тот момент, когда ось вращения отклоняется от вертикали, начинает происходить другое движение — медленное обратное покачивание по большому кругу. Это покачивание, которое и является прецессией, изменяет направление оси, но новый угол наклона стремится остаться неизменным.
Вторая, несколько иная аналогия поможет окончательно внести ясность в этот вопрос.
1. Представьте Землю, парящую в космосе с наклоном примерно 23,5° к вертикали, совершающую один оборот вокруг своей оси каждые 24 часа.
2. Представьте эту ось в виде массивного и прочного стержня, проходящего через центр Земли и выходящего наружу через Северный и Южный полюсы.
3. Представьте себя великаном, гуляющим по Солнечной системе, который решил выполнить одну задачу.
4. Представьте, что вы приблизились к наклоненной Земле (которая из-за вашего роста теперь кажется не больше мельничного жернова).
5. Представьте, что вы протягиваете руки и беретесь за оба конца земной оси.
6. Начните медленно поворачивать ее, толкая один конец и подтягивая другой.
7. Когда вы подошли, Земля уже вращалась.
Прецессия
1) Лебедь, 2) Денеб, 3) Цефей, 4) 10 100 г. н. э., 5) Лира, 6) Вега, 7) 13 300 г. н. э., 8) Геркулес, 9) Дракон, 10) Полярная, 11) Нынешнее положение небесного полюса, 12) 2800 г. до н. э., 13) Малая Медведица
8. Ваша задача состоит не в том, чтобы принять участие в осевом вращении, а в том, чтобы придать земной оси новый импульс движения: медленное виляние по часовой стрелке, называемое прецессией.
9. Для того чтобы выполнить эту задачу, вам нужно толкнуть северный конец оси вверх, чтобы он стал описывать большой круг в Северном полушарии небосвода, и одновременно потянуть южный конец, чтобы он стал описывать такой же круг в Южном полушарии небосвода. Это потребует медленного вращательного движения обеими руками и плечами.
10. Будьте терпеливы. «Мельничный жернов» Земли настолько тяжелее, чем кажется, что вам понадобится 25 776 лет, чтобы провести оба конца оси через полный цикл прецессии (по завершении которого они будут направлены в те же точки небесной сферы, как в момент вашего прибытия).
И. Кстати, раз уж вы приступили к этой работе, теперь вам нельзя ее бросать. Как только заканчивается один цикл прецессии, должен начаться следующий, и так далее, до бесконечности.
12. Если хотите, можете думать об этом как об одном из основных механизмов Солнечной системы, или, если предпочитаете, — как об одной из главных заповедей божественной воли.
По мере того как вы медленно перемещаете ось по небосводу, ее концы будут указывать на одну звезду за другой в полярных широтах Северного и Южного полушарий небесной сферы (а иногда, разумеется, в промежутки между звездами). Эта «перетасовка» происходит благодаря прецессии земной оси — движению, вызванному действием мощных гравитационных и гироскопических сил. Оно регулярно, предсказуемо и легко рассчитывается с помощью современного оборудования. Так, к примеру, сейчас полярной звездой является альфа Малой Медведицы (которую мы называем просто Полярная звезда). Но компьютерные расчеты позволяют нам с уверенностью утверждать, что в трехтысячном году до нашей эры это положение занимала альфа Дракона. Во времена древних греков северной полярной звездой была бета Малой Медведицы, а в четырнадцатитысячном году нашей эры это место займет Вега.
Великий секрет прошлого
Не помешает напомнить читателям некоторые главные сведения о движении Земли и ее ориентации в пространстве.
• Ее ось наклонена под углом примерно 23,5° к вертикали, причем отклонение от этого угла может составлять до 1,5° в обе стороны за 41 000 лет.
• Она совершает полный цикл прецессии за 25 776 лет.
• Она совершает оборот вокруг своей оси за 24 часа.
• Она совершает оборот вокруг Солнца за 365 дней (на самом деле за 365,2422 дня).
• Наиболее важное влияние на смену времен года имеет угол падения солнечных лучей на поверхность Земли в разных точках ее орбиты.
Отметим также, что в годовом цикле существует четыре ключевых астрономических момента, соответствующих началу каждого сезона. Этими моментами (или кардинальными точками), имевшими огромное значение для древних, являются зимнее и летнее солнцестояние, а также весеннее и осеннее равноденствие. В Северном полушарии самый короткий день в году, или день зимнего солнцестояния, приходится на 21 декабря, а самый длинный день в году, или день летнего солнцестояния, на 21 июня. С другой стороны, в Южном полушарии все наоборот: там зима начинается 21 июня, а лето 21 декабря.
С другой стороны, во время равноденствий продолжительность дня и ночи является одинаковой по всей планете. Как и в случае солнцестояний, дата начала весны в Северном полушарии (20 марта) соответствует началу осени в Южном полушарии, а дата начала осени в Северном полушарии (22 сентября) соответствует началу весны в Южном полушарии.
Как и более тонкие различия между временами года, все это происходит благодаря наклону оси нашей планеты. Летнее солнцестояние в Северном полушарии приходится на тот отрезок земной орбиты, когда Северный полюс наклонен ближе всего к Солнцу, а шесть месяцев спустя зимнее солнцестояние приходится на тот отрезок орбиты, когда Северный полюс наклонен дальше всего от Солнца. Вполне логично, что дни весеннего и осеннего солнцестояния приходятся на те отрезки земной орбиты, когда ось вращения расположена боком по отношению к Солнцу.
