Добрый день, мой дорогой читатель. В этой статье мы обсудим период с эпохи Вавилона по семнадцатый век. Но обсудим это как можно кратко, без всяких там исторических справок, и подробностей кто, как и когда сделал открытие, а просто возьмём самое главное и немного это обсудим. Ну что, можно начинать…
Ранее я писал небольшую статью, о смене времён года, где затрагивал один из важных моментов в положении нашей планеты относительно Солнца. Но всё же давайте кратко повторим, для тех, кто не читал, и не знает об этом.
Для начала вспомним, что ось суточного вращения Земли, не перпендикулярна плоскости орбиты, а наклонена под углом 23,44 градуса, то есть угол между земной осью, и плоскостью орбиты составляет: 90 - 23,44 = 66,56 градуса. Ось суточного вращения (Земная ось) соединяет северный и южный полюс, а плоскость орбиты представляет собой плоскость, в которой происходит годовое движение Земли вокруг Солнца. Естественно, со временем этот угол немного меняется, но об этом мы пока что не будем говорить. Я попытался изобразить это всё на рисунке 1 (Я постарался сделать рисунки как можно качественнее).
Если вы внимательно рассмотрели рисунок 1, то, наверное, заметили, что спустя полгода, ориентация в пространстве земной оси, осталась прежней. 21 июня, северный полюс был ближе к солнцу, чем южный, а 21 декабря наоборот. Если простыми словами, то на протяжение прохождения Землей путь по орбите вокруг Солнца, земная ось будет оставаться стабильно в том же положении, и не изменит своего направления в пространстве, независимо от положения Земли относительно Солнца на орбите. Из рисунка так же ясно, что ночные наблюдатели звёзд смогут увидеть только часть неба, которое расположено с неосвещаемой стороны Земли. Поэтому в зависимости от времени, для наблюдения доступны, различные созвездия. На рисунке, для наглядности, я нарисовал звёзды жёлтым цветом. Так же стоит обратить внимание на красную линию, которая делит Землю на две половины. Одна половина освящается солнцем, а другая нет. Простыми словами эта линия делит Землю на день и ночь. 21 декабря, люди, которые живут рядом с южным полюсом, не увидят ночи. Почему? Вам легче это представить самим. Мысленно прокрутите Землю вокруг своей оси, и заметите, что рядом с южным полюсом, есть места, которые не будут пересекать красную линию. А если переместиться на 21 июня, то эти же жители не увидят дня. У них будет круглосуточная ночь.
Раз уж на то пошло, то давайте затронем саму смену времён года, хотя бы про лето и зиму. На рисунке 2, голубыми линиями обозначен солнечный свет. Обратите внимания, что линии, которые падают на северное полушарие, и линии, падающие на южное, имеют одинаковый интервал. Но вот только расстояние между лучами, уже на поверхности отличаются. В южном полушарии такие же лучи упадут дальше друг от друга на поверхности, чем в северном. Из рисунка понятно, что лучи на момент 21 июня падают на северное полушарие более отвесно, а на южное почти стелются по поверхности. Более концентрированные лучи солнечного света падают в северное полушарие, а это значит, что земля в северном полушарии в такой момент будет нагреваться больше. Через полгода ситуация измениться (для наглядности можете посмотреть рисунок 1, и там мысленно провести эти лучи от солнца к земле в положении 21 декабря).
Кстати, Солнце согревает не воздух, как почему-то многие считают, а землю. Если сказать точнее, Солнце почти не согревает воздух. Обратите внимание, мы все с лёгкостью видим солнечный свет через атмосферу, а это значит, что воздух не поглощает солнечные лучи. А вот, если мы будем находиться в квартире, то солнечные лучи через железобетонные стены к нам не долетят. Земля поглощает излучающую солнцем энергию, и возвращает её в виде инфракрасного излучения, который уже с лёгкостью поглощается атмосферой. Атмосфера поглощает энергию, и воздух нагревается. Но, естественно, это происходит не моментально. В какой момент времени, лучи солнца будут наиболее ортогональны к поверхности? Совершенно, верно, в полдень. В полдень меридиан направлен в сторону солнца. А какие часы самые жаркие? В два, три или четыре часа дня. Это всё из-за того, что Земля нагревается не моментально. Ещё из-за различных физических свойств Земли, это происходит по-разному. Кстати, вы знаете почему световой день зимой увеличивается, а летом уменьшается? Я не буду описывать это, так как статья получиться длиннее, чем хотелось, поэтому можете подумать об этом самостоятельно. Времена года разделяются моментами: осеннего равноденствия, зимнего солнцестояния, весеннего равноденствия и летнего солнцестояния. Свои размышления можете написать в комментариях.
