Текст книги "Все обо всем. Том 2"

Автор книги: Аркадий Ликум

сообщить о нарушении

Текущая страница: 1 (всего у книги 31 страниц)

А. Ликум
Все обо всем. Том 2

Часть 1. НАШ МИР

Почему Луна следует за нами, когда мы едем на машине?

Может показаться, что Луна находится не очень далеко от нас, но среднее расстояние от нее до Земли составляет 239 000 миль. Диаметр Луны – 2160 миль, то есть меньше протяженности Соединенных Штатов от побережья до побережья. Но если наблюдать за Луной с помощью очень сильного телескопа, она выглядит так, словно до нее не больше 200 миль. Из-за того, что Луна кажется нам такой близкой и большой, мы иногда забываем, что 239 000 миль – довольно большое расстояние. Именно этим огромным расстоянием и объясняется то, что, когда мы едем на машине и смотрим на Луну, нам кажется, будто она следует за нами.

Прежде всего надо сказать, что нам это просто кажется – это просто ощущение, психологическая реакция. Когда мы мчимся по дороге, мы замечаем, как все пролетает мимо нас в обратном направлении: деревья, дома, заборы, дорога. И от Луны мы тоже ожидаем, что она пролетит мимо нас или, по крайней мере, будет уходить назад, чем дальше вперед мы уедем. Когда этого не происходит, нам кажется, что она нас «преследует».

Но отчего так получается? От того, что расстояние от Земли до Луны весьма велико. По сравнению с расстоянием, которое проходит наш автомобиль за несколько минут, это расстояние огромно. Поэтому, когда мы едем, угол, под которым мы видим Луну, остается практически неизменным. И действительно, мы можем долго-долго ехать по прямой, а угол, под которым мы видим Луну, так и останется практически неизменным. И в то время как все пролетает мимо нас, ощущение того, что Луна нас «преследует», остается.

Как был открыт световой год?

Хоть мы и не можем полностью объяснить, что такое свет, измерить его мы можем довольно точно. Мы весьма неплохо представляем, насколько быстро перемещается свет. Поскольку световой год – это просто расстояние, которое луч света проходит за год, истинное открытие было связано со скоростью света. Это было сделано датским астрономом по имени Оле Рёмер в 1676 году. Он заметил, что затмения одного из спутников Юпитера наступают все позже и позже по мере того, как Земля перемещается по своей орбите к обратной стороне Солнца, противоположной той, где находится Юпитер.

Затем, когда Земля вернулась в прежнее положение, затмения вновь стали происходить по прежнему расписанию. Разница во времени составила около 17 минут. Это могло означать лишь то, что это время требуется для того, чтобы свет прошел расстояние, равное диаметру земной орбиты. Как известно, это расстояние составляет примерно 186 000 000 миль. Поскольку свету, чтобы пройти это расстояние, требовалось около 1000 секунд (примерно 17 минут), это означало, что скорость света равняется примерно 186 000 миль в секунду.

Уже в наше время профессор Альберт Майкельсон потратил годы, пытаясь точно определить скорость света. Пользуясь другим методом, он получил результат в 186 284 миль в секунду, и сейчас это считается совершенно точной цифрой. Если мы умножим эту скорость на количество секунд в году, то получится, что за год свет проходит 5 880 000 000 000 миль – это расстояние и называется световым годом.

Что такое обсерватория?

Тысячи лет тому назад астрономы, наверное, использовали египетские пирамиды, а также башни и храмы Вавилона для изучения Солнца, Луны и звезд. Тогда не было телескопов. Со временем появились астрономические приборы, и по мере того, как увеличивались их размеры и количество, для их размещения стали строить обсерватории. Некоторые обсерватории были построены больше тысячи лет тому назад. Место для строительства обсерватории должно быть правильно выбрано. Здесь должны быть благоприятные погодные условия, умеренные температуры; здесь должно быть много солнечных дней и безоблачных ночей, как можно меньше туманов, дождей и снегопадов. Это место должно находиться вдали от городских огней и неоновых реклам, которые слишком сильно освещают небо и этим мешают наблюдениям.

Есть здания, в которых кроме телескопов есть и жилые помещения. Приборы размещаются в конструкциях из стали и бетона. Здания для установки телескопов состоят из двух частей. Нижняя часть неподвижна, а верхняя, или крыша, имеет форму купола, который может вращаться. В куполе есть «щель», которая открывается для того, чтобы телескоп смотрел в небо. За счет вращения купола щель может быть открыта в направлении любого участка неба. И купол, и телескоп перемещаются с помощью электромоторов. В современной обсерватории астроному нужно нажать лишь несколько кнопок, чтобы передвинуть оборудование.

