Чтение онлайн

Атмосфера ослабляет свет небесных тел, особенно на горизонте, где их лучи пересекают её на большой протяжённости. Из опытов Бугера следует, что если интенсивность света от небесного светила, находящегося в зените, при входе этого света в атмосферу и при показаниях барометра 0.76 м принять за единицу, то, дойдя до наблюдателя, она ослабляется до 0.8123. В этом случае, если бы атмосфера везде была одинаково плотной и имела температуру 0°, высота равнялась бы 7945 м. Естественно думать, что ослабление луча света, проходящего через атмосферу, будет таким же, как при этих гипотезах, так как он встречает на своём пути то же число молекул воздуха. Итак, слой воздуха толщиной 7945 м с указанной выше плотностью уменьшает силу света до 0.8123. Легко вывести ослабление света в слое воздуха такой же плотности и любой толщины, так как очевидно, что если интенсивность света уменьшается до одной четверти, пересекая данную толщу воздуха, то ещё один слой такой же толщины уменьшит эту четверть до одной шестнадцатой первоначальной величины. Отсюда видно, что, если толщина слоя увеличивается в арифметической прогрессии, интенсивность света уменьшается в геометрической. Следовательно, логарифмы интенсивности пропорциональны толщине слоёв. Итак, чтобы получить табличный логарифм интенсивности света, прошедшего слой воздуха некоторой толщины, надо умножить число —0.0902835 — табличный логарифм числа 0.8123 — на отношение этой толщины к 7945 м, а если плотность больше или меньше, чем предыдущая, надо увеличить или уменьшить этот логарифм в той же пропорции.

Чтобы определить ослабление света небесных тел в зависимости от их высоты над горизонтом, можно вообразить световой луч движущимся в канале, и воздух, заключённый в нем, привести к рассматривавшейся выше плотности. Длина столба этого воздуха определит ослабление света рассматриваемого небесного светила. В пределах зенитных расстояний от 12g [11°] до зенита можно допустить, что путь света от светила прямолинеен, и в этом интервале высот рассматривать слои атмосферы как плоские и параллельные. Тогда толщина каждого слоя в направлении светового луча относится к его толщине в вертикальном направлении как секанс видимого зенитного расстояния светила к радиусу. Поэтому, умножив этот секанс на —0.0902835 и на отношение высоты барометра к 0.76 м, затем разделив полученное произведение на единицу плюс число 0.00375, умноженное на число градусов термометра, мы получим логарифм интенсивности света рассматриваемого светила. Это очень простое правило даёт ослабление интенсивности света на вершине гор и на уровне морей, что может быть полезно как для исправления наблюдений спутников Юпитера, так и для оценки интенсивности солнечного света в фокусе зажигательных стёкол. Однако мы должны заметить, что пары, находящиеся в воздухе, значительно влияют на ослабление света. Ясное небо и разреженный воздух делают свет звёзд более ярким на вершинах высоких гор, и если бы наши большие телескопы были перенесены на вершину Кордильер, несомненно были бы открыты некоторые небесные явления, которые более плотная и менее прозрачная атмосфера в наших странах делает невидимыми.

Интенсивность света небесных тел на очень малых высотах, так же как и его рефракция, зависят от высоких слоёв атмосферы. Если бы её температура была везде одинакова, логарифмы интенсивности света были бы пропорциональны астрономической рефракции, делённой на косинусы видимых высот, и тогда эта интенсивность на горизонте уменьшалась бы приблизительно до 1/4000 доли её первоначальной величины. Именно поэтому Солнце, яркий свет которого можно лишь с трудом выносить в полдень, без труда смотрится на горизонте.

