Причини обертання землі навколо своєї осі. Земля не рухається навколо ... ✓ Розходимося

Тихо шелестіло на осінньому вітрі пожовклі аркуші "Діалогів" Галілея. Три брата сиділи на веранді будинку, задумливо схиливши голови. Було сумно. Закінчилася чотириденна "бесіда", якій без малого чотириста років, бесіда про двох найважливіших системах світу - птолемеевой і коперниковой.

Який би цікавою не була книга, їй завжди приходить кінець. Але книга не вмирає, тим більше така. Вона залишається жити в нашій пам'яті, в наших думках. І ось, щоб оживити на час втрачене почуття, задумали три брата - а були вони математиком, астрономом і лінгвістом (так ми і будемо називати їх надалі) - самим повісті бесіду або суперечка по якомусь схожим питання.

Учасників "Діалогу" було троє: Сагредо, Сальвиати і Симпличио, і братів якраз троє. Знайшлася і відповідна тема бесіди, влаштовувала кожного. А саме, раз Галілей довів, що Земля крутиться, то розумно задатися таким питанням: "Чому Земля крутиться саме проти годинникової стрілки?" На тому і порішили.

Першим, на правах старшого брата, взяв слово Математик. Він уточнив, що напрямок обертання - характеристика відносна. Якщо дивитися з Північного полюса, то Земля обертається проти годинникової стрілки, а якщо з Південного - за годинниковою стрілкою. Значить, питання не має сенсу.

- Тут ти помиляєшся, - заперечив Астроном, який є середнім братом. - Північна півкуля Землі вважається верхнім, і дивляться зазвичай з його боку. Недарма глобуси з фіксованою віссю мають верхнім саме північну півкулю. Навіть ми, астрономи, народ суворий, говоримо: "над площиною екліптики", тобто площиною орбіти Землі, коли маємо на увазі полупространство з боку північної півкулі, і - "під", коли з боку південного. Хоча моряки високими називають широти, близькі не тільки до Північного, а й до Південного полюса, а низькими - близькі до екватора. Правда, тут справа швидше в тому, що абсолютне значення широти зростає при русі в обидві сторони від екватора. Але саме поняття про високу широті виникло в північній півкулі.

- Брат Астроном прав, - підтвердив Лінгвіст, молодший брат. - І хоча дитяче твердження про те, що у Землі є верх і низ, це історичний пережиток і наслідок зародження цивілізації в північній півкулі, але так прийнято і так зручніше. Якщо ставити питання строго, то він звучить занадто громіздко: "Чому Земля, видима з боку Північного полюса, обертається проти годинникової стрілки?"

- Добре, я відповім і на таке питання, - сказав Математик, хитро посміхнувшись. - Тільки спочатку скажіть на милість, - він підкинув монетку і показав її всім, - чому випав саме орел, а не решка? Річ у тім, поява обертання по або проти годинникової стрілки, так само, як і випадання орла чи решки, суть події випадкові і рівноімовірні.

- Ну, тут ви помиляєтеся, - перебив Астроном. - У Сонячній системі обертання проти годинникової стрілки (якщо дивитися з боку Північного полюса екліптики) є переважаючим, а значить, і більш імовірним. Тому ми, астрономи, називаємо це рух прямим, хоча воно і "проти", а рух за годинниковою стрілкою - зворотним, хоча воно і "по". Та й фізики з математиками, мабуть, тому прийняли за позитивний напрямок обертання і обходу саме рух проти годинникової стрілки. Так рухається все, що тільки можливо: поверхня Сонця, планети по орбітах і навколо осі, супутники і кільця навколо планет і навколо осі, пояс астероїдів. Лише деякі небесні тіла мають зворотний рух: лежень-Уран разом з усіма своїми супутниками, нахилив вісь обертання під площину орбіти на вісім градусів; ледащо-Венера, має найдовший день тривалістю в 243 земних дня; деякі зовнішні супутники планет-гігантів та кілька комет і астероїдів. Пояснюється переважання прямого руху в Сонячній системі тим, що такий напрямок обертання мало протопланетное хмара, з якого вона виникла. Так що шанс того, що Земля стала б обертатися за годинниковою стрілкою, вкрай малий.

У відповідь на це Математик, що вмів виготовити модель з чого завгодно, витягнув з кишені квиток на автобус і запитав:

- А ти знаєш, що шанс того, що номер цього квитка міг опинитися саме "847935", був один до мільйона і, тим не менш, випав, як бачиш, саме він. А все тому, що не має сенсу шукати ймовірність події вже після того, як воно сталося. Крім того, про ймовірність має сенс говорити лише для подій, які можуть повторюватися, які можна відтворювати або спостерігати у великій кількості, а в одній події не може бути ніяких закономірностей. Саме тому, наприклад, не можна говорити про температуру або тиск газу в обсязі, що включає всього одну або кілька молекул. Крім того, ти стверджуєш, що напрямок обертання Землі обумовлено напрямком обертання протооблака, а, між тим, ти забуваєш, що воно й саме випадково. Ти міг би, наприклад, вивчити початкові умови при киданні монети і розрахувати, яким боком вона впаде. Це говорить про те, що в принципі випадання монети це не випадкова подія. Але справа тут не в тому, що результат не можна передбачити, а в тому що він непередбачуваний без знання початкових умов, які самі випадкові. Тому і обидва напрямки обертання для Землі різновірогідні. Тепер ви, сподіваюся, розумієте, що сперечатися немає сенсу, - закінчив Математик з видом переможця. - Прав я, брат Лінгвіст?

