Простые вопросы. Книга, похожая на энциклопедию

Древние греки называли первый случай коротким огнем, а второй — длинным. И их очень занимало то, как человеку удается видеть. Они даже обсуждали вопрос, не исходят ли из глаз некие невидимые щупальца, которыми обследуются предметы.

Сейчас мы знаем, что нам удается видеть благодаря рецепторам в сетчатке глаза, которые приспособлены для восприятия солнечного электромагнитного излучения в определенном диапазоне длин волн — 0,37–0,58 микрометра. Этот диапазон длин волн называется оптическим. Солнечная подсветка позволяет в отраженном свете увидеть все предметы. Казалось бы, больше и думать-то не о чем.

Но выясняется, что есть другие живые существа, которые видят плохо даже в том диапазоне, в котором видим мы. Это ночные животные. Их больше устраивает инфракрасный диапазон. Это несколько более длинные электромагнитные волны, чем у оптического диапазона. Но для этих животных картина мира такая же ясная, как и для нас. Они хорошо ориентируются, могут охотиться, обходить препятствия и т. д. Что важно, в этом случае излучение исходит от самих наблюдаемых объектов. Дело в том, что любое тело, имеющее температуру, отличную от абсолютного нуля, испускает электромагнитное излучение. И чем выше температура тела, тем более смещается к волнам с короткой длиной значение длины волны, на которой мощность излучения максимальна. Например, пока кусок железа нагрет не слишком сильно, мы чувствуем исходящее тепло, но не видим излучения. А если нагреть посильнее, то мы сначала увидим красное свечение, а потом и белое.

Но если есть животные с инфракрасным зрением, то существуют с такими рецепторами, которые реагируют на инфракрасное тепловое излучение, — почему бы не сделать прибор, предназначенный принимать инфракрасный свет и разглядывать, как излучают тепло разные предметы? И такая аппаратура уже изобретена. На этом принципе основаны военные приборы ночного видения: там все как в телевизоре. Инфракрасный датчик принимает тепловое излучение и преобразует его в электрический сигнал. Затем электрический сигнал преобразуется и поступает на телевизионный экран, формирующий оптическое изображение, которое человек и рассматривает. Вы сможете увидеть любые теплые объекты.

Существуют и такие мирные приборы — тепловизоры. Они применяются в медицинской диагностике, чтобы увидеть, какие части тела сильнее нагреты, какие слабее. А при разных нарушениях обмена карта нагрева получается разная. Это и позволяет ставить диагнозы.

Мы также можем смотреть через такой прибор на дом и видеть, где есть щели, откуда уходит тепло и хорошо ли оно удерживается крышей и окнами.

Но вернемся к тому, с чего начали. Получается, что днем нам все хорошо видно потому, что как раз в это время солнце освещает весь мир лучами, на восприятие которых рассчитаны рецепторы сетчатки наших глаз. Не могу не отметить, что смотреть на мир своими глазами гораздо приятнее, чем через тепловизор.

Почему зимой холодно?

Обычно кажется, что если от огня подальше, то и холоднее. А Земля, обогреваемая Солнцем, обращается вокруг него по практически круговой орбите — или совсем чуть-чуть вытянутой. И тем не менее бывает то холодно, то тепло. Почему?

Правильный и строгий ответ я нашел во втором томе «Физической энциклопедии» в статье «Земля»: «Вращение вокруг оси вызывает смену дня и ночи, наклон оси и обращение вокруг Солнца — смену времен года»[1].

Действительно, со школьных времен мы знаем, что Земля вращается вокруг Солнца по плоской, практически круговой орбите радиусом приблизительно 150 млн километров. Она вращается также вокруг своей оси, проходящей через Северный и Южный полюса и наклоненной по отношению к плоскости орбиты под углом чуть менее 67 градусов. Если ось вращения Земли наклонена по отношению к орбите, то получается, что угол наклона падения лучей на поверхность Земли при движении по орбите меняется. Он становится то ближе к вертикальному, то дальше. Если лучи падают косо, получается, что одно и то же излучение распределяется по большой площади. А если более прямо, этого не происходит. Поэтому просто величина солнечной радиации, попадающей на поверхность, летом больше, а зимой меньше.

Наверное, вы обращали внимание, что летом на крыше очень жарко. Это потому, что крыша имеет угол, добавляющийся к широтному углу, и поэтому в российских широтах часто крыша почти перпендикулярна направлению солнечных лучей. Именно поэтому там безумно жарко.

Таким образом, получается, что холод и тепло настигают нас только потому, что меняется угол падения солнечных лучей. Если хотите использовать такие лучи для подогрева воды на даче, вы должны ваш бачок поставить под углом, чтобы туда попадало побольше солнца. Мало того, если вы сделаете горку, на которой посадите, например, клубнику, она будет лучше вызревать. Вы и сами знаете, что на солнечном склоне ягоды всегда вкуснее.