Конечно, для того, чтобы видеть, астроном всегда должен находиться у окуляра, или там должен быть закреплен фотоаппарат. Поэтому в некоторых обсерваториях пол может подниматься или опускаться, или там есть регулируемая платформа. Для наблюдений за небом астрономы полагаются не только на свои глаза. У них есть много сложных приборов и приспособлений к телескопу, таких, как фотоаппараты, спектроскопы, спектрографы и спектрогелиографы. Все эти приборы обеспечивают ученых важной информацией.

Как спектр позволяет изучать вселенную?

Нам известно, что изучение одного лишь спектра позволяет астроному узнать, из чего состоит находящаяся за много миллиардов миль звезда и какие в ней есть элементы, позволяют измерить температуру звезды, вычислить скорость ее движения и определить, к Земле или от Земли направлено это движение. Спектр состоит из линий, на которые распадается белый свет, когда он преломляется, проходя, например, через призму. Кроме различных цветовых оттенков, по всему спектру располагаются сотни параллельных линий. Они называются «фраунгоферовыми линиями» в честь их открывателя Фраунгофера.

Каждый химический элемент в газообразном или парообразном состоянии имеет свое собственное сочетание линий, занимающих свое место в спектре. Эти линии обозначают цвета, которые элемент, нагретый до свечения, поглощает из света. Это значит, что ученый может определить, из чего состоит любое вещество, независимо от того, на каком расстоянии оно находится. Каждый элемент имеет свою «темную линию», или спектр поглощения, отличающийся от спектра любого другого элемента. С помощью простого сравнения спектра изучаемого материала со спектрами известных элементов физик может определить, что это такое.

Другими словами, каждый элемент оставляет «отпечатки пальцев» в виде светового рисунка. Поскольку температура вызывает изменения в положении спектральных линий элемента, астрономы способны многое сказать о температуре звезд, удаленных на миллиарды миль. Когда звезда движется в нашу сторону, линии спектра смещаются в направлении фиолетовой части спектра. Если же звезда движется от нас, линии смещаются в направлении красной части. По степени перемещения ученые рассчитали, что некоторые звезды мчатся в пространстве со скоростью 150 миль в секунду!

Как изучаются звезды?

Расстояние от Земли до ближайшей звезды составляет четыре с половиной световых года. В световом годе примерно шесть миллионов миллионов миль – или 6 000 000 000 000 миль! Спрашивается, если звезды находятся на таком огромном расстоянии от нас, как мы можем определить их размеры, их состав и так далее? Было время, когда телескоп был единственным прибором астрономов. В настоящее время существует множество приборов, позволяющих астрономам изучать движение, яркость, цвет, температуру и состав звезд. Прежде всего это фотоаппарат, который применяется для того, чтобы постоянно фотографировать наблюдаемые звезды.

Другой прибор – это спектрограф, применяемый для фотографирования спектров звезд или исходящих от них лучей света. С помощью спектрографа астрономы получили большую часть сведений о составе звезд, их температурах и скоростях их перемещений. Спектр одной звезды может напоминать спектр другой. Выяснилось, что звезды каждого спектрального класса имеют один цвет. Цвета могут быть от голубого до красного. Наше Солнце – это желтая звезда, находящаяся в середине этого ряда. Температуру звезды тоже можно определить путем измерения цветов спектра. Голубые звезды – большие, горячие и яркие и имеют температуры от 25 000 градусов и выше. Красные звезды – довольно холодные, с температурой поверхности от 1600 градусов и меньше.

Чтобы выяснить химический состав звезды, астроном сравнивает спектры звезд со спектрами, полученными в лабораторных условиях. Все элементы, обнаруженные в составе звезд, существуют и на Земле, но звезды представляют из себя в основном шары из очень горячего газа, большей частью – водорода и гелия. Астрономы пользуются еще и специальными телескопами, позволяющими фотографировать большие участки неба.

Радиотелескопы – это приборы еще одного типа. Они состоят из очень большой антенны, приемника и регистрирующего датчика. Этот прибор регистрирует мощность радиоизлучений от звезд и планет. Таким образом, вы видите, что мы можем преодолеть большие расстояния и с помощью различных приборов узнать довольно много о звездах.

Сколько на небе созвездий?

