Родная планета

Объектом детального изучения методами многих научных дисциплин, в названиях которых столь часто повторяется греческий корень гео – геологии, геофизики, геохимии, геодезии и других – служит то единственное, уникальное для человечества небесное тело, от судьбы которого неотделимо ни его прошлое, ни его настоящее, ни его будущее. «Земля только одна!» – этот лозунг, повторенный на всех языках мира, напоминает о необходимости беречь Землю, рационально использовать ее природные богатства.

Чтобы рассказать о научных результатах, которых добились ученые в изучении Земли, потребовалось бы написать отдельную толстую книгу. Но в нашей книге об астрономии мы коснемся только немногих особенностей самой близкой к, естественно, самой важной для нас планеты.

После кропотливой и упорной работы десятков поколений ученых было неопровержимо доказано, что Земля вовсе не «центр мироздания», а самая обыкновенная планета, т. е. холодный шар, движущийся вокруг Солнца.

Выступая за справедливость коперниковой системы мира, М. В. Ломоносов посвятил этому вопросу несколько остроумных стихотворных строк:

… Случились вместе два Астронома в пиру

И спорили весьма между собой в жару.

Один твердил: Земля вертясь вкруг Солнца ходит,

Другой, что Солнце все с собой планеты водит…

Научный спор разрешил повар, заметивший:

… Кто видел простака из поваров такова,

Который бы вертел очаг кругом жаркова?…

Подобно тому как для измерения межзвездных расстояний астрономам пришлось выбрать особую единицу длины – световой год, понадобилась своя единица и для измерения расстояний в пределах Солнечной системы. В качестве такой астрономической единицы удобно было выбрать среднее расстояние от Земли до Солнца. Оно составляет округленно 150 млн км.

В соответствии с законами Кеплера Земля обращается вокруг Солнца с переменной скоростью по слегка вытянутому эллипсу. Ближе всего к Солнцу она подходит в начале января, когда в северном полушарии царит зима, дальше всего отходит в начале июля, когда у нас лето. Разница в удалении Земли от Солнца между январем и июлем составляет около 5 млн км. Поэтому зима в северном полушарии чуть-чуть теплее, чем в южном, а лето, наоборот, чуть-чуть прохладнее; это явственнее всего дает себя знать в Арктике и в Антарктиде.

Эллиптичность орбиты Земли и, тем самым, неравномерность ее обращения вокруг Солнца оказывают также некоторое влияние и на продолжительность времен года. Чем ближе Земля к Солнцу, тем быстрее она движется по орбите. По этой причине астрономическая зима длится в северном полушарии примерно 89 суток, а лето – почти 94. В южном полушарии соответственно зима оказывается несколько длиннее лета.

Эллиптичность орбиты Земли оказывает на характер времен года лишь косвенное и очень незначительное влияние. Причина смены времен года, как вам должно быть уже известно, кроется в наклоне земной оси.

Ось вращения Земли расположена под углом в 66,5° к плоскости ее движения вокруг Солнца. Для большинства практических задач можно принимать, что ось вращения Земли перемещается в пространстве всегда параллельно самой себе, т. е. как бы всегда смотрит в одну бесконечно удаленную точку. На самом же деле, ось вращения Земли – или, что то же, ось мира, поскольку они параллельны, – описывает на небесной сфере малый круг, совершая один полный оборот за 26 тыс. лет.

В ближайшие сотни лет северный полюс мира будет находиться недалеко от Полярной звезды, затем мало-помалу удалится от нее, и название последней звезды в ручке ковша Малой Медведицы – Полярная – утратит свой смысл. Через 12 тыс. лет полюс мира приблизится к самой яркой звезде северного неба – Веге из созвездия Лиры.

Описанное явление носит название прецессии оси вращения Земли. Обнаружил явление прецессии уже Гиппарх, который сравнил определенные им положения звезд с измеренными задолго до него координатами звезд Аристиллом и Тимохарисом. Сравнение координат и указало Гиппарху на медленное перемещение оси мира.

