Текст книги "О времени, пространстве и других вещах. От египетских календарей до квантовой физики"

Автор книги: Айзек Азимов

сообщить о нарушении

Текущая страница: 4 (всего у книги 15 страниц)

Глава 4 НЕБЕСНЫЙ ЗООПАРК

20 июля 1963 года произошло полное затмение Солнца. Его можно было наблюдать в некоторых районах штата Мэн, но из моего дома было видно далеко не все. Чтобы получить возможность наблюдать картину полностью, мне пришлось бы проехать 200 миль, надеясь, что не помешают облака, а затем вернуться обратно, проведя много времени в дорожных пробках из обитателей Повой Англии, одержимых желанием увидеть редкое событие во всех деталях.

Я решил никуда не ехать (и оказался прав, так как облака сильно мешали обзору) и наблюдал затмение со своего заднего двора. С моего наблюдательного пункта затмение не было полным – только 95 %. Между прочим, разница между 95 %-ным и полным затмением весьма значительная, как между озером и океаном. Поэтому я не могу назвать полученное впечатление неизгладимым.

Полное затмение происходит тогда, когда Луна полностью заслоняет собой Солнце. Следует отметить, что Луна достаточно велика, чтобы заслонить собой Солнце (иногда), чтобы наступила временная ночь и появились звезды. И в то же время она достаточно мала, чтобы в моменты потемнения (при затмении) оставалась видна корона, особенно самые яркие ее части вокруг Солнца.

Видимые размеры Солнца и Луны зависят от их действительных размеров и расстояния от нас. Диаметр Луны – 2160 миль, а диаметр Солнца – 864 000 миль. Отношение диаметра Солнца к диаметру Луны 864 000:2160 = 400. Если бы оба небесных тела находились от нас на одинаковом расстоянии, Солнце было бы в 400 раз больше Луны. При таких гигантских расстояниях увеличение расстояния вдвое так же вдвое уменьшает видимый диаметр. Расстояние до Луны около 238 000 миль, а до Солнца – 93 000 000 миль. Отношение этих расстояний 93 000 000:238 000 = 390. Видимый диаметр Солнца уменьшается в этой же пропорции.

Другими словами, налицо взаимовлияние двух факторов. Больший диаметр Солнца уменьшается пропорционально расстоянию, в результате чего мы видимЛуну и Солнце практически одинаковыми. Видимый угловой диаметр Солнца составляет примерно 32 минуты, а Луны – 31 минуту. Так как градус равен 60 минутам, Луна и Солнце имеют диаметр примерно полградуса.

Приведенные значения являются средними, поскольку Лупа и Земля движутся но эллиптическим орбитам. Луна то приближается к Земле, то снова удаляется от нее, поэтому ее видимые размеры немного меняются. И Земля периодически приближается к Солнцу, а йогом снова удаляется, поэтому его видимые размеры также не всегда одинаковые. Изменение видимого диаметра составляет около 3 % для Солнца и 5 % для Луны, что незаметно для подавляющего большинства случайных наблюдателей.

Луна и Солнце так идеально подходят друг другу по чистейшей случайности. Этому факту нет никаких видимых причин. Можно утверждать, что Земле просто повезло, причем единственной из всех планет. Если же предположения современных астрономов верны и Луна постепенно удаляется от Земли, то в прошлом Луна была слишком велика для идеального полного затмения, а в будущем станет чересчур мала.

Конечно, за это соответствие надо платить. Если два тела имеют приблизительно равные видимые размеры, то затмение будет полным ограниченный промежуток времени. Другими словами, когда Луна закрывает крайний участок Солнца (продолжая двигаться), с другой стороны начинает появляться начальный участок Солнца. При самых благоприятных условиях, когда Луна находится к нам ближе всего (поэтому имеет самые большие видимые размеры), а Солнце максимально удалено от нас, имея минимальные видимые размеры, затмение может продлиться 7,5 минут.

