Долгое время люди думали, что земной шар неподвижно висит в пространстве. Лишь в XVI веке великий польский учёный Николай Коперник показал, что наша Земля движется.
Вместе с другими планетами Земля обращается вокруг Солнца. Кроме того, как и другие планеты, Земля вертится подобно волчку — вращается вокруг своей оси — с запада на восток. Ось эта, конечно, воображаемая.
Один свой оборот Земля совершает в течение суток. Благодаря вращению Земли на ней происходит смена дня и ночи: нам кажется, что утром Солнце всходит на востоке, движется по небу и вечером заходит на западе. В действительности же мы вместе с Землёй вращаемся с запада на восток.
Свой путь вокруг Солнца наша планета совершает в течение года.
В течение каждых 365 с четвертью суток Земля успевает обойти вокруг Солнца. Скорость движения Земли очень большая — каждую секунду она пролетает около 30 километров. Земная орбита имеет форму эллипса.
Благодаря этому расстояние от Земли до Солнца в течение года не остаётся постоянным. В среднем оно равно 149 с половиной миллионам километров[2]. При этом зимой Солнце находится ближе к нам, чем летом, приблизительно на 5 миллионов километров.
Смена времён года на Земле происходит, однако, совсем не потому (как иногда думают), что Солнце бывает к нам то ближе, то дальше.
Причина этого другая: Земля обращается вокруг Солнца таким образом, что её ось вращения расположена наклонно под углом 66 с половиной градусов к падающим на Землю солнечным лучам (рис. 6). Такое направление земная ось сохраняет всё время. Благодаря этому изменяется высота Солнца во всех точках земной поверхности при годичном движении Земли по её орбите. А чем отвеснее падают солнечные лучи на поверхность Земли, тем больше они её согревают. В различные месяцы года солнечные лучи по-разному освещают и согревают Землю: в июне — июле северное полушарие Земли получает гораздо больше света и тепла, чем южное, а в декабре — январе, наоборот, больше тепла получает от Солнца южное полушарие Земли[3]. Поэтому в северном полушарии лето приходится на июнь — июль, а в южном в это время стоит зима. А когда на севере наступает зима, в южное полушарие Земли приходит лето.
Вращение Земли вокруг оси и её движение вокруг Солнца подтверждается рядом наблюдаемых явлений и специально проведёнными опытами.
Так, например, если сбросить с высокой башни камень, то при своём падении он немного отклонится к востоку (рис. 7). Причина этого — вращение Земли. Башня, как и всё на земном шаре, движется вместе с Землёй, но при этом вершина башни движется несколько быстрее, чем её основание. Поэтому камень, падая с вершины башни, как бы обгоняет основание башни и несколько отклоняется к востоку.
Этот опыт тем нагляднее, чем выше башня. Падая с башни высотой в 100 метров, камень отклоняется к востоку несколько менее чем на один сантиметр.
О вращении Земли вокруг своей оси говорит и сплюснутость нашей планеты у полюсов. Если бы Земля не вращалась, то должна была бы иметь форму шара. Развивающиеся же при вращении всякого тела центробежные силы стремятся изменить его форму: растянуть его поперёк оси вращения и сжать вдоль оси. Именно так и случилось с Землёй.
Наблюдения в телескопы показали, что и другие планеты имеют сжатие у полюсов. Особенно хорошо заметно оно у Юпитера. У него сжатие гораздо больше, чем у Земли. Это и понятно: ведь Юпитер вращается значительно быстрее вокруг своей оси, чем Земля[4]. А чем быстрее какая-нибудь планета вращается, тем заметнее у неё сжатие у полюсов.
В XIX веке русский учёный К. Бэр обнаружил во время своих путешествий никем не замечавшееся раньше явление: все реки, текущие в нашем северном полушарии, имеют всегда правый берег крутой, а левый, наоборот, пологий.
Это объясняется тем, что благодаря вращению Земли речная вода отклоняется всё время в сторону правого берега реки и постепенно подмывает его. Вследствие этого река медленно отступает вправо, а по её левую сторону образуется низкая равнина.
В южном полушарии, наоборот, подмывается левый берег рек.
Можно обнаружить на нашей планете и ряд других явлений, которые могут быть объяснены только вращением Земли вокруг своей оси (например, отклонение морских и воздушных течений, отклонение полёта артиллерийских снарядов и т. д.).
Имеется доказательство и годичного движения Земли, т. е. обращения её вокруг Солнца. Движение нашей планеты вокруг Солнца неизбежно должно вызывать кажущееся смещение ближайших к нам звёзд в течение года по отношению к более далёким звёздам. Это явление можно пояснить следующим примером. Когда мы идём или едем и смотрим на удалённые от нас предметы, то замечаем кажущееся изменение их взаимного расположения, их кажущееся смещение. Это смещение будет казаться нам тем большим, чем ближе от нас расположены предметы.
В прошлом веке известный русский астроном В. Я. Струве один из первых обнаружил это годичное смещение звёзд и определил его величину для одной из ближайших к нам звёзд. Это явление кажущегося смещения звёзд вследствие движения Земли по её орбите называется годичным звёздным параллаксом.
Но почему же мы не ощущаем ни вращения Земли вокруг оси, ни её движения около Солнца? В самом деле, ведь когда мы едем в поезде, плывём на пароходе или летим на самолёте, мы всегда чувствуем своё перемещение Если даже плотно закрыты, скажем, окна вагона, мы все равно ощущаем движение: об этом говорят толчки и покачивания вагона.
Отчего же мы не чувствуем движения нашей планеты и можем его обнаружить только на основе точных наблюдений?
Объясняется это довольно просто. Земля вращается вокруг своей оси строго равномерно, с одной и той же, постоянной скоростью. Небесные же ориентиры — звёзды, по которым можно было бы обнаружить движение Земли вокруг Солнца, чрезвычайно удалены от нашей планеты. А постоянную скорость движения, как таковую, почувствовать мы не можем.
Итак, теперь твёрдо установлено, что Земля шарообразна, что она вращается вокруг своей оси и одновременно движется вокруг Солнца (рис. 8). Следовательно, наша Земля — планета, и притом самая обыкновенная планета. Она не выделяется среди других планет ни своей массой, ни размерами.
Земля во многом схожа с тремя другими планетами: Меркурием, Венерой и Марсом. Недаром, как уже говорилось, их называют планетами «земной группы».
Земля окружена со всех сторон толстым слоем газа — атмосферой[5]. Атмосфера, или воздушная оболочка Земли, простирается на многие сотни километров. Плотность её непрерывно изменяется с высотой. Наибольшую плотность атмосфера имеет у поверхности Земли — точнее, непосредственно над уровнем моря Чем выше мы будем подниматься, тем разреженнее будет атмосфера и тем труднее нам будет дышать. Это испытывают, например, альпинисты при восхождении на высокие горы.
2
Это расстояние между Землёй и Солнцем принято в астрономии в качестве меры длины, называемой астрономической единицей.
3
Подробнее о смене времён года рассказывается в книжке этой же серии: проф.
4
Помимо скорости вращения, на сплюснутость планет влияют также особенности их внутреннего строения.
5
Об атмосфере Земли рассказывается в книжке «Научно-популярной библиотеки» Гостехиздата: