20 прычын, па якіх мы ведаем, што Зямля з'яўляецца сферычнай

Фота AJ Colores на Unsplash

У спробах ахапіць усе тэмы дадзенай вучэбнай праграмы настаўнікі часцей засяроджваюцца на выкладанні вынікаў і тэарэм; у адрозненне ад таго, каб адправіць нас у падарожжа, каб даведацца, як гэтая навука атрымалася дзякуючы некранутым ідэям, эксперыментам і часта элегантнай матэматыцы. Адна з праблем, да якой ён прыводзіць, заключаецца ў тым, што мы ў канчатковым выніку ведаем некалькі фактаў і формул, не памятаючы, як яны былі выяўлены і чаму яны адпавядаюць рэчаіснасці.

Веды, якія існуюць некалькі гадоў, асабліва ўспрымаюцца як належнае. Адным з такіх прыкладаў з'яўляецца веданне, што Зямля шарападобная ў адрозненне ад плоскай. У гэтым артыкуле слова "сферычны" выкарыстоўваецца злёгку; дакладная форма Зямлі - гэта аблатэраваны сфероід, тып эліпсоіда.

Наш памер адносна Зямлі занадта малы, каб заўважыць крывую. Для малюсенькага істоты, якое толькі што навучылася хадзіць на невялікай плошчы Зямлі, не было б ніякага непасрэднага ўказання на тое, што Зямля круглая. Аднак нашы продкі паступова збіралі доказы, якія супярэчылі першабытнаму ўяўленню пра тое, што Зямля плоская. Гэты артыкул - гэта падарожжа па ўсіх ідэях і назіраннях, якія дазваляюць выказаць здагадку, што Зямля шарападобная.

1. Караблі і гарызонт

Гарызонт - гэта лінія, па якой паверхня Зямлі і неба сустракаюцца. Калі караблі, якія адплываюць, знікаюць у гарызонце, яны робяць гэта знізу. Верх знікае пазней, што стварае ілюзію, што карабель тоне. Сапраўды гэтак жа, калі караблі з'яўляюцца з гарызонту, спачатку з'яўляецца верхняя, а потым астатняя частка карабля.

2. Мы не можам бачыць вельмі далёка

Скажам, што вы выразна стаіце на Заходнім узбярэжжы Паўночнай Амерыкі. Нягледзячы на ​​тое, што вы можаце бачыць сонца і месяц на небе, якія даволі далёка, вы не можаце ўбачыць Японію, калі паглядзець на захад. Прычынай таго, што вы не бачыце на Зямлі так далёка, з'яўляецца тое, што святло рухаецца па прамой, а значыць, і не можа ісці за крывой Зямлі.

3. Бачнасць і павышаныя ўчасткі

Шмат хто з маракоў ўсведамляе той факт, што ўзнёслыя ўчасткі сушы бачныя на большай адлегласці, чым менш узвышаныя. Больш за тое, калі хтосьці стаіць на ўзвышанай плошчы, яны здольныя бачыць далей удалячынь у параўнанні з тым, калі яны стаялі на меншай вышыні. Крывізна Зямлі адказвае за гэтыя назіранні.

4. Іншыя планеты шарападобныя

Меркурый, Венера, Марс, Юпітэр і Сатурн можна ўбачыць няўзброеным вокам. У 1781 г. Уільям Гершэль выкарыстаў тэлескоп, каб назіраць за рухам Урана і выявіў, што гэта планета, а не зорка, як лічылася раней. Зыходзячы з невялікіх абурэнняў на арбіце Урана, тады было прадказана, што існуе і больш аддаленая планета. У 1846 годзе было выяўлена, што на гэтай планеце быў Нептун (раней ён таксама лічыўся зоркай). Калі іншыя планеты нашай Сонечнай сістэмы можна лічыць шаровіднымі, то чаму наша павінна адрознівацца?

5. Большасць рэчаў сферычныя

Планеты не толькі сферычныя, але і зоркі і луны. На самай справе сілы прыроды такія, што прадметы імкнуцца ўтварацца ў сферы, няхай гэта будзе нябесныя целы альбо простыя мыльныя бурбалкі. У выпадку мыльных бурбалак, павярхоўнае нацяжэнне, якое хоча зрабіць бурбалка ва ўсіх напрамках, выклікае сферычную форму. У выпадку касмічных аб'ектаў гравітацыя спрабуе разбурыць матэрыю ва ўсе бакі, паколькі ўсе атамы цягнуцца да агульнага цэнтра цяжару.