- Обидва ви по суті праві. Суперечка ж у вас йде про слова і формулюваннях. Все залежить від того, який зміст ви вкладаєте в питання. Природно, кожен шукав і знайшов вирішення питання в близькому йому значенні: математик шукає через ймовірності, астроном - через космогонію, а я зараз дам вам третю трактування. Оскільки я лінгвіст, то шукаю сенс, перш за все, в значенні слів. - Погляд його впав на годинник. - Ось хто нас розсудить. Ви, коли чуєте про обертання за годинниковою стрілкою, уявляєте собі конкретний напрям, а я бачу слово "годинник". Для мене "за годинниковою стрілкою" - це напрямок, що збігається з ходом годинникової стрілки наших годин. Питається, чому ж люди за головний напрямок вибрали саме хід годинникової стрілки, а не, скажімо, напрямок обертання гончарного круга або обертання хвилинної стрілки? І взагалі, чому люди зробили годинну стрілку, що обертається в відому нам сторону? Я думаю, що це не випадково. За напрямок руху стрілки в механічному годиннику було прийнято напрямок обертання покажчика в перші години, створених людиною, - в сонячних. Саме вони визначили не тільки вид сучасних механічних годинників і швидкість обертання їх годинникової стрілки (тільки вона стала обертатися в два рази повільніше тіні і стрілки в деяких колишніх 24-годинних циферблатах), але і взагалі вид приладів з круговою шкалою і стрілочним покажчиком. Тільки рух годинникової стрілки-тіні в сонячний годинник мало незмінним напрямком обертання і могло бути завжди відтворено - ось чому люди і взяли його за еталон. Зауважте, тінь від стовпа, як відомо, повертається за годинниковою стрілкою - в ту ж сторону, в яку відбувається видимий рух Сонця по небосхилу. Але, як було показано Галілеєм, насправді Сонце нерухомо, а видиме його рух викликаний обертанням Землі в зворотному напрямку, тобто саме проти годинникової стрілки. Таким чином, зрозуміло, що Земля може обертатися тільки проти годинникової стрілки, якщо під цим розуміти не конкретний напрям, а саме напрямок ходу годинникової стрілки-тіні в сонячних або механічному годиннику. Якби Земля оберталася в інший бік, то іншим було б і рух годинникової стрілки.

- Ну ти, брат, сильний, - захоплено промовив Математик. - Це ж неймовірно. Виходить, якби цивілізація виникла в південній півкулі, то виявила б, що і з їх боку Земля обертається проти годинникової стрілки. Адже їх сонце рухається по небу в сторону, протилежну руху нашого, а значить, і їх годинникова стрілка оберталася б протилежно.

Земля в просторі переміщається подібно юлє, яка обертається навколо себе і одновремен-но рухається по колу. Наша планета так само осу-ється два основних руху: обертається навколо своєї осі і робить рух навколо Сонця.

Земля обертається навколо осі. Ви вже бачили, як глобус-Земля обертається навколо стрижня-осі. Наша планета здійснює такий рух постійно. Але ми цього не помічаємо, оскільки разом з нею обертов-емся і ми, і всі земні тіла - рівнини, гори, річки, моря і навіть повітря, що оточує Землю. Нам здається, що Земля залишається нерухомою, а переміщаються по небосхилу Сонце, Місяць і зірки. Ми говоримо, що Сонце сходить на сході, а заходить на заході. Насправді, це Земля рухається, обертаючись із заходу на схід (проти годинникової стрілки).

Отже, обертаючись навколо осі, Земля освітлено-ється Сонцем то з одного боку, то з іншого (рис. 86). В результаті цього на планеті настає то день, то ніч. Повний оберт навколо своєї осі Земля здійснює за24 години. Цей період називають цілодобово.Рух Землі навколо осі рівномірне і не припиняється ні на мить.

Внаслідок обертання Землі навколо своєї осі про-виходить зміна дня і ночі. Повний оберт навколо осі наша планета здійснює за добу (24 год).

Рух Землі навколо Сонця. Земля рухається навколо Сонця по орбіті. Повний оберт вона робить за рік — 365 днів.

Подивіться уважно на глобус. Ви помітите, що вісь Землі не вертикально, а нахилена під кутом. Це має велике значення: нахил осі при русі Землі навколо Сонця - причина зміни пір року. Адже сонячні промені протягом року висвітлюють більше то Північна півкуля (і день там довше), то Південне.

Внаслідок нахилу земної осі під час руху нашої планети навколо Сонця на Землі відбувається зміна пір року.

Протягом року бувають дні, коли одна з півкуль, обернувшись до Сонця, висвітлюється найбільшими перепонами, а інше - найменше і навпаки. це дні сонцестояння. За час одного оберту Землі по-коло Сонця буває два сонцестояння: літній і зимовий. Двічі на рік обидві півкулі бувають освітлені однаково (тоді і тривалість дня в обох півкулях однакова). це дні рівнодення.

Розгляньте рис. 87 і простежте рух Зем-ли по орбіті. Коли Земля звернена до Сонця Се-вірним полюсом, воно більше освітлює і нагріває Північну півкулю. Дні стають довшими, ніж ночі. Настає теплу пору року - літо. 22 червнядень буде найдовшим, а ніч - корот-кою в році, це день літнього сонцестояння . В цей час Сонце менше висвітлює і нагріває Південну півкулю. Там зима. Матеріал з сайту

Через три місяці, 23 вересня, Земля займає таке положення щодо Сонця, коли сол-кінцевих промені однаково освітлюватимуть як Північ-ве, так і Південна півкулі. На всій Землі, крім полюсів, день дорівнюватиме ночі (по 12 годин). Цей день називають днем осіннього рівнодення. Ще через три місяці до Сонця буде звернено Південна півкуля. Там настане літо. При цьому у нас, в Се-вірному півкулі, буде зима. 22 грудня день бу-дет найкоротшим, а ніч - найдовшою. це день зимового сонцестояння . 21 березня знову обидві півкулі будуть освітлені однаково, день буде дорівнює ночі. це день весняного рівнодення .

Протягом року (за час повного оберту Землі навколо Сонця) по освітленості земної поверхні розрізняють дні:

• сонцестояння - зимового 22 грудня, річного 22 червня;
• рівнодення - весняного 21 березня, осіннього 23 вересня.

