Как называется оборот вокруг земли
Вращение Земли
Еще с давних времен человечеству известны два основных вида движения Земли — вращение вокруг своей оси и вокруг Солнца.
Обороты вокруг своей оси
Установлено, что Земля вращается вокруг своей оси против часовой стрелки, то есть с запада на восток. Полный оборот вокруг своей оси Земля совершает за 23 часа 56 минут и 4,091 секунды. Этот период называется звездными сутками. Ось, вокруг которой происходит вращение Земли, мнимая. Она наклонена к плоскости ее орбиты на 23,5°. Этот угол во время движения Земли не изменяется. Северный конец мнимой оси всегда направлен в сторону Полярной звезды.
Вращаясь, Земля подставляет к Солнцу то одну сторону, то другую. На освещенной Солнцем стороне Земли день, а на противоположной — ночь. Таким образом, изменение дня и ночи является следствием вращения Земли вокруг своей оси.
Точки пересечения воображаемой земной оси с поверхностью Земли называются географическими полюсами. Таких полюсов два — Северный и Южный. На одинаковом расстоянии от полюсов на поверхности земного шара проведен мнимый круг — экватор. К северу от экватора расположено Северное полушарие Земли, к югу — Южное.
Поскольку ось вращения Земли наклонена но отношению к плоскости эклиптики на 23,5°, в близких к полюсам районах летом Солнце почти не заходит, и несколько месяцев длится полярный день. Зимой же Солнце почти не восходит, и несколько месяцев длится полярная ночь.
Почему Бывает високосный год
Земля делает полный оборот вокруг Солнца за 365 суток и 6 часов, то есть за год. Для удобства считается, что в году ровно 365 суток, а через каждые четыре года, когда из оставшегося времени «собирается» еще 24 часа, в году добавляются еще одни сутки и в нем становится 366 дней. Такой год называется високосным, а сутки добавляют в феврале — и вместо привычных 28 в нем 29 дней.
Солнцестояния и равноденствия
Изменение дня и ночи происходит на Земле непрерывно. Но два раза в год в дни весеннего и осеннего равноденствия — 21 марта и 23 сентября — их продолжительность одинакова во всех точках земного шара.
Самый длинный день и кратчайшая ночь бывает в день летнего солнцестояния, который в Северном полушарии приходится на 21—22 июня. В это время земная ось наклонена северным концом к Солнцу. Северное полушарие получает больше тепла, чем Южное, а потому в первом из них — лето, во втором — зима. А 21—22 декабря, наоборот, к Солнцу наклонен южный конец земной оси. В Южном полушарии в это время лето, а в Северном — зима. Это — день зимнего солнцестояния, кратчайший в Северном полушарии.
В направлении какой стороны света вращается Земля
Земля вращается вокруг воображаемой линии, которая проходит через Северный и Южный полюса планеты. Эта линия называется осью вращения, и наша планета делает оборот вокруг нее один раз каждые 24 часа. Вращение происходит в сторону востока и против часовой стрелки. В нашей планетной системе почти все планеты (кроме Венеры) вращаются вокруг оси в том же направлении, что и Солнце.
Земля делает один оборот примерно за 24 часа по отношению к Солнцу и один раз каждые 23 часа 56 минут и 4 секунды относительно звёзд.
Вращение Земли
В Древней Греции сторонники пифагорейской школы верили во вращение Земли, а не в суточное вращение небес, но Аристотель в четвёртом веке до н. э. установил идею сферы неподвижных звёзд, которая оборачивается вокруг Земли. Это было принято большинством учёных, в частности, Птолемеем, который думал, что Земля будет разрушена штормами, если она повернётся.
Но в 499 г. н. э. индийский астроном Ариабхата написал, что сферическая Земля ежедневно вращается вокруг своей оси, и кажущееся движение звёзд является относительным движением, вызванным вращением Земли. В X веке некоторые мусульманские астрономы поддержали эту теорию.
В средневековой Европе Фома Аквинский принял взгляды Аристотеля, и только когда Николай Коперник в 1543 году озвучил свою теорию гелиоцентрической мировой системы, появилось современное понимание вращения Земли.
Тихо Браге, сделавший точные наблюдения по которым Кеплер основывал свои законы, использовал работу Коперника как основу системы, предполагающей неподвижную Землю. Через столетие после Коперника Риччиоли оспорил модель вращающейся нашей планеты, однако поддержали теорию вращения:
Самым знаменитым доказательством вращения Земли является маятник Фуко, впервые построенный физиком Леоном Фуко в 1851 году, который состоял из свинцовой сферы, подвешенной в Пантеоне (Париж). Из-за вращения Земли маятник колебаний поворачивается со скоростью, зависящей от широты. На широте Парижа предсказанный и наблюдаемый сдвиг составлял около 11 градусов по часовой стрелке в час.
