Чтение онлайн

Важность географической широты

Кривизна земной поверхности не только ограничивает наш обзор — из-за нее различаются даже предстающие перед нами картины дневного и ночного неба. В зависимости от того, к северу или к югу от экватора окажется наша географическая широта, мы увидим разные небесные половины. Вот почему на севере можно и невооруженным глазом, и в бинокль любоваться Плеядами и Гиадами в созвездии Тельца, Двойным скоплением в созвездии Персея и туманностью Андромеды в одноименном созвездии, — но не получится восхититься столь же прекрасными видами Южного Креста, туманности Киля и Магеллановых Облаков. Те храбрецы, которые отважатся отправиться на Северный полюс, увидят прямо у себя над головой созвездие Малой Медведицы и Полярную звезду. Все остальные звезды — до небесного экватора — будут каждые 23,93 часа обращаться вокруг Полярной звезды против часовой стрелки (рис. 2.2), а светила с южной небесной широтой неизменно останутся невидимыми.

Рис. 2.2.Сверху вниз. Ночной вид звездных следов на Северном полюсе при взгляде в зенит, в сравнении со снимком с экватора (вид на север) и аналогичным видом с экватора, если смотреть на запад или на восток. На Северном полюсе все звезды, расположенные к северу от небесного экватора, видны непрерывно — они никогда не восходят и не заходят. На экваторе полюсы мира видны на горизонте и нет постоянно видимых околополюсных звезд; вместо этого наблюдатель видит, что все звезды восходят над горизонтом и заходят за него. (На основе материалов из нескольких источников.)

В северной зоне умеренных широт Полярная звезда все еще видна строго на севере, но уже не в зените. Измерив ее высоту над горизонтом, легко определить широту, на которой вы находитесь, — кстати, вспомните об этом, если вдруг когда-нибудь заблудитесь без GPS. В зависимости от широты вы увидите, что некоторые созвездия и их звезды всегда остаются околополярными и не заходят за горизонт, а вот другие звездные группы, с более низкой небесной широтой, как раз будут за ним скрываться. Особенно ярко это проявляется у созвездий, расположенных вдоль небесного экватора; прекрасный пример — Орион. С ноября по март его можно увидеть ночью: он восходит над горизонтом на востоке, поднимается на южное небо (в Северном полушарии) и опускается за горизонт точно на западе.

А на экваторе видно, как почти все звезды поднимаются над восточным горизонтом, описывают дугу по небу по параллельным траекториям и уходят за западный горизонт. Здесь Полярная звезда, расположенная у самой границы северного горизонта, была бы едва заметна, а Орион в своей наивысшей точке находился бы прямо у нас над головой. В Южном полушарии все почти так же, только наоборот: скажем, в Антарктике видна вся южная половина неба, а северная скрыта. И хотя сейчас нет «полярной» звезды, обозначающей Южный полюс мира, мы могли бы увидеть,

что все небесные звезды движутся вокруг него по часовой стрелке. В южной зоне умеренных широт этот «звездный пояс» сместился бы из зенита к южному горизонту, а Орион в своей наивысшей точке выглядел бы «перевернутым» к северу.

ОТКУДА НАМ ИЗВЕСТНО О ВРАЩЕНИИ ЗЕМЛИ?

Вид Солнца, Луны, планет и звезд, день ото дня идущих по небу с востока на запад, привычен многим из нас. Если спросить, почему это происходит, то хотя бы кто-то вспомнит о вращении Земли вокруг ее оси. Но если мы спросим, откуда известно, что вращается именно Земля, а не Солнце, Луна, планеты и звезды, то, возможно, собеседникам будет непросто найти аргументированный ответ. И это неудивительно, ведь доказать вращение Земли не так-то просто. Более того, до Галилея большинство ученых противились самой мысли о подобном, полагая, что если бы Земля вращалась, то все, не закрепленное на ней, улетело бы прочь. Вот несколько неоспоримых доказательств, подтверждающих гипотезу о вращении Земли, и один популярный отвлекающий маневр:

• Вид Земли с Луны. Астронавты, впервые высадившись на Луну 20 июля 1969 года, вскоре сделали снимки Земли, ясно подтвердившие ее вращение, совершаемое час за часом. На протяжении веков мы не располагали подобными изображениями, снятыми с другой планеты.

• Маятник Фуко. В 1851 году французский физик Жан Бернар Леон Фуко изобрел маятник, впоследствии названный по имени создателя. Он представляет собой груз, подвешенный на тонкой и очень длинной нити. Запущенный маятник совершает колебания и дает нам инерциальную систему отсчета, независимую от движущейся Земли. (По такому же принципу работают и гироскопы.) Земля под маятником вращается, и можно наблюдать за тем, как груз, висящий на нити, мерно колеблется относительно связанных с Землей ориентиров, которые медленно поворачиваются в течение дня. Поскольку маятник — если не прилагать к нему внешних сил — не может изменить направления своих колебаний, получается, что на него влияет вращение Земли.

