Я згадую момент зі шкільних років, коли до мене підійшла мама та повернула мій шкільний глобус на 360 градусів. Тоді вона запитала мене: "А ти знаєш, синку, скільки годин займає поворот земної кулінавколо своєї осі?" Я задумався, а вона продовжила: "А ось відкрий підручник географії і дізнайся". Я пішов за її порадою і відкрив для себе те, про що раніше не знав.
Скільки ж часу займає один оборот Землі навколо себе
Повний оберт навколо своєї осі наша планета здійснює рівно за 24 години. Так і минає доба. Їх називають «сонячними»цілодобово.
Саме обертання планета здійснює із заходу на схід. А при спостереженні з північного полюса екліптики (або Полярної зірки) обертання відбувається проти годинникової стрілки.
Саме завдяки такому кружлянню відбувається зміна днів та ночей. Адже одна половина освітлюється сонячним промінням, а інша – залишається в тіні.
До того ж, обертанню планети сприяють відхилення рухомих потоків (наприклад, річок або вітрів) у північній півкулі – у праву частину, а у південній – у ліву.
Історія ідей про добове обертання Землі
В різні часилюди намагалися пояснити зміну доби. Гіпотези часто змінювали одне одного, кожен народ давнини мала свою теорію:
- раннє пояснення добової зміни небосхилу було дано ще за часів Піфагора. Вважалося, що Земля у системі світу Філолая робила певні рухи. Але вони були не обертальними, а поступальними. І проходили ці рухи через так званий "Центральний вогонь";
- першим із давніх астрономів, які стверджували, що наша планета саме обертається, став індійський вчений Аріабхата(жив наприкінці п'ятого століття – на початку шостого);
- потім, у другій половині 19 століття, у Європі велися детальніші обговорення про можливості рухів Землі.Найбільш широко про це писали такі паризькі вчені, як Жан Бурідан, Микола Оремі Альберт Саксонський;
- 1543 року знаменитий Микола Коперниквже написав свою роботу«Про обертання небесних сфер» , яку підтримали багато астрономів того часу;
- а пізніше Галілео Галілейсформулював фундаментальний принцип відносності. Він стверджував, що рух Землі (або будь-якого іншого об'єкта) ніяк не впливає на внутрішні і зовнішні процеси, що протікають.
Такі були основні етапи розвитку гіпотези про обертання нашої планети. Саме осмислення проблем, пов'язаних із цією темою, сприяло відкриттю багатьох законів механікита зародження нової космології.
Чому відбувається зміна дня та ночі? Ви, звичайно, не раз спостерігали сходи та заходи сонця. Як ви вважаєте, чому вони відбуваються? Чи не перестає Сонце світити? Зрозуміти це допоможе простий досвід. Якщо на звичайний шкільний глобус у темній кімнаті спрямувати збоку запалений ліхтарик, то одна половина буде освітлена, а інша – перебувати в тіні. Так само промені Сонця висвітлюють і нашу планету у вічній темряві космосу.
Уявна вісь Землі проходить прямо від Північного полюса до Південного. Земля обертається навколо неї із заходу на схід і підставляє Сонцю один бік, то інший. На освітленому боці - день, на протилежному в той же час - ніч. навколо своєї осі визначає зміну дня та ночі.
Повний оберт навколо своєї осі Земля здійснює за 23 год 56 хв, тобто за добу. Доба - це одиниця виміру часу, приблизно рівна періоду звернення Землі навколо своєї осі. Добу прийнято ділити на ніч, ранок, день та вечір.
Поясний час
Внаслідок обертання Землі навколо своєї осі час доби у різних точках земної кулі може бути однаковим. Тому для зручності запровадили часові пояси: земну поверхню розділили меридіанами на 24 пояси через кожні 15 градусів довготи.
Час доби всередині одного часового поясу називається поясним. Різниця у часі між поясами становить одну годину. Початком відліку часових поясів вважається Грінвічський меридіан, що проходить через місто Грінвіч (це в , неподалік Лондона, там знаходиться Грінвічська обсерваторія). Від цього рахунок поясів ведеться на схід. Іншими словами, під час руху у східному напрямку поясний часзбільшується, а західному - зменшується.
Якщо на Грінвічі 12 годин, то в першому поясі на схід від нього 13 годин, а в першому поясі на захід – 11 годин. Початком нової доби вважають 12-й часовий пояс. Таким чином, коли на Далекому Сходіпочинається новий день, у Західній півкулі ще триває попередній.
2011 року президентом нашої країни підписано федеральний закон про виділення на території Росії дев'яти годинних зон. Кордони цих зон визначаються з урахуванням кордонів республік, країв та областей Російської Федерації. У годинниковій зоні діє єдиний час. У тому ж 2011 році на території Росії скасовано перехід на зимовий час.
Період обертання Землі навколо своєї осі – величина постійна. Астрономічно вона дорівнює 23 годин 56 хвилин і 4 секунд. Проте вчені стали враховувати мізерну похибку, округливши ці цифри до 24 годин, чи однієї земної доби. Один такий оборот називається добовим обертанням і походить із заходу Схід. Для людини із Землі це виглядає як ранок, день і вечір, що змінюють одне одного. Іншими словами, схід Сонця, опівдні та заходи світила повністю збігаються з добовим обертанням планети.