Протягом року півкулі Землі отримують різну кількість сонячного світла і тепла. Происхо-дит зміна пір (сезонів) року. Ці зміни ока-викликають вплив на всі живі організми на Землі.

Не знайшли те, що шукали? Скористайтеся пошуком

V \u003d (R e R p R p 2 + R e 2 tg 2 φ + R p 2 h R p 4 + R e 4 tg 2 φ) ω (\\ displaystyle v \u003d \\ left ((\\ frac (R_ (e) \\, R_ (p)) (\\ sqrt ((R_ (p)) ^ (2) + (R_ (e)) ^ (2) \\, (\\ mathrm (tg) ^ (2) \\ varphi)))) + (\\ frac ((R_ (p)) ^ (2) h) (\\ sqrt ((R_ (p)) ^ (4) + (R_ (e)) ^ (4) \\, \\ mathrm (tg) ^ (2) \\ varphi))) \\ right) \\ omega), де R e (\\ displaystyle R_ (e)) \u003d 6378,1 км - екваторіальний радіус, R p (\\ displaystyle R_ (p)) \u003d 6356,8 км - полярний радіус.

• Літак, що летить з цією швидкістю зі сходу на захід (на висоті 12 км: 936 км / год на широті Москви, 837 км / год на широті Санкт-Петербурга) в інерціальній системі відліку буде спочивати.
• Суперпозиція обертання Землі навколо осі з періодом в одні зоряні добу і навколо Сонця з періодом в один рік призводить до нерівності сонячних і зоряної доби: довжина середньої сонячної доби становить рівно 24 години, що на 3 хвилини 56 секунд довше зоряної доби.

Фізичний сенс і 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 говорять, що Земля обертається навколо уявної осі, мається на увазі, що вона робить обертовий рух щодо будь-інерціальної системи відліку, причому період цього обертання дорівнює зоряним діб - періоду повного обороту Землі (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 неінерціальної системою відліку спеціального виду - системою відліку, здійснює обертальний рух щодо інерційних систем відліку.

На відміну від інерційного руху (тобто рівномірного прямолінійного руху щодо інерційних систем відліку), для виявлення неінерціальна руху замкнутої лабораторії не обов'язково проводити спостереження над зовнішніми тілами, - такий рух виявляється за допомогою локальних експериментів (тобто експериментів, проведених всередині цієї лабораторії). У цьому сенсі слова неінерціальна рух, включаючи обертання Землі навколо осі, може бути названо абсолютним.

сили інерції

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 воно більше. Це пояснюється дією відцентрової сили. По-перше, точки земної поверхні, розташовані на більш високих широтах, ближче до осі обертання і, отже, при наближенні до полюса відстань r (\\ displaystyle r) від осі обертання зменшується, доходячи до нуля на полюсі. По-друге, зі збільшенням широти кут між вектором відцентрової сили і 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 біля екватора маятниковий годинник йде повільніше, ніж в Парижі. Ньютон незабаром пояснив це тим, що період коливань маятника обернено пропорційний квадратному кореню з прискорення вільного падіння, яке зменшується на екваторі через дії відцентрової сили.

Декомпозиція Землі. Вплив відцентрової сили призводить до сплюснутости Землі біля полюсів. Це явище, передбачене Гюйгенсом і Ньютоном в кінці XVII століття, було вперше виявлено П'єром де Мопертюї в кінці 1730-х років в результаті обробки даних двох французьких експедицій, спеціально споряджених для вирішення цієї проблеми в Перу (під керівництвом П'єра Бугера і Шарля де ла Кондамін ) і Лапландію (під керівництвом Алексіса Клеро і самого Мопертюи).

Ефекти сили Коріоліса: лабораторні експерименти

Найбільш виразно цей ефект повинен бути виражений на полюсах, де період повного повороту площині маятника дорівнює періоду обертання Землі навколо осі (зоряним діб). У загальному випадку, період обернено пропорційний синусу географічної широти, на екваторі площину коливань маятника незмінна.

гіроскоп - тіло, що обертається зі значним моментом інерції зберігає момент імпульсу, якщо немає сильних збурень. Фуко, якому набридло пояснювати, що відбувається з маятником Фуко нема на полюсі, розробив іншу демонстрацію: підвішений гіроскоп зберігав орієнтацію, а значить повільно повертався щодо спостерігача.

Відхилення снарядів при гарматної стрільби. Іншим спостережуваним проявом сили Коріоліса є відхилення траєкторій снарядів (в північній півкулі вправо, у південному - вліво), вистрілює в горизонтальному напрямку. З точки зору системи відліку, для снарядів, вистрілює уздовж меридіана, це пов'язано із залежністю лінійної швидкості обертання Землі від географічної широти: при русі від екватора до полюса снаряд зберігає горизонтальну компоненту швидкості незмінною, в той час як лінійна швидкість обертання точок земної поверхні зменшується , що призводить до зміщення снаряда від меридіана в бік обертання Землі. Якщо постріл був зроблений паралельно екватору, то зміщення снаряда від паралелі пов'язано з тим, що траєкторія снаряда лежить в одній площині з центром Землі, в той час як точки земної поверхні рухаються в площині, перпендикулярній осі обертання Землі. Цей ефект (для випадки стрілянини уздовж меридіана) був передбачений Грімальді в 40-х роках XVII ст. і вперше опублікований Річчолі в 1651 р

Відхилення вільно падаючих тіл від вертикалі. ( ) Якщо швидкість руху тіла має велику вертикальну складову, сила Коріоліса направлена \u200b\u200bна схід, що призводить до відповідного відхилення траєкторії тіла, що вільно падає (без початкової швидкості) з високої вежі. При розгляді в інерціальній системі відліку ефект пояснюється тим, що вершина башти щодо центру Землі рухається швидше, ніж підстава, завдяки чому траєкторія тіла виявляється вузької параболою і тіло злегка випереджає підставу вежі.