Но, если Луна имеет видимые размеры меньше средних, а Солнце больше их, маленькая Луна полностью не заслонит большое Солнце, даже когда их центры совпадут. Вокруг Луны будет видно яркое кольцо. Это кольцевое затмение. Поскольку видимый диаметр Луны несколько меньше, чем Солнца, кольцевые затмения более вероятны, чем полные.

Ситуация не дает возможности астрономам (так же как и простым смертным, любителям красоты) насладиться загадочным зрелищем, потому что, во-первых, полное затмение длится всего несколько минут, а во-вторых, его можно наблюдать только с небольшого участка земной поверхности, куда падает узкая тень Луны.

Между прочим, мы наблюдаем значительно меньше затмений, чем могли бы. Затмение Солнца происходит, когда Лупа находится между Землей и Солнцем. Но это происходит каждое новолуние. Ведь в действительности Луна становится «новой», потому что занимает место между нами и Солнцем таким образом, что ее противоположная сторона (которую мы не видим) освещается солнечными лучами, а нам остается лицезреть очень тонкую светлую полоску с одного края Луны – молодой месяц. В году 12 новолуний (иногда 13), и мы должны видеть каждый год 12 солнечных затмений (иногда 13). Разве нет?

Конечно нет. Мы наблюдаем каждый год не более пяти солнечных затмений, причем они видны с разных, удаленных друг от друга участков земной поверхности. Иногда их число уменьшается до двух. Что же происходит с остальными? Давайте рассмотрим этот вопрос.

Орбита, по которой Земля движется вокруг Солнца, лежит в одной плоскости. Солнце также располагается в этой плоскости. (Это не совпадение, а следствие действия закона всемирного тяготения.)

Представьте себе, что плоскость земной орбиты переместилась далеко к звездам. Тогда мы, стоя на Земле, увидим, что она рассечет небесную сферу на две равные половины. Линия пересечения образует на небесной сфере большой круг. Это линия эклиптики.

Разумеется, эта линия воображаемая и в действительности не видна. Тем не менее, ее положение довольно легко себе представить, используя в качестве ориентира Солнце. Плоскость земной орбиты проходит через Солнце, и, глядя на светило, мы смотрим вдоль этой плоскости. Солнце всегда находится на линии эклиптики. Поэтому, чтобы представить ее на звездном фоне, достаточно проследить путь Солнца по небу. (Я имею в виду не дневной путь с востока на запад, который является отражением вращения Земли, а его ночной путь но звездному небу, отражающий поворот Земли вокруг Солнца.)

Когда Солнце светит в небе, звезды не видны – они закрыты от нас рассеянным солнечным светом, окрашивающим небо в голубой цвет. Как же тогда определить положение Солнца относительно звезд?

Наблюдая ночное небо на протяжении года, можно нанести на карты все звезды вдоль линии эклиптики. После этого появляется возможность рассчитать положение Солнца по отношению к звездам в каждый конкретный день.

Если вы сделаете макет небесной сферы, например возьмете глобус и нанесете на него звезды, то сможете без особого груда изобразить на нем большой круг, по которому движется Солнце. Время, которое требуется Солнцу, чтобы совершить полный оборот по линии эклиптики (видимой), – примерно 365 ¹/ ₄суток. Именно таким образом определяется год.

Луна движется вокруг Земли по эллиптической орбите, также лежащей в одной плоскости. Плоскость, в которой расположена ее орбита, проходит через Землю. Глядя на Луну, мы смотрим вдоль этой плоскости. Даже когда Луна светит в небе, звезды видны, поэтому обозначить путь Луны значительно проще. Время, за которое Луна совершает свой путь, равно примерно 27 ¹/ ₃суток. Так определяется звездный месяц (см. главу 6).

