Открытие формы Земли
Не верьте тому, кто пытается убедить вас, что лучшие умы Средневековья верили, будто Земля плоская, – мы знали о том, что это не так, уже более двух тысячелетий назад. Тот, кому мы обязаны этим знанием, – древнегреческий математик Эратосфен. Он первым догадался об этом, хотя никогда не покидал пределов Египта.
Ученый заметил, что в египетском городе Сиене в день солнцестояния солнце в полдень находится прямо над головой. Он догадался провести измерения солнца ровно в то же самое время в момент следующего летнего солнцестояния в городе Александрии примерно в 800 километрах от Сиены. Установив вертикальный шест в землю и посмотрев на тень от него, Эратосфен смог заметить, что лучи солнца падают на столб не под прямым углом, а под углом в семь градусов. Причина этого небольшого отклонения от вертикали состояла в том, что поверхность Земли изогнута, поэтому лучи солнца падают на разные города под разными углами.
Эратосфен рассчитал размеры Земли, исходя из углов падения луча солнца в разных географических точках Египта
Ученый продвинулся еще на шаг вперед. Если при расстоянии в 800 километров возникает разница в семь градусов, он может градуировать эти различия таким образом, чтобы получить расстояние, соответствующее 360 градусам. В результате такого расчета была получена длина окружности Земли, которая оказалась равной более 41 тысяче километров (в своих вычислениях ученый использовал древнюю меру длины, называемую «стадион», поэтому его ответ на самом деле соответствовал приблизительно 250 тысячам «стадиям»). Расчеты Эратосфена находятся в пределах 10–15 процентов современных показателей длины окружности Земли. Следовательно, древние греки были прекрасно осведомлены не только о том, что Земля имеет округлую форму, но и о том, насколько она большая.
ЭРАТОСФЕН (256–194 ГГ ДО Н. Э.)
Эратосфен был одним из своеобразных универсальных математиков-эрудитов. Наряду с работами по определению окружности Земли он внес важный вклад в развитие географии, музыки, математики и поэзии. В древности он пользовался настолько большим уважением, что его назначили главным библиотекарем знаменитой Александрийской библиотеки. Позднее она была полностью сожжена, но на пике своей славы являлась одним из крупнейших хранилищ древних знаний во всем мире.
Таким образом, имея доступ ко многим важным картам и рукописям, Эратосфен собрал их воедино и создал атлас древнего мира, разделив его на отдельные зоны по климатическому признаку. Он впервые в истории нанес на карту мира сетку горизонтальных и меридиональных линий и определил координаты более 400 городов. Эти работы дали основание считать его общепризнанным отцом географии.
Очевидно, его другим крупнейшим достижением было изобретение «решета Эратосфена» – способа определения простых чисел путем отсеивания всех чисел, чье периодическое поведение свидетельствует о том, что они не могут быть простыми (простое число делится только на два числа – на единицу и на самое себя).
Свидетельством важности работ этого ученого является тот факт, что один из кратеров на Луне назван его именем.
Есть предположение, что люди знали о форме Земли, если не о ее размерах, даже в более ранние времена, чем времена Эратосфена. В момент частичного лунного затмения тень Земли отбрасывается на поверхность Луны. Эта тень совершенно очевидно изогнута. Существовало мнение, что в китайской книге «Жоу-Шу» приводились сообщения о наблюдениях за лунным затмением, произошедшем в XII веке до нашей эры. В комедии древнегреческого драматурга Жоу-Шу «Облака» действительно имеются записи о лунном затмении в 421 году до нашей эры. Если хотя бы одна из этих цивилизаций осознавала, что результат их наблюдений вызван тем, что тело Земли препятствует прохождению солнечных лучей, не позволяя им достичь поверхности Луны, тогда они должны были понимать, что Земля не может быть плоской. Поэтому сейчас мы переходим к затмениям.
Солнечные затмения
Затмение – это, попросту говоря, такое небесное явление, когда что-либо, обычно видимое человеческому глазу, становится по какой-то причине невидимым из-за того, что нечто закрывает его. Затмения бывают двух видов: солнечное и лунное. Во время солнечного затмения Солнце становится невидимым из-за того, что его видимость блокируется Луной, которая становится между ним и Землей; во время лунного затмения, наоборот, Земля препятствует прохождению большей части солнечного света, не позволяя ему достичь Луны.
Когда Луна блокирует видимость Солнца, становясь между ним и нами, мы наблюдаем солнечное затмение
На протяжении тысячелетий люди наблюдали за солнечными затмениями, вызывавшими у них удивление, тревогу и страх. Поговаривают, что во времена царствования китайского императора Zhong Kang два императорских астронома были обезглавлены из-за того, что не смогли точно предсказать наступление солнечного затмения. Произошло это четыре тысячи лет назад. До возникновения современных представлений об этих небесных явлениях солнечные затмения воспринимались как зловещее предзнаменование – как демонстрация божественного гнева перед греховным человечеством.
Наиболее впечатляющей формой затмения является полное солнечное затмение, когда Луна полностью закрывает солнечный диск. В любой конкретной местности подобное явление наблюдается довольно редко, однако полное солнечное затмение происходит в том или ином месте Земли примерно каждые восемнадцать месяцев. Стремительное передвижение Луны по небосклону означает, что зрелище никогда не может длиться более семи минут и тридцати двух секунд. Самая красивая часть солнечного затмения получила название «четки Бейли» – по имени английского астронома XIX века. Эти четки возникают при появлении первых и последних лучей солнца непосредственно до и после полного затмения, и только при прохождении солнечных лучей через кратеры, расположенные на самом краю лунной поверхности. В результате возникает потрясающий по зрелищности эффект алмазного ожерелья.
Во время полного солнечного затмения небо заметно темнеет, а температура воздуха резко снижается. Птицы, до этого счастливо издававшие свои песнопения, замолкают, смущенные внезапным исчезновением солнца в разгар дня. Но затмения не только дают шанс любителям понаблюдать за небом насладиться великолепным зрелищем одного из самых удивительных явлений природы – они являются бесценной возможностью для астрономов узнать что-то новое о космосе. Как мы увидим далее, некоторые из наших революционных прорывов в понимании Вселенной были совершены именно в результате наблюдения полного солнечного затмения.
Между тем, не все солнечные затмения являются полными. Часто Луна закрывает только часть солнечного диска. В течение таких частичных солнечных затмений Солнце выглядит так, как будто от него откусили большой кусок. Расстояние Луны от Земли варьируется в небольших пределах, и поэтому иногда она находится от нас слишком далеко и кажется слишком маленькой, чтобы полностью закрыть от нас Солнце. Мы называем такие затмения кольцеобразными, или кольцевыми, от латинского annulus, что означает «небольшое кольцо».
