На главнуюТексты книг БКАудиокниги БКПолит-инфоСоветские учебникиЗа страницами учебникаФото-ПитерНастрои СытинаРадиоспектаклиКнижная иллюстрация





Астрономия - учебник для 9 класса школы СССР. Б. А. Вонцов-Вельяминов. - 1966 г.

Борис Александрович Воронцов-Вельяминов

Астрономия

Учебник для 9 класса

*** 1966 ***


DjVu

  ОГЛАВЛЕНИЕ
 
  Введение
  § 1. Предмет астрономии 3
  § 2. Небосвод и созвездия 8
  1. Небосвод
  2. Созвездия 9
  3. Звездные величины и названия звезд
  4. Нахождение созвездий на небе 10
  5. Подвижная карта звездного неба 12
 
  § 3. Суточное вращение звездного неба и вращение Земли 13
  § 4. Небесная сфера и ее значение для практики 14
  1. Небесная сфера
  2. Угловые измерения 15
 
  § 5. Основные точки и линии небесной сферы 16
  1. Зенит и горизонт
  2. Полюсы и ось мира
  3. Небесный экватор 17
  4. Небесный меридиан и полуденная линия
  5. Точки горизонта 18
  6. Линии небесной сферы и Земля
 
  § 6. Кульминация светил 19
  § 7. Приближенная ориентировка на местности по звездам и по Солнцу 20
  § 8. Видимое перемещение планет 21
 
  Глава I. Развитие представлений о Земле и солнечной системе
 
  § 9. Астрономия в древности и религиозные суеверия 23
  § 10. Понятие о геоцентрических системах мира 25
  § 11. Революционное открытие Коперника 26
  § 12. Открытия Галилея и борьба церкви против науки 28
  § 13. Истинное движение планет и законы Кеплера 30
  § 14. Определение формы и размеров Земли 33
  1. Шарообразность Земли
  2. Определение размеров Земли
  3. Сжатие Земли 34
 
  § 15. Параллактическое смещение и определение расстояний до небесных светил 35
  § 16. Определение размеров небесных светил 37
  § 17. Закон всемирного тяготения и его следствия 38
  1. Закон тяготения
  2. Движение Луны и земное притяжение
  3. Движение небесных тел и определение их масс. Масса Земли 39
  4. Приливы и отливы 40
  5. Возмущения в движении планет. Открытие планеты Нептун 41
 
  § 18. Доказательства суточного вращения Земли 42
  § 19. Годичный параллакс звезд как доказательство обращения Земли вокруг Солнца 44
  § 20. Искусственные спутники Земли и космические полеты 45
 
  Глава II. Основные практические применения астрономии и методы изучения светил
 
  § 21. Экваториальные координаты и звездная карта 51
  § 22. Горизонтальная система координат 52
  § 23. Способы практического определения координат светил 53
  § 24. Связь высоты полюса над горизонтом и вида неба с географической широтой места 54
  1. Высота полюса и географическая широта
  2. Вид звездного неба в зависимости от положения наблюдателя на Земле
 
  § 25. Зенитное расстояние светил в момент их кульминации и определение географической широты 56
  § 26. Видимое движение Солнца по эклиптике 57
  1. Годичные изменения полуденной высоты Солнца и вида звездного неба
  2. Эклиптика и зодиак 58
 
  § 27. Изменение суточного пути Солнца над горизонтом на разных широтах 60
  § 28. Обращение Земли вокруг Солнца и его следствия 62
  § 29. Измерение времени 65
  1. Часовой угол и измерение времени
  2. Истинные солнечные сутки
  3. Среднее солнечное время и уравнение времени 66
  § 30. Системы счета времени 67
  1. Местный, поясной и декретный счет времени
  2. Линия изменения даты 69
  3. Служба точного времени
 
  § 31. Определение географической долготы 70
  § 32. Календарь 71
  1. Старый и новый стиль
  2. Происхождение месяца и недели 72
  3. Календарная эра
 
  § 33. Астрономические наблюдения в мореплавании и авиации 73
  § 34. Астрономические методы изучения небесных светил 74
  1. Телескопы и фотография
  2. Спектральный анализ 77
  3. Определение химического состава, скоростей и температуры небесных светил 79
  4. Понятие о радиоастрономии 81
  5. Советские астрономические обсерватории 82
 
  Глава III. Физическая природа тел солнечной системы
 
  § 35. Движение и фазы Луны 83
  § 36. Затмения Солнца и Луны 85
  1. Причины затмений
  2. Лунные затмения 86
  3. Солнечные затмения 87
 
  § 37. Физическая природа Луны 90
  1. Вращение Луны вокруг оси
  2. Строение лунной поверхности 91
  3. Физические условия на Луне 93
 
  § 38. Общий обзор солнечной системы
  § 39. Меркурий и Венера 96
  § 40. Марс и возможность жизни на других планетах 97
  § 41. Планеты-гиганты 99
  § 42. Малые планеты — астероиды 103
  § 43. Кометы, их движение и природа 104
  § 44. Метеоры, или «падающие звезды», и их связь с кометами 107
  § 45. Болиды и метеориты 108
  § 46. Солнце. Вид его в телескоп и вращение 111
  § 47. Атмосфера и химический состав Солнца 114
  § 48. Излучение энергии Солнцем и периодичность солнечной деятельности 117
  1. Излучение Солнца и солнечная система
  2. Солнечная деятельность и пятна
  3. Полярные сияния 118
  4. Значение излучения Солнца и источники его энергии 119
 
  Глава IV. Звезды и звездные системы. Строение Вселенной
 
  § 49. Годичный параллакс и расстояния до звезд 120
  § 50. Светимость и движение звезд и солнечной системы 121
  S 51. Температура и размеры звезд - 123
  § 52. Двойные и переменные звезды 126
  § 53. Звездные скопления. Млечный Путь и Галактика 130
  § 54. Другие звездные системы — галактики 134
  § 55. Диффузная материя 135
  § 56. Бесконечность Вселенной 138
 
  Глава V. Происхождение и развитие небесных тел
 
  § 57. Постановка вопроса о происхождении небесных тел и их возрасте 141
  § 58. Происхождение планетных систем 143
  § 59. Развитие звезд. Солнца и туманностей. Вечность Вселенной 145
  Приложения 148
  Алфавитный указатель 155

 

PEKЛAMA

Заказать почтой 500 советских радиоспектаклей на 9-ти DVD.
Подробности >>>>




      § 1. ПРЕДМЕТ АСТРОНОМИИ
      Астрономия — наука о небесных телах. Она изучает движение, строение и развитие небесных тел и их систем и применяет установленные ею законы для практических потребностей человечества. Астрономия — древнейшая из всех наук: зачатки ее существовали в Вавилоне и Египте еще несколько тысяч лет назад.
      Уже первые наблюдатели неба заметили, что по Солнцу и звездам можно определять время суток. В полдень, например, Солнце занимает самое высокое за данный день положение. По изменению вида Луны (серп, полный диск и др.), по положению на небе Солнца и других светил можно определять большие промежутки, времени, то есть составлять календарь. Кочевники и мореплаватели по звездам научились определять стороны горизонта.
      Этим целям астрономия служит и в настоящее время. Точное время, сообщаемое по радио, астрономы определяют на основании наблюдений небесных светил. Без наблюдения небесных светил нельзя было бы составить географические карты. Астрономия совместно с другими науками подготовила условия для запуска космических кораблей и спутников, для завоевания человеком космического пространства. Таким образом, астрономия возникла и развивается на основе практических потребностей человека.
      Наблюдая ежедневный восход и заход Солнца и Луны, видимое перемещение звезд относительно горизонта, люди раньше думали, что все небесные светила движутся вокруг неподвижной Земли. Мир земной и мир небесный противопоставлялись друг другу.
      Прежние наивные представления о Вселенной, основанные на наблюдениях людей далекого прошлого, отражены в религиозных учениях. Согласно этим учениям, мир был сотворен богом или богами и существует с тех пор в неизменном виде. Но наука о строении Вселенной показала людям, что мир совсем не таков, каким он изображается в священных книгах. Оказалось, что Земля представляет собой небесное тело; как и сходные с ней небесные тела, называемые планетами, Земля обращается вокруг Солнца. Звезды — это светила, подобные Солнцу, и состоят из раскаленного газа. По размеру они гораздо больше Земли и во многих случаях значительно превосходят Солнце.
      Узнав причины солнечных и лунных затмений, появления комет и других небесных явлений, люди перестали бояться их. Суеверия, основанные на незнании строения Вселенной, сохраняются теперь только среди отсталых людей.
      Увлекательная наука о небесных светилах рассказывает нам, что есть небесные тела, непохожие на земной шар, что не только на Земле возможна жизнь, что Вселенная вечна, никогда не была сотворена и никогда не перестанет существовать. Знание основ астрономии помогает приобретать передовое научное мировоззрение.
      Данные астрономии полезны для развития других наук, особенно физики, химии, геологии. Например, астрономы обнаружили на Солнце газ гелий раньше, чем на Земле; в мировом пространстве открыты физические состояния вещества, которые пока еще нельзя воспроизвести на Земле: мы еще не можем сжать газ так, чтобы он был в тысячу раз плотнее ртути, получить на длительное время температуры в несколько миллионов градусов; нам еще непонятны причины некоторых видов радиоизлучений и т. д.
      Помогая другим наукам, астрономия в свою очередь использует их достижения. Физики помогают астрономам разрабатывать новые
      методы наблюдения небесных тел: фотография, спектральный анализ, радиотелескопы стали мощными средствами исследования Вселенной; математики вооружают астрономов новым математическим аппаратом, без которого в современной астрономии не обойтись.
      Астрономы могут помочь историкам установить, когда произошли некоторые события древности. Например, в Малой Азии во время одного сражения (между мидянами и лидийцами) произошло редкое событие — затмение Солнца. Астрономы рассчитали, что затмение было 28 мая 585 г. до н. э. Так была установлена дата этого исторического события.
      Многие небесные явления нельзя подметить сразу, они выясняются лишь при сравнении наблюдений, произведенных в разное время. До недавнего времени астрономия была чисто наблюдательной наукой: все выводы она делала только на основании наблюдений, так как небесные светила были недосягаемы. Запуски космических ракет, создание искусственных спутников и планет, полеты человека в космос — все это открывает новые возможности для изучения мирового пространства.
      Без непосредственного знакомства с небесными явлениями, без наблюдений изучение астрономии остается книжным и мертвым, а представления — нечеткими и некрепкими.
     