Если вы посмотрите на звезды, то иногда вам может показаться, что вы видите там квадраты, буквы и другие знакомые фигуры. Людям прошлого, почти во всех частях света, тоже так казалось. Они наблюдали группы звезд и давали им имена. Но не всегда так просто выделить на небе фигуры, подсказавшие имена. Поэтому не следует ожидать, что созвездия действительно имеют очертания, о которых напоминают их имена. Греческие астрономы перечислили 48 созвездий, а еще 40 были выделены уже после них.

Таким образом, на небе сейчас 88 созвездий. Не все созвездия, конечно, можно видеть из любой точки на Земле. Некоторые из них находятся в небе Северного полушария, некоторые видны только из мест, находящихся к югу от экватора. По мере вращения Земли вокруг Солнца из-за горизонта появляются новые группы звезд. Около полюсные созвездия, которые кажутся вращающимися вокруг Полярной звезды, остаются в поле зрения в течение всего года. Кроме того, есть созвездия, которые появляются только зимой, весной, летом или осенью.

Сколько спутников у Юпитера?

Сейчас, когда мы все читаем о космических кораблях и путешествиях в открытом космосе, повышается интерес к другим планетам Солнечной системы. За исключением, пожалуй, Марса, самой интересной для нас планетой является, наверное, Юпитер. Прежде всего, Юпитер сам по себе напоминает солнечную систему в миниатюре! В настоящее время открыто не меньше шестнадцати спутников, или лун, вращающихся вокруг Юпитера. Четыре из них близки по размерам к нашей Луне. Два из них имеют лишь около 30 миль в диаметре, а некоторые – ну просто карлики! Их диаметр составляет около 15 миль и меньше! Юпитер – самая большая из всех планет, и его объем в 1300 раз больше объема Земли.

Если посмотреть на него невооруженным взглядом, то это будет яркое и прекрасное зрелище, хотя он не приближается к Земле ближе, чем на 367 000 000 миль! Астрономы, изучающие Юпитер с помощью телескопов, видят постоянно изменяющуюся картину. На его поверхности есть полосы, или пояса, разделенные яркими пространствами, которые называются зонами. Пояса не имеют четких очертаний, но постоянно распадаются на участки неправильной формы всевозможного вида. Зоны тоже время от времени меняются, и в них вдруг появляются темные пятна и яркие белые участки.

Астрономы полагают, что то, что мы видим в виде поясов или зон, на самом деле – скопления облаков или испарений, которые часто находятся в неспокойном состоянии. Одна из странностей Юпитера состоит в том, что на его поверхности часто появляются поразительные цвета. Два пояса изменяются в цвете от очень красного до коричневого, серого или даже голубоватого. Считается, что это каким-то образом связано с обращением Юпитера вокруг Солнца. Один оборот занимает 12 лет, а изменения в цвете, как кажется, происходят с периодичностью именно в 12 лет.

Возможно, что самым интересным и примечательным из всего, что относится к Юпитеру, является его огромное красное пятно. Оно имеет около 30 000 миль в длину и примерно 8 000 миль в ширину. Оно подвержено сильным изменениям цвета, формы, яркости и подвижности. В какие-то годы оно может быть кирпично-красным, в другое время – серым, а иногда кажется, что оно совсем исчезает. Кроме того, кажется, что это таинственное красное пятно движется, как бы дрейфует по поверхности Юпитера.

Что такое астероид?

Открытия в мире небесных тел часто напоминают открытие тайны. Именно так и были открыты астероиды. Ученые Тициус и Боде в разное время пришли к выводу, что между Марсом и Юпитером должна находиться какая-то планета: в расстоянии между ними был какой-то пробел. Поэтому несколько астрономов принялись за поиски этой планеты. В 1801 году на этом месте была действительно обнаружена планета, получившая название Церера. Но это была очень маленькая планета с диаметром всего 600 миль. Ученые решили, что она может быть лишь одной из группы малых планет, и поиски продолжались.

Через некоторое время были открыты еще три планеты, самая большая из которых была в два раза меньше Цереры. Астрономы решили, что эти планеты – четыре осколка, оставшихся после взрыва какой-то большой планеты. Но после пятнадцатилетних поисков один астроном нашел еще одну малую планету, и охота продолжилась. К 1890 году было обнаружено 300 малых планет, а между 1890 и 1927–2000 планет! Эти малые планеты, в основном вращающиеся в пространстве между Марсом и Юпитером вокруг Солнца, получили название астероидов. По оценкам их около 100 000, хотя многие из них имеют слишком маленькие размеры, чтобы их можно было легко обнаружить. Некоторые имеют в поперечнике лишь несколько сот метров, а их общая масса составляет лишь небольшую часть от массы Земли. Относительно появления астероидов существует гипотеза, согласно которой они представляют собой осколки взорвавшегося спутника Юпитера.

