Извечные тайны неба

Положение нулевого меридиана на протяжении веков многократно менялось. В 1493 г., сразу же после первого плавания Колумба к берегам Вест-Индии, папа римский Александр VI поделил подлунный мир между Испанией и Португалией. Граница грядущих владений двух величайших морских держав рассекала Атлантический океан от полюса до полюса. И когда спустя десятилетия выяснились контуры земель Нового Света и далекие рубежи Азии, оказалось, что в западную, «испанскую» половину земного шара попала вся Америка, за исключением лишь ее бразильского выступа, а в восточную, «португальскую» половину угодили, помимо Бразилии, целиком Африка и Азия.

Такая линия отсчета долгот просуществовала около ста пятидесяти лет. В 1634 г. при кардинале Ришелье специальная комиссия французских эрудитов предложила провести нулевой меридиан ближе к Европе, но таким образом, чтобы вся территория Европы и Африки оказалась к востоку от него. Для этой цели нулевой меридиан провели через самую западную точку Старого Света – западную оконечность самого западного из архипелага Канарских островов – остров Ферро. В 1884 г. на астрономической конференции в Вашингтоне за начальный, отсчетный меридиан для земного шара был принят тот, который проходит через ось одного из телескопов Гринвичской обсерватории. Гринвичский меридиан в качестве нулевого сохраняется и поныне.

Угол, образованный каким-либо меридианом с начальным, называют долготой. Долгота, например, меридиана Москвы – 37° к востоку от Гринвича.

Чтобы отличить друг от друга точки, лежащие на одном и том же меридиане, пришлось ввести вторую географическую координату – широту. Широтой называют угол, который проведенная в данном месте поверхности Земли отвесная линия образует с плоскостью экватора.

Термины «долгота» и «широта» дошли до нас от древних мореходов, которые описывали длину и ширину Средиземного моря. Та координата, которая соответствовала измерениям длины Средиземного моря, стала долготой, а та, которая соответствовала ширине, стала современной широтой.

Нахождение широты, как и определение направления меридиана, тесно связано с движением звезд. Уже древние астрономы доказали, что высота полюса мира над горизонтом h в точности равна широте места φ.

Высота полюса мира над горизонтом h равна широте места наблюдений ф. Эта легко доказываемая геометрическая теорема с глубокой древности легла в основу методов определения географической широты

Предположим, что Земля имеет форму правильного шара, и рассечем ее по одному из меридианов, как показано на рисунке. Пусть на Северном полюсе стоит человек, изображенный на рисунке в виде светлой фигуры. Для него направление вверх, т. е. направление отвесной линии, совпадает с осью мира. Полюс мира находится у него прямо над головой. Высота полюса мира равна здесь 90°.

Так как видимое вращение звезд вокруг оси мира является отражением реального вращения Земли, то в любой точке Земли, как мы уже знаем, направление оси мира остается параллельным направлению оси вращения Земли. Направление же отвесной линии при переходе из точки в точку меняется.

Возьмем, например, другого человека (на рисунке темная фигура). Направление оси мира у него осталось таким же, как у первого. А направление отвесной линии изменилось. Поэтому высота полюса мира над горизонтом здесь не 90°, а значительно меньше.

Из простых геометрических соображений ясно, что высота полюса мира над горизонтом (на рисунке угол h) действительно равна широте (угол φ).

Линия, соединяющая точки с одинаковыми широтами, получила название параллели.

Меридианы и параллели образуют так называемую систему географических координат. Каждая точка на земной поверхности имеет вполне определенную долготу и широту. И наоборот, если известна широта и долгота, то можно построить одну параллель и один меридиан, в пересечении которых получится одна-единственная точка.

Понимание особенностей суточного движения звезд и введение системы географических координат позволили осуществить первое определение радиуса Земли. Оно было выполнено во второй половине III в. до н. э. известным математиком и географом Эратосфеном.

Принцип определения радиуса Земли. Коэффициент ρ в формуле служит для перехода от градусной меры к радианной.

Поскольку древние ученые для определения радиуса Земли, как правило, прибегали к измерениям дуги меридиана в 1 градус, за подобными работами укрепилось общее название градусных измерений

Принцип этого определения заключается в следующем. Пусть удалось измерить разность широт двух точек, лежащих на одном меридиане (см. рис.). Тем самым нам стал известен угол Δφ с вершиной в центре Земли, который соответствует дуге меридиана L на поверхности Земли. Если теперь удастся измерить также и дугу L, то мы получим сектор с известной длиной дуги и соответствующим ей центральным углом. На рисунке этот сектор показан отдельно. Путем несложных вычислений можно получить величину радиуса этого сектора, который и является радиусом Земли.