Ефект Етвеша. На низьких широтах сила Коріоліса при русі по земній поверхні спрямована в вертикальному напрямку і її дія призводить до збільшення або зменшення прискорення вільного падіння, в залежності від того, чи рухається тіло на захід або схід. Цей ефект названий ефектом Етвеша в честь угорського фізика Лоранда Етвеша, експериментально виявив його на початку XX століття.

Досліди, які використовують закон збереження моменту імпульсу. Деякі експерименти засновані на законі збереження моменту імпульсу: в інерціальній системі відліку величина моменту імпульсу (що дорівнює добутку моменту інерції на кутову швидкість обертання) під дією внутрішніх сил не змінюється. Якщо в деякий початковий момент часу установка нерухома відносно Землі, то швидкість її обертання щодо інерціальної системи відліку дорівнює кутової швидкості обертання Землі. Якщо змінити момент інерції системи, то повинна змінитися кутова швидкість її обертання, тобто почнеться обертання відносно Землі. У неінерціальної системи відліку, пов'язаній із Землею, обертання виникає в результаті дії сили Коріоліса. Ця ідея була запропонована французьким вченим Луї Пуансо в 1851 р

Перший такий експеримент був поставлений Хаген в 1910 р .: два вантажу на гладкій перекладині були встановлені нерухомо відносно поверхні Землі. Потім відстань між вантажами було зменшено. В результаті установка прийшла в обертання. Ще більш наочний 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 відносно Землі. Потім стрижень був приведений у вертикальне положення, що призвело до зміни моменту інерції установки приблизно в 10 4 разів і її швидкому обертанню з кутовий швидкістю, в 10 4 разів перевищує швидкість обертання Землі.

Воронка в ванні.

Оскільки сила Коріоліса дуже слабка, вона надає пренебрежимо малий вплив на напрямок закручування води при зливі в раковині або ванні, тому в загальному випадку напрямок обертання в воронці не пов'язане з обертанням Землі. Лише тільки в ретельно контрольованих експериментах можна відокремити дію сили Коріоліса від інших факторів: в північній півкулі воронка буде закручена проти годинникової стрілки, в південному - навпаки.

Ефекти сили Коріоліса: явища в навколишній природі

Оптичні експерименти

В основі ряду дослідів, що демонструють обертання Землі, використовується ефект Саньяка: якщо кільцевої інтерферометр здійснює обертальний рух, то внаслідок релятивістських ефектів у зустрічних променях з'являється різниця фаз

де A (\\ displaystyle A) - площа проекції кільця на екваторіальну площину (площину, перпендикулярну осі обертання), c (\\ displaystyle c) - швидкість світла , ω (\\ displaystyle \\ omega) - кутова швидкість обертання. Для демонстрації обертання Землі цей ефект був використаний американським фізиком Майкельсона в серії експериментів, поставлених в 1923-1925 рр. В сучасних експериментах, які використовують ефект Саньяка, обертання Землі необхідно враховувати для калібрування кільцевих інтерферометрів.

Існує ряд інших експериментальних демонстрацій добового обертання Землі.

нерівномірність обертання

Прецессия і нутація

Історія ідеї добового обертання Землі

античність

Пояснення добового обертання небосхилу обертанням Землі навколо осі вперше було запропоновано представниками піфагорейської школи, Сіракузяне Гікетом і Екфантом. Згідно з деякими реконструкціям, обертання Землі стверджував також піфагорієць Филолай з Кротона (V століття до н. Е.). Висловлювання, яке можна трактувати як вказівку на обертання Землі, міститься в Платонівському діалозі Тимей .

Однак про Гікетом і Екфантом практично нічого невідомо, і навіть саме їхнє існування іноді ставиться під сумнів. Відповідно до думки більшості вчених, Земля в системі світу Филолая відбувається не обертальний, а поступальний рух навколо Центрального вогню. В інших своїх творах Платон слід традиційній думці про нерухомість Землі. Однак до нас дійшли численні свідоцтва, що ідею обертання Землі відстоював філософ Гераклід Понтійський (IV століття до н. Е.). Ймовірно, з гіпотезою про обертання Землі навколо осі пов'язано ще одне припущення Гераклида: кожна зірка є світ, що включає землю, повітря, ефір, причому все це розташовується в нескінченному просторі. Дійсно, якщо добове обертання неба є відображенням обертання Землі, то зникає передумова вважати зірки знаходяться на одній сфері.

Приблизно через століття припущення про обертання Землі стало складовою частиною першою, запропонованої великим астрономом Аристарх Самоський (III століття до н. Е.). Аристарха підтримав вавилонянин Селевк (II століття до н. Е.), Також, як і Гераклід Понтійський, який вважав Всесвіт безкінечною. Про те, що ідея добового обертання Землі мала своїх прихильників ще в I столітті н. е., свідчать деякі висловлювання філософів Сенеки, Деркілліда, астронома Клавдія Птолемея. Переважна більшість астрономів і філософів, однак, не мало сумніву в нерухомість Землі.

Аргументи проти ідеї руху Землі є в творах Аристотеля і Птолемея. Так, в своєму трактаті Про Небо Аристотель обгрунтував нерухомість Землі тим, що на поворотній Землі кинуті вертикально вгору тіла не могли б впасти в ту точку, з якої почалося їх рух: поверхня Землі порушувався б під кинутим тілом. Інший аргумент на користь нерухомості Землі, що приводиться Аристотелем, заснований на його фізичної теорії: Земля є важким тілом, а для важких тіл властивий рух до центру світу, а не обертання навколо нього.

