Занимательная астрономия

«Радиусом-вектором» орбиты называется прямая линия, соединяющая Солнце с планетой, в нашем случае — с Землей. Так как Земля перемещается по орбите, то движется и радиус-вектор, который описывает при этом некоторую площадь; закон Кеплера устанавливает, что части площади эллипса, описываемые в равные времена, равны между собой. В точках своего пути, близких к Солнцу, Земля должна двигаться по орбите быстрее, чем в точках, удаленных от Солнца; иначе площадь, описанная коротким радиусом-вектором, не могла бы равняться площади, образованной более длинным радиусом-вектором (рис. 20).

Применяя сказанное к нашей воображаемой орбите, заключаем, что в декабре — феврале, когда Земля значительно ближе к Солнцу, она должна двигаться по своей орбите быстрее, чем в июне — августе. Другими словами, зима должна на севере промчаться скоро, лето же, напротив, должно тянуться долго, как бы вознаграждая этим за скупо изливаемую Солнцем теплоту.

Рис. 20. Иллюстрация второго закона Кеплера: если дуги АВ, CD и EF пройдены планетой в одинаковые промежутки времени, то заштрихованные площади равны

На рис. 21 дается более точное представление о продолжительности времен года при наших воображаемых условиях. Эллипс изображает форму новой земной орбиты (с эксцентриситетом 0,5). Числа 1–12 делят путь Земли на части, пробегаемые ею в равные промежутки времени; по закону Кеплера доли эллипса, на которые он рассекается начерченными в нем радиусами-векторами, равны по площади.

Рис. 21. Как двигалась бы вокруг Солнца Земля по сильно вытянутому эллипсу (расстояния между соседними точками, отмеченными цифрами, проходятся планетой за равные промежутки времени — за месяц)

В точке 1 Земля бывает 1 января, в точке 2–1 февраля, в точке 3–1 марта и т. д. Из чертежа видно, что весеннее равноденствие (А) должно наступить на подобной орбите уже в первых числах февраля, а осеннее (В) — в конце ноября. Значит, зимнее время года длилось бы в Северном полушарии лишь два с небольшим месяца — от конца ноября до начала февраля. Период же долгих дней и высокого полуденного Солнца в странах Северного полушария — от весеннего до осеннего равноденствия — охватывал бы более 9¹/₂ месяца.

В Южном полушарии Земли происходило бы как раз обратное. Низкое стояние Солнца и короткие дни совпадали бы с удалением от дневного светила и 9-кратным оскудением теплового потока, им изливаемого; высокое же стояние Солнца и длинные дни — с 9-кратным усилением солнечного излучения. Зима была бы значительно суровее, чем северная, и длилась бы гораздо дольше ее. Лето, напротив, было бы невыносимо знойное, хотя и короткое.

Отметим еще одно следствие нашего «если бы». В январе быстрое движение Земли по орбите создало бы значительные расхождения между моментами среднего и истинного полудня, — расхождение, достигающее целых часов. Жить по среднему солнечному времени, как мы живем, было бы тогда неудобно.

Мы знаем теперь, в чем может сказаться для нас эксцентрическое положение Солнца в земной орбите: в том прежде всего, что зима Северного полушария должна быть короче и мягче, а лето — длиннее, чем в Южном. Наблюдается ли это в действительности?

Безусловно. Земля в январе ближе к Солнцу, чем в июле, на 2 ∙ 1/60, т. е. на 1/30; количество получаемого от него тепла возрастает поэтому в (61/59)² раз, т. е. на 6 %. Это несколько смягчает суровость северных зим. С другой стороны, северные осень и зима вместе примерно на 8 суток короче южных; лето Северного полушария вместе с весной на столько же длиннее, чем в Южном. Большее обледенение Южного полюса объясняется, вероятно, этим обстоятельством. Вот точная продолжительность времен года в Северном и в Южном полушариях:

Таблица 2.

Северное полушарие	Продолжительность	Южное полушарие
Весна	92 суток 19 ч.	Осень
Лето	93 суток 15 ч.	Зима
Осень	89 суток 19 ч.	Весна
Зима	89 суток 0 ч.	Лето

Вы видите, что северное лето длиннее зимы на 4,6 суток, а северная весна длиннее осени на 3,0 суток.

Такое преимущество Северного полушария не будет сохраняться вечно. Большая ось земной орбиты медленно перемещается в пространстве: она переносит наиболее удаленные от Солнца и ближайшие к нему точки земного пути в другие места. Полный цикл этих движений завершается в 21 тысячу лет. Вычислено, что около 10 700 г. нашей эры указанное сейчас преимущество Северного полушария Земли перейдет к Южному.

Самый эксцентриситет земной орбиты не остается неизменным: его величина подвержена медленным вековым колебаниям почти от нуля (0,003), когда орбита Земли превращается почти в круг, до 0,077, когда она получает наибольшую растянутость и уподобляется по форме орбите Марса. В настоящее время ее эксцентриситет находится в периоде убывания; он будет уменьшаться еще 24 тысячелетия — до 0,003, затем станет увеличиваться в течение 40 тысячелетий. Разумеется, что столь медлительные изменения имеют для нас только теоретическое значение.