Итак, если плоскость лунной орбиты вокруг Земли совпадает с плоскостью земной орбиты вокруг Солнца, то Луна и Солнце проследуют по одинаковой траектории относительно звезд. Вообразите, что они наблюдают за движением светил с одной позиции в небе. Луна опишет полную окружность по линии эклиптики за 28 суток, затем проведет полтора дополнительных дня, догоняя Солнце, которое тоже движется, по значительно медленнее. Каждые 29,5 дней будет новая Луна и солнечное затмение.

Более того, один раз в 29,5 дней Лупа будет полной. Это произойдет, когда Луна будет находиться точно с противоположной стороны от Солнца, гак что мы сможем видеть се видимое полушарие целиком. Но в это время Луна должна заходить в тень Земли, и наступит полное затмение Луны.

Но это не происходит регулярно один раз в 29,5 дней, потому что плоскость лунной орбиты вокруг Земли не совпадает с плоскостью земной орбиты вокруг Солнца. Между этими двумя плоскостями существует угол 5°8′ (308’). Два больших круга, если их нанести на небесную сферу, будут расположены но отношению друг к другу с небольшим наклоном. Они пересекутся в двух диаметрально противоположных точках, называемых узлами или точками пересечения орбит. Максимальное расстояние между ними будет в середине между точками пересечения.

Если измерить угловое расстояние между точками максимального удаления лунного пути от линии эклиптики, оно составит 308 минут. Эта величина составляет почти десятикратно увеличенный видимый диаметр Солнца или Луны. Это означает, что, если Луна догонит Солнце в точке максимального удаления, между ними останется достаточно места, чтобы в ряд поместились еще девять небесных тел, каждое из которых имеет видимые размеры Луны или Солнца.

Поэтому в большинстве случаев Луна, догоняя Солнце, проходит над или под ним на достаточно большом удалении, и затмения не наблюдается.

Разумеется, если Луне случится догнать Солнце в точке, расположенной поблизости от точки пересечения орбит, затмение будет иметь место, но это происходит, как я уже говорил, от двух до пяти раз в год. Если математически описать движение Солнца и Луны, можно предсказать затмения в будущем и вычислить, когда они имели место в прошлом, а также точно определить места на Земле, где это явление наблюдалось или будет наблюдаться.

Геродот поведал нам об ионийском философе Фалесе, который предсказал затмение, подоспевшее вовремя, чтобы остановить сражение между лидийцами и медийцами. (При явном проявлении божественного недовольства, согласитесь, продолжать войну не было никакого смысла.) Сражение происходило в Малой Азии примерно в 600 году до и. э., а астрономические расчеты показывают, что полное затмение Солнца было видно именно с территории Малой Азии 28 мая 585 года до н. э. Прекращенная вмешательством свыше битва, таким образом, является одним из самых ранних событий в древнейшей истории, дата которых известна с высокой степенью достоверности.

В глубокой древности человечество использовало эклиптику не только для наблюдения за затмениями. Это был своеобразный вечный календарь, изображенный на небе.

Первые календари основывались на движении Луны, которая, двигаясь но небу, проходит ряд фазовых превращений: 29 дней, которые проходят от новолуния до новолуния, – это синодический месяц (см. главу 6).

Проблема заключалась в том, что в странах достаточно развитых, чтобы иметь собственный календарь, существовал ряд важных периодических явлений (разлив Нила, наступление сезонных дождей или сезонных холодов), которые не согласовывались с синодическим месяцем. От разлива до разлива Нила, в частности, проходило не целое число месяцев. Средний промежуток составлял 12–13 месяцев.

В Египте заметили, что средний интервал между разливами совпадает с одним полным оборотом Солнца (годом). Результатом явился календарь, в котором год делился на месяцы. В Вавилоне, а также у греков и иудеев месяцы были неразрывно связаны с Луной, и год состоял из 12 или 13 месяцев, располагавшихся в порядке, повторявшемся каждые 19 лет. Таким образом, годы приводились в соответствие с сезонами, а месяцы – с фазами Луны. Но отдельные годы имели разную продолжительность (см. главу 1).