Периоды
Период вращения относительно Солнца (солнечный полдень до полудня) — это истинный солнечный день или кажущийся солнечный день. Это зависит от орбитального движения нашей планеты и, таким образом, зависит от изменения эксцентриситета и наклона её орбиты. Оба фактора варьируются в течение тысяч лет, поэтому ежегодные изменения истинного солнечного дня также различаются.
Период вращения относительно неподвижных звёзд, названный звёздным днём, составляет 86 164, 098 903 691 секунды среднего солнечного времени.
Период вращения относительно движущегося среднего весеннего равноденствия, названного сидерическим днём, составляет 86 164, 090 530 832 88 секунд. Таким образом, сидерический день короче звёздного дня примерно на 8,4 миллисекунды.
И звёздный день, и сидерический день короче, чем средний солнечный день примерно на 3 минуты 56 секунд.
Экваториальная скорость
Экваториальная скорость нашей планеты 1 040,4 миль/ч. Некоторые источники утверждают, что экваториальная скорость немного меньше или 1 669,8 км / ч. Скорость рассчитывается путём деления экваториальной окружности на 24 часа.
Тангенциальная скорость вращения в любой точке Земли может быть аппроксимирована путём умножения скорости экватора на косинус широты.
Изменения в ротации
Осевой наклон Земли составляет около 23,4°. Он колеблется между 22,1° и 24,5° по 41 000-летнему циклу и в настоящее время уменьшается.
Ось вращения движется относительно неподвижных звёзд (инерциальное пространство); компонентами этого движения являются:
Прецессия — это вращение оси вращения, вызванное в основном внешними моментами из-за силы тяготения Солнца, Луны и других тел.
Нутация — слабое нерегулярное движение вращающегося твёрдого тела, совершающего прецессию.
Ось также движется относительно земной коры. Это называется полярным движением.
Приливные взаимодействия
За миллионы лет вращение значительно замедлилось приливным ускорением за счёт гравитационных взаимодействий с Луной.
Это постепенное вращательное торможение эмпирически документировано с оценками дневных длин, полученных из наблюдений приливных ритмов и строматолитов. Компиляция этих измерений показала, что продолжительность дня неуклонно возрастает примерно с 21 часа 600 миллионов лет назад до текущего 24-часового значения.
Глобальные события
Некоторые масштабные события, такие как землетрясение в Индийском океане в 2004 году, заставили нашу планету ускориться примерно на 3 микросекунды, воздействуя на момент инерции. Послеледниковый отскок, продолжающийся с последнего ледникового периода, также изменяет распределение массы Земли, что влияет на момент инерции и, благодаря сохранению углового момента, на период вращения.
Постоянный мониторинг движения нашей планеты вокруг оси осуществляется с использованием очень длинной базовой интерферометрии, согласованной с Глобальной системой позиционирования, спутниковым лазерным диапазоном и другими спутниковыми технологиями. Это даёт абсолютную рекомендацию для определения универсального времени, прецессии и нутации.
О вращении Земли вы узнаете из этого видео.
Древние наблюдения
Сохранены наблюдения солнечных и лунных затмений от вавилонской и китайской астрономии до наших дней. Эти наблюдения, а также исторические записи из астрономии в средневековом исламском мире и в других местах можно использовать для определения фактических изменений в повороте Земли за последние XXVII веков: расчёт для описания места и времени затмения зависит от вращения планеты.
Первоначальное движение было следствием первоначального момента импульса облака пыли, горных пород и газа, которые образовали Солнечную систему. Это первичное облако состояло из водорода и гелия, полученных в Большом Взрыве, а также более тяжёлых элементов, выброшенных сверхновых. Поскольку эта межзвёздная пыль была неоднородна, асимметрия при гравитационной аккреции привела к угловому вращению планеты. Приливные эффекты затем замедлили эту скорость до её современного значения.
Видео
Из этого видео вы узнаете о вращении Земли вокруг Солнца и о смене времен года.
Как вращается Земля
Наша планета всегда в движении. Вращение Земли происходит одновременно вокруг центральной точки Солнечной системы и вокруг своей оси.
Земная ось и ее наклон
Под земной осью понимают условную прямую, проходящую через центр и оба географических полюса планеты.