      Общие сведения о Вселенной
      Прежде чем приступить к изучению основ астрономии, составим общее представление об окружающей нас Вселенной.
      Зашло Солнце, оставив на небе багряную зарю. Это солнечные лучи из-под горизонта освещают воздух над Землей, высокие слои земной атмосферы. Постепенно все вокруг темнеет, наступает ночь.
      В безлунную ночь на безоблачном небе сверкает множество звезд. Наблюдая за их положением, можно заметить, что звездное небо медленно вращается как одно целое, причем большинство звезд восходит и заходит подобно Солнцу и Луне. Восход и заход всех светил, видимое вращение звездного неба — это отражение вращения Земли вокруг своей оси с периодом в 24 часа. Но мы не чувствуем этого вращения, и нам кажется, что вращается Вселенная, а мы неподвижны.
      Кроме звезд, не меняющих своего взаимного расположения на небе и образующих случайные сочетания — созвездия, невооруженным глазом видно 5 ярких светил, которые изо дня в день медленно перемещаются среди звезд, как бы блуждают среди них (рис. 1). Древние греки назвали их поэтому планетами (от слова планетес — блуждающие). Пути, по которым они перемещаются среди звезд, петлеобразны (рис. 18), так как планета и наблюдатель вместе с Землей обращаются вокруг Солнца с разными скоростями и периодами.
      Планеты — это шарообразные тела. Они много меньше Солнца и сами не излучают света. Мы их видим потому, что они отражают падающий на них свет Солнца. Всего вместе с Землей известно 9 больших планет. В телескоп они видны как маленькие светлые кружки, в отличие от звезд, которые и в телескоп кажутся светлыми точками. Поэтому планеты мы называем светилами. Невооруженным глазом трудно отличить планеты от звезд, если не заметить их перемещения на фоне звездного неба. Многие планеты окружены атмосферами, как Земля, и, может быть, на некоторых из них есть жизнь.
      Земля из мирового пространства тоже кажется «звездочкой», как нам представляются планеты.
      Вокруг Земли обращается ее естественный спутник — Луна. За месяц она обходит вокруг Земли, и потому ее освещенное Солнцем полушарие бывает повернуто к нам по-разному — Луна меняет свой вид, или, как говорят, фазы: иногда она кажется серпом, иногда полукругом или полным кругом (полнолуние). У некоторых планет есть по нескольку спутников.
      Вокруг Солнца, кроме крупных планет с их спутниками, обращается еще много мелких планет (астероидов) и комет. Кометы — это перемещающиеся на фоне звездного неба светила туманного вида, от которых иногда отходит светлая полоса — хвост кометы (рис. 2). Кометы состоят из маленького твердого ядра и окружающей его огромной оболочки, образованной разреженным газом и пылинками.
      Солнце, обращающиеся вокруг него планеты, их спутники, кометы и астероиды образуют солнечную систему (рис. 3). Под размером солнечной системы понимают диаметр того почти кругового пути (орбиты), который описывает около Солнца самая далекая из известных планет — Плутон. Этот диаметр в 40 раз больше диаметра орбиты Земли (радиус земной орбиты составляет около 150 млн. км). Но многие кометы, принадлежащие солнечной системе, удаляются иногда от Солнца на расстояние, во много раз большее, чем расстояние от Плутона до Солнца.
      Звезды — это самосветящиеся, раскаленные газовые шары; этим они подобны Солнцу, температура которого на поверхности 6000°. Наряду со звездами, в точности похожими на Солнце, есть звезды больше и меньше его по размерам, более горячие и более холодные, более и менее яркие — мир звезд чрезвычайно разнообразен. Вероятно, многие звезды окружены планетами и на некоторых из них должна быть жизнь. Звезды движутся со скоростями, доходящими до сотен километров в секунду, но не сталкиваются, так как расстояния между ними громадны. Например, расстояние между Солнцем и ближайшей звездой в 3000 с лишним раз больше, чем диаметр солнечной системы. Свет, пробегая за секунду 300 000 км, от ближайшей звезды до Земли идет свыше 4 лет, тогда как от Солнца — примерно 8 мин. Многие звезды образуют системы, состоящие из двух, трех и более звезд, а также звездные скопления — от нескольких десятков до миллиона звезд.
      Звезды и звездные скопления образуют гигантскую систему, называемую Галактикой. Луч света от одного ее края до другого идет около 100 000 лет.
      Рис. 3. Движение Земли и ближайших планет вокруг Солнца.
      Наше Солнце — одна из 150 млрд. звезд, составляющих Галактику; оно обращается вокруг ее центра с периодом около 200 млн. лет. Звезды, входящие в Галактику и невидимые каждая в отдельности невооруженным глазом, кажутся нам в своей совокупности светлой полосой, опоясывающей все небо и называемой Млечным Путем.
      За пределами нашей Галактики мы наблюдаем в современные телескопы около миллиарда других подобных ей звездных систем. Из-за дальности эти системы видны как крохотные, едва различимые светлые пятнышки.
      Пространство между планетами и звездами, которое мы называем безвоздушным, на самом деле не пустре: в нем находятся молекулы и атомы газа, пылинки, и через него все время проносятся волны света и радиоизлучение небесных светил.
      Вселенная бесконечна, и в бесчисленных телах бесконечной Вселенной происходят непрерывные изменения, которые изучает астрономия.
     