З твору Птолемея слід, що прихильники гіпотези обертання Землі на ці доводи відповідали, що і повітря і всі земні предмети здійснюють рух разом із Землею. По всій видимості, роль повітря в цьому міркуванні принципово важлива, оскільки мається на увазі, що саме його рух разом із Землею приховує обертання нашої планети. Птолемей на це заперечує, що

що знаходяться в повітрі тіла завжди будуть здаватися відстаючими ... А якби тіла оберталися разом з повітрям як одне ціле, то ніяке з них не здавалося б випереджаючим інше або відстаючим від нього, але залишалося б на місці, в польоті і киданні воно не здійснювало б відхилень або рухів в інше місце на кшталт тих, які ми на власні очі бачимо що вiдбуваються, і у 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 в кількох місцях свого трактату Аріабхати, Наприклад:

Точно також, як людина на рухомому вперед кораблі бачить закріплені об'єкти рухаються назад, так і спостерігач ... бачить нерухомі зірки рухаються по прямій лінії на захід.

Невідомо, чи належить ця ідея самому Аріабхати або він її запозичив у давньогрецьких астрономів.

Аріабхати підтримав тільки один астроном, Пртхудака (IX століття). Більшість індійських вчених відстоювала нерухомість Землі. Так, астроном Варахаміхіра (VI ст.) Стверджував, що на поворотній Землі летять в повітрі птахи не могли б повернутися до своїх гнізд, а камені і дерева злітали б з поверхні Землі. Видатний астроном Брахмагупта (VI ст.) Повторив також старий аргумент, що тіло, що впало з високої гори, але змогло б опуститися до її основи. При цьому він, однак, відкинув один з доводів Варахаміхіра: на його думку, навіть якщо б Земля оберталася, предмети не могли б відірватися від неї внаслідок своєї тяжкості.

ісламський Схід

Можливість обертання Землі розглядали багато вчених мусульманського Сходу. Так, відомий геометр ас-Сіджізі винайшов астролябію, принцип дії якої базується 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 було висловлено 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, яка 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 буде діяти якась додаткова сила, то результат її дії на поворотній Землі призведе до деяких ефектів, які насправді не спостерігаються.

Серед вчених XIII-XVI століть, пов'язаних з Марагінской і Самаркандської обсерваторіями, розгорнулася дискусія про можливість емпіричного обгрунтування нерухомості Землі. Так, відомий астроном Кутб ад-Дін аш-Ширазі (XIII-XIV ст.) Вважав, що нерухомість Землі може бути посвідчена експериментом. З іншого боку, засновник Марагінской обсерваторії Насир ад-Дін ат-Тусі вважав, що якби Земля оберталася, то це обертання поділяв би шар повітря, що прилягає до її поверхні, і всі рухи поблизу поверхні Землі відбувалися б точно також, як якщо б Земля була нерухомою. Він це доводив за допомогою спостережень комет: відповідно до Аристотеля, комети є метеорологічним явищем в верхніх шарах атмосфери; тим не менш, астрономічні спостереження показують, що комети беруть участь в добовому обертанні небесної сфери. Отже, верхні шари повітря захоплюються обертанням небосхилу, тому і нижні шари також можуть захоплюватися обертанням Землі. Таким чином, експеримент не може дати відповідь на питання про те, чи обертається Земля. Однак він залишався прихильником нерухомість Землі, оскільки це відповідало філософії Аристотеля.

Більшість ісламських вчених більш пізнього часу (аль-Урді, аль-Казвін, ан-Найсабурі, ал-Джурджані, ал-Бірджанд і інші) були згодні з ат-Тусі, що всі фізичні явища на обертається і нерухомою Землею виникали б однаково. Однак роль повітря при цьому вже не вважалася принциповою: не тільки повітря, а й всі предмети переносяться обертається Землею. Отже, для обгрунтування нерухомості Землі необхідно залучати вчення Аристотеля.

Особливу позицію в цих суперечках зайняв третій директор Самаркандської обсерваторії Алауддін Алі аль-Кушчі (XV ст.), Що відкидав філософію Аристотеля і вважав обертання Землі фізично можливим. У XVII столітті до аналогічного висновку дійшов іранський теолог і вчений-енциклопедист Баха ад-Дін аль-Амілі. На його думку, астрономи і філософи не надали достатніх доказів, що спростовують обертання Землі.

латинський Захід

Докладне обговорення можливості руху Землі широко міститься в творах паризьких схоластів Жана Буридана, Альберта Саксонського, і Миколи Орема (друга половина XIV ст.). Найважливішим аргументом на користь обертання Землі, а не неба, наведеними в їх роботах, є трохи Землі в порівнянні із Всесвітом, що робить приписування добового обертання небосхилу Всесвіту надзвичайно протиприродним.

Однак всі ці вчені в кінцевому підсумку відкинули обертання Землі, хоча і на різних підставах. Так, Альберт Саксонський вважав, що ця гіпотеза не здатна пояснити спостережувані астрономічні явища. З цим справедливо не погодилися Буридан і Орем, на думку яких небесні явища повинні відбуватися однаково незалежно від того, що здійснює обертання, Земля або Космос. Буридан зміг знайти тільки один суттєвий аргумент проти обертання Землі: стріли, пускаємо вертикально вгору, падають вниз по прямовисній лінії, хоча при обертанні Землі вони, на його думку, повинні були б відставати від руху Землі і падати на захід від точки пострілу.

Але навіть і цей аргумент був відкинутий Орема. Якщо Земля обертається, то стріла летить вертикально вгору і одночасно з цим рухається на схід, будучи захоплена повітрям, що обертається разом з Землею. Таким чином, стріла повинна впасти на те саме місце, звідки вона була випущена. Хоча тут знову згадується про захоплюючого ролі повітря, в дійсності він не грає особливої \u200b\u200bролі. Про це говорить наступна аналогія:

Подібним чином, якби повітря було закрито в рухомому судні, то людині, оточеному цим повітрям, здалося б, що повітря не рухається ... Якби людина перебувала в кораблі, що рухається з великою швидкістю на схід, не знаючи про цей рух, і якщо б він витягнув руку по прямій лінії вздовж щогли корабля, йому б здалося, що його рука робить прямолінійний рух; точно так же, 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 мати місце всі види руху: поздовжнє, поперечне, вниз, вгору, в усіх напрямках - і вони здаються такими самими, як тоді, коли корабель перебуває нерухомим.