Она не вертикальна — наклонена под углом 66°33´, и это объясняет смену времен года:
Если бы земная ось располагалась всегда вертикально, явления сезонности планета не знала бы: на освещенной Солнцем половине все точки получали бы одинаковый объем тепла и света.
На угол наклона оси не влияет никакой внешний или внутренний фактор, включая притяжение Солнца, луны или других планет, но сама ось совершает прецессию — перемещение по круговой конической траектории.
Сегодня географический Северный полюс Земли смотрит на Полярную звезду, но уже через 12 тыс. лет ось развернется в противоположную сторону.
Полюс будет направлен на звезду Вега в созвездии Лиры. Через 25,8 тыс. лет он снова вернется к Полярной звезде.
Вращение Земли вокруг своей оси
Один такой оборот Земли называется сутками и длится 24 часа, точнее — 23 часа 56 минут и несколько секунд. Движение планеты происходит с запада на восток. Это явление объясняет смену дня и ночи: день наблюдается на той половине земного шара, которая освещается Солнцем, а ночь — на теневой стороне.
Из-за такого вращения существует отклонение любых движущихся потоков вещества (воды в реках, воздуха в ветрах) от линий, параллельных экватору: в южном влево, а в северном — в обратную сторону. По-разному движутся и водовороты — от природных круговых водопадов до воды в сливе домашнего умывальника. В северной части планеты вода в воронках крутится по часовой стрелке, в южном полушарии — в обратном направлении.
Линейная скорость такого движения планеты на экваторе — 465 м/с (1674 км/ч).
С увеличением широты на север и на юг скоростные показатели постепенно становятся ниже, например на 55° с.ш. (широта Москвы) они уже почти в 2 раза меньше и равны 260 м/с.
На Южном и Северном полюсах линейная скорость достигает 0 м/с. Угловая скорость вращения планеты в любой ее точке одинакова — 15° в час.
Ученые обнаружили пятилетние циклы ускорения и замедления в обращении Земли вокруг оси, и каждый последний «медленный» год чаще всего сопровождается всплеском количества землетрясений во всем мире. Прямая причинно-следственная связь этого еще не выявлена, но такие циклы могут стать инструментом прогнозирования роста сейсмической активности.
Вращение Земли вокруг Солнца
Обращение планеты по отношению к центральной точке нашей системы происходит по эллиптической орбите на среднем расстоянии от центра системы почти 149,6 млн км со средней орбитальной скоростью примерно 29,8 км/с.
Значение скорости изменяется в зависимости от расположения нашей планеты в космическом пространстве: находясь в ближайшей к Солнцу точке (она называется перигелием), это небесное тело движется быстрее — более 30 км/с, в афелии (наиболее удаленной от светила позиции) — медленнее, около 29,3 км/с.
Пока Земля совершает полный оборот вокруг Солнца, она успевает сделать примерно 365,25 своего собственного витка. Столько дней входит в 1 астрономический год.
Он отличается от календарного, в котором за сутки принят период времени ровно 24 часа и который длится 365 дней. Каждый четвертый год в календарь добавляется дополнительный, 366 день.
В какую сторону вращается Земля
Если глянуть на Солнечную систему «сверху», т. е. так, что земельные участки, расположенные около Северного полюса, будут ровно напротив нашего взгляда, то вращение будет проходить против часовой стрелки
Почему мы не чувствуем ее движения
Человек не может ощущать вращения планеты, потому что вместе с ним параллельно движутся и все объекты на ее поверхности, в том же направлении и с такой же скоростью. Как пример, можно привести плавание на корабле. Находясь на его палубе, мы не замечаем, что окружающие предметы плывут по водоему вместе с нами. Относительно нас самих они остаются неподвижными.
Что, если она остановится
Если Земля перестанет вращаться вокруг своей оси, то:
Земные сутки будут длиться целый год, длина дня составит 6 месяцев, и после незначительного периода сумерек на планете наступит шестимесячная ночь. Закат и восход станут определяться исключительно вращением планеты вокруг светила — всходить оно будет на западе и заходить на востоке.
Так как линейная вращательная скорость достигает весомых значений, при внезапной остановке планеты все здания, растения, животные и люди будут снесены с поверхности силами инерции.
Исключение составят лишь сооружения, вмурованные в земную твердь или горные породы. По инерции продолжат вращаться океаны, вызвав гигантский цунами.