Калі сферычны аб'ект круціцца, кручэнне разгладжваецца пасярэдзіне, робячы сферу больш шырокай па экватары і звужаючы папярок. Гэта таму, што ў выпадку хуткага кручэння, цэнтрабеткавая сіла пераадольвае гравітацыйнае прыцягненне, спрабуючы стварыць сферычную форму. Зямля - ​​прыклад гэтага, адсюль і формы сфальцападобнай сферы. Юпітэр - гэта самая хуткая круцільная планета ў нашай Сонечнай сістэме, і таму яна больш сплюшчаная, чым Зямля. Сонца круціцца павольна, але ёсць і іншыя зоркі, якія хутка круцяцца і таксама маюць уплощенные формы. Хуткае раскручванне таксама з'яўляецца прычынай дыскрэцыі дыскаў, сонечных сістэм і галактык.

6. Змена тэмпературы ад экватара да канцавоссяў

Зямля нахілена на 23,5 градуса адносна Сонца. Паўночнае паўшар'е нахіляецца да сонца на працягу 6 месяцаў, а паўднёвае паўшар'е нахіляецца і наадварот. Такім чынам, у той час як экватарыяльныя зоны атрымліваюць прамыя сонечныя прамяні круглы год, палярныя ўчасткі праводзяць палову года, накіраваную ад сонца. Гэтая розніца ў уздзеянні сонечнага святла прыводзіць да павышэння тэмпературы бліжэй да экватара.

Нахіл Зямлі таксама тлумачыць надзвычайную працягласць дня і ночы ў палярных месцах. У той час як працягласць дня на экватары амаль роўна 12 гадзін, таму што экватар заўсёды атрымлівае прамое сонечнае святло, на працягласць дня і ночы на ​​полюсах залежыць становішча Зямлі адносна Сонца.

Нахіл Зямлі таксама з'яўляецца прычынай таго, што існуе чатыры сезоны і што, калі мы набліжаемся да экватара, інтэнсіўнасць сезонаў памяншаецца, пакуль яны не адсутнічаюць прама на экватары.

7. Зямля круціцца вакол Сонца

Ідэя, што Зямля круціцца вакол Сонца, была ўпершыню прапанавана Арыстархам Самоскім у 3 стагоддзі да нашай эры. Да таго часу старажытныя грэкі ўжо высветлілі, што Зямля круглая і нават разлічылі памер Зямлі, а таксама яе адлегласць ад Сонца і Месяца. Аднак той факт, што на Зямлі круціцца вакол Сонца, дазваляе некалькімі спосабамі зрабіць выснову, што Зямля павінна быць шарападобнай. Напрыклад, сонца ўзыходзіць і заходзіць. Паколькі Сонца не рухаецца значна адносна Зямлі, сама Зямля павінна круціцца вакол сваёй восі, каб цыкл дня і ночы быў магчымым. Каб Зямля круцілася такім чынам, яна павінна быць круглай.

8. Цені ад палачак

Палкі, размешчаныя вертыкальна ў зямлі ў аддаленых месцах, маюць цені рознай даўжыні. Старажытныя грэкі першымі параўноўвалі цені палак у розных месцах. Напрыклад, яны даведаліся, што, калі сонца знаходзілася непасрэдна над галавой у адным месцы, палка там амаль не пакідала ценю. У той жа час у іншым горадзе палка там кінула цень. Калі б Зямля была плоскай, абедзве палачкі паказвалі б аднолькавы цень, бо яны былі б пад адным вуглом да сонца. Старажытныя грэкі не толькі прыйшлі да высновы, што Зямля павінна быць круглай, яны таксама выкарыстоўвалі ценявыя вымярэнні, каб вылічыць акружнасць Зямлі з годнай дакладнасцю.

9. Прылівы

Гравітацыйнае прыцягненне Месяца прымушае акіяны выпінацца ў бок Месяца. Выпінанне адбываецца як з боку, накіраванай да Месяца, так і з процілеглага боку. Хоць гэта можа быць не адразу зразумела, чаму ўзнікае выпінанне на баку, процілеглым Месяцу, прычына заключаецца ў тым, што і сама Зямля цягнецца да Месяца, а значыць, ад вады ў далёкую бок. Паколькі гэта адбываецца, калі Зямля круціцца, узнікаюць прылівы. У прыватнасці, гэта прыводзіць да двух прыліваў кожны дзень. Вядома, гэта магло адбыцца толькі ў тым выпадку, калі Зямля была сферычнай.

