Физика для любознательных. Том 2. Наука о Земле и Вселенной. Молекулы и энергия

Звездное небо ночью являет нам извечную картину, усыпанную определенными группами звезд (созвездия), которым люди в древности давали фантастические названия. Вся звездная картина непрерывно вращается по небосводу, как если бы она была вделана в твердую раму. Одна из звезд, так называемая Полярная звезда, остается практически неподвижной, тогда как все прочие звезды вращаются вокруг нее. Понаблюдайте за звездами в течение нескольких часов и вы убедитесь в этом. Можно направить на небо фотокамеру с открытым объективом. Тогда пленка зафиксирует это движение. Ночь за ночью, год за годом звездная картина вращается без каких-либо изменений. Эти звезды называются «неподвижными»[9]. Полярная звезда указывает север в меридиональной плоскости полуденного Солнца, проходящей с севера на юг. Звездная картина вращается вокруг этой звезды с абсолютно неизменной скоростью. Это движение звезд позволяло первобытному человеку определять время, а Полярная звезда служила ему проводником, указывая точно на север[10].

Фиг. 3.Тень от столба короче всего в полдень.

Фиг. 4.Меридиан.

_{Полуденное Солнце находится на юге (или на севере). Меридиональная плоскость — вертикальная плоскость, проходящая через полуденные положения Солнца.}

Наиболее простое «объяснение» или описательная схема звездного неба состоит в следующем — это сверкающие светила, вкрапленные в большую вращающуюся полусферу, в центре которой находимся мы. Такое представление возникло много лет назад, и если бы вы смотрели на небо в течение многих ночей, то и вам наверное показалось бы, что так на самом деле оно и есть. Мудрый мыслитель сделал предположение, что в действительности существует полная сфера, лишь половину которой мы можем, однако, видеть в данный момент времени. Небесная сфера, ось вращения которой проходит через Полярную звезду, и небесный экватор, являющийся продолжением земного, неизменно вращаются вместе со звездами, совершая полный оборот в течение 24 часов. Солнце светит слишком ярко, и поэтому днем видеть звезды невозможно, мы видим лишь те звезды, которые находятся на небесной полусфере над нами ночью, когда Солнце находится на другой полусфере. Ежедневный путь Солнца по небу близок к небесному экватору, но проходит в течение года то выше, то ниже его от 23¹/₂° к северу летом до 23¹/₂° к югу зимой.

Фиг. 5.Звездная картина вращается.

Хотя звездная картина в целом остается неизменной, ее положение меняется при смене времен года — та часть звезд, которая находится в полночь прямо над нами, постепенно сдвигается к западу и ее заменяет другая; весь цикл происходит в течение года. Звезды, которые заходят через час после захода Солнца, в следующую ночь будут находиться на 1° ниже, ближе к западу, и зайдут на несколько минут раньше; через две недели они будут на одном уровне с Солнцем и зайдут одновременно с ним. Таким образом, за 24 часа небесная сфера совершает немногим более одного оборота: 360°+ около 1°. Она движется несколько быстрее Солнца, которое совершает один оборот за 24 часа. Небесная звездная сфера совершает за год один лишний полный оборот.

Фиг. 6.Фотографический снимок неба вблизи Полярной звезды.

_{Сделан с восьмичасовой экспозицией. Полярная звезда сама оставляет очень яркий след вблизи центра снимка}

Солнце и звезды

Это различие между ежедневным движением Солнца и звезд (происходящее вследствие движения Земли по ее орбите вокруг Солнца) было известно с давних времен и указывало на то, что Солнце движется под действием других причин. Солнце как божество стало центральной фигурой многих первобытных религий; за его передвижением по небу тщательно следили, ориентируясь по изменению теней, и делали отметки, выкладывая в ряд большие камни в храмах.

Вместо того чтобы говорить, что звездная картина «уходит вперед» (подобно часам, которые спешат) на 1° за день, мы принимаем движение звезд за стандарт и говорим, что Солнце отстает от этого стандарта на 1° в день. Мы можем «прикрепить» Солнце, подобно звездам, к внутренней поверхности небесной сферы; но поскольку Солнце отстает в своем движении от звезд, оно не остается в этом фиксированном месте звездной сферы, а будет медленно ползти назад, совершая за год полный оборот. Таким образом, движение Солнца мы можем представить состоящим из ежедневного движения вместе с небесной сферой и из ежегодного движения назад относительно звезд.

Фиг. 7.День и ночь в различные времена года.