Сегодня под воздействием центробежных сил Земля несколько сплющена у полюсов и имеет своеобразный «горб» в области экватора. После остановки он исчезнет, вся вода океанов стечет к югу и северу, обнажив дно в экваториальной области до 30° с.ш. и ю.ш.. Так на планете образуется один опоясывающий ее гигантский материк и две полюсные «водяные шапки».
Магнитное поле Земли также пропадет, оставив нас без защиты от солнечного и космического ветров — опасных для всего живого заряженных частиц, которые обрушатся на планету. Потеря магнитного поля приведет к исчезновению полярных сияний.
Все описанные последствия справедливы и для ситуации, если прекратится движение Земли вокруг Солнца, только они будут еще более катастрофическими. Смены времени суток больше не будет, на одной половине планеты установится вечная ночь, на другой — такой же вечный день.
Суточное вращение Земли
Суточное вращение Земли — вращение Земли вокруг своей оси с периодом в одни звёздные сутки, непосредственно наблюдаемым проявлением чего является суточное вращение небесной сферы. Вращение Земли происходит с запада на восток. При наблюдении с Полярной звезды или северного полюса эклиптики, вращение Земли происходит против часовой стрелки.
Содержание
Период вращения
Земля движется с запада на восток. Полный оборот делает приближённо за 23 часа 56 минут 4 секунды. Скорость вращения (на экваторе) — 465 м/с.
Физический смысл и экспериментальные подтверждения
Физический смысл вращения Земли вокруг оси
Поскольку любое движение является относительным, необходимо указывать конкретную систему отсчета, относительно которой изучается движение того или иного тела. Когда говорят, что Земля вращается вокруг воображаемой оси, имеется в виду, что она совершает вращательное движение относительно любой инерциальной системы отсчёта, причем период этого вращения равен звездным суткам — периоду полного оборота земли небесной сферы относительно небесной сферы (Земли).
Все экспериментальные доказательства вращения Земли вокруг оси сводятся к доказательству того, что система отсчета, связанная с Землей, является неинерциальной системой отсчета специального вида — системой отсчета, совершающей вращательное движение относительно инерциальных систем отсчёта.
В отличие от инерциального движения (то есть равномерного прямолинейного движения относительно инерциальных систем отсчета), для обнаружения неинерциального движения замкнутой лаборатории не обязательно производить наблюдения над внешними телами, — такое движение обнаруживается с помощью локальных экспериментов (то есть экспериментов, произведенных внутри этой лаборатории). В этом (именно в этом!) смысле слова неинерциальное движение, включая вращение Земли вокруг оси, может быть названо абсолютным.
Силы инерции
,
Центробежная сила, действующая на тело массы 
, по модулю равна
,
где 
— угловая скорость вращения и 
— расстояние от оси вращения. Вектор этой силы лежит в плоскости оси вращения и направлен перпендикулярно от неё. Величина силы Кориолиса, действующей на частицу, движущуюся со скоростью 
относительно данной вращающейся системы отсчета, определяется выражением
,
где 
— угол между векторами скорости частицы и угловой скорости системы отсчета. Вектор этой силы направлен перпендикулярно обоим векторам 
и 
вправо от скорости тела (определяется по правилу буравчика).
Эффекты центробежной силы
Зависимость ускорения свободного падения от географической широты. Эксперименты показывают, что ускорение свободного падения зависит от географической широты: чем ближе к полюсу, тем оно больше. Это объясняется действием центробежной силы. Во-первых, точки земной поверхности, расположенные на более высоких широтах, ближе к оси вращения и, следовательно, при приближении к полюсу расстояние от оси вращения уменьшается, доходя до нуля на полюсе. Во-вторых, с увеличением широты угол между вектором центробежной силы и плоскостью горизонта уменьшается, что приводит к уменьшению вертикальной компоненты центробежной силы.
Это явление было открыто в 1672 году, когда французский астроном Жан Рише, находясь в экспедиции в Африке, обнаружил, что у экватора маятниковые часы идут медленнее, чем в Париже. Ньютон вскоре объяснил это тем, что период колебаний маятника обратно пропорционален квадратному корню из ускорения свободного падения, которое уменьшается на экваторе из-за действия центробежной силы.
Сплюснутость Земли. Влияние центробежной силы приводит к сплюснутости Земли у полюсов. Это явление, предсказанное Гюйгенсом и Ньютоном в конце XVII века, было впервые обнаружено в конце 1730-х годов в результате обработки данных двух французских экспедиций, специально снаряженных для решения этой проблемы в Перу и Лапландию.