      § 2. НЕБОСВОД И СОЗВЕЗДИЯ
      1. Небосвод. Где бы мы ни находились на открытом месте, в поле или в море, небо, будь оно облачное или ясное, представляется нам в виде купола, опрокинутого над нашей головой. Этот купол неба, или небосвод, днем в ясную погоду голубой, в пасмурную — серый, а в ясную ночь — усыпан звездами.
      Небесные светила лишь кажутся помещенными на небосводе — все как будто на одинаковом расстоянии от нас. В действительности же они находятся от нас на самых различных, очень больших расстояниях. Точно так же и небосвод как купол неба в действительности не существует.
      Голубой цвет дневного неба объясняется тем, что атмосфера, окружающая земной шар, рассеивает проходящий через нее солнечный свет во все стороны. Солнечный свет состоит из смеси всех цветов радуги, а воздух рассеивает голубые лучи сильнее, чем лучи других цветов. Поэтому небо как бы «окрашивается» в голубой цвет.
      Рассеяние солнечного света уменьшается с высотой: чем выше над поверхностью Земли, тем рассеяние меньше. С очень высокой горной вершины, с самолета, со стратостата или с космического корабля небо кажется гораздо темнее и на нем даже днем видны наиболее яркие звезды. В телескоп дневное небо тоже кажется темнее, чем мы видим его невооруженным глазом, поэтому яркие звезды можно видеть в телескоп и днем. Следовательно, видеть звезды на дневном небосводе нам мешает солнечный свет, рассеянный земной атмосферой. Во время полного солнечного затмения небо темнеет и яркие звезды можно увидеть без телескопа.
      В ясную безлунную ночь невооруженным глазом можно видеть над горизонтом одновременно не больше 3000 звезд.
      2. Созвездия. Еще древние наблюдатели для облегчения ориентировки на небе произвольно объединили близкие друг к другу звезды в различ-ние фигуры — созвездия. Они дали этим созвездиям фантастические названия, сохранившиеся до наших дней. Эти названия, например Большая Медведица, Малая Медведица, кажутся нам теперь странными, так как созвездия названы именами предметов и существ, с которыми в расположении звезд часто нет ничего общего (рис. 4). В ряде случаев эти названия были связаны с разными древними легендами. У многих народов наиболее заметные созвездия получили свои названия, отличающиеся от принятых сейчас в науке.
      В настоящее время под созвездием понимают определенный участок неба. Все звезды, видимые внутри границ созвездия, относят к этому созвездию.
      Всего на небе выделено 88 созвездий. Из них достаточно знать и уметь находить на небе немногие, содержащие яркие звезды. Для удобства нахождения созвездий их наиболее яркие звезды мысленно соединяют прямыми линиями так, чтобы получились простые геометрические фигуры или схематические рисунки. Например, главные звезды созвездия Большой Медведицы соединяют линиями так, что получается фигура ковша.
      3. Звездные величины и названия звезд. Звезды весьма различны по блеску. Самые яркие звезды еще очень давно назвали звездами 1-й величины. Звезды в 2,5 раза (точнее — в 2,512 раза) более слабые назвали звездами 2-й величины и т. д. Самые слабые звезды, видимые зорким глазом в безлунную ночь, — это звезды 6-й величины.
      Название «звездная величина» не имеет ничего общего с действительными размерами звезды: оно характеризует только блеск звезды. Чем блеск звезды слабее, тем ее звездная величина больше.
      Точные измерения блеска звезд потребовали введения промежуточных дробных обозначений звездных величин, например 1,2 или 5,9. Для светил более ярких, чем звезды 1-й величины, ввели обозначение 0, — 1-й, -2-й и т. д. звездной величины (см. приложение IV).
      В телескоп видны звезды и более слабые по блеску, чем звезды 6-й величины, а именно: 7-й, 8-й и т. д.
      Наиболее яркие звезды еще в древности получили собственные названия, например Сириус, Вега, Альтаир. Кроме того, яркие звезды (в каждом созвездии отдельно) в порядке убывания их блеска обозначают буквами греческого алфавита а, р, у и т. д. Например, Сириус есть в то же время сс Большого Пса, Полярная — а Малой Медведицы, Ригель — р Ориона и т. д. (см. приложения II и III). В каталогах звезд указываются координаты их местоположения на небе и звездная величина. По этим данным можно найти на небе любую звезду.
      4. Нахождение созвездий на небе. Каждый должен уметь найти на небе созвездие Большой Медведицы. Оно характерно семью яркими звездами. Если их мысленно соединить прямыми линиями, то получится рисунок ковша или кастрюли с ручкой (рис. 5). Следует иметь в виду, что в разные часы ночи и в разное время года созвездия относительно горизонта располагаются по-разному. Иногда ручка «ковша» Большой Медведицы направлена влево, иногда вверх или вниз, а когда «ковш» бывает виден над головой, кажется, что он опрокинут «вверх дном».
      По созвездию Большой Медведицы можно найти созвездие Малой Медведицы. Ее главные 7 звезд (менее яркие, чем звезды Большой Медведицы), если их мысленно соединить прямыми линиями, как показано на рисунке 5, также образуют «ковш», но меньшего размера. Самая яркая звезда в этом созвездии (в конце ручки «ковша») называется Полярной.
      Полярную звезду (а Малой Медведицы) находят так: через две крайние звезды «ковша» Большой Медведицы (от р ка Большой Медведицы) надо мысленно провести прямую линию и продолжить ее на пятикратное расстояние между этими звездами. У конца этой линии мы и увидим Полярную звезду.
      По другую сторону от Полярной звезды, если идти от Большой Медведицы, на таком же приблизительно расстоянии раскинулось созвездие Кассиопеи. Оно характерно пятью довольно яркими звездами, расположенными в форме буквы W или растянутой у основания буквы М.
      За Кассиопеей (если отправляться от Полярной звезды) находятся созвездия Андромеды и Пегаса. По одну сторону от линии, соединяющей Большую Медведицу и Кассиопею, расположены созвездия Лебедя, Лиры и Орла, а по другую сторону — созвездия Возничего, Близнецов, Тельца, Ориона, Большого Пса. Полезно уметь найти на небе созвездия, состоящие из ярких звезд, запоминая их характерное расположение. Многие созвездия показаны на рисунках 6 — 8 и на карте звездного неба в конце книги.
      5. П одвижная карта звездного неба. Следует иметь в виду, что созвездия Малой и Большой Медведиц, Кассиопеи и некоторые другие всегда находятся над горизонтом. Другие, например Орион, восходят и заходят. В разные часы суток и в разные времена года каждое созвездие занимает различные положения относительно горизонта. Для более легкого нахождения
      созвездий особенно удобна подвижная карта неба, так как она показывает расположение созвездий относительно горизонта в любой день и час года (см. приложение IX).
      Для нахождения созвездий надо постепенно переходить от одного знакомого уже созвездия к другому, еще не найденному. При этом надо запомнить, в какую сторону от знакомого созвездия находится то, которое мы ищем. Надо обращать внимание на звездную величину звезд. Звезды разной звездной величины изображены на карте кружками разного размера. Как соединять те или другие звезды линиями, показано на карте, хотя это чисто условный прием.
      Из названных выше созвездий Лира (с яркой звездой Вега), Лебедь и Орел (со звездой Альтаир) видны летом и осенью всю ночь, Волопас (с яркой звездой Арктур) — весной и летом, Возничий, Телец, Орион и Большой Пес (с яркой звездой Сириус) — зимой.
     
      § 3. СУТОЧНОЕ ВРАЩЕНИЕ ЗВЕЗДНОГО НЕБА И ВРАЩЕНИЕ ЗЕМЛИ
      Выйдя вечером на открытое место, заметим положение какой-нибудь яркой звезды вблизи горизонта на востоке. Посмотрим на эту звезду через час. Мы убедимся, что она поднялась над горизонтом и несколько сместилась вправо (рис. 9) относительно земных предметов.
      Проделав такое же наблюдение звезды и в западной части неба, мы убедимся, что звезды, подобно Солнцу и Луне, поднимаются в восточной части горизонта, достигают наивысшего положения в южной части неба и затем заходят в западной части горизонта.
      Рис. 9. Звезды в восточной половине неба перемещаются вправо и вверх.
      Рис. 10. Видимые суточные пути светил относительно горизонта в северной и южной сторонах неба.
      На следующий день они проделывают такой же путь, совершая полный оборот по небу за одни сутки, не меняя своего взаимного расположения. Звездное небо кажется вращающимся как одно целое со скоростью одного оборота в сутки.
      Присмотревшись внимательнее, мы заметим, что разные звезды описывают круги 1 различных размеров. Некоторые из них, например Пегас, Персей, Орион, Телец, за сутки описывают круги ббльшего размера, часть которых находится под горизонтом. Такие созвездия в течение суток восходят и заходят. Другие, например Большая Медведица, описывают круги небольшого размера. Весь круг их движения остается над горизонтом — это незаходящие созвездия.
      На самом деле вращается не небо, а наш земной шар. Он вращается против часовой стрелки, если смотреть на него с северного полюса. Нам, не чувствующим вращения Земли, кажется наоборот, что небо вращается в противоположную сторону — по часовой стрелке.
     