Що таке вісь Землі?
Земну вісь можна уявити у вигляді уявної лінії, навколо якої третя від Сонця планета і обертається. Ця вісь перетинає поверхню Землі у двох постійних точках – у Північному та Південному географічних полюсах. Якщо, наприклад, подумки продовжити напрямок земної осі вгору, вона пройде поруч із Полярної зіркою. До речі, саме цим пояснюється нерухомість Полярної зірки. Створюється ефект, що небесна сфера рухається навколо осі, отже, і навколо цієї зірки.
Ще людині із Землі здається, що зоряне небо обертається у напрямку зі сходу на захід. Але це не так. Видимий рух є лише відображенням справжнього добового обертання. Важливо знати, що наша планета одночасно бере участь не в одному, а як мінімум у двох процесах. Вона обертається навколо земної осі та здійснює орбітальний рух навколо небесного світила.
Мабуть переміщення Сонця - це відбиток істинного руху нашої планети за своєю орбіті навколо нього. Внаслідок чого спочатку настає день, а потім – ніч. Зазначимо, що один рух немислимий без іншого! Такі закони Всесвіту. При цьому якщо період обертання Землі навколо своєї осі дорівнює одній земній добі, то час її руху навколо небесного світила – величина непостійна. Дізнаємося, що впливає на ці показники.
Що впливає швидкість орбітального обертання Землі?
Період звернення Землі навколо своєї осі - це постійна величина, чого не скажеш про швидкість, з якої блакитна планета рухається по орбіті навколо світила. Довгий час астрономи думали, що ця швидкість стала. Виявилось, що ні! В даний час завдяки найбільш точним вимірювальним приладам вчені виявили невелике відхилення раніше отриманих цифр.
Причина такої мінливості – тертя, що виникає під час морських припливів. Саме воно безпосередньо впливає зменшення орбітальної швидкості третьої від Сонця планети. У свою чергу, припливи та відливи – це наслідок дії на Землю її постійного супутника – Місяця. Такий оборот планети навколо небесного світила людина не помічає, як і період обертання Землі навколо осі. Але ми не можемо не звертати уваги на весна змінюється влітку, літо - восени, а осінь - взимку. І так стається постійно. Це і є слідство орбітального рухупланети, що триває 365,25 діб, чи один земний рік.
Земля рухається щодо Сонця нерівномірно. Наприклад, в одних точках вона найбільш наближена до небесного світила, а в інших найбільш віддалена від нього. І ще: орбіта навколо Землі – це не коло, а овал, чи еліпс.
Чому людина не помічає добового обертання?
Людина ніколи не зможе помітити обертання планети, перебуваючи на її поверхні. Це пояснюється різницею розмірів наших та земної кулі – надто величезний він для нас! Період звернення Землі навколо своєї осі ніяк не вдасться помітити, але вдасться відчути: день зміниться вночі і навпаки. Про це вже йшлося вище. Але що було б, якби блакитна планета не змогла обертатись навколо осі? А ось що: на одному боці Землі був би вічний день, а з другого - вічна ніч! Жахливо, чи не так?
Важливо знати!
Отже, період обертання Землі навколо своєї осі становить майже 24 години, а час її «подорожі» навколо Сонця – близько 365,25 днів (один земний рік), оскільки ця величина – непостійна. Звернемо вашу увагу на те, що крім двох розглянутих рухів, Земля бере участь і в інших. Наприклад, вона разом з іншими планетами здійснює рух щодо Чумацького Шляху – нашої рідної Галактики. У свою чергу, робить деякий рух щодо інших сусідніх галактик. І все відбувається тому, що у Всесвіті не було і ніколи не буде нічого незмінного та нерухомого! Це треба запам'ятати протягом усього життя.
Добове обертання Землі
Нахил земної осі стосовно площині екліптики (площини орбіти Землі).
Добове обертання Землі- обертання Землі навколо своєї осі з періодом в одну зоряну добу, безпосередньо спостерігається проявом чого є добове обертання небесної сфери. Обертання Землі походить із заходу на схід. При спостереженні з Полярної зірки або північного полюса екліптики обертання Землі відбувається проти годинникової стрілки.
Добове обертання небесної галузі.
Земля рухається із заходу на схід. Повний оборот робить приблизно за 23 години 56 хвилин 4 секунди. Швидкість обертання (на екваторі) – 465 м/с.
Фізичний сенс та експериментальні підтвердження
Фізичний сенс обертання Землі навколо осі
Оскільки будь-який рух є відносним, необхідно вказувати конкретну систему відліку, щодо якої вивчається рух того чи іншого тіла. Коли кажуть, що Земля обертається навколо уявної осі, мається на увазі, що вона здійснює обертальний рух щодо будь-якої інерційної системи відліку, причому період цього обертання дорівнює зірковій добі - періоду повного оборотуземлі небесної сфери щодо небесної сфери (Землі).