Далі Орем призводить формулювання, предвосхищающую принцип відносності:

Я роблю висновок, отже, що за допомогою якого б то не було 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 до сих пір все підтримують і я вірю, що вони [Небеса], а не Земля рухається, бо «Бог створив коло Землі, який не захитається», незважаючи на всі протилежні аргументи.

Про можливості добового обертання Землі згадували і середньовічні європейські вчені і філософи більш пізнього часу, проте ніяких нових аргументів, які не містилися у Буридана і Орема, додано не було.

Таким чином, практично ніхто з середньовічних вчених так і не прийняв гіпотезу про обертання Землі. Однак в ході її обговорення вченими Сходу і Заходу було висловлено безліч глибоких думок, які потім будуть повторені вченими Нового часу.

Епоха Відродження і Новий час

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 Кальканьіні «Про те, що небо нерухомо, а Земля обертається, або про вічний рух Землі» (написаний близько 1525 р видано в 1544 р). Він не справив великого враження на сучасників, оскільки на той час вже був опублікований фундаментальну працю польського астронома Миколи Коперника «Про обертання небесних сфер» (1543 г.), де гіпотеза добового обертання Землі у нього стала частиною геліоцентричної системи світу, як у Аристарха Самоський . Свої думки Коперник раніше виклав в невеликому рукописному творі малий Коментар (Не раніше 1515 г.). Два роки раніше основного праці Коперника вийшло твір німецького астронома Георга Йоахіма Ретика перше оповідання (1541 г.), де популярно викладена теорія Коперника.

У XVI столітті Коперника повністю підтримали астрономи Томас Діггес, Ретик, Крістоф Ротман, Міхаель Мёстлін, фізики Джамбатіста Бенедетті, Симон Стевін, філософ Джордано Бруно, богослов Дієго де Цуніга. Деякі вчені брали 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 і Франческо Патриція. Не зовсім зрозуміла точка зору видатного фізика Вільяма Гільберта, який підтримав осьове обертання Землі, але не висловлювався з приводу її поступального руху. На початку XVII століття геліоцентрична система світу (включаючи обертання Землі навколо осі) отримала значну підтримку з боку Галілео Галілея і Йоганна Кеплера. Найбільш впливовими противниками ідеї руху Землі в XVI - початку XVII століття були астрономи Тихо Браге і Христофор Клавіус.

Гіпотеза про обертання Землі і становлення класичної механіки

По суті, в XVI-XVII ст. єдиним аргументом на користь осьового обертання Землі було те, що в цьому випадку відпадає потреба в приписуванні зоряної сфері величезних швидкостей обертання, адже ще в античності вже було надійно встановлено, що розмір Всесвіту значно перевищує розмір Землі (цей аргумент містився ще у Буридана і Орема) .

Проти цієї гіпотези висловлювалися міркування, засновані на динамічних кончини того часу. Перш за все, це вертикальність траєкторій падаючих тіл. З'явилися і інші доводи, наприклад, рівна дальність стрільби в східному і західному напрямках. Відповідаючи на питання про ненаблюдаемости ефектів добового обертання в земних експериментах, Коперник писав:

Обертається не тільки Земля з з'єднаної з нею водною стихією, але також і чимала частина повітря і все, що якимось чином споріднене з Землею, або вже найближчий до Землі повітря просочене земної та водної матерією, слід тим же самим законам природи, що і земля, або має придбане рух, яке повідомляється йому прилеглої Землею в постійному обертанні і без будь-якого опору

Таким чином, головну роль в ненаблюдаемости обертання Землі грає захоплення повітря її обертанням. Такої ж думки дотримувалися і більшість коперніканців в XVI столітті.

Прихильниками нескінченність Всесвіту в XVI столітті були також Томас Діггес, Джордано Бруно, Франческо Патриція - всі вони підтримували гіпотезу про обертання 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 нескінченність Всесвіту. З іншого боку, Йоганн Кеплер заперечував нескінченність Всесвіту, хоча і був прихильником обертання Землі.

Релігійний контекст суперечок про обертання Землі

Ряд заперечень проти обертання Землі був пов'язаний з 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 місця свого, де воно сходить.

В даному випадку під удар потрапляло осьове обертання Землі, оскільки рух Сонця зі сходу на захід є частиною добового обертання небосхилу. Часто в цьому зв'язку цитувався уривок з книги Ісуса Навина:

Тоді Ісус говорив Господеві того дня, в який Господь дав Аморрея в руки Ізраїля, що побив їх в Гів'оні, і вони побиті були перед лицем синів Ізраїлевих, і сказав на очах Ізраїля: Стань, сонце, над Гаваоном, і місяць, над долиною Авалонскою !

Оскільки команда зупинитися була дана Сонця, а не Землі, звідси робився висновок, що добовий рух здійснює саме Сонце. Інші уривки наводилися на підтримку нерухомість Землі, наприклад:

Ти поставив землю на твердих основах: не захитається вона на віки віків!.

Ці уривки вважалися такими, що суперечать як думку про обертанні Землі навколо осі, так і зверненням навколо Сонця.

Прихильники обертання Землі (зокрема, Джордано Бруно, Йоганн Кеплер і особливо Галілео Галілей) проводили захист за кількома напрямками. По-перше, вони вказували, що Біблія написана мовою, зрозумілою простим людям, і якби її автори давали чіткі з наукової точки зору формулювання, вона не змогла б виконувати свою основну, релігійну місію. Так, Бруно писав:

У багатьох випадках нерозумно і недоцільно наводити багато міркувань швидше відповідно до істиною, ніж відповідно даним випадком і зручності. Наприклад, якби замість слів: «Сонце народжується і піднімається, перевалює через опівдні і схиляється до Аквілон» - мудрець сказав: «Земля йде по колу на схід і, залишаючи сонце, яке закочується, схиляється до двох тропіків, від Рака до Півдня, від Козерога до Аквілон », - то слухачі стали б роздумувати:« Як? Він каже, що Земля рухається? Що це за новини? » Врешті-решт вони його вважали б за дурня, і він дійсно був би дурнем.