Как была открыта планета Плутон?

Если вы считаете, что трудно найти иголку в стоге сена, то вам стоит подумать о том, как можно «найти» планету Плутон. Это самая дальняя планета Солнечной системы, которая примерно в сорок раз дальше от Солнца, чем Земля. Чтобы увидеть Плутон, нужен очень большой телескоп. И все же планета была каким-то образом открыта. Как же это удалось? Существует два свода законов, которые позволяют получать сведения о размерах планет и расстояниях до них. Законы Кеплера, относящиеся к движениям планет, доказывают, что орбиты планет вокруг Солнца не имеют формы правильного круга.

Ньютоновский закон гравитации позволил астрономам определять вес, размеры и массы планет. Закон гласит, что два тела притягивают друг друга с силой, которая зависит от количества материала в каждом теле (его массы) и от расстояния между ними. Чем больше их масса, тем сильнее притяжение; чем ближе они друг к другу, тем сильнее притяжение. Вооружившись этими законами, два человека в 1846 году заметили что-то необычное в поведении планеты Уран, считавшейся в то время самой отдаленной планетой Солнечной системы. Уран двигался по своей орбите не так, как можно было предположить, сделав поправки на все известные планеты.

По тому, как Уран двигался, можно было сделать вывод, что на его траекторию оказывает влияние другая планета, и определить местонахождение этой планеты. Один из этих людей попросил Берлинскую обсерваторию поискать новую планету в определенном участке неба, и она была там обнаружена. Новая планета была названа Нептуном. Американский астроном Персиваль Лоуэлл считал, что на движение Урана оказывает влияние еще одна планета, находившаяся за Нептуном. Это было в 1915 году. Другие астрономы почувствовали, что и на сам Нептун оказывает влияние какая-то планета за ним.

Таким образом, начались систематические поиски еще одной планеты с помощью телескопа и изучения фотографий. 18 февраля 1930 года астроном Томбо, изучавший фотографии в поисках новой планеты, обнаружил ее – рядом с местом, предсказанным Лоуэллом! Это и был Плутон.

Могут ли столкнуться планеты?

Если поднять голову и посмотреть на заполняющие небо планеты и звезды, то может возникнуть вопрос: а не может ли в один прекрасный день произойти столкновение между ними? Но, к счастью, это маловероятно. Глядя в небо, мы не можем определить, насколько одни звезды и планеты дальше от Земли, чем другие. Чтобы лучше это понять, давайте рассмотрим всю нашу Солнечную систему. Планеты никогда не выходят из зоны притяжения Солнца. Они постоянно движутся по своим орбитам, имеющим не совсем круглую форму. Скорость планет зависит от их расстояния до Солнца.

Представьте, что ваша голова – Солнце, с теми же размерами и с тем же местом в Солнечной системе. В этом случае она является центром нескольких окружностей различного диаметра. Эти окружности и есть орбиты, по которым планеты вращаются вокруг Солнца. Если ваша голова находится в центре, то тогда вращающийся по ближайшей окружности Меркурий будет находиться в 6 метрах от вас! Размером он будет примерно с точку в конце этого предложения. (Не забывайте, что ваша голова по размеру соответствует Солнцу.) Венера перемещается по окружности на расстоянии в 11,9 метра, и ее размер примерно равен букве «о».

На третьей окружности находится наша планета, Земля, и она немного больше Венеры. Это примерно в 16 метрах от вашей головы (на самом деле это расстояние составляет примерно 150 000 000 километров). На четвертой окружности находится Марс, который немного меньше Земли. От вашей головы это 25 метров.

Затем мы переходим к Юпитеру, самой большой планете. По сравнению с вашей головой (Солнцем) он выглядит стеклянным шариком и находится на расстоянии, равном длине футбольного поля! На шестой окружности – Сатурн, 12 мм в диаметре и почти в два раза дальше, чем Юпитер. Уран, 5 мм в диаметре, находится в два раза дальше Сатурна. Нептун, немного меньше Урана, располагается на половине его расстояния до Солнца. А Плутон, который в два раза меньше Земли, – в 8 раз дальше Юпитера. Поскольку все они неизменно вращаются по своим орбитам вокруг вас, теперь вы можете видеть, почему очень мало вероятно, что они когда-нибудь столкнутся.