Всі експериментальні докази обертання Землі навколо осі зводяться до доказу того, що система відліку, пов'язана із Землею, є неінерціальною системою відліку спеціального виду - системою відліку, що здійснює обертальний рух щодо інерціальних систем відліку.
На відміну від інерційного руху (тобто рівномірного прямолінійного руху щодо інерційних систем відліку), для виявлення неінерційного руху замкнутої лабораторії не обов'язково проводити спостереження над зовнішніми тілами, - такий рух виявляється за допомогою локальних експериментів (тобто експериментів, зроблених усередині цієї лабораторії). У цьому (саме в цьому!) значенні слова неінерційний рух, включаючи обертання Землі навколо осі, може бути названий абсолютним.
Сили інерції
Відцентрова сила на Землі, що обертається.
Ефекти відцентрової сили
Залежність прискорення вільного падіння від географічної широти. Експерименти показують, що прискорення вільного падіння залежить від географічної широти: чим ближче до полюса, тим більше. Це пояснюється дією відцентрової сили. По-перше, точки земної поверхні, розташовані на високих широтах, ближче до осі обертання і, отже, при наближенні до полюса відстань від осі обертання зменшується, доходячи до нуля на полюсі. По-друге, зі збільшенням широти кут між вектором відцентрової сили та площиною горизонту зменшується, що призводить до зменшення вертикальної компоненти відцентрової сили.
Це явище було відкрито в 1672 році, коли французький астроном Жан Ріше, перебуваючи в експедиції в Африці, виявив, що у екватора маятниковий годинник йде повільніше, ніж у Парижі. Ньютон невдовзі пояснив це тим, що період коливань маятника обернено пропорційний квадратному кореню із прискорення вільного падіння, яке зменшується на екваторі через дію відцентрової сили.
Сплюсненість Землі.Вплив відцентрової сили призводить до сплюснутості Землі біля полюсів. Це явище, передбачене Гюйгенсом і Ньютоном наприкінці XVII століття, було вперше виявлено наприкінці 1730-х років в результаті обробки даних двох французьких експедицій, спеціально споряджених для вирішення цієї проблеми у Перу та Лапландію.
Ефекти сили Коріоліса: лабораторні експерименти
Маятник Фуко на північному полюсі. Вісь обертання Землі лежить у площині коливань маятника.
Найбільш чітко цей ефект має бути виражений на полюсах, де період повного повороту площини маятника дорівнює періоду обертання Землі навколо осі (зоряної доби). У випадку, період назад пропорційний синусу географічної широти , на екваторі площину коливань маятника незмінна.
Гіроскоп- тіло, що обертається, зі значним моментом інерції зберігає момент імпульсу, якщо немає сильних обурень. Фуко, якому набридло пояснювати, що відбувається з маятником Фуко не на полюсі, розробив іншу демонстрацію: підвішений гіроскоп зберігав орієнтацію, а отже, повільно повертався щодо спостерігача.
Відхилення снарядів при гарматній стрільбі.Іншим спостеріганим проявом сили Коріоліса є відхилення траєкторій снарядів (у північній півкулі вправо, у південній - вліво), що вистрілюються у горизонтальному напрямку. З точки зору інерційної системи відліку, для снарядів, що вистрілюються вздовж меридіана, це пов'язано з залежністю лінійної швидкості обертання Землі від географічної широти: при русі від екватора до полюса снаряд зберігає горизонтальну компоненту швидкості незмінної, в той час як лінійна швидкість обертання що призводить до зміщення снаряда від меридіана у бік обертання Землі. Якщо постріл був зроблений паралельно екватору, то зміщення снаряда від паралелі пов'язане з тим, що траєкторія снаряда лежить в одній площині з центром Землі, тоді як точки земної поверхні рухаються в площині перпендикулярної осі обертання Землі. Цей ефект (для випадку стрілянини вздовж меридіана) був передбачений Ґрімальді у 40-х роках XVII ст. і вперше опубліковано Річчолі у 1651 р.
Відхилення тіл, що вільно падають, від вертикалі. ( ) Якщо швидкість руху тіла має велику вертикальну складову, сила Коріоліса спрямована на схід, що призводить до відповідного відхилення траєкторії тіла, що вільно падає (без початкової швидкості) з високої вежі. При розгляді в інерційній системі відліку ефект пояснюється тим, що вершина вежі щодо центру Землі рухається швидше, ніж основа, завдяки чому траєкторія тіла виявляється вузькою параболою і тіло трохи випереджає основу вежі.
Ефект Етвеша.На низьких широтах сила Коріоліса при русі по земній поверхні спрямована у вертикальному напрямку і її дія призводить до збільшення або зменшення прискорення вільного падіння, залежно від того, чи тіло рухається на захід або схід. Цей ефект названий ефектом Етвеша на честь угорського фізика Лоранда Етвеша, який експериментально виявив його на початку XX століття.