Эффекты силы Кориолиса: лабораторные эксперименты
Гироскоп — вращающееся тело со значительным моментом инерции сохраняет момент импульса, если нет сильных возмущений. Фуко, которому надоело объяснять, что происходит с маятником Фуко не на полюсе, разработал другую демонстрацию: подвешенный гироскоп сохранял ориентацию, а значит медленно поворачивался относительно наблюдателя. [6]
Эффект Этвёша. На низких широтах сила Кориолиса при движении по земной поверхности направлена в вертикальном направлении и её действие приводит к увеличению или уменьшению ускорения свободного падения, в зависимости от того, движется ли тело на запад или восток. Этот эффект назван эффектом Этвёша в честь венгерского физика Лоранда Этвёша, экспериментально обнаружившего его в начале XX века.
Опыты, использующие закон сохранения момента импульса. Некоторые эксперименты основаны на законе сохранения момента импульса: в инерциальной системе отсчёта величина момента импульса (равная произведению момента инерции на угловую скорость вращения) под действием внутренних сил не меняется. Если в некоторый начальный момент времени установка неподвижна относительно Земли, то скорость её вращения относительно инерциальной системы отсчета равна угловой скорости вращения Земли. Если изменить момент инерции системы, то должна измениться угловая скорость её вращения, то есть начнётся вращение относительно Земли. В неинерциальной системе отсчёта, связанной с Землёй, вращение возникает в результате действия силы Кориолиса. Эта идея была предложена французским учёным Луи Пуансо в 1851 г.
Эффекты силы Кориолиса: явления в окружающей природе
Ветры: пассаты, циклоны, антициклоны. С наличием силы Кориолиса, направленной в северном полушарии вправо и в южном влево, связаны также атмосферные явления: пассаты, циклоны и антициклоны. Явление пассатов вызывается неодинаковостью нагрева нижних слоёв земной атмосферы в приэкваториальной полосе и в средних широтах, приводящему к течению воздуха вдоль меридиана на юг или север в северном и южном полушариях, соответственно. Действие силы Кориолиса приводит к отклонению потоков воздуха: в северном полушарии — в сторону северо-востока (северо-восточный пассат), в южном полушарии — на юго-восток (юго-восточный пассат).
Циклоном называется атмосферный вихрь с пониженным давлением воздуха в центре. Массы воздуха, стремясь к центру циклона, под действием силы Кориолиса закручиваются против часовой стрелки в северном полушарии и по часовой стрелке в южном. Аналогично, в антициклоне, где в центре имеется максимум давления, наличие силы Кориолиса приводит к вихревому движению по часовой стрелке в северном полушарии и против часовой стрелки в южном. В стационарном состоянии направление движения ветра в циклоне или антициклоне таково, что сила Кориолиса уравновешивает градиент давления между центром и периферией вихря (геострофический ветер).
Оптические эксперименты
В основе ряда опытов, демонстрирующих вращение Земли, используется эффект Саньяка: если кольцевой интерферометр совершает вращательное движение, то вследствие релятивистских эффектов [19] во встречных лучах появляется разность фаз
где 
— площадь проекции кольца на экваториальную плоскость (плоскость, перпендикулярную оси вращения), 
— скорость света, — угловая скорость вращения. Для демонстрации вращения Земли этот эффект был использован американским физиком Майкельсоном в серии экспериментов, поставленных в 1923—1925 гг. В современных экспериментах, использующих эффект Саньяка, вращение Земли необходимо учитывать для калибровки кольцевых интерферометров.
Неравномерность вращения
Прецессия и нутация
Прецессия (позднелат. praecessio — движение впереди, от лат. praecedo — иду впереди, предшествую) — медленное движение вращающегося твёрдого тела, при котором его ось вращения описывает конус.
Прецессия Земли называется также предварением равноденствий, так как она вызывает медленное смещение точек весеннего и осеннего равноденствий, обусловленное движением плоскостей эклиптики и экватора (точки равноденствия определяются линией пересечения этих плоскостей). Упрощённо прецессию можно представить как медленное движение оси мира (прямой, параллельной средней оси вращения Земли) по круговому конусу, ось которого перпендикулярна к эклиптике, с периодом полного оборота 26 000 лет. [21]
Существует лунно-солнечная прецессия, а также прецессия от планет. [22]
Нутация (от лат. nūtāre лат. nutatio — колебание) — происходящее одновременно с прецессией движение вращающегося твёрдого тела, при котором изменяется угол между осью собственного вращения тела и осью, вокруг которой происходит прецессия; этот угол называется углом нутации (см. Углы Эйлера). В случае Земли нутационные колебания, открытые в 1737 Дж. Брадлеем, обусловлены изменениями притяжения, оказываемого Луной и Солнцем на т. н. экваториальный избыток массы вращающейся Земли (который является следствием сжатия Земли), и называются лунно-солнечной, или вынужденной нутацией. [23]
Существует также свободная нутация, то есть свободное движение географических полюсов по кривой, близкой к окружности, с периодом 1,2 года, обусловленное тем, что Земля как целое смещается в пространстве относительно оси вращения.
