Земля в представлении древних
Еще в глубокой древности люди чувствовали свою связь с землей и зависимость от нее. Земля давала все – и кров, и пищу. И человек воспринимал землю как сильное и доброе начало.
Землю обожествляли. Ее называли матерью и кормилицей. На Руси она почиталась как Мать Сыра Земля. Древние греки поклонялись богине Земли по имени Гея. От этого имени, обозначающего, кстати, и саму Землю как мать и кормилицу богов и людей, пошли названия всех наук, связанных с Землей: геометрия, география, геология, геодезия, геофизика, геохимия…
Но все в мире изменяется – таков незыблемый закон природы. Изменились и люди. И, конечно, изменились представления людей о мире, в котором они живут. Вот, например, как менялись представления людей о Земле.
Самая древняя из земных цивилизаций – шумерская. Государство шумеров располагалось в Месопотамии, между реками Тигр и Евфрат, на территории современного Ирака. Там же, согласно Библии, находился и Сад Эдемский, где Бог поселил первых людей – Адама и Еву. В представлении шумеров Земля – это плоский круг, огороженный горами и покрытый твердым небесным куполом. Вся эта «конструкция» погружена в воды океана. Если вода прорывает в куполе отверстия, на Землю обрушиваются ливни. В противоположных сторонах гор есть двери, через которые Солнце входит утром и выходит вечером. Вавилоняне, сменившие шумеров на земле Месопотамии (Междуречья), представляли Мир примерно таким же, только Землю считали не плоской, а выпуклой – в виде полушария.
Модель мира древних шумеров
Но бытовали и более странные, просто сказочные представления о Земле и небе. Например, плоский земной круг покоится на спинах трех огромных китов, плавающих в мировом океане. Конечно, трудно вообразить себе морских гигантов такой величины, зато эта «теория» легко объясняет происхождение дождей, наводнений, землетрясений – все зависит от поведения китов.
Модель мира в Древней Индии
А вот более сложная картина. Земля – это полушарие, обращенное выпуклостью кверху. Полушарие лежит на спинах и поддерживается хоботами трех исполинских слонов, которые в свою очередь стоят на спине-панцире громадной черепахи. На что опирается черепаха? Этот вопрос оставался открытым. Одни говорили, что на какое-то твердое основание, другие – на воду. Ну, а на чем вода держится? И – начинай сначала…
Понадобилось не одно тысячелетие, чтобы эти фантастические образы уступили место картине, более близкой к действительности.
Земля имеет форму шара
Даже если человек ничего не читал о Земле и небе, Солнце, Луне и планетах – все равно он уже знает, что Земля имеет форму шара. Но удивительно: как все-таки люди смогли определить настоящую форму Земли?
В древней Греции, в VI веке до Р.Х., жил и трудился великий ученый античности Пифагор. Он был математиком, физиком, врачом, юристом, тренером по борьбе, поэтом, музыкантом, но называл себя философом – в те времена это понятие вмещало множество профессий, где нужна была любовь к мудрости. Вместе со своими учениками он основал целое направление в науке, которое вошло в историю как пифагорейство. Пифагор учил, что все в мире подчиняется законам гармонии чисел и музыки. Самой совершенной геометрической формой Пифагор считал сферу, или шар. Полагая Солнце, Луну и планеты совершенными, он такой же видел и Землю. Таким образом, исходя только из рассуждений о мировой гармонии и красоте, пифагорейцы еще 2600 лет назад утверждали: Земля имеет форму шара.
Аристотель(384–322 гг. до Р.Х.)
Любые мысленные построения и числовые расчеты проверяются опытом, или экспериментом. В IV веке до Р.Х. великий ученый Древней Греции македонянин Аристотель из города Стагиры привел целый ряд убедительных доказательств шарообразности Земли. Во-первых, он сослался на свидетельства моряков и рыбаков. Они давно заметили, что корабль появляется из-за горизонта постепенно: сначала видны мачты и паруса, а затем уже корпус судна. Это – наблюдение с берега. А наблюдатель, стоящий на палубе корабля, видит, как при подходе корабля к дальнему берегу сначала встают из моря вершины гор, затем башни маяков и сторожевые вышки, и только по мере приближения моряки видят берег с людьми и морскими судами, стоящими у причалов.