Такого роду відповіді давалися в основному на заперечення, що стосувалися добового руху Сонця. По-друге, зазначалося, що деякі уривки Біблії повинні бути трактовані алегорично (див. Статтю Біблійний аллегорізм). Так, Галілей зазначав, що якщо Св. Писання цілком розуміти буквально, то виявиться, що у Бога є руки, він схильний до емоціям типу гніву і т. П. В цілому, головною думкою захисників вчення про рух Землі було те, що наука і релігія мають різні цілі: наука розглядає явища матеріального світу, керуючись аргументами розуму, метою релігії є моральне вдосконалення людини, його порятунок. Галілей в зв'язку з цим цитував кардинала Барон, що Біблія вчить тому, як зійти на небеса, а не тому, як влаштовані небеса.

Ці доводи були полічені католицькою церквою непереконливими, і 1616 р вчення про обертання Землі було заборонено, а в 1631 Галілей був засуджений судом інквізиції за його захист. Однак за межами Італії ця заборона не зробив істотного впливу на розвиток науки і сприяв головним чином падіння авторитету самої католицької церкви.

Необхідно додати, що релігійні доводи проти руху Землі приводили не тільки церковні діячі, а й вчені (наприклад, Тихо Браге). З іншого боку, католицький чернець Паоло Фоскаріні написав невеликий твір «Лист про поглядах піфагорійців і Коперника на рухливість Землі і нерухомість Сонця і про нову піфагорейської системі світобудови» (1615 г.), де висловлював міркування, близькі до галілеївсько, а іспанська богослов Дієго де Цуніга навіть використовував теорію Коперника для тлумачення деяких місць Священного Писання (хоча згодом він змінив свою думку). Таким чином, конфлікт між богослов'ям і вченням про рух Землі був не стільки конфліктом між наукою і релігією як такими, скільки конфліктом між старими (до початку XVII століття вже застарілими) і новими методологічними принципами, покладаються в основу науки.

Значення гіпотези про обертання Землі для розвитку науки

Осмислення наукових проблем, що піднімаються теорією обертається Землі, сприяло відкриттю законів класичної механіки і створення нової космології, в основі якої лежить уявлення про безмежність Всесвіту. Питання, що обговорювалися в ході цього процесу протиріччя між цією теорією і буквалістськи прочитанням Біблії сприяли розмежуванню природознавства і релігії.

Як і інші планети Сонячної системи, здійснює 2 основних руху: навколо власної осі і навколо Сонця. З найдавніших часів саме на цих двох регулярних рухах грунтувалися розрахунки часу і здатність складати календарі.

Добу - це час обертання навколо власної осі. Рік - обертання навколо Сонця. Розподіл на місяці також знаходиться в прямому зв'язку з астрономічними феноменами - їх тривалість пов'язана з фазами Місяця.

Земля обертається навколо власної осі

Наша планета обертається навколо власної осі з заходу на схід, тобто проти годинникової стрілки (якщо дивитися з боку Північного полюса.) Вісь - це віртуальна пряма лінія, яка перетинає земну кулю в районі Північного і Південного полюсів, тобто полюса мають фіксоване положення і не беруть участь в обертальному русі, в той час як всі інші точки розташування на земній поверхні обертаються, причому швидкість обертання ідентична і залежить від їх положення по відношенню до екватора - чим ближче до екватора, тим швидкість обертання вище.

Наприклад, в районі Італії швидкість обертання становить приблизно 1200 км \\ год. Наслідками обертання Землі навколо своєї осі є зміна дня і ночі і видимий рух небесної сфери.

Дійсно, створюється враження, що зірки та інші небесні тіла нічного неба рухаються в протилежному нашому з планетою руху напрямку (тобто зі сходу на захід).

Здається, що зірки знаходяться навколо Полярної зірки, яка розташована на уявній лінії - продовження земної осі в північному напрямку. Рух зірок не є доказом того, що Земля обертається навколо своєї осі, адже це рух могло б бути наслідком обертання небесної сфери, якщо вважати, що планета займає фіксоване, нерухоме положення в просторі.

маятник Фуко

Незаперечний доказ того, що Земля обертається навколо власної осі, було представлено в 1851 р Фуко, який провів відомий експеримент з маятником.

Уявімо, що, перебуваючи на Північному полюсі, ми привели в коливальний рух маятник. Силою ззовні, діючої на маятник, є гравітація, при цьому вона не впливає на зміну напрямку коливань. Якщо підготувати віртуальний маятник, який залишає сліди на поверхні, ми зможемо переконається, що через деякий час сліди перемістяться в напрямку годинникової стрілки.

Це обертання може бути пов'язано з двома факторами: або з обертанням площини, на якій здійснює коливальні рухи маятник, або з обертанням всій поверхні.

Першу гіпотезу можна відкинути, беручи до уваги, що на маятнику немає сил, здатних змінити площину коливання. Звідси випливає, що обертається саме Земля, причому вона здійснює рухи навколо власної осі. Цей експеримент був проведений в Парижі Фуко, він використовував величезний маятник у вигляді сфери з бронзи вагою близько 30 кг, підвішений до 67-метровому тросу. На поверхні підлоги Пантеону була зафіксована відправна точка коливальних рухів.

Отже, обертається саме Земля, а не небесна сфера. Люди, що ведуть з нашої планети спостереження за небом, фіксують рух і Сонця, і планет, тобто у Всесвіті рухаються всі об'єкти.

Критерій часу - добу

Добу - це відрізок часу, за який Земля робить повний оборот навколо своєї осі. Існує два визначення поняття "доба". "Сонячний добу" - це проміжок часу обертання Землі, при якому за відправну точку береться. Інше поняття - "сидеричні добу" - має на увазі іншу відправну точку - будь-яку зірку. Тривалість двох видів доби неідентичних. Довгота сидеричних доби становить 23 год 56 хв 4 с, довгота ж сонячної доби дорівнює 24 годинам.