В целом, причиной прецессии и нутации Земли является её несферичность и несовпадение плоскостей экватора и эклиптики. В результате гравитационного притяжения Луной и Солнцем экваториального утолщения Земли возникает момент сил, стремящийся совместить плоскости экватора и эклиптики.
Изменение положения полюсов
Замедление вращения с течением времени
Происхождение вращения Земли
История идеи суточного вращения Земли
Античность
Одним из доводов Птолемея в пользу неподвижности Земли является вертикальность траекторий падающих тел, как и у Аристотеля. Далее, он отмечает, что при вращении Земли должны наблюдаться явления, которые на самом деле не происходят:
Из сочинения Птолемея следует, что сторонники гипотезы вращения Земли на эти доводы отвечали, что и воздух и все земные предметы совершают движение вместе с Землей. По всей видимости, роль воздуха в этом рассуждении принципиально важна, поскольку подразумевается, что именно его движение вместе с Землей скрывает вращение нашей планеты. Птолемей на это возражает, что
Средние века
Индия
Первым из средневековых авторов, высказавший предположение о вращении Земли вокруг оси, был великий индийский астроном и математик Ариабхата (кон. V — нач. VI вв.). Он формулирует её в нескольких местах своего трактата Ариабхатия, например:
Исламский Восток
Среди ученых XIII—XVI веков, связанных с Марагинской и Самаркандской обсерваториями, развернулась дискуссия о возможности эмпирического обоснования неподвижности Земли. Так, известный астроном Кутб ад-Дин аш-Ширази (XIII—XIV вв.) полагал, что неподвижность Земли может быть удостоверена экспериментом. С другой стороны, основатель Марагинской обсерватории Насир ад-Дин ат-Туси полагал, что если бы Земля вращалась, то это вращение разделял бы слой воздуха, прилегающий к её поверхности, и все движения вблизи поверхности Земли происходили бы точно также, как если бы Земля была неподвижной. Он это обосновывал с помощью наблюдений комет: согласно Аристотелю, кометы являются метеорологическим явлением в верхних слоях атмосферы; тем не менее, астрономические наблюдения показывают, что кометы принимают участие в суточном вращении небесной сферы. Следовательно, верхние слои воздуха увлекаются вращением небосвода, поэтому и нижние слои также могут увлекаться вращением Земли. Таким образом, эксперимент не может дать ответ на вопрос о том, вращается ли Земля. Однако он оставался сторонником неподвижности Земли, поскольку это соответствовало философии Аристотеля.
Большинство исламских ученых более позднего времени (ал-Урди, ал-Казвини, ан-Найсабури, ал-Джурджани, ал-Бирджанди и другие) были согласны с ат-Туси, что все физические явления на вращающейся и неподвижной Землей проистекали бы одинаково. Однако роль воздуха при этом уже не считалась принципиальной: не только воздух, но и все предметы переносятся вращающейся Землей. Следовательно, для обоснования неподвижности Земли необходимо привлекать учение Аристотеля.
Латинский Запад
Однако все эти ученые в конечном итоге отвергли вращение Земли, хотя и на разных основаниях. Так, Альберт Саксонский полагал, что эта гипотеза не способна объяснить наблюдаемые астрономические явления. С этим справедливо не согласились Буридан и Орем, по мнению которых небесные явления должны происходить одинаково независимо от того, что совершает вращение, Земля или Космос. Буридан смог найти только один существенный довод против вращения Земли: стрелы, пускаемые вертикально вверх, падают вниз по отвесной линии, хотя при вращении Земли они, по его мнению, должны были бы отставать от движения Земли и падать к западу от точки выстрела.