      § 4. НЕБЕСНАЯ СФЕРА И ЕЕ ЗНАЧЕНИЕ ДЛЯ ПРАКТИКИ
      1. Небесная сфера. Все небесные светила кажутся одинаково далекими от нас, хотя истинные расстояния до звезд очень различны. Для глаза это различие в расстояниях совершенно незаметно. Поэтому удобно рассматривать звезды условно как бы находящимися на внутренней поверхности шара произволь-
      1 Математически строже говорить о движении по окружности. Однако физики и астрономы чаще говорят «движение по кругу», в математике то же говорят о больших и малых кругах на поверхности шара.
      ного радиуса, в центре которого находится глаз наблюдателя. Небесной сферой называется воображаемая шаровая поверхность произвольного радиуса, на которую мы проектируем положение небесных светил.
      Понятием небесной сферы пользуются для угловых измерений на небе, для удобства рассуждений о простейших видимых небесных явлениях, а также для различных расчетов, например для вычисления времени восхода и захода светил. Таким образом, понятие о небесной сфере приносит практическую пользу.
      Рассуждая о восходе, заходе и других видимых небесных явлениях, мы считаемся лишь с направлением, по которому видны светила (например, близ горизонта, над головой и т. д.), поэтому безразлично, какой радиус выбрать для небесной сферы. Рисунок 11 показывает, что любая звезда, видимая наблюдателем по какому-либо направлению, будет видна по этому же направлению на сфере радиуса Rx или на сфере радиуса R2. Поэтому и говорят, что небесная сфера имеет произвольный радиус.
      2. Угловые измерения. Считая условно все светила расположенными на небесной сфере (вернее, проектируя их на нее), мы можем измерять только углы между направлениями, по которым эти светила видны. Этим углам на небесной сфере соответствуют дуги больших кругов (большим кругом сферы называется всякий круг, центр которого совпадает с центром сферы). Например, мы говорим, что звезды А и В (рис. 11) отстоят на небесной сфере одна от другой на 23°, если угол между направлениями С А и СВ на эти звезды равен 23°. На небесной сфере этому углу соответствует дуга AjBj, равная 23°. Звезда А может быть от нас гораздо дальше, чем звезда D, но если обе они видны почти по одному и тому же направлению, мы говорим, что на небесной сфере звезда D значительно ближе к звезде А, чем к звезде В, хотя в пространстве линейное расстояние (допустим, в километрах) отDдо А может быть гораздо больше, чем от D до В.
      Подобно этому, Солнце и Луна имеют почти одинаковый видимый угловой диаметр (около полградуса), хотя линейный диаметр Луны почти в 400 раз меньше солнечного. Зато она во столько
      Рис. 11, Проектирование светил на небесную сферу.
      же раз ближе к нам, чем Солнце, и поэтому кажется одинакового с ним углового размера. Бессмысленно сравнивать видимый угловой диаметр Луны с копейкой или с тарелкой, если не отнести последние к какому-либо расстоянию. Точно так же бессмысленны выражения вроде: «Луна поднялась на полметра над горизонтом» или «От одной звезды до другой расстояние на небе 2 ж».
      Итак, на небесной сфере можно производить только угловые измерения.
      Если, вытянув руку, расставить большой и указательный пальцы, то расстояние между концами пальцев человек увидит под углом примерно 16°. Такой «угловой четвертью» можно, правда очень грубо, измерять угловые расстояния. Полезно знать, что угловое расстояние между звездами аир Большой Медведицы равно 5°.
     
      § 5. ОСНОВНЫЕ ТОЧКИ И ЛИНИИ НЕБЕСНОЙ СФЕРЫ
      1. 3 ен ит и горизонт. Отвесная линия, проходящая через глаз наблюдателя, пересекает небесную сферу в точке зенита. Зенит есть наивысшая точка над головой наблюдателя.
      Плоскость, перпендикулярная к отвесной линии, называется горизонтальной плоскостью.
      Математическим горизонтом называется линия пересечения небесной сферы с горизонтальной плоскостью, проходящей через центр небесной сферы. Плоскость горизонта можно определить при помощи уровня. Видимый же горизонт ограничен линией, по которой, как нам кажется, небо «сходится» с Землей.
      2. Полюсы и ось мира. Присматриваясь к ночному небу, мы замечаем, что звезды в течение суток описывают тем большие круги, чем дальше от Полярной звезды они находятся.
      Полярная звезда в течение суток описывает очень небольшой кружок и всегда видна почти на одной и той же высоте над горизонтом, в северной стороне неба. На рисунке 5 показано изменение в течение суток положения Большой Медведицы относительно горизонта и неизменность положения Полярной звезды. Попробуйте сами убедиться в том, что это так.
      На рисунке 12 показано суточное вращение небесной сферы. Снимок получен так: фотоаппарат, установленный «на бесконечность», направили на Полярную звезду и хорошо укрепили. Оставив аппарат с открытым затвором в этом положении на один час, проявили снимок. На фотографической пластинке (негативе) обнаружились черные следы звезд (на позитиве — светлые). Все они имеют вид концентрических дуг. В центре их лежит центр вращения небесной сферы.
      Центр вращения южного полушария неба находится в точке, противоположной центру вращения северного небесного полушария. Но ведь в центре небесной сферы находится наш глаз. Сле-
      довательно, небесная сфера вращается как одно целое вокруг некоторой оси, проходящей через наш глаз. Ось суточного вращения небесной сферы называется осью мира.
      Точки пересечения небесной сферы с осью мира называются полюсами мира. Полярная звезда расположена вблизи северного полюса мира (на расстоянии около 1°). Южный полюс мира находится в южном полушарии небесной сферы. Вблизи него никакой яркой звезды нет.
      3. Небесный экватор.
      Плоскость, перпендикулярная к оси мира и проходящая через центр небесной сферы, называется плоскостью небесного экватора, а линия пересечения ее с небесной сферой — небесным экватором.
      Небесный экватор делит небесную сферу на два полушария — северное и южное. Мы видим, что ось мира, полюсы мира и небесный экватор аналогичны оси, полюсам и экватору Земли. Да это и естественно, так как перечисленные названия связаны с видимым вращением небесной сферы, а оно само есть следствие действительного вращения земного шара.
      4. Небесный меридиан и полуденная линия. Плоскостью небесного меридиана называется плоскость, проходящая через точку зенита, центр небесной сферы и полюс мира. Пересекаясь с небесной сферой, эта плоскость образует линию небесного меридиана. Вертикальная плоскость, проходящая через Полярную звезду и через наблюдателя, приблизительно будет плоскостью меридиана. В любом месте Земли плоскость небесного меридиана совпадает с плоскостью географического меридиана этого же места.
      Полуденной линией называется линия пересечения плоскостей меридиана и горизонта. Эта линия названа так потому, что в полдень тени от вертикальных предметов падают как раз по этому направлению. Практически полуденную линию можно проводить на Земле или на горизонтальной плоскости, отмечая в полдень направление тени от вертикального стержня.
      Рис. 12. Фотография полярной области неба, полученная неподвижным аппаратом за один час.
      5. Точки горизонта. Горизонт пересекается с небесным меридианом в точках севера N и юга S, а с небесным экватором — в точках востока Е и запада W. Если мы встанем лицом к полюсу мира (к Полярной звезде), то на горизонте прямо под ним будем иметь точку севера, за спиной — точку юга, справа — точку востока и слева — точку запада. Помня это, мы всегда сможем ориентироваться на местности.
      Чтобы яснее представить себе все, что было здесь сказано, изобразим небесную сферу на чертеже (рис. 13). На этом чертеже С — центр небесной сферы, в котором находится глаз наблюдателя, ZCZ — отвесная линия, Z — зенит, Z — надир (противоположная зениту точка небесной сферы), РР — ось мира, Р — северный полюс мира, Р — южный полюс мира, EAWQ — небесный экватор, плоскость которого перпендикулярна к оси мира, ESWN — горизонт, S — точка юга, N — точка севера, Е — точка востока и W — точка запада. Легко понять, что над горизонтом видна ровно половина небесной сферы и половина небесного экватора, а также то, что в точках Е и W (отстоящих от точек S и N на 90°) горизонт и экватор, пересекаясь, делят друг друга пополам.
      Линия NS есть полуденная линия, а большой круг NPZASP — небесный меридиан.
      Необходимо научиться чертить небесную сферу. Угол между осью мира и плоскостью горизонта на чертеже можно брать каким угодно. Как мы потом увидим, этот угол зависит от местонахождения наблюдателя на земном шаре.
      Введенные в этом параграфе определения необходимы для практических применений астрономии.
      6. Линии небесной сферы и Земля. Наблюдателю, находящемуся на Земле в какой-либо точке С (рис. 14), кажется, что звездное небо вращается вокруг оси, проходящей через него самого и параллельной оси вращения Земли. Ось вращения небесной сферы СР мы назвали осью мира и теперь видим, что она для всякого наблюдателя параллельна оси вращения Земли. Для наблюдателей, находящихся на полюсах Земли, ось вращения Земли и ocь мира совпадают.
      Ось вращения Земли и параллельная ей ось мира направлены к Полярной звезде, поскольку Полярная звезда находится от нас очень далеко и направления на нее для всех наблюдателей на Земле практически параллельны друг другу
      Плоскость небесного экватора CEAW, перпендикулярная к оси мира, параллельна плоскости земного экватора. Для наблюдателя, находящегося на экваторе Земли, эти плоскости совпадают.
      Если считать Землю шаром, то отвесная линия CZ является продолжением радиуса Земли ОС, проведенного из ее центра в точку, где находится наблюдатель. Поэтому плоскость горизонта, проходящая через центр небесной сферы (через точку С), является плоскостью, касательной к земному шару в точке С. Плоскости небесного и географического меридианов совпадают.
      Наблюдатель вращается вместе с Землей, а с ним и его небесная сфера. Поэтому горизонт в разное время суток проходит через разные части звездного неба. Разные светила будут и в зените. Небесный экватор скользит в своей плоскости, а ось мира остается параллельной самой себе. Звезды, занимая неизменное положение относительно друг друга и экватора, движутся в плоскостях, параллельных плоскости небесного экватора.
     