Другой аргумент Аристотеля был особенно веским для людей, взоры которых привлекало звездное небо. Кто путешествовал, тот знает, что чем дальше к югу, тем больше открывается на ночном небе новых созвездий, а знакомые звездные фигуры постепенно склоняются к северу и уходят за горизонт. То же самое, только в обратном порядке, наблюдается при путешествии к северу.
Схема лунного затмения
И наконец, тоже «с неба» взял Аристотель третий довод в пользу того, что Земля имеет форму шара. Он говорил, что «в противоположном случае во время лунных затмений мы не видели бы на Луне такого четкого круглого сегмента… А поскольку лунное затмение образуется земной тенью, то и Земля должна иметь вид шара». Конечно, такое доказательство могли принять только те современники Аристотеля, которые наблюдали лунные затмения и понимали, отчего они происходят.
Они решились измерить Землю
Если известна форма Земли, то почему бы не определить и ее размеры? Возможно, что этим занимался еще Пифагор, возвестивший античному миру о сферической форме Земли. Во всяком случае, Аристотелю уже была известна длина большой окружности, опоясывающей нашу планету, – 400 тысяч стадий, или 63 тысячи километров. Правда, эта величина в полтора раза больше действительной, но для тех времен такая ошибка допустима. Тем более, что уже вскоре земной шар был измерен гораздо точнее.
Это удалось сделать Эратосфену из Александрии, жившему в III в. до Р.Х. Александрия была тогда центром греческой науки и культуры в Египте. Этот город находится на одном меридиане с Сиеной (нынешний Асуан), отстоящей на 5000 египетских стадий (800 километров) к югу. Эратосфен обнаружил, что в Сиене в полдень самого длинного летнего дня Солнце освещает дно самых глубоких колодцев. Это значит, что солнечные лучи в этот час падают на Землю вертикально, то есть Солнце стоит в зените – высшей точке небосвода. В этот момент вертикально стоящие предметы не отбрасывают тени на поверхность Земли. А в Александрии в это же время Солнце отстоит от зенита на 7 градусов 12 минут, и на этот же угол отклоняется тень.
Эратосфен
Но если известны зенитное расстояние в градусах и дистанция (земное расстояние) между Александрией и Сиеной в стадиях, то, составив пропорцию, нетрудно подсчитать, сколько же стадий вместит полная окружность (360 градусов). Эратосфен получил величину окружности земного меридиана равной 250 тысяч стадий, или 39500 километров. А поскольку, как известно, длина окружности S = 2πR, то радиус Земли R = 6290 км. По современным данным длина окружности Земли равна 40 000 км, а радиус – 6378 км. Так что Эратосфен, живший за 2300 лет до начала космической эры, не имея точных измерительных приборов, определил размеры Земли с ошибкой чуть больше 1 процента. Это был настоящий научный подвиг!
Схема измерений размеров Земли Эратосфеном
Кстати, об измерительных приборах. Для измерения зенитного расстояния Солнца Эратосфен использовал в качестве угломерного прибора солнечные часы – скафис. Основу прибора составляла чаша в форме полусферы, в центре которой установлен заостренный стержень. На внутренней поверхности чаши нанесены деления в виде горизонтальных окружностей. Отклонение тени в полдень самого долгого дня давало величину зенитного расстояния Солнца, а время определялось по отклонениям тени от направления «север – юг».
Тяга земная и силы небесные
Есть известная легенда о том, как великий английский ученый сэр Исаак Ньютон сидел в саду под яблоней и размышлял о том, почему любой предмет, куда бы его ни бросили – вверх, вниз или в сторону, все равно падает вниз, в сторону поверхности Земли. В это время спелое яблоко, упав с ветки, чувствительно стукнуло Ньютона по голове. И тогда ученого осенило: на все тела действует сила тяготения! Земля притягивает все предметы, которые находятся в пределах действия ее силы. И чем больше масса тела, тем больше сила тяготения.
Позже Ньютон доказал, что силы тяготения действуют везде во Вселенной. Но для нас, землян, важнее всего именно земное тяготение. В науке эта сила называется гравитацией – от латинского слова gravis – «тяжелый». Все тела притягиваются друг к другу тем сильнее, чем больше их массы и чем меньше расстояние между ними. А поскольку любая планета состоит из множества тел и частиц (камней, песчинок, капель жидкости, ледяных кристаллов и т. д.), все эти части стремятся устроиться поближе друг к другу. Поэтому и Земля, и планеты, и звезды стремятся принять самую экономичную геометрическую форму – сферическую, или шарообразную. Частицы газов также подчиняются закону всемирного тяготения. Поэтому атмосфера имеется только у планет с достаточно большой массой и силой тяготения.