Різна тривалість пов'язана з тим, що Земля, обертаючись навколо власної осі, робить і орбітальне обертання навколо Сонця.

В принципі, тривалість сонячної доби (хоча і приймається за 24 години) - величина непостійна. Це пов'язано з тим, що рух Землі по орбіті відбувається зі змінною швидкістю. Коли Земля знаходиться ближче до Сонця, швидкість її руху по орбіті вище, в міру віддалення від світила швидкість знижується. У зв'язку з цим введено таке поняття, як "середня сонячна доба", саме їх тривалість 24 години.

Звернення навколо Сонця зі швидкістю 107 000 км / год

Швидкість обертання Землі навколо Сонця - друга основна рух нашої планети. Земля рухається по еліптичній орбіті, тобто орбіта має форму еліпса. Коли знаходиться в безпосередній близькості від Землі і потрапляє в її тінь, трапляються затемнення. Середня відстань між Землею і Сонцем становить приблизно 150 мільйонів кілометрів. В астрономії використовується одиниця вимірювання відстаней всередині Сонячної системи; її називають "астрономічна одиниця" (а.о.).

Швидкість з якою Земля рухається по орбіті, дорівнює приблизно 107 000 км / ч.
Кут, утворений земною віссю і площиною еліпса, становить приблизно 66 ° 33 ', це величина постійна.

Якщо спостерігати за Сонцем з Землі, складається враження, що саме воно рухається по небосхилу протягом року, проходячи через зірки і, складові Зодіак. Насправді Сонце також проходить і через сузір'я Змієносця, але воно не відноситься до зодіакального кола.

Людині треба було безліч тисячоліть на розуміння того, що Земля не є центром Всесвіту і перебуває в постійному русі.


Фраза Галілео Галілея «І все-таки вона крутиться!» назавжди увійшла в історію і стала своєрідним символом тієї епохи, коли вчені з різних країн намагалися спростувати теорію про геоцентричної системі світу.

Хоча обертання Землі було доведено близько п'яти століть тому, точні причини, які спонукають її рухатися, невідомі досі.

Чому Земля крутиться навколо осі?

У Середньовіччі люди вважали, що Земля нерухома, а Сонце й інші планети обертаються навколо неї. Тільки в XVI столітті астрономам вдалося довести зворотне. Незважаючи на те що багато хто пов'язує це відкриття з Галлілеем, насправді воно належить іншому вченому - Миколі Копернику.

Саме він в 1543 році написав трактат «Про обертання небесних сфер», де висунув теорію про рух Землі. Довгий час ця ідея не отримувала підтримки ні з боку його колег, ні з боку церкви, але в підсумку зробила величезний вплив на наукову революцію в Європі і стала основоположною в подальшому розвитку астрономії.


Після того як теорія про обертання Землі була доведена, вчені почали шукати причини цього явища. Протягом останніх століть було висунуто безліч гіпотез, але навіть сьогодні точно відповісти на це питання не може жоден астроном.

В даний час існує три основні версії, які мають право на життя - теорії про інертному обертанні, магнітних полях і впливі на планету сонячного випромінювання.

Теорія про інертному обертанні

Деякі вчені схильні вважати, що колись (ще за часів своєї появи і формування) Земля розкрутилася, а зараз обертається по інерції. Утворившись з космічного пилу, вона стала притягувати до себе інші тіла, які надавали їй додатковий імпульс. Це припущення відноситься і до інших планет Сонячної системи.

У теорії є чимало противників, оскільки вона не може пояснити, чому в різний час швидкість руху Землі то збільшується, то зменшується. Незрозумілий також той факт, з якої причини деякі планети Сонячної системи обертаються в іншу сторону, як наприклад Венера.

Теорія про магнітних полях

Якщо спробувати поєднати між собою два магніти з однаково зарядженим полюсом, вони почнуть відштовхуватися один від одного. Теорія про магнітних полях передбачає, що полюса Землі теж заряджені однаково і як би відштовхуються одна від одної, що змушує планету обертатися.


Що цікаво, недавно вчені зробили відкриття, згідно з яким магнітне поле Землі штовхає її внутрішньо ядро \u200b\u200bіз заходу на схід і змушує його обертатися швидше, чим інша планета.

Гіпотеза про вплив Сонця

Найбільш імовірною прийнято вважати теорію про випромінювання Сонця. Добре відомо, що воно прогріває поверхневі оболонки Землі (повітря, моря, океани), але при цьому нагрів відбувається нерівномірно, в результаті чого утворюються морські і повітряні течії.

Саме вони при взаємодії з твердою оболонкою планети змушують її обертатися. Свого роду турбінами, що визначають швидкість і напрямок руху, виступають континенти. Якщо вони недостатньо монолітні, починається їх дрейф, що впливає на зростання або зниження швидкості.

Чому Земля рухається навколо Сонця?

Причиною звернення Землі навколо Сонця називають інерцію. Відповідно до теорії про освіту нашої зірки, близько 4,57 млрд. Років тому в космосі з'явилася велика кількість пилу, яка поступово перетворилося в диск, а потім - в Сонце.

Зовнішні частинки цієї пилу стали з'єднуватися між собою, утворюючи планети. Вже тоді вони за інерцією почали обертатися навколо зірки і продовжують рухатися по тій же траєкторії і сьогодні.


Відповідно до закону Ньютона, всі космічні тіла пересуваються по прямій, тобто насправді планети Сонячної системи, включаючи Землю, повинні були давно полетіти у відкритий космос. Але цього не відбувається.

Причина полягає в тому, що Сонце має велику масу і, відповідно, величезну силу тяжіння. Земля під час руху весь час намагається кинутися від нього по прямій лінії, але гравітаційні сили притягують її назад, тому планета утримується на орбіті і крутиться навколо Сонця.