Но даже и этот довод был отвергнут Оремом. Если Земля вращается, то стрела летит вертикально вверх и одновременно с этим движется на восток, будучи захваченная воздухом, вращающимся вместе с Землей. Таким образом, стрела должна упасть на то же место, откуда она была выпущена. Хотя здесь снова упоминается об увлекающей роли воздуха, в действительности он не играет особой роли. Об этом говорит следующая аналогия:
Подобным образом, если бы воздух был закрыт в движущемся судне, то человеку, окруженному этим воздухом, показалось бы, что воздух не движется… Если бы человек находился в корабле, движущемся с большой скоростью на восток, не зная об этом движении, и если бы он вытянул руку по прямой линии вдоль мачты корабля, ему бы показалось, что его рука совершает прямолинейное движение; точно так же, согласно этой теории, нам представляется, что такая же вещь происходит со стрелой, когда мы пускаем её вертикально вверх или вертикально вниз. Внутри корабля, движущегося с большой скоростью на восток, могут иметь место все виды движения: продольное, поперечное, вниз, вверх, во всех направлениях — и они кажутся точно такими же, как тогда, когда корабль пребывает неподвижным. [44]
Далее Орем приводит формулировку, предвосхищающую принцип относительности:
Я заключаю, следовательно, что с помощью какого бы то ни было опыта невозможно продемонстрировать, что небеса имеют суточное движение и что Земля его не имеет. [45]
При опровержении доводов против гипотезы о вращении Земли он использовал также теорию импетуса.
Тем не менее, окончательный вердикт Орема о возможности вращения Земли был отрицательным. Основанием для такого вывода был текст Библии:
Однако до сих пор все поддерживают и я верю, что они [Небеса], а не Земля движется, ибо «Бог сотворил круг Земли, который не поколеблется», несмотря на все противоположные аргументы. [46]
О возможности суточного вращения Земли упоминали и средневековые европейские ученые и философы более позднего времени, однако никаких новых аргументов, не содержавшихся у Буридана и Орема, добавлено не было.
Таким образом, практически никто из средневековых ученых так и не принял гипотезу о вращении Земли. Однако в ходе её обсуждения учеными Востока и Запада было высказано множество глубоких мыслей, которые потом будут повторены учеными Нового времени.
Эпоха Возрождения и Новое время
В первой половине XVI века увидели свет несколько сочинений, утверждавших, что причиной суточного вращения небосвода является вращение Земли вокруг оси. Одним из них был трактат итальянца Челио Кальканьини «О том, что небо неподвижно, а Земля вращается, или о вечном движении Земли» (написан около 1525 г., издан в 1544 г.). Он не произвел большого впечатления на современников, поскольку к тому времени уже был опубликован фундаментальный труд польского астронома Николая Коперника «О вращениях небесных сфер» (1543 г.), где гипотеза суточного вращения Земли у него стала частью гелиоцентрической системы мира, как у Аристарха Самосского. Свои мысли Коперник ранее изложил в небольшом рукописном сочинении Малый Комментарий (не ранее 1515 г.). Два года ранее основного труда Коперника вышло сочинение немецкого астронома Георга Иоахима Ретика Первое повествование (1541 г.), где популярно изложена теория Коперника.
Гипотеза о вращении Земли и становление классической механики
По существу, в XVI—XVII вв. единственным аргументом в пользу осевого вращения Земли было то, что в этом случае отпадает надобность в приписывании звездной сфере огромных скоростей вращения, ведь ещё в античности уже было надежно установлено, что размер Вселенной значительно превышает размер Земли (этот аргумент содержался ещё у Буридана и Орема).
Вращается не только Земля с соединенной с ней водной стихией, но также и немалая часть воздуха и все, что каким-либо образом сродно с Землёй, или уже ближайший к Земле воздух пропитанный земной и водной материей, следует тем же самым законам природы, что и Земля, или имеет приобретенное движение, которое сообщается ему прилегающей Землей в постоянном вращении и без всякого сопротивления [49]
Таким образом, главную роль в ненаблюдаемости вращения Земли играет увлечение воздуха её вращением. Такого же мнения придерживались и большинство коперниканцев в XVI веке.
Однако уже у Диггеса и Бруно появились и другие соображения: все земные тела разделяют движение Земли, воздух не играет особой роли. Они это выразили с помощью аналогии с процессами на движущемся корабле: если человек, находящийся на мачте движущегося корабля, бросит вертикально вниз камень, он падет к основанию мачты, как бы быстро корабль ни двигался, лишь бы без качки. Воздух не играет особой роли в этих рассуждениях (необходимо добавить, что такого же рода рассуждения были уже и Орема, ал-Кушчи и других средневековых ученых). При опровержении доводов противников гипотезы о вращении Земли Бруно использовал также теорию импетуса.