С помощью приведённых данных можно определить влияние нашей атмосферы на затмения. Преломляя солнечные лучи, которые пересекают атмосферу, она отклоняет их в теневой конус Земли, и, поскольку горизонтальная рефракция превосходит полусумму параллаксов Солнца и Луны, центр лунного диска, предполагаемый на оси этого конуса, от одной и той же точки поверхности Солнца получает лучи с двух сторон Земли. Поэтому если бы атмосфера не поглощала большую часть падающего на неё света, этот центр был бы освещён больше, чем в полнолуние. Из анализа приведённых выше данных следует, что, если за единицу взять свет в этой точке во время полнолуния, её освещённость во время центральных затмений в апогее составит 0.02 и лишь 0.0036 или приблизительно в шесть раз меньше — во время перигейных центральных затмений. Если же из-за необычайным образом сложившихся обстоятельств получится, что пары облаков поглотят значительную часть этого слабого света, когда он проходит атмосферу, чтобы пройти от Солнца к Луне, это последнее светило станет совсем невидимо. История астрономии даёт нам несколько, правда очень редких, примеров полного исчезновения Луны во время её затмений. Красный цвет Луны и Солнца на горизонте указывает нам, что земная атмосфера легче пропускает лучи этого цвета, который по этой же причине окрашивает Луну во время затмений.

Во время затмений Солнца производимая ими темнота уменьшается светом, отражённым земной атмосферой. В самом деле, предположим, что мы находимся на экваторе и что центры Солнца и Луны — в зените. Если Лупа находится в перигее, а Солнце в апогее, темнота будет наиболее глубокой и продолжительность затмения будет около 5 1/2 мин. Диаметр тени, проецируемой на Землю, составит 0.022 диаметра Земли и будет в шесть с половиной раз меньше диаметра сечения атмосферы плоскостью горизонта, по крайней мере, если предположить высоту атмосферы равной 0.01 земного радиуса, что было выведено из продолжительности сумерек. Очень правдоподобно, что атмосфера посылает к нам заметные лучи с ещё больших высот. Мы видим, таким образом, что Солнце освещает во время своих затмений наибольшую часть атмосферы, находящейся над горизонтом. Но она освещена только частью солнечного диска, увеличивающейся по мере удалённости атмосферных молекул от зенита. В этом случае солнечные лучи проходят большую толщу земной атмосферы, чтобы от Солнца прийти к этим молекулам и от них, путём отражения, достигнуть наблюдателя, и настолько ослабляются, что позволяют видеть звёзды первой и второй величины. Окраска этих лучей, включающих голубизну неба и красноту сумерек, распространяет на все предметы мрачный свет, который вместе с внезапным исчезновением Солнца вселяет в животных страх.

Книга вторая ОБ ИСТИННЫХ ДВИЖЕНИЯХ НЕБЕСНЫХ ТЕЛ

Гавань покинув, плывём; отступают селенья и берег.

Вергилий. Энеида, кн. III, 727

Мы изложили главные видимые движения небесных тел, и их сравнение побудило нас умозрительно заставить планеты двигаться вокруг Солнца, которое в своём движении вокруг Земли увлекает с собой фокусы их орбит. Но видимые явления были бы теми же, если бы Земля, как и все планеты, перемещалась бы вокруг Солнца. Тогда это светило было бы вместо Земли центром всех планетных движений.

Понятно, как важно для прогресса астрономии знать, какая из этих двух возможностей имеет место в природе. Руководствуясь индукцией и аналогиями, мы, сравнивая видимые явления, будем определять порождающие их истинные движения и постигать законы этих движений.

Глава I О ВРАЩАТЕЛЬНОМ ДВИЖЕНИИ ЗЕМЛИ

Размышляя о суточном движении, которому подвержены все небесные тела, с очевидностью убеждаешься в существовании одной общей причины, которая их увлекает или представляется нам увлекающей их вокруг оси мира. Если учесть, что эти тела изолированы друг от друга и находятся далеко от Земли на очень различных расстояниях, что Солнце и звёзды удалены от неё гораздо дальше, чем Луна, что вариации видимых диаметров планет указывают на большие изменения в их расстояниях от Земли и, наконец, что кометы свободно пересекают небо во всех направлениях, то очень трудно понять, как одна и та же причина сообщает всем этим телам общее вращательное движение. Но так как светила, увлекаемые небом вокруг неподвижной Земли, представлялись бы нам совершенно так же, как если бы Земля вращалась в противоположном направлении вокруг самой себя, кажется гораздо естественнее принять за действительное это последнее движение и рассматривать движение неба лишь как видимое.

