Николай Дорожкин - Краткая история Вселенной

Другой аргумент Аристотеля был особенно веским для людей, взоры которых привлекало звездное небо. Кто путешествовал, тот знает, что чем дальше к югу, тем больше открывается на ночном небе новых созвездий, а знакомые звездные фигуры постепенно склоняются к северу и уходят за горизонт. То же самое, только в обратном порядке, наблюдается при путешествии к северу.

Схема лунного затмения

И наконец, тоже «с неба» взял Аристотель третий довод в пользу того, что Земля имеет форму шара. Он говорил, что «в противоположном случае во время лунных затмений мы не видели бы на Луне такого четкого круглого сегмента… А поскольку лунное затмение образуется земной тенью, то и Земля должна иметь вид шара». Конечно, такое доказательство могли принять только те современники Аристотеля, которые наблюдали лунные затмения и понимали, отчего они происходят.

Если известна форма Земли, то почему бы не определить и ее размеры? Возможно, что этим занимался еще Пифагор, возвестивший античному миру о сферической форме Земли. Во всяком случае, Аристотелю уже была известна длина большой окружности, опоясывающей нашу планету, – 400 тысяч стадий, или 63 тысячи километров. Правда, эта величина в полтора раза больше действительной, но для тех времен такая ошибка допустима. Тем более, что уже вскоре земной шар был измерен гораздо точнее.

Это удалось сделать Эратосфену из Александрии, жившему в III в. до Р.Х. Александрия была тогда центром греческой науки и культуры в Египте. Этот город находится на одном меридиане с Сиеной (нынешний Асуан), отстоящей на 5000 египетских стадий (800 километров) к югу. Эратосфен обнаружил, что в Сиене в полдень самого длинного летнего дня Солнце освещает дно самых глубоких колодцев. Это значит, что солнечные лучи в этот час падают на Землю вертикально, то есть Солнце стоит в зените – высшей точке небосвода. В этот момент вертикально стоящие предметы не отбрасывают тени на поверхность Земли. А в Александрии в это же время Солнце отстоит от зенита на 7 градусов 12 минут, и на этот же угол отклоняется тень.

Эратосфен

Но если известны зенитное расстояние в градусах и дистанция (земное расстояние) между Александрией и Сиеной в стадиях, то, составив пропорцию, нетрудно подсчитать, сколько же стадий вместит полная окружность (360 градусов). Эратосфен получил величину окружности земного меридиана равной 250 тысяч стадий, или 39500 километров. А поскольку, как известно, длина окружности S = 2πR, то радиус Земли R = 6290 км. По современным данным длина окружности Земли равна 40 000 км, а радиус – 6378 км. Так что Эратосфен, живший за 2300 лет до начала космической эры, не имея точных измерительных приборов, определил размеры Земли с ошибкой чуть больше 1 процента. Это был настоящий научный подвиг!

Схема измерений размеров Земли Эратосфеном

Кстати, об измерительных приборах. Для измерения зенитного расстояния Солнца Эратосфен использовал в качестве угломерного прибора солнечные часы – скафис. Основу прибора составляла чаша в форме полусферы, в центре которой установлен заостренный стержень. На внутренней поверхности чаши нанесены деления в виде горизонтальных окружностей. Отклонение тени в полдень самого долгого дня давало величину зенитного расстояния Солнца, а время определялось по отклонениям тени от направления «север – юг».

Есть известная легенда о том, как великий английский ученый сэр Исаак Ньютон сидел в саду под яблоней и размышлял о том, почему любой предмет, куда бы его ни бросили – вверх, вниз или в сторону, все равно падает вниз, в сторону поверхности Земли. В это время спелое яблоко, упав с ветки, чувствительно стукнуло Ньютона по голове. И тогда ученого осенило: на все тела действует сила тяготения! Земля притягивает все предметы, которые находятся в пределах действия ее силы. И чем больше масса тела, тем больше сила тяготения.

Позже Ньютон доказал, что силы тяготения действуют везде во Вселенной. Но для нас, землян, важнее всего именно земное тяготение. В науке эта сила называется гравитацией – от латинского слова gravis – «тяжелый». Все тела притягиваются друг к другу тем сильнее, чем больше их массы и чем меньше расстояние между ними. А поскольку любая планета состоит из множества тел и частиц (камней, песчинок, капель жидкости, ледяных кристаллов и т. д.), все эти части стремятся устроиться поближе друг к другу. Поэтому и Земля, и планеты, и звезды стремятся принять самую экономичную геометрическую форму – сферическую, или шарообразную. Частицы газов также подчиняются закону всемирного тяготения. Поэтому атмосфера имеется только у планет с достаточно большой массой и силой тяготения.