Кроме прецессии, существуют еще малые колебания оси вращения Земли в пространстве относительно ее среднего положения. Они носят название нутации. Наблюдаемые астрономами малые нутационные колебания позволяют геофизикам судить о внутреннем строении Земли. Той же цели служат и астрономические наблюдения движения полюсов Земли, изучению которых уделял так много внимания П. К. Штернберг.

Различают три наружных оболочки Земли: литосферу, гидросферу и атмосферу. Под литосферой понимают верхний твердый покров планеты, который служит ложем океана, а на материках совпадает с сушей. Гидросфера – это подземные воды, воды рек, озер, морей и, наконец, Мирового океана. Вода покрывает 71 % всей поверхности нашей планеты. Средняя глубина Мирового океана – 3800 м.

Геометрическая фигура, которая совпадает со средней поверхностью вод Мирового океана и сообщающихся с ним морей, свободной от приливов, течений и прочих возмущений, носит название геоид (в переводе «похожий на Землю»), Геоид служит для описания общей фигуры Земли с неправильностями из-за неравномерного распределения масс в ее теле. Геоид – сложная фигура и неудобен для решения математических задач геодезии и картографии. На практике чаще используют более простую фигуру – земной эллипсоид, который представляет собой двухосный эллипсоид вращения. Принимают, что радиус экватора земного эллипсоида равен 6378,14 км, а полярная полуось короче радиуса экватора на 21,38 км.

Как и большинство планет, Земля окутана толстым слоем различных газов – атмосферой. Атмосфера образует над поверхностью Земли как бы огромный «воздушный океан». А мы, люди, живем на дне этого океана, и то, как воспринимаются нами различные явления, во многом зависит от его свойств.

Небо в космосе, видно на нем Солнце или нет, всегда бархатно-черное с яркими, немерцающими звездами. А атмосфера рассеивает солнечные лучи и утром с появлением Солнца небо на Земле становится голубым. Ночью же из-за воздушных течений кажется, что звезды, особенно близкие к горизонту, переливаются всеми цветами радуги и мерцают.

Толща атмосферы Земли, которая поглощает львиную долю идущих из мирового пространства электромагнитных излучений, смещает наблюдаемые на небе объекты, заставляет их дрожать и мерцать – это главный враг всех астрономов. Но, с другой стороны, атмосфера – лучший друг всего человечества. Атмосфера защищает все живое от губительного коротковолнового излучения. Без атмосферы разумная жизнь на Земле вообще вряд ли смогла бы развиться до ее нынешнего уровня.

Толща атмосферы защищает нас от кружащихся вокруг Солнца облаков пылинок, небольших камней и даже значительных по размерам глыб. Всевозможных частиц межпланетного вещества настолько много, что Земля на своем пути непрерывно сталкивается с ними. Здесь-то и приходит людям на выручку надежная воздушная броня.

Потрите ладони одна о другую, и вы почувствуете, как от трения они нагреваются. Сталкивающиеся с Землей частицы с огромной скоростью врываются в атмосферу, от трения молниеносно накаляются, вспыхивают и сгорают. А людям кажется, что с неба в эту минуту падает не удержавшаяся звезда.

«Падающая звезда» – след от сгоревших в атмосфере камешка или крохотной пылинки – называется в астрономии метеором.

Один человек в силах следить только за небольшим участком неба над головой. Астрономы же подсчитали, что во всей атмосфере за сутки сгорает в среднем около 75 млн частиц. Сверкни они разом перед нашими глазами – их свет оказался бы в 250 раз ярче света полной Луны.

Бывают случаи, когда Земля сталкивается не с разрозненными частичками, а с целым потоком, роем. И тогда тысячи «падающих звезд» представляют собой одно из красивейших в природе зрелищ – «звездный дождь». «Звездные дожди» случаются тогда, когда Земля проходит через пояс рассеявшегося вещества комет.