Досліди, які використовують закон збереження моменту імпульсу.Деякі експерименти засновані на законі збереження моменту імпульсу: в інерційній системі відліку величина моменту імпульсу ( рівна добуткумоменту інерції на кутову швидкість обертання під дією внутрішніх сил не змінюється. Якщо деякий початковий момент часу установка нерухома щодо Землі, швидкість її обертання щодо інерційної системи відліку дорівнює кутовий швидкості обертання Землі. Якщо змінити момент інерції системи, то має змінитися кутова швидкістьїї обертання, тобто почнеться обертання щодо Землі. У неінерційній системі відліку, пов'язаної із Землею, обертання виникає внаслідок дії сили Коріоліса. Ця ідея була запропонована французьким вченим Луї Пуансо в 1851 році.
Перший такий експеримент був поставлений Хагеном в 1910: два вантажі на гладкій перекладині були встановлені нерухомо відносно поверхні Землі. Потім відстань між вантажами було зменшено. В результаті установка прийшла у обертання. Ще наочніший досвід поставив німецький учений Ханс Букка (Hans Bucka) в 1949 р. Стрижень довжиною приблизно 1,5 метра був встановлений перпендикулярно прямокутній рамці. Спочатку стрижень був горизонтальний, установка була нерухомою щодо Землі. Потім стрижень був приведений у вертикальне положення, що призвело до зміни моменту інерції установки приблизно в раз і її швидкого обертання з кутовою швидкістю, що в раз перевищує швидкість обертання Землі.
Вирва у ванні.
Оскільки сила Коріоліса дуже слабка, вона дуже мало впливає на напрямок закручування води при сливі в раковині або ванні, тому в загальному випадку напрямок обертання у вирві не пов'язаний з обертанням Землі. Однак у ретельно контрольованих експериментах можна відокремити дію сили Коріоліса від інших факторів: у північній півкулі вирва буде закручена проти годинникової стрілки, у південній – навпаки.
Ефекти сили Коріоліса: явища у навколишній природі
Закон Бера.Як вперше відзначив петербурзький академік Карл Бер у 1857 році, річки розмивають у північній півкулі правий берег. південній півкулі- лівий), який унаслідок цього виявляється крутішим (закон Бера). Пояснення ефекту аналогічне пояснення відхилення снарядів при стрільбі в горизонтальному напрямку: під дією сили Коріоліса вода сильніше вдаряється у правий берег, що призводить до його розмиття, і навпаки, відступає від лівого берега.
Циклон над південно-східним узбережжямІсландії (вид з космосу).
Вітри: пасати, циклони, антициклони.З наявністю сили Коріоліса, спрямованої у північній півкулі вправо та у південному вліво, пов'язані також атмосферні явища: пасати, циклони та антициклони. Явище пасатів викликається неоднаковістю нагріву нижніх шарів. земної атмосфериу приекваторіальній смузі та в середніх широтах, що призводить до перебігу повітря вздовж меридіана на південь або північ у північній та південній півкулях, відповідно. Дія сили Коріоліса призводить до відхилення потоків повітря: у північній півкулі – у бік північного сходу (північно-східний пасат), у південній півкулі – на південний схід (південно-східний пасат).
Оптичні експерименти
В основі ряду дослідів, що демонструють обертання Землі, використовується ефект Саньяка: якщо кільцевий інтерферометр здійснює обертальний рух, то внаслідок релятивістських ефектів у зустрічних променях з'являється різниця фаз
де - площа проекції кільця на екваторіальну площину (площину, перпендикулярну до осі обертання), - швидкість світла, - кутова швидкість обертання. Для демонстрації обертання Землі цей ефект був використаний американським фізиком Майкельсоном у серії експериментів, поставлених у 1923-1925 рр. У сучасних експериментах, що використовують ефект Саньяка, обертання Землі необхідно враховувати для калібрування кільцевих інтерферометрів.
Існує ряд інших експериментальних демонстрацій добового обертання Землі.
Нерівномірність обертання
Прецесія та нутація
Однак про Гікет і Екфанте практично нічого невідомо, і навіть саме їх існування іноді піддається сумніву. На думку більшості вчених, Земля у системі світу Філолая робила не обертальний, а поступальний рух навколо Центрального вогню. У своїх творах Платон слід традиційному думці про нерухомість Землі. Однак до нас дійшли численні свідчення, що ідею обертання Землі відстоював філософ Гераклід Понтійський (IV століття до н.е.). Ймовірно, з гіпотезою про обертання Землі навколо осі пов'язане ще одне припущення Геракліда: кожна зірка є світом, що включає землю, повітря, ефір, причому все це знаходиться в безкінечному просторі. Дійсно, якщо добове обертання піднебіння є відображенням обертання Землі, то зникає передумова вважати зірки, що знаходяться на одній сфері.
Приблизно через століття припущення про обертання Землі стало складовою першою, запропонованою великим астрономом Аристархом Самоським (III століття до н. Е..). Аристарха підтримав вавилонянин Селевк (II століття до н. е.), так само, як і Гераклід Понтійський, який вважав Всесвіт нескінченним. Про те, що ідея добового обертання Землі мала своїх прихильників ще у I столітті н. е., свідчать деякі висловлювання філософів Сенекі, Деркілліда, астронома Клавдія Птолемея. Переважна більшість астрономів та філософів, однак, не сумнівалося у нерухомості Землі.
Аргументи проти ідеї руху Землі є у творах Аристотеля та Птолемея. Так, у своєму трактаті Про НебоАристотель обгрунтує нерухомість Землі тим, що на Землі, що обертається, кинуті вертикально вгору тіла не могли б впасти в ту точку, з якої почалося їх рух: поверхня Землі зрушувалася б під кинутим тілом. Інший аргумент на користь нерухомості Землі, наведений Аристотелем, заснований на його фізичній теорії: Земля є важким тілом, а для важких тіл властиво рух до центру світу, а не обертання навколо нього.
З твору Птолемея випливає, що прибічники гіпотези обертання Землі на ці аргументи відповідали, як і повітря і всі земні предмети здійснюють рух разом із Землею. Очевидно, роль повітря у цьому міркуванні принципово важлива, оскільки мається на увазі, що саме його рух разом із Землею приховує обертання нашої планети. Птолемей на це заперечує, що
тіла, що знаходяться в повітрі, завжди будуть здаватися відстаючими... А якби тіла оберталися разом з повітрям як одне ціле, то жодне з них не здавалося б випереджаючим інше або відстає від нього, але залишалося б на місці, у польоті і киданні воно не робило б відхилень або рухів в інше місце на кшталт тих, які ми наочно бачимо такими, що відбуваються, і в них взагалі не відбувалося б уповільнення або прискорення, тому що Земля не є нерухомою.
Середньовіччя
Індія
Першим із середньовічних авторів, який висловив припущення про обертання Землі навколо осі, був великий індійський астроном і математик Аріабхата (кін. V – поч. VI ст.). Він формулює її у кількох місцях свого трактату Аріабхатія, наприклад:
Так само, як людина на кораблі, що рухається вперед, бачить закріплені об'єкти, що рухаються назад, так і спостерігач… бачить нерухомі зірки, що рухаються по прямій лінії на захід.
Невідомо, чи належить ця ідея самому Аріабхаті, чи він її запозичив у давньогрецьких астрономів.
Аріабхату підтримав лише один астроном, Пртхудака (IX століття). Більшість індійських вчених відстоювало нерухомість Землі. Так, астроном Варахаміхіра (VI ст.) стверджував, що на Землі, що обертається, птахи, що летять у повітрі, не могли б повернутися до своїх гнізд, а каміння і дерева злітали б з поверхні Землі. Визначний астроном Брахмагупта (VI ст.) повторив також старий аргумент, що тіло, що впало з високої гориале змогло б опуститися до її заснування. При цьому він, однак, відкинув один із доводів Варахаміхіри: на його думку, навіть якби Земля оберталася, предмети не могли б відірватися від неї через свою тяжкість.
Ісламський Схід
Можливість обертання Землі розглядали багато вчених мусульманського Сходу. Так, відомий геометр ас-Сіджізі винайшов астролябію, принцип дії якої заснований на цьому припущенні. Деякі ісламські вчені (імена яких до нас не дійшли) навіть знайшли правильний спосіб спростування основного аргументу проти обертання Землі: вертикальності траєкторій падаючих тіл. По суті, при цьому був висловлений принцип суперпозиції рухів, згідно з яким будь-яке переміщення можна розкласти на два або кілька складових: по відношенню до поверхні Землі, що обертається, падаюче тіло рухається по прямовисній лінії, але точка, що є проекцією цієї лінії на поверхню Землі, переноситься б її обертанням. Про це свідчить знаменитий учений-енциклопедист ал-Біруні, який сам, однак, схилявся до нерухомості Землі. На його думку, якщо на падаюче тіло діятиме якась додаткова сила, то результат її дії на Землі, що обертається, призведе до деяких ефектів, які насправді не спостерігаються.
Серед вчених XIII-XVI століть, пов'язаних із Марагінською та Самаркандською обсерваторіями, розгорнулася дискусія про можливість емпіричного обґрунтування нерухомості Землі. Так, відомий астроном Кутб ад-Дін аш-Шіразі (XIII-XIV ст.) Вважав, що нерухомість Землі може бути засвідчена експериментом. З іншого боку, засновник Марагинської обсерваторії Насір ад-Дін ат-Тусі вважав, що якби Земля оберталася, то це обертання розділяв би шар повітря, що прилягає до її поверхні, і всі рухи поблизу поверхні Землі відбувалися б так само, якби Земля була нерухомою. Він це обґрунтовував за допомогою спостережень комет: згідно з Аристотелем, комети є метеорологічним явищем у верхніх шарах атмосфери; Проте астрономічні спостереження показують, що комети беруть участь у добовому обертанні небесної сфери. Отже, верхні шари повітря захоплюються обертанням небосхилу, тому нижні шари також можуть захоплюватися обертанням Землі. Таким чином, експеримент не може дати відповіді на питання про те, чи обертається Земля. Однак він залишався прихильником нерухомості Землі, оскільки це відповідало філософії Аристотеля.