Египтяне, римляне, а затем и мы оставили Луну в покое и решили считать все годы одинаковой длины, разделив их на 12 месяцев. Календарный месяц длится 30 ¹/ ₂суток вместо 29 ¹/ ₂суток синодического месяца. Это значит, что месяцы больше не «шагают в ногу» с фазами Луны, но человечество как-то пережило этот факт.

Движение Солнца вдоль линии эклиптики воплощало календарь. Поскольку год (один полный оборот) делился па 12 месяцев, показалосьвполне естественным разделить и линию эклиптики на 12 участков. Через 12 месяцев Солнце возвращается к первому участку.

Каждый участок эклиптики имеет собственный набор звезд. Что может отличать друг от друга эти участки? Если на одном участке имеется четыре звезды, расположенные в вершинах воображаемого квадрата, его можно назвать квадратным,другой участок получал название V-образного, третий – большого треугольногои т. д.

К несчастью, большинство людей не обладают ясным и четким математическим мышлением и чаще видят сложные фигуры, чем простые формы. Группу звезд, расположенную в форме буквы V, можно представить в виде головы быка с рогами. Вавилоняне придумали воображаемые образы для каждого участка эклиптики, а греки воспользовались ими, дав каждому греческое имя. Римляне, в свою очередь, дали им латинские имена, дошедшие до нас.

Вот список этих имен (курсивом выделено латинское название): 1) Aries,Овен; 2) Taurus,Бык; 3) Gemini,Близнецы; 4) Cancer,Рак; 5) Leo,Лев; 6) Virgo,Дева; 7) Libra,Весы; 8) Scorpio,Скорпион; 9) Sagittarius,Стрелец; 10) Capricornus,Козерог; 11) Aquarius,Водолей; 12) Pisces,Рыбы.

Как видите, семь созвездий носят имена животных; восьмое, Стрелец, обычно изображают в виде кентавра, которого тоже можно считать животным. А если вспомнить, что человек также является представителем животного царства, единственное созвездие, названное не по имени животного, – это Весы. Греки назвали набор созвездий зодиакальным кругом,или кругом маленьких животных.Мы называем их зодиакальными созвездиями.

Всего современные астрономы различают в небе 88 созвездий. Из них 30 созвездий (которые по большей части расположены в Южном полушарии и открыты в наше время) носят имена неодушевленных предметов. Из оставшихся 58 созвездий, в основном известных с древности, 36 названы именами млекопитающих (включая 14 человеческих существ), 9 – птиц, 6 – рептилий, 4 – рыб, 3 – членистоногих. Чем не небесный зоопарк?

Может показаться странным, что, хотя большинство созвездий были открыты еще в земледельческом обществе, ни одно из них не носит имя растения. Возможно, первые астрономы были скотоводами?

Линия эклиптики наклонена под углом 23 ¹/ ₂° к небесному экватору (см. главу 3), и обычно говорят, что земная ось имеет наклон 23 ¹/ ₂°.

Линия эклиптики пересекает небесный экватор в двух точках «равноденствия». Когда Солнце проходит через эти точки, оно находится прямо над экватором и продолжительность дня становится равной продолжительности ночи (12 часов) во всем мире. Отсюда и название.

Одна из точек равноденствия достигается, когда Солнце, двигаясь по линии эклиптики, переходит из южного небесного полушария в северное. Для нас, жителей Северного полушария, оно поднимается высоко в небе, словно возвещая о приходе весны. Это весеннее равноденствие, наступающее 20 марта.

В этот день (так считали древние греки) Солнце входит в созвездие Овна. Поскольку день весеннего равноденствия – хорошее время начала года для любого земледельческого общества, принято список зодиакальных созвездий начинать с Овна. Я гоже так поступаю.