      § 6. КУЛЬМИНАЦИЯ СВЕТИЛ
      Определив положение меридиана, проследим за вращением звездного неба. Мы убедимся, что любое светило, вращаясь вокруг оси мира, за сутки дважды пересекает меридиан. При этом оно один раз занимает самое высокое положение — это верхняя кульминация, а другой раз самое низкое положение — это нижняя кульминация. Кульминацией называется явление прохождения светила через меридиан. У светил незаходящих видимы обе кульминации, у восходящих и заходящих — только одна, а невосходящие светила кульминируют под горизонтом и поэтому невидимы (рис. 15). Моменты кульминаций зависят от положения светил на небесной сфере и от времени года. Промежуток времени между верхней и нижней кульминациями составляет полсуток.
      Наблюдая какую-нибудь звезду каждый вечер, мы замечаем, что в данной местности она кульминирует всегда на одной и той же угловой высоте над горизонтом; на какой именно — это зависит от ее положения на небесной сфере и от географической широты местности.
      Высота же Солнца над горизонтом в момент его верхней кульминации бывает различной не только для разных местностей (например, в Ленинграде или в Одессе), но и в разное время года: зимой она меньше, летом больше. Для Луны и планет эта высота меняется более сложным образом.
     
      § 7. ПРИБЛИЖЕННАЯ ОРИЕНТИРОВКА НА МЕСТНОСТИ ПО ЗВЕЗДАМ И ПО СОЛНЦУ
      Ориентировка на Земле заключается в нахождении направлений на север, юг и т. д. Мы уже видели, что полуденная линия определяет направление юг — север и что Полярная звезда находится всегда над точкой севера, лежащей на горизонте. Поэтому, найдя Полярную звезду, мы всегда можем ориентироваться по основным точкам горизонта. В полдень положение точки юга указывает нам Солнце, так как его кульминация происходит как раз над точкой юга (рис. 16).
      На ровной поверхности укрепим вертикально (по отвесу) стержень (рис. 17). Часа за три, за четыре до полудня отметим на этой поверхности положение конца тени А стержня и от основания стержня S, как из центра, начертим окружность радиусом vIS, равным длине тени. Тень от стержня постепенно станет укорачиваться и поворачиваться. Отметим на нашей окружности точку В, в которой к вечеру конец тени снова ее коснется. Точки А и В соединим прямой линией. Прямая, соединяющая середину линии А В с основанием стержня, и даст положение полуденной линии NS.
      Теоретически положение полуденной линии можно было бы определить, отметив направление тени в тот момент, когда она будет наиболее короткой. Однако практически этот способ слишком неточен, так как вблизи полудня, когда тень самая короткая, ее длина меняется очень медленно, почти незаметно, а направление тени меняется быстро.
     
      § 8. ВИДИМОЕ ПЕРЕМЕЩЕНИЕ ПЛАНЕТ
      На фоне звездного неба Луна непрерывно смещается влево с запада на восток на 13° за сутки и за месяц делает полный круг. Сложнее происходит видимое перемещение планет. Невооруженным глазом можно видеть пять планет:
      Меркурий, Венеру, Марс, Юпитер и Сатурн.
      Они светят как очень яркие звезды. Поэтому можно обнаружить планету как «лишнюю» яркую звезду в каком-либо созвездии (рис. 1). На звездной карте планеты как светила, постоянно меняющие свое положение на небе, конечно, не помечены.
      Наблюдения показывают, что некоторую часть года каждая планета находится вблизи Солнца и тогда она тонет в его лучах. Следовательно, нельзя рассчитывать в любой вечер увидеть сразу все планеты. Мало того, может оказаться, что какая-либо планета восходит только под утро или заходит уже в самом начале вечера. Может случиться, что в данный момент ни одной планеты не будет видно.
      Наблюдая светила, люди убедились, что, если Марс, Юпитер и Сатурн бывают видимы, вообще говоря, в различные часы ночи, планеты Венера и в особенности Меркурий никогда не отходят далеко в сторону от Солнца. Меркурий и Венеру можно наблюдать только вечером на западе, вскоре после захода Солнца, либо только утром на востоке, незадолго до его восхода. При этом Меркурий даже в период своего наибольшего видимого углового удаления от Солнца бывает с трудом виден в лучах зари, близко к горизонту. Таким образом, Меркурий и Венера наблюдаются то как «утренние», то как «вечерние» звезды и никогда не бывают видны среди ночи.
      Венера светит гораздо ярче всех планет и звезд и имеет белый цвет. Юпитер по блеску слабее Венеры, но много ярче звезд 1-й величины и других планет: он желтовато-белого цвета. Марс имеет красновато-оранжевый цвет и иногда бывает почти так же ярок, как Юпитер, но чаще светит как звезда 1-й величины. Сатурн по блеску мало отличается от звезд 1-й величины и имеет желтоватый цвет.
      Очень интересно и полезно следить за перемещением планет по отношению к звездам, отмечая раза два в месяц их положение на звездной карте. Невооруженным глазом скорее всего можно заметить движение планеты Марс. Однако для всех планет лишь через несколько месяцев наблюдения выясняется главная особенность их видимых перемещений: планета перемещается то быстрее, то медленнее, то в сторону суточного вращения небесной сферы, то в противоположную сторону, и на фоне звездного неба она как бы выписывает петли.
      На рисунке 18 изображена часть звездной карты и тот петлеобразный путь, который в течение 1961 г. проделал Сатурн. На этом рисунке указано, в каких местах своего пути находился Сатурн в определенные дни года.
      Скорость движения и размер петли (в градусах) больше всего у Марса, меньше у Юпитера и еще меньше у Сатурна. Описав петлю, каждая планета смещается на фоне неба навстречу суточному вращению небесной сферы.
      Меркурий и Венера тоже описывают подобные петли (следить за движением Меркурия и Венеры мешает светлый фон зари).
     
     
      Глава 1
      РАЗВИТИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЙ О ЗЕМЛЕ И СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЕ
     
      § 9. АСТРОНОМИЯ В ДРЕВНОСТИ И РЕЛИГИОЗНЫЕ СУЕВЕРИЯ
      Когда человек не знал еще законов природы, он на каждом шагу чувствовал свою беспомощность и зависимость от окружающего мира. Он слепо преклонялся перед силами природы и небесными светилами. Обожествлялись молния, гром, ветер, Солнце, Луна. Все это порождало веру в сверхъестественные силы и поклонение им.
      Свое отражение мифы о Солнце нашли в религиях, в частности в христианской религии. Например, праздник рождества Христова, приуроченный к тому времени зимы, после которого дни начинают удлиняться, а ночи укорачиваться, является одним из древнейших пережитков — праздником рождения бога Солнца. Праздник пасхи (воскресения Христова) знаменует пробуждение природы после зимнего периода.
      Поклонение Луне сохранило свои следы в мусульманской (магометанской) религии, в которой серп Луны («полумесяц») является религиозным символом.
      На основе религиозных заблуждений, почитания небесных светил и непонимания причин общественных явлений (например, восстаний и войн) возникли фантастические представления о влиянии небесных светил на земные события. Ложное учение об этом влиянии и о возможности предсказывать события на Земле по положению небесных светил получило название астрологии. Людей, занимавшихся такими предсказаниями, называли астрологами.
      Благоприятную почву для развития астрологии создавало непонимание причины сложных петлеобразных движений планет. Вера в небожителей, будто бы управляющих всем миром, вызвала обожествление этих светил. Поэтому планеты называли именами богов, вестниками которых планеты считались. Не зная, что любые явления природы и общественные события определяются вполне закономерными, земными, естественными причинами, не зависящими ни от каких духов или божеств, люди верили астрологам. На этой основе возникла и вера в «счастливые звезды» и «несчастливые планиды» (планеты).
      Развитие правильных научных представлений постепенно ограничивало область суеверий. Однако и до сих пор некоторые вздорные предрассудки живут среди отсталых людей (гадания, вера в судьбу, приметы и т. п.).
      Чтобы держать народные массы в покорности и безнаказанно эксплуатировать трудящихся, угнетающие классы всячески насаждали и насаждают религию и различные суеверия. Они поощряют и астрологию как один из способов одурманивания неосведомленных людей сказками о неотвратимой таинственной судьбе.
      У вавилонян и египтян жрецы — служители религии — использовали науку для собственной выгоды. Жрецы хранили знания в строгой тайне, чтобы поддерживать свой авторитет и власть. Установление календарных лет, связанных с небесными явлениями, побуждало жрецов изучать эти явления. Жрецы накопили много фактических данных о небесных явлениях, но не умели правильно объяснить их. Вместо изучения природы небесных тел они развивали астрологию и при ее помощи держали в суеверном страхе не только народ, но и его правителей.
      По древневавилонской легенде, заимствованной евреями у своих поработителей — вавилонян — и попавшей в «священную» книгу — Библию, небо представляет собой твердый купол («твердь небесная»), опирающийся на края плоской Земли. Небо есть место обитания «небожителей», создавших мир. На основе таких взглядов выросло представление о глубоком различии между земным и небесным («отличается как небо от земли»), «здешним» и «потусторонним», естественным и сверхъестественным, материальным и духовным, познаваемым и будто бы непознаваемым.
      Астрономические познания древних кочевых народов возникли в результате необходимости определять время суток и находить правильное направление по небесным светилам, например в степи или в пустыне. Они знали промежуток времени между наступлением одинаковых фаз Луны.
      С переходом человека к земледелию потребность в астрономии возросла. Земледельцу необходимо было иметь календарь, чтобы заранее регулировать сельскохозяйственные работы в соответствии с временами года.
      Блуждающие светила, планеты и их видимые петлеобразные движения были известны уже древним египтянам и вавилонянам.
      После того как центр политической и культурной жизни из Вавилона и Египта переместился в древнюю Грецию, накопленные
      астрономические сведения стали достоянием греческих мыслителей. Астрономия получила у них дальнейшее развитие, так как греки, будучи отважными мореплавателями, особенно нуждались в этой науке и с успехом применяли к ней свои математические познания.
     