Хорошо. А вы знаете какая самая яркая звезда? Полярная? А вы сами смотрели? Если ответили Полярная звезда, то, наверное, не смотрели. Почётное 45-ое место по яркости занимает полярная звезда в Северном полушарии. А самая яркая звезда — это Сириус, тоже очень известная всем звезда, которая располагается в созвездии Большого Пса. Только вот вспоминают все почему-то именно Полярную звезду.
Ну давайте поговорим, а всеми любимой полярной звезде. Что о ней знали? Знали, что она входит в состав маленькой медведицы и указывает точно на север. На самом деле, она указывает не точно на север. Она находится менее чем в одном градусе от северного полюса (по причине прецессии и нутации её положение от северного полюса меняется). Из-за этого при суточном вращении звёздного неба (которое происходит по причине суточного вращения земли), она почти неподвижна и описывает небольшую окружность вокруг северного полюса. Ещё известно, что высота полярной звезды над горизонтом равна значению северной широты. Естественно небольшое отклонение есть, но эту тему мы не будем поднимать в этой статье. Думаю, нам хватит этой информации. Для представления связи широты с высотой полярной звездой над горизонтом, я сделаю рисунок 3. На этом рисунке, угол «А» это широта наблюдателя, а угол «В» это высота полярной звезды над горизонтом. Эти два угла равны, так как образованы от перпендикуляров. То есть, это тот же самый угол. Только обе линии повёрнуты ровно на 90 градусов. На рисунке может возникнуть небольшое недопонимание, Угол В построен не от места наблюдателя. Это связано с положением планеты и звезды относительно друг друга. В реальности, звезда находиться настолько далеко от нас, что разница от местоположения незаметна. Если вы попробуете мысленно прокрутить землю вокруг своей оси, то заметите, что звезда не пересечёт линию горизонта, что и относит её к незаходящим на представленной рисунком широте.
Христофор Колумб в своём путешествии, так же использовал полярную звезду. Во время своего плавания через Атлантический океан, он держал высоту полярной звезды на одном и том же значении. Тем самым он плыл, параллельно экватору, не изменяя своей широты.
Давайте вспомним рисунок 1. Ранее я написал, что в зависимости от времени года, мы видим разные созвездия по ночам. Так вот в зависимости от времени года, Солнце так же находиться на фоне разных созвездий. В древности, люди смотрели на небо, и относились к этому как чему-то большому, великому. Их фантазия рисовала узоры на небе. И были придуманы все наши зодиакальные созвездия. Знаете их? Я думаю, что да. Это овен, телец, весы и т.д. О них говорят по телевизору, упоминают в журналах, газетах, по радио их тоже упоминают. Ваш знак зодиака зависит от того, в каком созвездии находилось Солнце во время вашего дня рождения. Но это не совсем так. Во-первых, Солнце проходит не двенадцать всем известных созвездий, а тринадцать. Вам этого не рассказывают специально, чтобы не рушить эту возможность предсказывать вам будущее, расположение к любви, бизнесу и дружбе на тот или иной месяц, или даже год. Тринадцатым созвездием является змееносец, и большинство скорпионов змееносцы. Но и это не совсем так. Сейчас я вам объясню. Карты с зодиаками были опубликованы Клавдием Птолемеем около 2000 лет назад. Прецессия – это вращение земной оси, которое проходит полный оборот за 26 тысяч лет. Посмотрите рисунок 4. 2000 лет назад ось вращения смотрела вовсе не в сторону полярной звезды. Так вот, из-за прецессии все созвездия, даты которых все хорошо знают, сместился на целый месяц. И тех, кого вы называете Скорпион, на самом деле Весы. Если вам интересно, посмотреть, как перемещаются созвездия, звезды и планеты по небу, в различное время и в различных местах нашей планеты, и не только нашей. То можете установить себе программу: Stellarium. На компьютер она распространяется бесплатно, а на телефоне есть платная и бесплатная версия, которая отличается функционалом. И это не реклама. На момент написания статьи, у меня всего лишь 7 подписчиков.