Время от времени какому-нибудь сильно оплавленному камню удается все-таки пробить воздушную броню и достичь поверхности Земли. Такого внеземного «гостя» называют метеоритом.

Масса метеоритов колеблется от нескольких граммов до десятков тысяч килограммов. Отыскивая на Земле эти «небесные камни», мы получаем редчайшую возможность изучить в лаборатории состав и свойства межпланетного вещества. Поэтому они являются величайшей ценностью и имеют очень большое значение для науки.

На старой гравюре показан метеорной дождь Леонид, который наблюдался 12 ноября 1833 г. Он повторяется с периодом примерно в 33 года. 17 ноября 1966 г. метеорным дождем Леонид восхищались астрономы США и зимовщики 14 советских полярных станций, где стояла в это время полярная ночь. На основной территории СССР этот метеорный дождь пришелся на светлое время суток

Хотя в народной памяти случаи падения на Землю «небесных камней» запечатлелись в глубочайшей древности, наука долго относилась ко всем такого рода сообщениям с великим недоверием. Парижская академия наук принимала даже специальное решение не рассматривать впредь никаких сообщений о находках якобы камней с неба. Строго доказать космическое происхождение метеоритов удалось лишь в 1794 г. немецкому естествоиспытателю Хладни, – кстати, в том же самом году он был избран членом-корреспондентом Петербургской Академии наук.

Исследования ледников на антарктическом континенте уже в наши дни дали ученым возможность познакомиться со многими древними метеоритами. Попадая на ледовую шапку планеты, метеориты остаются вмороженными во льды на многие миллионы лет. Поисками метеоритов в Антарктиде занимались специалисты разных стран, в том числе участники советских антарктических экспедиций. Порою находки в этом метеоритном «заповеднике» приводили к неожиданным результатам. Так, скрупулезный химический анализ одного из найденных в 1979 г. образцов позволил прийти к заключению, что он скорее всего был выброшен при вулканическом извержении с поверхности Марса или выбит с его поверхности при ударе крупного метеорита. Он попал в земную Антарктику после миллионов лет блужданий в межпланетном пространстве.

Массы крупнейших из найденных на поверхности Земли метеоритов составляют по нескольку десятков тонн. Первые три места в списке великанских метеоритных глыб занимают метеориты Гоба из Намибии, Кейп Йорк из Гренландии и метеорит из пустыни Гоби в Синьцзян-Уйгурском автономном районе Китая. С 1965 г. последний демонстрировался в столице автономного района городе Урумчи, а через 20 лет был доставлен в Кантон. Он упал тысячу лет назад и имеет массу до 40 тонн.

Крупные метеориты оставляли на поверхности Земли большие кратеры, за которыми в научной литературе закрепилось название астроблем – «звездных ран». Метеоритным кратером оказался Дьявольский Каньон – знаменитый кратер в Аризоне поперечником 1200 и глубиной 175 м. Позднее обнаружился метеоритный характер ряда земных геологических структур поперечниками в десятки км. Крупнейшей астроблемой на территории СССР является 100-километровая котловина в районе реки Попигай на Таймыре. Ее возраст – десятки млн лет. Выяснилось, что город Калуга расположен в метеоритном кратере диаметром 15 км, возраст которого сотни млн лет.

Общее число обнаруженных до настоящего времени на Земле астроблем превышает двести и продолжает постоянно увеличиваться.

Между прочим, не приходило ли вам случайно на ум, отчего слово «метеорология» имеет общий корень со словами «метеор» и «метеорит»? Оказывается, наши далекие предки вообще все необычные небесные явления: гром и молнию, сполохи и град, «падающие звезды» и «хвостатые звезды» – именовали метеорами. С течением веков, разбираясь в происхождении отдельных явлений, метеоры разделили на внутренние – атмосферные и внешние – космические. За каждым явлением укреплялось собственное название, а метеором стали называть лишь «падающую звезду». И о древних заблуждениях в наши дни напоминает лишь общность названия космических пришельцев и вполне земной науки, изучающей особенности процессов в толще атмосферы.