Більшість ісламських вчених пізнішого часу (ал-Урді, ал-Казвіні, ан-Найсабурі, ал-Джурджані, ал-Бірджанді та інші) були згодні з ат-Тусі, що всі фізичні явищана обертається і нерухомої Землею відбувалися б однаково. Однак роль повітря при цьому вже не вважалася принциповою: не тільки повітря, але і всі предмети переносяться Землею, що обертається. Отже, для обгрунтування нерухомості Землі необхідно залучати вчення Аристотеля.
Особливу позицію у цих суперечках зайняв третій директор Самаркандської обсерваторії Ала ад-Дін Алі ал-Кущі (XV ст.), Що відкидав філософію Аристотеля і вважав обертання Землі фізично можливим. У XVII столітті аналогічного висновку дійшов іранський теолог і вчений-енциклопедист Баха ад-Дін ал-Амілі. На його думку, астрономи та філософи не представили достатніх доказів, які спростовують обертання Землі.
Латинський Захід
Детальне обговорення можливості руху Землі широко міститься у творах паризьких схоластів Жана Бурідана, Альберта Саксонського, та Миколи Орема (друга половина XIV ст.). Найважливішим аргументом на користь обертання Землі, а чи неба, наведеним у тому роботах, є трохи Землі проти Всесвіту, що робить приписування добового обертання небосхилу Всесвіту надзвичайно протиприродним.
Проте ці вчені зрештою відкинули обертання Землі, хоча й різних підставах. Так, Альберт Саксонський вважав, що ця гіпотеза не здатна пояснити астрономічні явища, що спостерігаються. З цим справедливо не погодилися Бурідан та Орем, на думку яких небесні явища повинні відбуватися однаково незалежно від того, що робить обертання, Земля чи Космос. Бурідан зміг знайти лише один істотний доказ проти обертання Землі: стріли, що пускаються вертикально вгору, падають вниз по прямовисній лінії, хоча при обертанні Землі вони, на його думку, мали б відставати від руху Землі і падати на захід від точки пострілу.
Микола Орьом.
Але навіть і цей аргумент був відкинутий Оремом. Якщо Земля обертається, то стріла летить вертикально вгору і водночас рухається Схід, будучи захоплена повітрям, що обертається разом із Землею. Таким чином, стріла повинна впасти на те саме місце, звідки вона була випущена. Хоча тут знову згадується про роль повітря, насправді він не відіграє особливої ролі. Про це свідчить така аналогія:
Подібним чином, якби повітря було закрито в судні, що рухається, то людині, оточеній цим повітрям, здалося б, що повітря не рухається... Якби людина знаходилася в кораблі, що рухається з великою швидкістю на схід, не знаючи про цей рух, і якби він витягнув руку по прямій лінії вздовж щогли корабля, йому здалося, що його рука здійснює прямолінійний рух; так само, згідно з цією теорією, нам видається, що така ж річ відбувається зі стрілою, коли ми пускаємо її вертикально вгору або вертикально вниз. Усередині корабля, що рухається з великою швидкістю на схід, можуть бути всі види руху: поздовжнє, поперечне, вниз, вгору, у всіх напрямках - і вони здаються точно такими ж, як тоді, коли корабель перебуває нерухомим.
Я укладаю, отже, за допомогою будь-якого досвіду неможливо продемонструвати, що небеса мають добовий рух і що Земля його не має.
Проте остаточний вердикт Орема про можливість обертання Землі був негативним. Підставою для такого висновку був текст Біблії:
Однак досі всі підтримують і я вірю, що вони [Небеса], а не Земля рухається, бо «Бог створив коло Землі, яке не похитнеться», незважаючи на всі протилежні аргументи.
Про можливість добового обертання Землі згадували і середньовічні європейські вчені та філософи пізнішого часу, проте жодних нових аргументів, що не містилися у Бурідана та Орема, додано не було.
Таким чином, практично ніхто із середньовічних вчених так і не прийняв гіпотези про обертання Землі. Однак під час її обговорення вченими Сходу та Заходу було висловлено безліч глибоких думок, які потім будуть повторені вченими Нового часу.
Епоха Відродження та Новий час
Микола Коперник.
У першій половині XVI століття побачили світ кілька творів, які стверджували, що причиною добового обертання небосхилу є обертання Землі навколо осі. Одним з них був трактат італійця Челіо Кальканьїні «Про те, що небо нерухоме, а Земля обертається, або про вічний рух Землі» (написаний близько 1525, виданий в 1544). Він не справив великого враження на сучасників, оскільки на той час вже була опублікована фундаментальна праця польського астронома Миколи Коперника «Про обертання небесних сфер» (1543 р.), де гіпотеза добового обертання Землі в нього стала частиною геліоцентричної системи світу, як у Аристарха Самоського . Свої думки Коперник раніше виклав у невеликому рукописному творі Малий Коментар(Не раніше 1515). Два роки раніше основної праці Коперника вийшов твір німецького астронома Георга Йоахіма Ретіка Перша розповідь(1541 р.), де популярно викладено теорію Коперника.