10. Эфект Карыёліса

Зямля круціцца хутчэй на экватары, чым на полюсах. Гэта адбываецца таму, што Зямля на экватары шырэй, таму кропка на экватары павінна дабірацца далей за пэўны прамежак часу ў параўнанні з кропкай, якая круціцца на полюсе.

Дапусцім, вы стварылі стрэльбу на Паўночным полюсе, якая накіравана ў цэль дзесьці на экватары. Калі выказаць здагадку, што стрэльба ідэальна дакладная, генеруе дастаткова сілы для таго, каб куля дабралася да экватара, каб на шляху не было перашкод і што няма ветру, ці не будзе куля трапляць у цэль? Напэўна, не. Паколькі мэта знаходзіцца на экватары, яна рухаецца хутчэй, чым стрэльба, і куля, верагодна, прызямліцца ў бок ад меркаванай мэты. Гэты відавочны адхіленне - эфект Карыёліса.

Вецер як куля. Здаецца, згінаецца направа ў Паўночным паўшар'і і налева ў Паўднёвым паўшар'і. Такім чынам, у Паўночным паўшар'і ўраганы і іншыя навальніцы круцяцца супраць гадзіннікавай стрэлкі, у той час як яны паўтараюцца па паўднёвай паўшар'і.

Пілоты ведаюць пра эфект Карыёліса і прымаюць яго пад увагу пры складанні далёкіх рэйсаў. Гэта азначае, што большасць самалётаў не лётаюць па прамых лініях ад паходжання да месца прызначэння.

Эфект Карыёліса таксама гуляе ролю ў існаванні магнітнага поля Зямлі. Магнітныя палі, якія ўтвараюцца за кошт патоку вадкага жалеза ў ядры Зямлі, прыблізна выраўнаваны ў той жа бок дзякуючы эфекту Карыёліса, што прыводзіць да атрымання аднаго велізарнага магнітнага поля, якое пранізвае Зямлю.

Такім чынам, магнітнае поле Зямлі і іншыя наступствы эфекту Карыёліса, такія як кірунак патоку ветравых сістэм у Паўночным і Паўднёвым паўшар'і - усе сведчанні аб сферычнай форме Зямлі.

11. Гравітацыя

Калі б Зямля была плоскай плоскасцю, яе цэнтр масы быў бы цэнтрам плоскасці, і сіла цяжару выцягне што-небудзь на паверхню ў гэтым кірунку. Гэта азначае, што калі вы стаіце каля краю плоскасці, гравітацыя будзе цягнуць вас у бок да сярэдзіны плоскасці.

12. Варыяцыі гравітацыйнага поля Зямлі

Гравітацыя Зямлі крыху слабейшая на экватары, чым на палюсах. Для гэтага ёсць дзве прычыны. Па-першае, паколькі кропка на экватары круціцца хутчэй, чым кропка на полюсе, цэнтральная велічыня сілы на шыротах каля экватара большая і больш супрацьдзейнічае гравітацыі Зямлі. Другая прычына заключаецца ў тым, што экватарыяльная выпінанне Зямлі (гэта таксама выклікана цэнтрацэптальнай сілай) прыводзіць да таго, што прадметы ў экватары аддаляюцца ад цэнтра Зямлі, чым аб'екты на полюсе, а гравітацыйны цяга паміж двума аб'ектамі зваротна прапарцыйны квадрату. адлегласці паміж імі.

Адхіленні гравітацыйнага прыцягнення Зямлі можна вымераць і даць канкрэтныя доказы формы Зямлі.

13. Зямны цень

Падчас месяцовага зацьмення Сонца, Зямля і Месяц выраўноўваюцца такім чынам, што цень Зямлі падае на Месяц. Назіралася, што цень Зямлі выгнуты, як і планета.