Ладно, теперь давайте поговорим о луне. Земля вращается вокруг Солнца, а Луна вокруг Земли. Фазы Луны изображены на рисунке 5. Луна и Земля освещается Солнцем. Если луна находиться с противоположной от Солнца стороны, то мы видим фазу полнолуния. Орбита Луны наклонена к орбите Земли примерно на 5 градусов, поэтому мы и видим полную луну, а не затмение. Но время от времени, луна всё-таки пересекает земную орбиту в момент, когда она находиться с противоположной от солнца стороны. Тем самым попадает в тень Земли, и происходит лунное затмение. Если же в момент пересечения земной орбиты луна находиться в фазе новолуния, то Земля попадает в тень Луны и происходит Солнечное затмение. Лунный цикл длится один месяц.
Представим, что луна находиться в фазе полнолуния, в какой момент времени она восходит? Правильно, на закате восходит, а с восходом садиться. А если она находится в последней четверти, то когда? В момент восхода, она будет находиться уже высоко в небе.
Теперь можно поговорить и о Солнечной системе. Когда-то очень давно, примерно в 350 году до нашей эры Аристотель сформировал геоцентрическую систему миру. В центре этой системы находилась наша с вами планета Земля, а вокруг неё крутилось всё остальное. Не будем долго об этом говорить. Потом пришёл, один из моих любимых учёных, Аристарх Самосский. Как-нибудь я напишу статью о его теоремах. А пока что вкратце о нём. Он посчитал, насколько далеко от нас Солнце относительно луны. Насколько больше Солнце относительно луны и Земли. В этой работе он доказал первые правила тригонометрии. И пусть не точно было посчитано, но метод был абсолютно правильный и рабочий. В то время, люди не смогли бы поверить в правду поэтому есть вероятность того, что Аристотель специально уменьшил свои расчёты. Так вот было это примерно в 250 году до нашей эры. И именно Аристарх сказал, что в центре Солнце, а Земля вращается вокруг него. Однако церковь отказалось в это верить. Он был обвинён в безбожии. А система Аристотеля была даже согласована с писанием, поэтому главной осталась геоцентрическая система. Но некоторые учёные всё же верили его предположению, и у этой версии были сторонники. Это был великий учёный.
Клавдий Птолемей жил с 100 по 170 годы. Автор Альмагеста. 13 томов книг о работе геоцентрической системе мира. 13 столетий Альмагест считался основой астрономических исследований. В своей работе он использовал круговые и орбиты планет и эпициклы, чтобы объяснить неравномерность их движения.
Николай Коперник жил с 1473 по 1543 года. Его легендарная мысль была связана с тем, что марс какое-то время движется в обратном направлении. Коперник размышлял примерно так: а что, если Мы движемся вокруг солнца, так же как и марс? Но марс дальше от Солнца чем мы, и его цикл вращения вокруг солнца медленнее? Тогда его обратное движения можно объяснить тем, что мы его просто обгоняем на повороте. Всю эту гелиоцентрическую систему, он описал в книге «О вращении небесных сфер». Если вы захотите купить его книжку, то вам придётся заплатить за это не меньше 3 миллионов долларов. Эта книга является одной из важнейших книг человечества. Коперник боялся её выпускать и просто демонстрировал свои труды коллегам, ведь церковь считает, что центр — это Земля, а тут какой то там учёный взял просто и объявил, что Земля больше не центр. Конечно же его никто не станет слушать. Вышла книга в год его смерти, и даже есть споры по этому поводу. Кто-то считает, что он успел увидеть результат своего труда, а кто-то говорит, что нет.
А вы слышали про процесс великого учёного Галилео? Инквизиционный процесс состоялся в 1633 году. Галилею тогда было 69 лет. Католическая церковь отвергла гелиоцентрическую систему Коперника и назвала его труды еретическим учением. Так вот Галилей был обвинён в публичной поддержке трудов Коперника. В результате процесса Галилей даже согласился покаяться и отречься от веры в теорию Коперника, но всё же его приговорили к пожизненному отбыванию в тюрьме. Правда через какое-то время всё-таки выпустили под надзор инквизиции.
Мы приближаемся к финальному герою этой статьи. Но для начала вспомним ещё одного, очень важного и весьма богатого учёного. Тихо Браге жил с 1546 по 1601 года. Тихо очень интересовался звёздами, но вот телескоп на тот момент, ещё не был изобретён. Браге соорудил самые большие и точные для своего времени визирные инструменты. Он долгое время наблюдал, и записывал положение звёзд во времени. Его помощником был как раз финальный герой нашей статьи. Тихо Браге измерил длину года, и ошибся всего лишь на секунду. Составил солнечные таблицы, которые являлись очень точными для его времени. Заменил устаревшие таблицы опубликовав свой каталог 1004 звёзд. Тихо Браге продолжительное время наблюдал за Марсом. Тихо Браге очень многое сделал для астрономии. Но вот в гелиоцентрическую систему Коперника он не верил, хотя и уважал Коперника. Браге сочинил свою компромиссную «гео-гелиоцентрическую» систему мира. Она сочетала в себе и труды Птолемея и Коперника. По его версии в центре оставалась неподвижная Земля, вокруг Земли вращались звезды, Луна и Солнце. Остальные планеты имели орбиты вокруг Солнца, которое двигалось вокруг Земли. В принципе его система была близка к системе Коперника, но вот только в отличие от гелиоцентрической системы, она не вызывала возражений у католической церкви.