В каждом созвездии Солнце находится около месяца: в Овне оно с 20 марта но 19 апреля, в Быке – с 20 апреля по 20 мая и т. д.

После прохождения точки весеннего равноденствия Солнце продолжает движение по линии эклиптики, удаляясь все дальше к северу от небесного экватора, поднимаясь все выше в нашем северном небе. На полпути между двумя точками равноденствия оно достигает точки эклиптики максимально удаленной от небесного экватора. Мгновение Солнце «стоит неподвижно», после чего движение в северном направлении прекращается (как нам кажется), и оно «поворачивает» снова на юг. Это время «летнего солнцестояния».

В это время Солнце располагается в 23 ¹/ ₂° северу от небесного экватора и входит в созвездии Рака. Вследствие этого линия 23 ¹/ ₂° северной широты на Земле, над которой Солнце стоит 20 июня, называется тропиком Рака(слово тропикпроизошло от греческого глагола поворачивать).

23 сентября Солнце достигает точки осеннего равноденствия, войдя при этом в созвездие Весов. Затем оно двигается к югу от небесного экватора и 21 декабря входит в созвездие Козерога, достигая самой южной точки своей орбиты. Наступает день зимнего солнцестояния, а линия 23 ¹/ ₂° южной широты на Земле, как вы уже догадались, именуется тропиком Козерога.

Здесь имеется одна сложность. Земная ось слегка колеблется. Если ее продлить до пересечения с небесной сферой, каждый полюс будет медленно описывать круг диаметром примерно 47°. Положение небесного экватора зависит от наклона оси, поэтому небесный экватор перемещается относительно звезд с востока на запад в направлении, параллельном эклиптике. Точки равноденствия (пересечения движущегося небесного экватора с неподвижной линией эклиптики) также перемещаются на запад навстречу Солнцу.

Точка равноденствия описывает полный круг вокруг линии эклиптики за 25 760 лет, другими словами, за год точка весеннего равноденствия смещается на 360:25 760 = 0,014°. Солнце, следуя но орбите с запада на восток, подходит к точке весеннего равноденствия, которая уже сместилась на 0,014° но сравнению с положением, которое она занимала годом ранее. Теперь Солнцу необходимо пройти дополнительно 0,014°, чтобы пройти полный круг. Для этого требуется 20 минут. Поскольку точка равноденствия каждый год на 20 минут «опережает расписание», это движение земной оси называется предварением равноденствий.

По причине предварения равноденствий день весеннего равноденствия передвигается на одно зодиакальное созвездие за каждые 2150 лет. Во времена строителей пирамид во время весеннего равноденствия Солнце входило в созвездие Быка. В период расцвета Древней Греции Солнце вошло в созвездие Овна. Сейчас оно находится в созвездии Рыб, а в 4000 году войдет в созвездие Водолея.

Чтобы совершить полный круг относительно звезд, Солнцу требуется 365 суток 6 часов 9 минут 10 секунд. Это звездный год. Прохождение полного круга между точками равноденствия занимает на 20 минут меньше – 365 суток, 5 часов, 48 минут, 45 секунд. Эго тропический год, также определяющий время, необходимое Солнцу, чтобы проследовать от тропика до тропика и обратно.

Понятия времен года связаны с тропическим, а не со звездным годом. Так что, когда мы произносим слово год,мы имеем в виду год тропический.

Историки, изучающие времена античности, заметили, что положение Солнца в том или ином зодиакальном созвездии оказывает непосредственное влияние на Землю. Когда Солнце находилось в созвездии Льва, оно светило «с львиной» силой, и на Земле постоянно было очень жарко. Если Солнце в созвездии Водолея, на Земле идут частые и обильные снегопады. Кроме того, затмения принято считать вестниками катастроф, поскольку после затмений нередко происходили серьезные катастрофы. (Они имели место и при отсутствии затмений, но па это никто не обращал внимания.)