      § 10. ПОНЯТИЕ О ГЕОЦЕНТРИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ МИРА
      Обобщение всех достижений древнегреческой науки дал в IV в. до н. э. один из величайших ученых древнего мира — Аристотель (384 — 322 гг. до н. э.).
      По Аристотелю, каждая планета, Солнце и Луна укреплены на прозрачных твердых небесных сферах — каждое светило на своей сфере. На самой далекой из таких сфер помещены все звезды. Все эти сферы концентрически вложены одна в другую, а в центре их находится неподвижный земной шар. Небесные сферы вращаются вокруг неподвижной Земли с различными скоростями, частично увлекая одна другую, отчего, как считал Аристотель, и происходят все видимые движения небесных светил.
      Система мира с Землей в центре называется геоцентрической (геос — по-гречески — Земля).
      Высшим достижением древнегреческой астрономии явилась система мира, изложенная во II в. н. э. александрийским ученым Клавдием Птолемеем. Он также исходил из геоцентрических представлений. Для объяснения петлеобразных движений планет Птолемей предположил, что каждая планета равномерно движется по малому кругу (названному эпициклом), в то время как центр этого круга в свою очередь движется по кругу большого радиуса (деференту) вокруг Земли. Сочетание этих двух движений, происходящих в разных плоскостях, и создает при наблюдении с Земли петлеобразное движение планет то вперед, то назад (рис. 19). Представления Птолемея о движении планет были ошибочны, но позволяли заранее вычислять положение планет на небе и потому приносили практическую пользу.
      После падения государств с греческой культурой началось развитие государств Западной Европы. Однако там в начале средних веков существовало весьма примитивное хозяйство, еще мало заинтересованное в науке. Мореплавание было развито слабо. Христианская церковь запрещала изучение природы, как греховное занятие. В эту пору в Европе существовали еще более наивные и грубые представления о Вселенной, чем у египтян и греков. Даже шарообразность Земли отвергалась. Землю изображали плоским кругом или даже четырехугольником. Звезды же считались золотыми гвоздями, вбитыми в небесный свод, или лампадами, которые зажигают ангелы.
      В эпоху великих географических открытий, когда развитие торгового капитала побуждало европейцев отправляться в плавание по морям и океанам для захвата новых богатств, волей-неволей пришлось обратиться к астрономии. Начали изучать произведения древнегреческих писателей, которые средневековые арабы уберегали от гибели в пору фанатических преследований христианской церковью всего противного христианской религии. От арабов, развивавших мореплавание, а потому ценивших астрономию и занимавшихся ею, сохранились в астрономии многие названия и астрономические термины.
      Церковные власти, заинтересованные в прибылях от торговых заморских путешествий, решили допустить изучение теории Птолемея с некоторыми оговорками и дополнениями в духе религиозных учений.
     
      § 11. РЕВОЛЮЦИОННОЕ ОТКРЫТИЕ КОПЕРНИКА
      Развитие морских связей требовало все большей точности астрономических расчетов. Теория Птолемея этого не давала, хотя для согласования с повысившейся точностью наблюдений ее пришлось усложнить. Теория Птолемея стала неудобной, громоздкой для вычислений и все же недостаточно точной, вместе с тем стала казаться и малоправдоподобной.
      Установить, что Земля — планета, и тем самым открыть людям глаза на ее движение и истинное место во Вселенной сумел гениальный польский ученый Николай Коперник (1473 — 1543).
      Коперник пришел к убеждению, что Земля движется, что наблюдаемые движения небесных светил можно проще и лучше объяснить, если исходить из движения Земли.
      Став на эту точку зрения, Коперник объяснил восход и заход светил суточным вращением Земли, а видимое движение Солнца по отношению к звездам — годичным обращением Земли вокруг Солнца. Согласно Копернику, и все другие планеты движутся вокруг Солнца, а не вокруг Земли.
      Таким образом, Земля, по теории Коперника, стала одной из планет, занимая третье место от Солнца. Порядок расположе-
      ния планет от Солнца такой:
      Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер и Сатурн. Система Коперника с Солнцем в центре называется гелиоцентрической {гели-ос — по-гречески — Солнце).
      Своим учением Коперник положил начало развитию астрономии на совершенно новых основах и побудил человечество взяться за изучение природы, не обращая внимания на невежественные церковные учения. До Коперника церковные учения или учения, поддерживавшиеся церковью (например, учение Птолемея), задерживали развитие не только астрономии, но и других наук. Открытие Коперника произвело революцию Николай Коперник (1473 — 1543). в мировоззрении людей, в их понимании природы и в способах ее познания. Вот почему с тех пор и другие науки стали развиваться быстрее.
      Ф. Энгельс говорил об этом так: «Чем в религиозной области было сожжение Лютером папской буллы, тем в естествознании было великое творение Коперника, в котором он, — хотя и робко, после 36-летних колебаний и, так сказать, на смертном одре, — бросил вызов церковному суеверию. С этого времени исследование природы по существу освободилось от религии, хотя окончательное выяснение всех подробностей затянулось до настоящего времени... Но с тех пор и развитие науки пошло гигантскими шагами...»
      В то время как в Советском Союзе развивается передовая наука, в капиталистических странах в интересах религии, поддерживаемой имущими классами, нередко выдвигаются разные реакционные теории. Там до сих пор нередко пытаются опровергать сущность учения Коперника, утверждая, что безразлично — обращается ли Земля вокруг Солнца или Солнце вокруг Земли. Тем самым стремятся в замаскированной форме вернуться к антинаучным представлениям средневековья, восстановить авторитет религии в воззрениях на природу.
      Достижения естествознания шаг за шагом опровергают вымыслы религии. Человек, вооруженный наукой и техникой, подчиняет себе силы природы и изменяет ее в соответствии со своими задачами. Однако борьбу с религиозной идеологией нельзя прекращать и сейчас, так как загнивающий капитализм поддерживает всевозможные суеверия.
     