14. Розныя сузор'і на розных шыротах

У любы момант на Зямлі ў дадзены момант часу будзе бачная прыблізна палова магчымага неба. Калі вы знаходзіцеся менавіта на Паўночным ці Паўднёвым полюсе, неба будзе круціцца вакол вас, і вы не бачыце новых зорак, як час ідзе. Для любых іншых кропак на Зямлі бачныя сузор'я мяняюцца па меры кручэння Зямлі. Аднак сузор'і, якія знаходзяцца занадта далёка на поўнач ці на поўдзень, не могуць разглядацца з процілеглага паўшар'я, таму што яны заўсёды будуць знаходзіцца за небакраем. Сузор'я, якія відаць і зверху, і ніжэй экватара, напрыклад, Арыён, выглядаюць з ног на галаву, калі перасякаеш ад аднаго боку экватара да другога.

Першым, хто заўважыў гэтую розніцу ў бачных сузор'ях і выкарыстаў яе для высновы, што Зямля павінна быць круглай, быў Арыстоцель (384–322 да н.э.).

15. Двайны закат

Можна засведчыць, што сонца заходзіла двойчы ў той жа дзень. Адзін са спосабаў зрабіць гэта - легчы ў адкрытае поле, назіраць за заходам сонца, а потым хутка падымацца, і вы заўважыце, што ён не ўстаў цалкам з гэтай вялікай вышыні. Вы можаце таксама ўзяць з сабой сябра. Адзін з вас кладзецца, а другі стаіць і абодва спрабуюць час, калі заходзіць сонца. Чалавек, які стаіць, наблізіўся б крыху пазней.

Для больш драматычнага эфекту вы маглі б падысці да падставы высокай вежы, напрыклад, Бурдж-Халіфа ў Дубаі. Назірайце заход сонца, а потым хутка падніміце ліфт на максімальна магчымы паверх, адкрыты для турыстаў (ліфты едуць у 10 м / с). Вы павінны мець магчымасць назіраць заход сонца зноў.

Вядома, гэты двайны заход сонца быў бы магчымы толькі ў тым выпадку, калі Зямля была сферычнай. Зваротны эксперымент можна праводзіць і пры ўзыходзе сонца.

16. Карты ўяўляюць сабой двухмерныя праекцыі

Немагчыма згладзіць апельсінавую лупіну, не сказіўшы яе нейкім чынам (раздзіраючы, расцягваючы і г.д.). Сапраўды гэтак жа немагчыма скласці двухмерную карту Зямлі без укаранення ў плане формы, адлегласці, кірунку ці плошчы зямлі. З гэтай прычыны існуе некалькі картачных праекцый Зямлі, такіх як праекты Меркатара, Галл-Пітэрса і Робінсана. Калі б Зямля была плоскай, выраб мапы свету было б значна прасцей.

17. Мы можам падарожнічаць па свеце

Першым у гісторыі сусветным кругазваротам была экспедыцыя партугальскага даследчыка Магелана і яго экіпажа, завершаная ў 1522 г. У той час як 223 з першапачатковых 241 чалавек або каля таго, што адправіліся ў падарожжа, загінулі, у тым ліку і сам Магелан, нешматлікія члены экіпажа паспяхова вярнуўся ў Іспанію пасля падарожжа па свеце.

Сёння самыя хуткія ваенныя самалёты здольныя абысці зямны шар менш чым за 10 гадзін.

18. У нас ёсць фатаграфічныя доказы

Першыя здымкі Зямлі з космасу былі зроблены на вышыні вышэй 160 км у 1947 г. з выкарыстаннем захопленых нямецкіх ракет V-2 часоў Другой сусветнай вайны. У 2018 годзе NASA апублікавала здымак Зямлі і Месяца, зробленых з адлегласці больш за 63 мільёны кіламетраў, паказваючы Зямлю і Месяц як ізаляваныя яркія кропкі.

19. Сведчанні надзейныя

Мы можам разлічваць на тое, што ніводны картограф, географ ці фізік ніколі не спыняецца на думцы, што Зямля можа быць плоскай. Фактычна Фогель адзначае, што, пачынаючы з 8-га стагоддзя, «ні адзін касмаграф, які варта адзначыць, не ставіў пад сумнеў сферычнасць Зямлі».

20. Фізіка кіруе ўсім вакол мяне

Рэйсы, GPS, спадарожнікі і іншыя сучасныя тэхналогіі працуюць дзякуючы нашаму разуменню формы і памераў Зямлі да незвычайнай дакладнасці. Калі б мы памыляліся наконт нават дробных дэталяў у нашых вымярэннях Зямлі, мы б высветлілі гэта.