Каков возраст Земли?

На этот вопрос мы никогда не сможем дать точный ответ. Человек с незапамятных времен интересовался возрастом Земли, и на эту тему появилось множество мифов и легенд, которые, казалось, давали ответ. Но лишь около 400 лет тому назад к этому вопросу стали подходить с научной точки зрения. В это время было доказано, что Земля вращается вокруг Солнца (другими словами, что Земля является частью Солнечной системы), и теперь ученые знали, с чего начинать. С выяснения возраста Земли, что было необходимо, чтобы объяснить, как родилась Солнечная система. Как появилось Солнце и все планеты? Одна из теорий получила название небулярной гипотезы. По этой теории, когда-то в пространстве носилось огромное облако раскаленного газа, которое уменьшалось в размерах и все сильнее нагревалось.

По мере уменьшения газового облака оно выбрасывало сгустки газа. Каждый из этих сгустков сформировался в планету, а оставшаяся масса собралась в центре и стала Солнцем. Другое объяснение называется планетезимальной теорией. Согласно ей, миллионы и миллионы лет тому назад в пространстве находилось громадное скопление небольших твердых тел, называемых планетезималями, с Солнцем в середине. Поблизости проходила огромная звезда, под воздействием которой оторвались части этой массы. Эти части притянули к себе небольшие планетезимали, подобно тому, как к снежному кому пристает снег, и так появились планеты.

Независимо от правильности той или иной теории, астрономы вычислили, что это произошло примерно 5 500 000 000 лет тому назад! Но решением этого вопроса занимались не только астрономы, но и другие ученые. Они попытались найти ответ, выясняя, сколько лет понадобилось Земле, чтобы стать такой, какой мы ее знаем. Они определили время, за которое выветрились самые старые горы, и время, за которое океаны накопили нынешнее количество соли. В результате всех исследований эти ученые согласились с астрономами в том, что возраст Земли составляет примерно 5 500 000 000 лет.

Что такое эрозия?

Эрозия – это процесс, при котором медленно стирается поверхность земли. На мягкую почву падает дождь и уносит в реки и ручьи густые потоки грязи. Ветер, собирающий землю с полей, гонит песок и пыль. Завихряющиеся потоки вдоль берегов рек и озер, бьющие о берег волны вымывают глинистые берега. Они выгрызают песок и камни из скалистых утесов, превращая скалы в песок и измельчая его на еще более мелкие части. Затем все это выносится водой в море. Это и есть эрозия. Ей мы обязаны появлением некоторых чудес света, таких, как Большой Каньон в Аризоне. Но эрозия имеет и отрицательную сторону. В конце 30-х годов она превратила в пыль плодородные равнины Канзаса, Оклахомы и Техаса, оставив бездомными тысячи людей.

Вода – основная виновница эрозии в мире. Она просачивается в трещины в твердых скалах и, замерзая, разрывает скалы на куски. После многих лет такого воздействия скала превращается в почву, а потом вымывается и почва. Дождь впитывается в почву, пока та не станет достаточно мокрой. Оставшаяся вода течет по поверхности сначала в виде ручейков, а потом собирается в реки. Она всегда уносит с собой почву в виде грязи. Потоки медленно, в течение многих тысячелетий, прорывают долины, по которым они текут. Долины расширяются и встречаются. Силы эрозии стирают землю иногда до уровня моря. Ветер тоже помогает эрозии, но он действует гораздо медленнее, чем вода. В древности эрозии содействовали и ледники, которые стирали края долин. От эрозии сильно пострадало сельское хозяйство Америки.

Фермеры не понимали, что драгоценный плодородный слой уносится, или не знали, как это остановить. Они глубоко вспахивали землю, и на поверхность выходил подпочвенный слой, который быстро превращался в пыль и сдувался ветром. Сегодня новые методы ведения сельского хозяйства помогают предотвратить потери от эрозии. С одной стороны, фермеры больше не используют плуг в таких масштабах. Они оставляют стебли пшеницы и кукурузы на почве, что помогает удерживать землю. На пересеченной местности они обрабатывают площади вдоль склонов, вместо того чтобы вспахивать их сверху вниз. Это называется контурной вспашкой, и при этом не остается борозд, по которым вода может стекать со склона. Сегодня фермеры освоили много способов, позволяющих сохранить драгоценную землю и не дать воде и ветру унести ее.