Иоганн Кеплер жил в период с 1571 по 1630 год. Он является финальным героем это статьи. Как вы помните, он был помощником Тихо Браге, но в отличие от него верил в систему Коперника. Кеплер очень уважал Браги, и в последующих своих трудах, очень хорошо о нём отзывался и благодарил его. Про Кеплера можно написать отельную огромную статью. Поэтому давайте попробуем сосредоточиться на самом главном.
Кеплер взял данные измерений Тихо Браге, в частности Марса, и вывел законы движения планет. Сначала он решил доработать систему Коперника. Коперник использовал круговое движение орбит, и из-за несоответствия теории с фактическим движением планет, добавлял эпициклы как, собственно, и Птолемей. Кеплер решил отказаться от кругов.
Первый закон Кеплера: траектория движения планет совершается по эллиптическим орбитам, в одном из фокусов которого находиться Солнце. Взгляните на рисунок 6. Это очень великая мысль изменила этот мир. Эллипс — это некая окружность с двумя центрами, которые именуются фокусами. Все точки, которые лежат на линии круга имеют расстояние до центра равное радиусу. Все точки, которые расположены на линии эллипса имеют одинаковую сумму расстояний до двух фокусов. Тем самым можно предположить, что окружность — это некий эллипс, у которого фокусы расположены в центре окружности.
Второй закон Кеплера. Кеплер обратил внимания, на тот факт, что скорость движения планет по своим орбитам неравномерна. В результате он сделал вывод, что чем ближе планета к Солнцу, тем выше её скорость. Кеплер подошёл к этому вопросу с геометрической стороны, и вывел свой второй закон, который отображён на рисунке 7. На рисунке Солнце обозначено как «S», а планета движется против часовой стрелки по эллиптической орбите. За определённое время планета преодолевает путь из пункта «А» в пункт «A’», и за такое же время при движении с меньшей скоростью преодолевает путь из пункта «B» в пункт «B’». В результате получается, что несмотря на различную скорость, планета за одно и то же время преодолевает разные расстояния, но описывает одну и ту же площадь вокруг солнца. Эти площади на рисунке заштрихованы голубым цветом. Сформированный закон Кеплера звучит так: отрезок прямой соединяющий планету и Солнце, за одинаковые промежутки времени описывает одинаковую площадь.
Первые два закона Кеплер сформировал практически сразу, но вот третий свой закон он сформировал через 10 лет. Кеплер пытался сформировать связь между удалённости планет от солнца и временем затраченное на полный путь вокруг солнца по орбите. Планеты, которые расположены дальше от солнца, имеют намного длиннее дугу эллипса, из-за чего время, затраченное на весь путь вокруг солнца, должно быть больше. Кеплер взял два расстояния, первое, где планета наиболее близка к Солнцу, и где планета наиболее удалена от него. Среднее этих чисел он принял как расстояние удалённости планеты от Солнца. Такое расстояние называется большая полуось, и представляет собой половину ширины эллипса.
В результате Кеплер сформировал уравнение. Смотрите рисунок 8, там буквой «P» обозначено время, за которое планета преодолевает путь вокруг Солнца, а буквой «а» расстояние между планетой и Солнцем. Расстояние будем измерять в астрономических единицах. Среднее расстояние от Солнца до Земли равно 1 а.е. Время будем использовать в земных годах. В результате Кеплер сформировал свой гениальный закон: Квадраты периодов обращений планет вокруг Солнца пропорциональны кубам больших полуосей их эллиптических орбит. Этим уравнением Кеплер начал новую главу, которую можно назвать эрой постижения космоса. В дальнейшем даже сам Ньютон использовал законы Кеплера в своих трудах.
На этом статью можно завершить. Спасибо за прочтение, мой дорогой читатель и житель Вселенной. Я очень рад, если открыл для тебя что-то новое. Спасибо что дочитал статью до конца. Ставь лайк, если тебя это не затруднит. Всего доброго!