Земля есть шар, радиус которого не достигает и 7 000 000 м. Солнце, как мы уже видели, несравненно больше. Если бы его центр совпадал с центром Земли, его объём заключил бы в себе орбиту Луны и протянулся бы ещё на столько же дальше. Отсюда можно судить о его огромных размерах. При этом Солнце удалено от нас приблизительно на 23 000 земных радиусов. Не бесконечно ли проще предположить, что Земля, на которой мы живём, вращается вокруг самой себя, чем воображать, что столь отдалённая и такая внушительная масса Солнца движется с чрезвычайной скоростью, необходимой, чтобы в одни сутки обернуться вокруг Земли? Какую огромную силу нужно было бы к ней приложить, чтобы удержать её и уравновесить её центробежную силу? А ведь подобные же трудности возникают и со всеми другими светилами. Однако все эти трудности исчезают, если предположить, что Земля вращается.

Мы уже видели раньше, что полюс экватора кажется нам медленно перемещающимся вокруг полюса эклиптики и что от этого возникает предварение равноденствий. Если Земля неподвижна, полюс экватора тоже должен быть неподвижен, потому что оп соответствует всегда одной и той же точке на земной поверхности. Значит, небесная сфера движется вокруг полюсов эклиптики и в этом движении увлекает все небесные светила. Если бы это было так, целая система из множества тел, столь различных по их величине, движениям и расстояниям, была бы подчинена одному общему движению, которое исчезает и сводится к простой видимости, если предположить, что земная ось движется вокруг полюсов эклиптики.

Увлекаемые движением, общим для всего, что нас окружает, мы подобны мореплавателю, которого вместе с его судном ветер несёт по морю. Ему кажется, что он неподвижен, а берега, горы и всё, что находится вне его корабля, представляется ему движущимся. Но, сравнивая протяжённость берегов и долин и высоту гор с малостью своего судна, он понимает, что их движение лишь кажущееся, порождённое его собственным реальным движением. Многочисленные небесные светила, рассеянные в небесном пространстве, по отношению к нам представляют то же, что берега и горы по отношению к мореплавателю. И те же соображения, по которым он убеждается в реальности своего движения, доказывают нам реальность движения Земли.

Аналогия подтверждает это доказательство. Почти у всех планет наблюдалось вращательное движение, и это движение направлено с запада на восток, т.е. подобно тому, которое, как будто, для Земли указывается суточным движением небесных светил.

Юпитер, будучи намного больше Земли, делает оборот вокруг своей оси менее чем за половину суток; и наблюдатель на его поверхности увидел бы, что за этот промежуток времени небо оборачивается вокруг него. Тем не менее это движение неба было бы только кажущимся. Не естественно ли думать, что то же самое имеет место при наблюдении с Земли? То, что Земля, так же как и Юпитер, сплюснута у полюсов, убедительно подтверждает эту аналогию. В самом деле, можно понять, что центробежная сила, стремящаяся удалить все части тела от оси его вращения, должна была понизить поверхность Земли у полюсов и приподнять её на экваторе, Эта же сила, кроме того, должна была уменьшить силу тяжести на экваторе, и это уменьшение было подтверждено наблюдениями маятников. Всё это заставляет нас считать, что Земля вращается вокруг самой себя и суточное вращение неба — лишь иллюзия, вызванная этим вращением, иллюзия, похожая на ту, что небо представляется нам в виде голубого свода, к которому прикреплены все небесные светила, и поверхность Земли — как плоскость, на которую он опирается. Так астрономия преодолела обманы чувств, но только после того, как они были рассеяны большим числом наблюдений и вычислений. Человек, наконец, познал движение земного шара, на котором он живёт, и его истинное положение во вселенной.