Ученые, занимавшиеся изучением небесных тел, всегда живо интересовались их влиянием на людей. Следует отмстить, что им никогда не приходилось долго искать предмет для исследования. В частности, они обратили пристальное внимание на движение пяти ярких, похожих на звезды объектов – Меркурия, Венеры, Марса, Юпитера и Сатурна. Они, подобно Солнцу и Луне, двигались на фоне звездного неба и были названы планетами.

Пять похожих на звезды планет так же, как Земля, двигаются вокруг Солнца, а плоскости их орбит слегка наклонены по отношению к орбитальной плоскости Земли. Это значит, что (как нам кажется) они движутся по эклиптике, как Солнце и Луна, и проходят через зодиакальные созвездия.

В отличие от Солнца и Луны их орбиты довольно сложны и представляют собой весьма замысловатые петли. Это дало возможность грекам развлекаться в течение пяти веков, изобретая всевозможные неверные теории и методы расчета орбит.

Теории, быть может, действительно были неправильными, но они позволили представить, где планеты находились в прошлом и где должны были расположиться в будущем. Оставалось только решить, какое влияние оказывает конкретная планета в определенном зодиакальном созвездии, отметить позиции всех планет в день рождения данного индивидуума, и все! Решить, о каком влиянии идет речь, весьма несложно. Здесь все зависит только от вашей фантазии, насколько она у вас разыграется. Псевдонаука астрология занимается этим без особого труда. Причем каждый астролог имеет свою собственную точку зрения, обычно не имеющую ничего общего с точками зрения его коллег.

Между прочим, но мнению астрологов, со времен Древней Греции ничего существенного не произошло. Период с 20 марта по 19 апреля все еще проходит под знаком Овна; при этом не имеет значения, что в наше время из-за предварения равноденствий Солнце уже в Рыбах. По этой причине следует различать понятия «знак зодиака» и «зодиакальное созвездие». Знак зодиака сегодня то, что было созвездием два тысячелетия назад. Мне не приходилось слышать, чтобы этот факт беспокоил кого-нибудь из астрологов.

Однажды я получил приглашение на телевизионное ток-шоу, касающееся астрологии. В беседе я должен был стать единственным научным оппонентом, поскольку остальные три участника были профессиональными астрологами.

Моим первым желанием было принять бой. Я решил, что должен скрестить шпаги с суевериями и предрассудками. Но потом передумал.

Три астролога-практика наверняка являются экспертами в своем деле, умеют говорить длинно и красиво, употребляя непонятные, но кажущиеся значительными слова. За ними мои разумные аргументы просто не будут услышаны.

Кроме того, астрологи, конечно, вооружены изрядным количеством так называемых свидетельств. Наверняка будет сказано следующее: «Люди, рожденные под знаком Льва, являются признанными лидерами, поскольку лев – это царь зверей. Доказательством тому является не подлежащий сомнению факт, что Наполеон родился под знаком Льва».

Предположим, я отвечу: «Но одна двенадцатая часть населения Земли, по меньшей мере 250 миллионов человек, рождена под знаком Быка. Разве кто-нибудь пытался определить, не является ли число лидеров среди них большим, чем среди Львов? Кстати, а каковы критерии лидерства?»

Даже если меня услышат, го, скорее всего, сочтут не вполне нормальным. По непонятной для меня причине сегодня, а именно в 1968 году, народные массы почти поголовно увлечены астрологией. Поэтому и самих астрологов развелось, как я подозреваю, больше, чем во все предыдущие века, и они могут меня попросту линчевать.

Довольно долго я колебался между желанием вступить в бой за правое дело и подозрением, что оно (правое дело) все равно не победит. Затем решил обратиться за помощью к астрологии. Наверняка и для меня существует какой-нибудь астрологический прогноз.

Я родился 2 января под знаком Козерога, проще говоря, козла.

Это соображение положило конец всем моим сомнениям! Вежливо, но твердо я отказался от участия в программе.