У XVI столітті Коперника повністю підтримали астрономи Томас Діггес, Ретік, Крістоф Ротман, Міхаель Мєстлін, фізики Джамбатіста Бенедетті, Сімон Стевін, філософ Джордано Бруно, богослов Дієго де Цуніга. Деякі вчені приймали обертання Землі навколо осі, відкидаючи її поступальний рух. Такою була позиція німецького астронома Ніколаса Реймерса, відомого також як Урсус, а також італійських філософів Андреа Чезальпіно та Франческо Патріці. Не зовсім зрозуміла думка видатного фізика Вільяма Гільберта, який підтримав осьове обертанняЗемлі, але з висловлювався щодо її поступального руху. На початку XVII ст. геліоцентрична системасвіту (включаючи обертання Землі навколо осі) отримала велику підтримку з боку Галілео Галілея та Йоганна Кеплера. Найбільш впливовими противниками ідеї руху Землі в XVI - початку XVII століття були астрономи Тихо Браге та Христофор Клавіус.
Гіпотеза про обертання Землі та становлення класичної механіки
Фактично, у XVI-XVII ст. єдиним аргументом на користь осьового обертання Землі було те, що в цьому випадку відпадає потреба в приписуванні зірковій сфері величезних швидкостей обертання, адже ще в античності вже було надійно встановлено, що розмір Всесвіту значно перевищує розмір Землі (цей аргумент містився ще Бурідан і Орем) .
Проти цієї гіпотези висловлювалися міркування, засновані на динамічних уставах на той час. Насамперед, це вертикальність траєкторій падаючих тіл. З'явилися й інші аргументи, наприклад, рівна дальність стрілянини у східному та західному напрямках. Відповідаючи питанням про ненаблюдаемости ефектів добового обертання у земних експериментах, Коперник писав:
Обертається не тільки Земля зі сполученою з нею водною стихією, але також і чимала частина повітря і все, що якимось чином схоже на Землю, або вже найближче до Землі повітря просочене земною і водною матерією, слідує тим самим законам природи, що і Земля, або має набутий рух, який повідомляється йому прилеглою Землею в постійному обертанні і без жодного опору
Отже, головну роль ненаблюдаемости обертання Землі грає захоплення повітря її обертанням. Такої ж думки дотримувалася і більшість коперніканців у XVI столітті.
Галілео Галілей.
Прибічниками нескінченності Всесвіту XVI столітті були також Томас Діггес, Джордано Бруно , Франческо Патрици - всі вони підтримували гіпотезу про обертанні Землі навколо осі (а перші двоє - також навколо Сонця). Крістоф Ротман і Галілео Галілей вважали зірки, розташованими на різних відстанях від Землі, хоча явно не висловлювалися з приводу нескінченності Всесвіту. З іншого боку, Йоганн Кеплер заперечував нескінченність Всесвіту, хоч і був прихильником обертання Землі.
Релігійний контекст суперечок про обертання Землі
Ряд заперечень проти обертання Землі був із її протиріччями тексту Святого Письма. Ці заперечення були двох видів. По-перше, деякі місця в Біблії наводилися на підтвердження того, що добовий рух здійснює саме Сонце, наприклад:
Сходить сонце і заходить сонце, і поспішає до свого місця, де воно сходить.
У разі під удар потрапляло осьове обертання Землі, оскільки рух Сонця зі сходу захід є частиною добового обертання небосхилу. Часто у зв'язку з цим цитувався уривок з книги Ісуса Навина :
Ісус покликав Господа того дня, коли Господь Аморея видав на руки Ізраїля, коли побив їх у Ґів'оні, і вони були побиті перед лицем Ізраїлевих синів. !
Оскільки команда зупинитися була дана Сонцю, а не Землі, звідси робився висновок, що добовий рух здійснює саме Сонце. Інші уривки наводилися на підтримку нерухомості Землі, наприклад:
Ти поставив землю на твердих основах: не похитнеться вона на віки й повіки.
Ці уривки вважалися такими, що суперечать як думці про обертання Землі навколо осі, так і звернення навколо Сонця.
Прибічники обертання Землі (зокрема, Джордано Бруно, Йоганн Кеплер і особливо Галілео Галілей) проводили захист у кількох напрямах. По-перше, вони вказували, що Біблія написана мовою, зрозумілою простим людям, і якби її автори давали чіткі з наукового погляду формулювання, вона не змогла б виконувати свою основну, релігійну місію. Так, Бруно писав:
У багатьох випадках безглуздо і недоцільно наводити багато міркувань швидше відповідно до істини, ніж відповідно до даного випадку та зручності. Наприклад, якби замість слів: «Сонце народжується і піднімається, перевалює через полудень і схиляється до Аквілон» - мудрець сказав: « Земля йдепо колу на схід і, покидаючи сонце, яке закочується, схиляється до двох тропіків, від Рака на Південь, від Козерога до Аквілона», то слухачі стали б роздумувати: «Як? Він каже, що Земля рухається? Що це за новини? Зрештою, вони його вважали б за дурня, і він справді був би дурнем.