      § 12. ОТКРЫТИЯ ГАЛИЛЕЯ И БОРЬБА ЦЕРКВИ ПРОТИВ НАУКИ
      Узнав, что в Голландии изобретена зрительная труба, или телескоп, итальянский ученый Галилей (1564 — 1642) в 1609 г. сам смастерил телескоп и использовал его для наблюдений небесных светил. При помощи телескопа Галилей сделал много замечательных открытий. Правильно им истолкованные, они послужили блестящим подтверждением истинности теории Коперника.
      Прежде всего Галилей открыл существование гор на Луне. Галилео Галилей (1564 — 1642). Это подтверждало, что небесные тела похожи на Землю и что
      представления о глубоком различии между земным и небесным ошибочны.
      Затем Галилей открыл, что вокруг планеты Юпитер обращаются четыре спутника, подобно тому как Луна обращается вокруг Земли. Так была доказана ошибочность тогдашних представлений о Земле как о единственном центре движения небесных тел. Теперь уже легче было подвести людей к
      мысли: планеты обращаются вокруг Солнца, а не вокруг Земли.
      - Далее, Галилей открыл фазы Венеры, то есть установил, что она меняет свой вид, как и Луна. Из этого следовало, что Венера — шарообразное тело, которое светит отраженным солнечным светом и обращается именно вокруг Солнца, а не вокруг Земли.
      На Солнце, которое по религиозным представлениям считалось символом незапятнанной небесной чистоты, Галилей в свой телескоп увидел темные пятна. Из их видимого перемещения по диску Солнца Галилей заключил, что Солнце вращается вокруг оси. Убедившись во вращении небесного тела вокруг оси, легче было допустить вращение Земли.
      Наконец, Галилей обнаружил в телескоп, что Млечный Путь — эта светящаяся полоса на звездном небе — является скопищем множества слабых звездочек. Значит, Вселенная грандиознее, чем ее считали. После всех этих открытий нелепо выглядело допущение, что колоссальная Вселенная за одни сутки делает оборот вокруг маленькой Земли. Этими открытиями и рядом других остроумных доводов Галилей подтвердил истинность открытия Коперника.
      Пропаганде идей Коперника, противоречивших «священному писанию», в котором говорилось о неподвижности Земли, содействовал и другой пламенный копер-никанец — соотечественник и современник Галилея, писатель и философ Джордано Бруно (1548-1600). Но Бруно пошел дальше Коперника. Он утверждал, что звезды — это очень далекие от нас солнца, что Вселенная бесконечна и миров в ней — звезд и планет — бесчисленное множество и, наконец, что на других планетах, в других мирах тоже должна существовать жизнь. Это еще более противоречило «священному писанию» и под-рывалоавторитеТцеркви.Озлоблен- Джордано Бруно (1548 — 1600). ные представители церкви предали Бруно суду инквизиции, учрежденному для борьбы с «еретиками» (инакомыслящими). У Бруно потребовали отречься от своих убеждений. Джордано Бруно не согласился, и его предали мучительной казни — сожгли живым на костре в Риме в 1600 г.
      Следующей жертвой церковного гнета стал Галилей. В 1616 г. его вызвали к одному из папских кардиналов и предупредили, что папа запретил защищать и распространять учение Коперника. Но преданный науке Галилей мужественно продолжал отстаивать передовые воззрения. В 1633 г. Галилей был отдан под суд инквизиции. Престарелого ученого угрозами вынудили «раскаяться» и приговорили к пожизненному заключению, которое потом было заменено запрещением выходить из своего дома.
      Деятельность Коперника, Бруно и Галилея вызвала революцию в мировоззрении и показала антинаучность религиозного утверждения об особом месте Земли и человечества в мироздании.
      Материалистическая наука подтвердила правильность взглядов этих ученых. В России смелую борьбу против религиозных представлений о неподвижности Земли вел М. В. Ломоносов (1711 — 1765). Он заботился о распространении учения Коперника и в остроумных стихах высмеивал церковных мракобесов. Из учения Коперника Ломоносов сделал смелый вывод о том, что не только на Земле, но и на других планетах могут быть разумные существа. Он добивался невмешательства церкви в распространение научных знаний.
      Видимые петлеобразные движения планет Коперник объяснял сочетанием движения Земли с движением каждой планеты вокруг Солнца. Так как периоды обращения Земли и любой планеты неодинаковы, то бывает, что, например, Земля обгоняет планету, и тогда планета кажется смещающейся относительно звезд к западу. В другое же время движения их складываются так, что планета кажется перемещающейся к востоку. Это поясняет рисунок 20, где стрелки показывают направление обращения Земли и планеты, которая дальше от Солнца, чем Земля, и движется медленнее. Прямые линии соединяют одновременные положения Земли и планеты и указывают направление, по которому планета видна с Земли при разных ее положениях на орбите. Стрелки у видимого пути планеты показывают, как при этом меняется направление ее видимого движения.
      Коперник определил периоды обращения планет и их расстояния от Солнца по сравнению с расстоянием Збмли от Солнца.
      Взаимное расположение Земли и планет все время меняется. Например, планета, более далекая от Солнца, чем Земля, по отношению к последней может быть за Солнцем (рис. 21), а планета, более близкая, — между Землей и Солнцем или тоже за ним. В этих положениях планеты нам не видны, так как скрываются в лучах Солнца. Планету, более далекую от Солнца, чем Земля, лучше всего наблюдать, когда она видна в стороне, противоположной Солнцу. Тогда она ближе к Земле и хорошо видна в телескоп. В эту пору она кульминирует в полночь и долго видна (происходит вследствие сочетания движения планеты и наблюдателя вместе с Землей).
      в течение дня. Положение планеты, противоположное Солнцу по отношению к Земле, называется противостоянием.
      Для планеты, более близкой к Солнцу, чем Земля, угол между направлениями с Земли на нее и на Солнце меняется, не превосходя 29°для Меркурия и 48° для Венеры. При наибольшем угловом расстоянии между Солнцем и такой планетой ее удобнее всего наблюдать — она позднее заходит вечером после Солнца или раньше восходит утром перед восходом Солнца, смотря по тому, с какой стороны от Солнца мы ее видим. Как показывает рисунок 22, вид Меркурия И Венеры меняется, как У ЛуНЫ. Это зависит от того, как повернуто к нам освещенное Солнцем полушарие этих планет.
      Коперник установил, что центром движения Земли и планет является Солнце, но точно установить истинную форму орбит планет он не мог. Как все ученые и философы древности, Коперник считал, что в небесах все движения равномерны и траектории этих движений — окружности. Поэтому подлинные движения планет теория Коперника отражала едва ли точнее, чем теория Птолемея.
      Причину этого несоответствия выяснил в начале XVII в. австрийский ученый Иоганн Кеплер (1571 — 1630). Кеплер установил три закона планетных движений, которые он вывел из наблюдаемых перемещений планет по небесной сфере.
      Первый закон. Каждая планета движется по эллипсу, в одном из фокусов которого находится Солнце.
      Эллипсом называется замкнутая плоская кривая, обладающая тем свойством, что сумма расстояний каждой ее точки от двух точек, называемых фокусами, остается постоянной. На рисунке 23 О — центр эллипса, DA — большая ось, К и S — фокусы эллипса, так что KM+SM — DA равно большой оси эллипса. Чем больше расстояние между фокусами, тем более сжат эллипс при заданной величине его большой оси. Степень вытянутости эллипса характеризуется величиной его эксцентриситета. Эксцентриситетом е называется отношение расстояния 05 центра эллипса от одного из фокусов к длине большой полуоси О А, то есть е = =05 : ОА.
      Эллиптические орбиты планет мало отличаются от окружности, и их эксцентриситеты немногим больше нуля.
      Из первого закона Кеплера следует, что расстояние планет от Солнца меняется. Ближайшая точка орбиты называется перигелием, а наиболее далекая — афелием.
      Орбита Земли тоже эллиптическая. В перигелии Земля бывает в начале января, в афелии — в начале июля. Хотя, таким образом, зима в северном полушарии Земли бывает в период кратчайшего расстояния ее от Солнца, однако различие в угле падения солнечных лучей на поверхность Земли и различие в продолжительности дня летом и зимой влияют сильнее, чем небольшие изменения в расстоянии Земли от Солнца.
      Второй закон (закон площадей). Радиус-вектор планеты в равные времена описывает равные площади.
      Радиусом-вектором планеты называется отрезок прямой линии, соединяющей планету с Солнцем. Скорость планеты при ее движении меняется так, что площадь, описанная радиусом-вектором за равные промежутки времени, одна и та же, в какой бы части своей орбиты ни находилась планета. На рисунке 23 площади CSD, ESF и ASH равны, если дуги CD, EF, АН описаны планетой за равные промежутки времени. Таким образом, близ перигелия скорость планеты наибольшая, близ афелия — наименьшая.
      Третий закон. Квадраты периодов обращений планет относятся, как кубы больших полуосей их орбит.
      Если период обращения и большую полуось орбиты одной планеты обозначить соответственно 7 и аг, а другой планеты — через Т2 и а2, то третий закон Кеплера выразится формулой:
      Зная из наблюдений-периоды обращения планет, можно по этой формуле определить большие полуоси орбит планет по отношению
      к большой полуоси орбиты
      Земли, принимая полуось орбиты Земли за единицу. Заметим, что длина большой полуоси орбиты планеты равна среднему расстоянию ее от Солнца, так как полусумма расстояний планеты от Солнца в афелии и перигелии равна большой полуоси орбиты планеты; на рисун-
      Рис. 22 Изменения фазы и видимого диаметра Меркурия и Венеры в зависимости от их положения относительно Земли и Солнца.
      = 0D, где 0D — большая полуось. Так как при помощи третьего закона Кеплера все расстояния планет от Солнца можно определить, зная расстояние Земли от Солнца, то длину большой полуоси земной орбиты считают в астрономии единицей расстояний и называют ее астрономической единицей; она равна 149 500 000 км.
      Упражнение 1.
      1. Марс дальше от Солнца, чем Земля, в 1,5 раза. Чему равен «год» Марса?
      2. Период обращения Плутона 250 лет. Чему равна большая полуось его орбиты?
     