Земля видится гладким шаром разве что наблюдателям из космоса. А землянам хорошо видно, что это очень неровный шар – весь во вмятинах и острых выступах, шероховатый и колючий. Ведь на поверхности Земли есть скалистые горы и холмистые равнины, ущелья и океанские глубины. Но глубокие обширные впадины заполнены водой, а горы не могут быть выше 9 км – гравитация не позволяет. Будь у нашей планеты небольшая сила тяжести, как на Марсе или Луне, высота горных вершин достигала бы 20–30 километров. А планеты, состоящие только из жидких веществ, имеют действительно гладкую поверхность, возмущаемую только волнами и смерчами.
Интересно, что о силе гравитации люди задумывались еще в самые давние времена. В древнегреческой мифологии предшественниками богов Олимпа были дети Урана-Неба и Геи-Земли – титаны, шестеро сыновей и шестеро дочерей. А кроме них, Земля породила шестерых гигантов – трех одноглазых циклопов и трех гекатонхейров – сторуких чудовищ с пятьюдесятью головами. Титаны ведали надземными стихиями, а гиганты были заключены в недра Земли – они олицетворяли подземные силы. В древнерусской мифологии присутствуют свои титаны. Известна былина о могучем старом богатыре по имени Святогор. Он был так огромен и тяжел, что его даже земля не выдерживала. Богатырь был так уверен в своей силе, что захотел даже Землю поднять. Для этого ему пришлось ухватиться за суму переметную, в которой и была заключена тяга земная. Силен был Святогор, но все-таки не смог одолеть тягу земную: на какую высоту поднимал он суму переметную, на такую же глубину сам в землю погружался… Не выдержав соревнования с земной тягой, гигант погиб, успев передать часть своей силы Илье Муромцу. Но Илья уже не посягал на закон всемирного тяготения.
Где верх и низ у земного шара?
Когда вы впервые узнаете о том, что Земля имеет форму шара, и стараетесь осмыслить эту информацию, то у вас может возникнуть вопрос: «А почему люди на нижней стороне Земли не падают… на небо?» Это вполне нормальная реакция ребенка. А ведь бывало в старину, что иной взрослый человек, как, например, римский писатель Лактанций, всерьез возмущался: «Неужели найдется какой-нибудь взбалмошный мечтатель, который вообразит, что есть люди, ходящие вниз головой и вверх ногами?.. Что травы и деревья там растут, опускаясь вниз, и что дождь и град там падают снизу вверх?»
Для правильного понимания мироустройства необходимо усвоить, что в космосе нет понятий «верх» и «низ», «вверху» и «внизу». Эти представления существуют только в сознании человека, имеющего под ногами опору (асфальт дороги, пол в доме или космической станции, стремена или палубу корабля). А где верх и низ для космонавта, который вышел в открытый космос? Над головой звезды – и под ногами звезды…
Посмотрите на муху, ползающую по глобусу. Она совершенно одинаково ведет себя и на Северном полюсе, и на Южном, и на экваторе. Сразу становится ясно, что низ для нее там, где кончики ног касаются глобуса, а верх – с противоположной стороны. Конечно, человек не муха, и держит его на Земле другая сила, нежели муху на глобусе. Но этот пример помогает понять, что для полярников, работающих и на Северном, и на Южном полюсах, верх – это небо, а низ – опора под ногами, неважно, снег это, лед или пол. Низ – это направление к центру Земли, а верх – обратное направление, к небу и звездам.
Точно так же и в космосе. У планет и звезд нет верха и низа, как нет их у комет, астероидов, метеоритов и туманностей. Но поскольку человек изучает мир вокруг себя, ему удобно сравнивать все со своей родной планетой. И где бы человек ни появился, везде он пользуется своими инструментами и системами измерений, присваивает свои названия и, конечно, использует привычные понятия «верх» и «низ», «север» и «юг»…
Антиподы
Когда-то даже существовало географическое понятие «антиподы». Так называются люди, живущие на противоположных сторонах земного шара. Но с развитием географических и астрономических знаний это слово постепенно приобрело другой смысл. Сейчас антиподами чаще называют людей, противоположных по характеру, нравственности, образу жизни. Географический термин превратился в морально-психологический.