Такі відповіді давалися переважно на заперечення, що стосувалися добового рухуСонце. По-друге, зазначалося, що деякі уривки Біблії мають бути трактовані алегорично (див. статтю Біблійний алегоризм). Так, Галілей зазначав, що якщо Св. Писання цілком розуміти буквально, то виявиться, що у Бога є руки, він схильний до емоцій типу гніву тощо. Загалом, головною думкою захисників вчення про рух Землі було те, що наука та релігія мають різні цілі: наука розглядає явища матеріального світу, керуючись доказами розуму, метою релігії є моральне вдосконалення людини, її порятунок. Галілей у зв'язку з цим цитував кардинала Бароніо, що Біблія вчить тому, як зійти на небеса, а не тому, як влаштовані небеса.
Ці докази були пораховані католицькою церквоюнепереконливими, й у 1616 р. вчення про обертанні Землі було заборонено, а 1631 р. Галілей було засуджено судом інквізиції за захист. Однак за межами Італії ця заборона не вплинула на розвиток науки і сприяла головним чином падінню авторитету самої католицької церкви.
Необхідно додати, що релігійні аргументи проти руху Землі наводили як церковні діячі, а й вчені (наприклад, Тихо Браге ). З іншого боку, католицький ченець Паоло Фоскаріні написав невеликий твір «Лист про погляди піфагорійців і Коперника на рухливість Землі та нерухомість Сонця і про нову піфагорійську систему світобудови» (1615 р.), де висловлював міркування, близькі до Галі Цуніга навіть використав теорію Коперника для тлумачення деяких місць Святого Письма (хоча згодом він змінив свою думку). Таким чином, конфлікт між богослов'ям і вченням про рух Землі був не так конфліктом між наукою та релігією як такими, як конфліктом між старими (на початку XVII століття вже застарілими) та новими методологічними принципами, що покладаються в основу науки.
Значення гіпотези про обертання Землі у розвиток науки
Осмислення наукових проблем, що порушуються теорією Землі, що обертається, сприяло відкриттю законів класичної механікиі створення нової космології, в основі якої лежить уявлення про безмежність Всесвіту. Протиріччя між цією теорією і буквалістським прочитанням Біблії, що обговорювалися в ході цього процесу, сприяли розмежуванню природознавства та релігії.
Примітки
Література
- Л. Г. Асламазов, А. А. Варламов, «Дивовижна фізика», М: Наука, 1988. DJVU
- В. А. Бронштен, Важке завдання, Квант, 1989. № 8. С. 17.
- A. В. Бялко, "Наша планета - Земля", М.: Наука, 1983. DJVU
- І. Н. Веселовський, «Аристарх Самоський – Коперник античного світу», Історико-астрономічні дослідження, Вип. VII, с.17-70, 1961.
- Р. Граммель, "Механічні докази руху Землі", УФН, том III, вип. 4, 1923. PDF
- Г. А. Гурєв, «Вчення Коперника і релігія», М: Изд-во АН СРСР, 1961.
- Г. Д. Джалалов, «Деякі чудові висловлювання астрономів Самаркандської обсерваторії», Історико-астрономічні дослідження, вип. IV, 1958, с. 381-386.
- А. І. Єрємєєва, «Астрономічна картина світу та її творці», М.: Наука, 1984.
- С. В. Житомирський, «Антична астрономія та орфізм», М.: Янус-К, 2001.
- І. А. Клімішин, "Елементарна астрономія", М.: Наука, 1991.
- А. Койре, "Від замкнутого світу до нескінченного Всесвіту", М.: Логос, 2001.
- Г. Ю. Ланської, «Жан Бурідан та Микола Орем про добове обертання Землі», Дослідження з історії фізики та механіки 1995-1997, с. 87-98, М: Наука, 1999.
- А. А. Михайлов, «Земля та її обертання», М.: Наука, 1984. DJVU
- Г. К. Михайлов, С. Р. Філонович, «До історії завдання про рух вільно кинутих тіл на Землі, що обертається», Дослідження з історії фізики та механіки 1990, с. 93-121, М: Наука, 1990. Online
- Є. Міщенко, Ще раз про важке завдання, Квант. 1990. № 11. З. 32.
- А. Паннекук, «Історія астрономії», М: Наука, 1966. Online
- А. Пуанкаре, «Про науку», М: Наука, 1990. DJVU
- Б. Є. Райков, «Нариси з історії геліоцентричного світогляду в Росії», М.-Л.: АН СРСР, 1937.
- І. Д. Рожанський, "Історія природознавства в епоху еллінізму та Римської імперії", М.: Наука, 1988.
- Д. В. Сівухін, «Загальний курс фізики. Т. 1. Механіка», М: Наука, 1989.
- О. Струве, Би. Ліндс, Г. Пілланс, "Елементарна астрономія", М.: Наука, 1964.
- В. Г. Сурдін, "Ванна і закон Беру", Квант, No 3, с. 12-14, 2003.