• Закономерности атмосферной циркуляции. Земля оборачивается вокруг своей оси как твердое тело, поэтому линейная скорость, с которой вращается ее поверхность, максимальна у экватора — там ее величина почти вдвое выше, чем у реактивного самолета, а в северных и южных широтах, превышающих 60°, самолет уже оказывается быстрей. Любые воздушные течения, идущие от экватора к полюсам, сперва обладают той же высокой скоростью, с какой вращается на экваторе наша планета. На пути к более высоким широтам они проходят над территорией, которая движется медленнее, и начинают обгонять земную поверхность в ее вращении с запада на восток. Их движение, как отмечают наблюдатели, сравнимо с потоком, который, отклоняясь на восток, идет над Землей. Воздушные массы, направленные от полюсов к экватору, по той же причине отклоняются на запад. Эти два потока создают атмосферную систему, которая циркулирует по часовой стрелке в Северном полушарии и против часовой стрелки в Южном. Кроме того, здесь проявляется эффект Кориолиса, легко объясняющий круговращение воздуха в атмосферных системах высокого давления. Когда воздушный поток устремляется из областей с высоким давлением в области с низким, его суммарное отклонение, вызванное вращением Земли, закручивает его против часовой стрелки в Северном полушарии и по часовой стрелке в Южном. С этими циркулирующими зонами низкого атмосферного давления связаны наиболее активные и бурные штормовые системы.

• Аберрация звездного света. Представьте, что вас застал сильный ливень — и, к счастью, вы предусмотрительно захватили зонтик. Ветра нет, поэтому дождь льет прямо вниз. Пока вы стоите и держите зонт над головой, он закрывает вас, и ливень вам не страшен. Но если вы пойдете быстрым шагом, то вам покажется, что струи отклонились от вертикали и бьют вам в лицо, — и вы, заслоняясь от них, наклоните зонт вперед. Тот же самый эффект имеет место при падении звездного света на вращающуюся Землю — и выражается в том, что звезды, которые, согласно расчетам, должны были бы располагаться прямо над головой, кажутся слегка смещенными на восток, по направлению вращения Земли. Это «отклонение» звездного света составляет всего 1/11000°. Более быстрое орбитальное движение Земли вокруг Солнца приводит к гораздо большему отклонению, составляющему 1/100°. Эти смещения не столь существенны, но их достаточно, чтобы подтвердить вращение Земли и ее движение по орбите, — и поэтому астрономы вносят корректировки каждый раз, когда им требуется точно навести свои оптические исследовательские телескопы на определенные точки неба.

• Скорости самолета. Пришло время «отвлекающего маневра». На некоторых широтах скорость у самолета, летящего на восток, выше, чем у того, который летит на запад, — и может показаться, что вращение Земли, направленное с запада на восток, ускоряет один самолет и в то же время замедляет второй. Однако эти различия в скоростях можно в полной мере объяснить дующими на восток ветрами — попутными для одного самолета и встречными для другого. И более того, поскольку каждый самолет взлетает с вращающейся Земли, то он разделяет ее движение, и поэтому скорость его полета относительно земной поверхности не зависит от вращения планеты.

Небесные долготы и широты

Поскольку наши представления о дневном и ночном небе «прикованы к Земле» и во многом зависят от нашего географического местоположения и времени суток, астрономы, стремясь принять все это во внимание, разработали специальную картографическую систему координат. Она называется экваториальной, и, по сути, это проекция земной градусной сетки с ее координатами долготы и широты на небесную сферу (рис. 2.3). Чтобы увидеть ее в действии, рассмотрим небесный экватор — большой круг, проекцию экватора Земли на космическое пространство. Небесные широты к северу или югу от небесного экватора измеряют в градусах, угловых минутах и угловых секундах (обычно эти единицы сокращенно обозначают символами °, ?, ?), где 1 градус равен 60 угловым минутам, а 1 угловая минута насчитывает 60 угловых секунд. Небесную широту астрономического объекта, как правило, называют склонением (в астрономии оно обозначается как ? или Dec, от латинского слова declinatio — «наклон»). Созвездие Ориона находится на небесном экваторе, и поэтому его склонение близко к 0°. Полярная звезда, напротив, сейчас находится вблизи Северного полюса мира (проекция земной оси на небесную сферу), и поэтому ее склонение очень близко к +90°. (Магнитная ось Земли постоянно отклоняется от оси вращения планеты, и Северный магнитный полюс в настоящее время располагается примерно на 86-й параллели северной широты.)

Рис. 2.3. Земная система координат — это основа для экваториальной системы небесных координат, используемой наиболее часто. Здесь внутренняя сфера представляет Землю, а внешняя — небесную сферу. Небесная широта (склонение) измеряется относительно небесного экватора. В северном небесном полушарии склонение считается положительным, а в южном — отрицательным. Небесная долгота (прямое восхождение) измеряется по направлению на восток от линии долготы, пересекающей точку весеннего равноденствия.