ПРЕДИСЛОВИЕ
Мы живем, точно в сие неразгаданном На одной из удобных планет...
Так писал в 1909 году Игорь Северянин. Под неразгаданным сном он имел в виду, полагаю, отнюдь не научную необъясненность удобства нашей планеты. Но интуиция поэта вкладывает в творчество дух его времени — это дает читателю возможность извлекать из строк стихотворения иногда больше того, что сам поэт имел в виду. Наше сегодняшнее понимание физических условий на поверхности Земли с тех пор выросло так, что назвать его сном уже нельзя. Это, скорее, состояние вскоре после пробуждения — логические связи уже установились, но полной ясности сознания еще нет.
Есть, однако, круг явлений, происходящих на Земле и в Солнечной системе, где основная цепь причин и следствий достаточно ясна. В этой книге пойдет речь о взаимосвязи и единстве астрономических и климатических явлений. Эта взаимосвязь основана на механике небесных тел и на тепловом равновесии планет в целом и их внешних оболочек — атмосфер. Известный советский геофизик А. С. Монин предложил термин геономия для науки, всесторонне изучающей Землю и ее космических собратьев. Назвать эту книгу популярной геономией было бы все же неверно. Здесь не будет рассказа о магнитных полях планет, нет здесь упоминания и об электрических и оптических феноменах в атмосферах.
Мы совершим мысленное путешествие по Земле и ее космическим окрестностям. Средством для этого путешествия будет знание основных законов природы. Теория даст возможность познакомиться и с такими местами, куда не проникнут даже космические аппараты, мы побываем, например, в центре Солнца. Но не описание окружающей природы будет главным. Описания эти, конечно, есть, но лишь как нллюстра-
ция к объяснениям явлений. Автор хотел бы рассказать, почему окружающий нас мир устроен именно так, чем определяется «удобство» нашей планеты, нашего большого дома.
Начнем мы с того, что установим, где эта улица, где этот дом в пространстве и во времени — расскажем об окружающей нас части Вселенной, о движении Земли вокруг Солнца. Попутно придется ввести несколько понятий, немного выходящих за рамки школьного курса физики. Они понадобятся и для последующего изложения.
Следующая глава описывает Землю и планеты не как материальные точки, но как вращающиеся тела — твердые, но податливые действующим силам. Вращению Земли посвящена книга академика А. А. Михайлова, выходящая в этой же серии. Здесь большее внимание будет уделено не астрономическим, а физическим следствиям вращения Земли.
Третья глава целиком посвящена Солнцу — главному источнику энергии и центру притяжения Солнечной системы. В четвертой главе рассказано, как солнечное излучение и химический сопдв определяют структуру атмосферы и океана, как возникают ветчы и течения. Наконец, из последней главы вы узнаете, чем вызываются изменения климата нашей планеты. Здесь — как ни удивительно это на первый взгляд — окажется, что вариации климата на больших отрезках времени зависят, в частности, и от движения остальных планет. Так замкнется круг проблем, очерченный в книге.
ГЛАВА I
ПУТЬ ЗЕМЛИ В ПРОСТРАНСТВЕ И ВО ВРЕМЕНИ
1. Звездное небо
Посмотрите на небо ясной ночью. Множество звезд окружает нас. Вы знаете, что они удалены на расстояния, огромные по сравнению с земными масштабами. Вы вообще знаете уже совсем не мало об устройстве окружающего нас мира. Но постарайтесь ощутить это не книжным знанием, а сознанием непосредственным — почувствуйте, как малая песчинка мироздания, планета Земля, вращается и перемещается в пространстве. Не получилось? Попробуйте еще раз, прочтя эту книгу.
Это будет рассказ о Земле и о воздействии на нее окружающей части Вселенной. Поэтому прежде всего нам нужно отчетливо ориентироваться в npoстранстве. Звездное небо и является нашей первой системой отсчета, фиксирующей направления во Вселенной. Звезды разнообразны. Одни ярко мерцают, другие — едва заметны. Цвет одних — голубоватый, других — желтый, третьи имеют красноватый оттенок. И расположены звезды неравномерно: есть участки неба, где они редки, а вот через весь небосклон проходит сливающаяся звездная полоса. Мы называем ее Млечным Путем. Млечный значит молочный. И древние греки называли это почти равномерно светящееся скопление звезд так же: киклос галактикос — круг молочный.
Если смотреть на небо долго или запомнить расположение звезд и посмотреть в другой раз, то легко заметить, что положение их изменилось. Но меняется оно — как целое. Поворачивается весь окружающий нас звездный мир. Вы, конечно, знаете, что на самом деле это Земля повернулась относительно него.
Чтобы нам было проще ориентироваться среди звезд, лучше пока отвлечься от вращения Земли.
Представьте себе, что вы космонавт и наблюдаете звездный мир с орбиты спутника. Тогда за пол-оборота, меньше чем за час, вы сможете оглядеть всю Вселенную. Рассеянный свет атмосферы не будет мешать — вы увидите звезды даже вблизи Солнца. В космосе звезды не мерцают, это явление вызвано движением воздуха. А главное — не нужно заботиться ни о времени суток, ни о географической широте места, ни о времени года — взаимное расположение звезд на небесной сфере практически неизменно.