Другой популярный аргумент против вращения Земли заключался в том, что скорость вращения Земли должна быть настолько велика, что Земля испытывала бы колоссальные центробежные силы, которые разорвали бы её на части, а все находящиеся на её поверхности лёгкие предметы разлетелись бы во все стороны Космоса. Коперник не смог дать на это удовлетворительного ответа, отделавшись замечанием, что этот аргумент ещё более приложим ко Вселенной, «движение которой должно быть во столько раз быстрее, во сколько раз небо больше Земли», и что поскольку вращение Земли происходит «по природе», центробежная сила не угрожает Земле и земным предметам. Галилей, произведя вычисление центробежной силы, заключил, что она бесконечно мала по сравнению с силой тяжести на земной поверхности, так что она практически не сказывается на движении земных тел. Однако его вычисления содержали ошибку, которую устранил только Христиан Гюйгенс (1673 г.), окончательно доказав, что центробежная сила действительно слишком мала, чтобы способствовать распаду Земли или отбрасыванию с её поверхности незакрепленных предметов. Он же предсказал, что из-за действия центробежной силы Земля должна быть сплющена у полюсов.
Гипотеза о вращении Земли и новая космология
Сторонниками бесконечности Вселенной в XVI веке были также Томас Диггес, Джордано Бруно, Франческо Патрици — все они поддерживали гипотезу о вращении Земли вокруг оси (а первые двое — также вокруг Солнца). Кристоф Ротман и Галилео Галилей полагали звезды расположенными на разных расстояниях от Земли, хотя явно не высказывались по поводу бесконечности Вселенной. С другой стороны, Иоганн Кеплер отрицал бесконечность Вселенной, хотя и был сторонником вращения Земли.
Религиозный контекст споров о вращении Земли
Ряд возражений против вращения Земли был связан с её противоречиями тексту Священного Писания. Эти возражения были двух видов. Во-первых, некоторые места в Библии приводились в подтверждение того, что суточное движение совершает именно Солнце, например:
Поскольку команда остановиться была дана Солнцу, а не Земле, отсюда делался вывод, что суточное движение совершает именно Солнце. Другие отрывки приводились в поддержку неподвижности Земли, например:
Эти отрывки считались противоречащими как мнению о вращении Земли вокруг оси, так и обращению вокруг Солнца.
Такого рода ответы давались в основном на возражения, касавшиеся суточного движения Солнца. Во-вторых, отмечалось, что некоторые отрывки Библии должны быть трактованы аллегорически (см. статью Библейский аллегоризм). Так, Галилей отмечал, что если Св. Писание целиком понимать буквально, то окажется, что у Бога есть руки, он подвержен эмоциям типа гнева и т. п. В целом, главной мыслью защитников учения о движении Земли было то, что наука и религия имеют разные цели: наука рассматривает явления материального мира, руководствуясь доводами разума, целью религии является моральное усовершенствование человека, его спасение. Галилей в этой связи цитировал кардинала Баронио, что Библия учит тому, как взойти на небеса, а не тому, как устроены небеса.
Эти доводы были сочтены католической церковью неубедительными, и в 1616 г. учение о вращении Земли было запрещено, а в 1631 г. Галилей был осужден судом инквизиции за его защиту. Однако за пределами Италии этот запрет не оказал существенного влияния на развитие науки и способствовал главным образом падению авторитета самой католической церкви.
Необходимо добавить, что религиозные доводы против движения Земли приводили не только церковные деятели, но и ученые (например, Тихо Браге [62] ). С другой стороны, католический монах Паоло Фоскарини написал небольшое сочинение «Письмо о воззрениях пифагорейцев и Коперника на подвижность Земли и неподвижность Солнца и о новой пифагорейской системе мироздания» (1615 г.), где высказывал соображения, близкие к галилеевским, а испанский богослов Диего де Цунига даже использовал теорию Коперника для толкования некоторых мест Священного Писания (хотя впоследствии он изменил свое мнение). Таким образом, конфликт между богословием и учением о движении Земли был не столько конфликтом между наукой и религией как таковыми, сколько конфликтом между старыми (к началу XVII века уже устаревшими) и новыми методологическими принципами, полагаемыми в основу науки.
Значение гипотезы о вращении Земли для развития науки
Осмысление научных проблем, поднимаемых теорией вращающейся Земли, способствовало открытию законов классической механики и созданию новой космологии, в основе которой лежит представление о безграничности Вселенной. Обсуждавшиеся в ходе этого процесса противоречия между этой теорией и буквалистским прочтением Библии способствовали размежеванию естествознания и религии.