      § 14. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФОРМЫ И РАЗМЕРОВ ЗЕМЛИ
      1. Шарообразность Земли. Часто для доказательства шарообразности Земли приводят явления, которые в действительности подтверждают лишь выпуклость или искривленность ее поверхности. Таким доказательством кривизны земной поверхности является, например, то, что при приближении корабля к берегу сперва показываются из-за горизонта вершины мачт, а потом уже его корпус.
      Кругосветные путешествия подтверждают только замкнутость формы Земли, ее изолированность в пространстве, отсутствие у нее краев, где-либо смыкающихся с небом.
      Наглядными доводами в пользу шарообразности Земли можно считать такие явления:
      а) в любом месте Земли открытый горизонт представляется окружностью и дальность горизонта на уровне моря всюду одинакова;
      б) во время лунных затмений тень Земли, падающая на Луну, всегда имеет округлые очертания. Из всех тел только шар при любом положении отбрасывает круглую тень.
      Фотографии края Земли, полученные с ракет, запущенных на большую высоту, и фотографии, полученные первыми советскими космонавтами Гагариным и Титовым, показывают, что всякий край Земли представляет собой отрезок окружности. Точнее форма и размеры Земли вычисляются с помощью градусных измерений.
      2. Определение размеров Земли. Определение размеров Земли состоит в том, что по меридиану измеряют некоторую дугу — в линейных мерах и в градусах. Между двумя пунктами земного шара, находящимися на одном меридиане, определяют линейное расстояние, равное, положим, п километрам. Определяют также разность географических широт этих пунктов астрономическим способом (например, по разности высот Полярной звезды в этих пунктах). Пусть эта разность составляет т градусов.
      Тогда частное ggpj покажет, какую часть окружности представляет собой ее дуга между пунктами. На этом основании находят длину всей окружности в километрах из простого соотношения:
      Описанный способ называется градусным измерением. Зная длину земной окружности, делением ее на 2л получают длину радиуса Земли. Таким образом было установлено, что радиус Земли, если ее считать шаром, равен 6371 км, а длина окружности — почти 40 000 км.
      Большие градусные измерения были выполнены в прошлом столетии русскими учеными под руководством В. Я. Струве. В наше время большие измерения дуг на поверхности Земли выполнены в СССР.
      3. Сжатие Земли. Измерения в разных местах Земли показали, что кривизна Земли у экватора больше, чем у полюсов (рис. 24). Это означает, что Земля не шар; она немного сжата вдоль оси вращения. Полярный радиус Земли короче экваториального почти на 21 км, то есть приблизительно на ^ экваториального радиуса.
      Сжатие Земли есть результат действия центростремительной силы, возникающей при вращении Земли вокруг оси. Сжатие может быть продемонстрировано вращением тонкого стального обруча на оси школьной центробежной машины. Сжатие небесного тела вследствие его вращения является общим правилом. Например, планеты Юпитер и Сатурн, вращающиеся вокруг оси быстрее, чем Земля, сжаты еще заметнее. Вследствие сжатия фигура Земли не шар, а эллипсоид вращения. Представление о фигуре Земли значительно уточнено советскими учеными. Оказывается, что истинная фигура Земли очень сложной формы, даже если отвлечься от таких неровностей ее, как горы.
      Рис. 24. Кривизна Земли у экватора больше, чем у полюсов.
     
      § 15. ПАРАЛЛАКТИЧЕСКОЕ СМЕЩЕНИЕ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАССТОЯНИЙ ДО НЕБЕСНЫХ СВЕТИЛ
      Для определения расстояний до небесных светил используется явление параллактического смещения. Параллактическое смещение есть кажущееся угловое смещение предмета, вызванное перемещением наблюдателя.
      Поясним это примером. Если вы посмотрите одним глазом на свой палец на фоне стены, то увидите его на фоне стены в определенном направлении. Если теперь вы посмотрите на палец другим глазом, то увидите его уже в другом направлении: он будет виден на фоне стены в другом ее месте.
      Расстояние по прямой линии между теми двумя точками, из которых наблюдатель определяет направление к предмету, называется базисом. Легко убедиться на опыте, что параллактическое смещение увеличивается с увеличением базиса и с уменьшением расстояния до наблюдаемого предмета. В приведенном выше примере базисом является расстояние между глазами наблюдателя.
      Зная длину базиса и измерив углы между ним и направлениями к предмету от концов базиса, можно определить расстояние до предмета вычислением, не прибегая к измерению расстояния непосредственно. Этой возможностью широко пользуются при земляных работах или в военном деле, а в астрономии — для определения расстояния до небесных тел.
      Пусть, например, надо определить расстояние АВ до дерева А (рис. 25), находящегося на другом берегу реки. Для этой цели выберем точку С на берегу так, чтобы отрезок ВС служил базисом, длину которого можно было бы измерить удобно и точно. Затем при помощи угломерного инструмента, находясь в точке В, мы измеряем угол ABC, для чего наводим инструмент сначала на предмет, а потом на точку С (где обычно вбивают колышек).
      Затем переносим наш инструмент в точку С и точно так же измеряем угол АСВ. У нас получается треугольник, в котором известны одна сторона (длина базиса ВС) и два прилежащих к ней угла. В таком случае либо построением, либо (точнее) тригонометрически можно вычислить длину двух других сторон — ВА и С А, то есть расстояние до предмета.
      Заметим еще, что на рисунке 25 параллактическое смещение представляется углом DC А, равным углу между СА (направлением к предмету А от точки С) и CD (направлением, параллельным направлению В А к предмету из точки В).
      Параллаксом называется угол, под которым от предмета виден базис наблюдателя. На рисунке 25 параллаксом будет угол ВАС.
      Параллакс и параллактическое смещение равны. При данном расстоянии увеличение базиса увеличивает точность измерения параллакса, а следовательно, повышает точность определения этого расстояния.
      Основным способом определения расстояний до небесных светил является определение их параллаксов. Однако для тел солнечной системы и для тел, лежащих далеко за ее пределами, базис берется разным. Для тел солнечной системы, сравнительно близких к нам, например для Солнца, Луны и планет, достаточным базисом является радиус Земли.
      Горизонтальным параллаксом называется угол, под которым со светила виден радиус Земли, перпендикулярный к лучу зрения (на рис. 26 угол ASB).
      Если два наблюдателя, для одного из которых светило находится на горизонте, а для другого — в зените, одновременно наблюдают это светило, то угол между этими направлениями (то есть параллактическое смещение светила) и есть горизонтальный параллакс этого светила.
      При определении горизонтального параллакса Луны, Солнца или планет надо, чтобы два наблюдателя одновременно наблюдали светило из точек А и В (рис. 26). В действительности, однако, наблюдателям приходится располагаться иначе, и тогда вычисление параллакса из наблюдений усложняется.
      Недавно для определения расстояний до Луны и планет был применен новый способ, разработанный советскими учеными. Этот способ состоит в том, что определяется время, в течение которого радиоволна, посланная к Луне, дойдет до нее и, отразившись, вернется обратно. Результат оказывается в полном согласии с расстоянием, выводимым из астрономического определения параллакса Луны и других планет.
      Если параллакс светила измерен, то расстояние до него D находится простым вычислением.
      Из рисунка 26 видно, что D — где R — принятый базис (АС), ар — горизонтальный параллакс (Z./4SC). Приняв R радиус Земли — за единицу, мы получим расстояние до светила D, выраженное в радиусах Земли.
      Вот важнейшие параллаксы и соответствующие им расстояния: средний горизонтальный параллакс Луны 57, среднее расстояние от Земли 384 000 км (округленно 400 000 км), горизонтальный параллакс Солнца 8",80, расстояние от Земли 149 500 000 км (округленно 150 млн. км).
      Для измерения параллаксов светил, лежащих далеко за пределами солнечной системы, то есть для звезд, радиус и диаметр Земли в качестве базиса слишком малы. Для звезд за базис берут радиус земной орбиты (астрономическую единицу), но для подавляющего большинства звезд и этот базис оказывается ничтожным, так как они очень далеки от нас.
      Годичным параллаксом называется угол, под которым со светила виден средний радиус земной орбиты при условии перпендикулярности его к лучу зрения.


      KOHEЦ ФPAГMEHTA КНИГИ

 

На главнуюТексты книг БКАудиокниги БКПолит-инфоСоветские учебникиЗа страницами учебникаФото-ПитерНастрои СытинаРадиоспектаклиДетская библиотека

 

Яндекс.Метрика


Творческая студия БК-МТГК 2001-3001 гг. karlov@bk.ru