И в древнем мире люди видели почти такую же картину звездного неба: относительное перемещение звезд за несколько тысяч лет очень невелико, поэтому созвездия сохранили свои очертания. Многие созвездия получили свои имена в глубокой древности. Строго говоря, созвездия — это 88 отдельных участков, покрывающих всю небесную сферу, их границы определены Международным астрономическим союзом в 1922 — 1930 годах. Созвездия исторически связаны с группами звезд, видимых невооруженным глазом, а древние названия созвездий, по-видимому, соответствуют фигурам, которые можно получить при их мысленном соединении. Нам неизвестны рисунки древних астрономов. На рис. 1 и 2 показано соединение звезд отрезками, которое недавно предложил американский астроном Г. Рей. Глядя, однако, на созвездия Льва и Водолея, хочется верить, что Рей лишь повторил картинки древних, тех людей, что дали названия созвездиям. До нас эти названия дошли от греков, но сами греки взяли за основу деление звездного неба на созвездия из Древнего Вавилона. Интересно, что в Древнем Китае группирование звезд в созвездия было совершенно иным.
На рис. 1, кроме зодиакальных, изображены еще два созвездия: Змееносца и Кита. Змееносец находится на эклиптике; он, однако, не был включен древними в Зодиак, наверное, из-за своего страшного вида и чтобы число зодиакальных созвездии было «посчастливее». Созвездие Кита автор изобразил тому, что у Рея он получился очень симпатичный, а отчасти тоже из суеверных соображений.
Еще для ориентации нам понадобятся созвездия Северного полушария, они показаны на рис. 2. Центр этого рисунка, точка П, расположен относительно эклиптики так же, как северный полюс Земли относительно экватора, а направления к зодиакальным
Рис. 2. Схема созвездий Северного полушария. Р — направление на полюс мира, большая окружность — его траектория; П — полюс эклиптики, малая окружность — его траектория; П0 — направление момента Солнечной системы; V — направление скорости Солнечной системы в Галактике; северный полюс Галактики.
созвездиям показаны стрелками. Заметьте, что Полярная звезда не в центре рисунка, а около точки Р.
Астрономы умеют определять расстояния до звезд. Оказывается, лишь изредка звезды, расположенные рядом в созвездии, и на самом деле близки друг к другу. В большинстве случаев «соседние» звезды находятся на совсем разных от нас расстояниях и только зрительно совмещены.
Расстояния до звезд очень велики. Так, одна из ближайших к нам звезд, Вега из созвездия Лиры, находится на расстоянии 2,5-107 м, в полтора миллиона раз дальше, чем Солнце. Свет Веги доходит до нас через 26,5 лет. Именно такими большими расстояниями и объясняется тот факт, что расположение звезд в созвездиях практически неизменно. На самом деле звезды перемещаются друг относительно друга Можно измерить их сцорости. Оказывается, что характерная величина скоростей звезд составляет 100 км/с. Казалось бы, немало Оценим, однако, через какое время звезда, движущаяся с такой скоч ростью перпендикулярно направлению на звезду, ко расположенная очень близко, скажем как Вега, сместится относительно других, далеких звезд, например, на 1 градус. Это время равно
Есть, правда, звезды, перемещающиеся по небесной сфере и быстрее, чем на градус в полторы тысячи лет, но таких считанные единицы. Большинство изменяют свое положение намного медленнее — с. i расположены дальше Веги. Поэтому-то в древнем мире вид созвездий и был почти таким же, как сегодня. Заметьте, впрочем, что измениться он может не только из-за перемещения звезд, но и вследствие изменения светимости отдельных звезд. Известно, .ш-пример, что о Бетельгейзе, теперь красной звезде, з древних китайских хрониках упоминалось как о звезде желтой. А достаточно даже одной из звезд созв -дня из видимой невооруженным глазом стать незаметной, и рисунок созвездия может резко измениться. Не потому ли нам и кажутся странными древние названия некоторых созвездий? К сожалению, пока еще нет возможности уверенно рассчитать в прошлое эволюцию большого числа звезд и восстановить их светимости в древности.
Как уже говорилось, звезды расположены на небесном своде, концентрируясь около Млечного Пути. В достаточно сильный телескоп видно, что и сам Млечный Путь состоит из отдельных звезд Но они так тесно проектируются на небосвод, что невоо -женному глазу представляются сплошным светящн ся облаком. При наблюдении с Земли видно, что Млечный Путь простирается через все небо, от горизонта до горизонта. Но с точки зрения космонавта, который видит все звездное небо целиком, Млечный Путь замкнут — он является звездным поясом, окружаюшим нас. Древние греки каким-то образом догадывались об этом — ведь они единственные из всех народов назвали Млечный Путь кругом (киклос галактикос).
А мы используем слово Галактика для обозначения всей системы звезд, внутри которой расположены наше Солнце и Земля. При этом подразумеваем не круг на небесной сфере, а реальное трехмерное звездное объединение. Мы изучаем Галактику изнутри. Если же изобразить ее целиком так, как видел бы ее наблюдатель извне, то окажется, что она имеет довольно странную форму. Она имеет вид плоского круглого блина с утолщением в центре. Из центра в плоскости Галактики исходят спиральные «рукава», где плотность звезд сравнительно более высокая. Резкой границы Галактика не имеет.
В центре Галактики, в ее ядре, плотность звезд наибольшая. К сожалению, изучать ядро сложно, оно скрыто от нас межзвездным веществом, поглощающим свет. В этом месте — оно находится между созвездиями Стрельца и Скорпиона — Млечный Путь как бы раздваивается, оставляя посреди темную полосу. Из центра Галактики к нам доходит радиоизлучение и коротковолновое, рентгеновское излучение. Структуру галактического ядра удалось изучить также и в инфракрасном свете.
KOHEЦ ФPAГMEHTA КНИГИ
|
