вокруг чего обращается земля

Движение Земли вокруг Солнца и вокруг своей оси

Движение Земли: Freepick

Движение Земли вокруг Солнца непрерывно. Благодаря этому постоянному вращению наблюдаем, как меняются на нашей планете времена года. Облетая вокруг небесного светила, Земля еще успевает совершать движение вокруг оси — так сменяются день и ночь. Почему не ощущаем этого движения и как все это происходит? Попробуем отыскать ответы.

Движение Земли вокруг Солнца

Ученые древности сформулировали идею геоцентричности мира. Считалось, что наша планета — недвижимый центр, а все небесные тела совершают вращение вокруг нее.

Первым мысль о том, что Земля вращается вокруг Солнца, высказал великий астроном Аристарх Самосский в III веке до н. э. Он предложил революционную на тот момент гелиоцентрическую систему мира.

Идею поддержали вавилонянин Селевк (II век до н. э.), Гераклид Понтийский, Сенека. Но все же эти ученые оставались в меньшинстве. Так, Аристотель и Птолемей активно доказывали обратное, а в их работах можно прочесть много аргументов в пользу того, что никакого движения Земли не происходит.

Вопросом продолжили заниматься средневековые авторы. Вновь гипотеза о вращении Земли была сформулирована великим индийским астрономом и математиком Ариабхатой (конец V — начало VI вв.).

Поворотным моментом в этой дискуссии стала публикация фундаментального труда «О вращениях небесных сфер», который написал и издал в 1543 году польский и немецкий астроном Николай Коперник. Ему удалось обосновать гипотезу вращения Земли и добиться того, чтобы гелиоцентрическая система мира была рассмотрена и принята человечеством.

Понадобилось еще много экспериментов для подтверждения выводов ученого. Много было скептиков и противников этой идеи.

Только когда Галилей вывел принцип относительности движения, споры начали утихать. Он установил, что равномерное движение Земли не сказывается на процессах, которые на ней протекают. Ученый объяснил, почему мы, жители планеты, ничего не ощущаем во время ее постоянного движения.

Земля в Космосе: Freepick

Для современного человека то, что Земля вращается вокруг Солнца, не сенсация. Исследователи установили такие подробности этого процесса:

Когда наша планета совершает это вращение, то ее угол наклона остается неизменным. По этой причине на определенном отрезке траектории Земля больше поворачивается к светилу нижней частью, в Южном полушарии наступает летний сезон.

В это же время на Северный полюс солнечные лучи попадают в гораздо меньшей степени — там наступает период зимних холодов. Есть и периоды, когда Солнце более-менее равномерно бросает лучи на оба полушария. Происходит это весной и осенью.

Итак, разобрались, с какой скоростью движется Земля вокруг Солнца, и в том, что такое орбита Земли. Но на этом особенности движения Земли не заканчиваются.

Движение Земли вокруг своей оси

Если между Северным и Южным полюсами нашей планеты провести воображаемую линию, то получится так называемая земная ось. Вокруг нее постоянно происходит вращение, о котором известно:

Последний факт мало известен, но вызывает интерес. Наглядно его можно продемонстрировать так:

Земля и Солнце в Космосе: Freepick

Этого вращательного движения люди не ощущают, так как оно осуществляется постоянно и равномерно. При этом еще и меняется. Ученые установили, что каждый год происходит замедление вращения в среднем на четыре миллисекунды.

Объясняют это явление притяжением Луны, которое оказывает воздействие на протекание приливов и отливов на планете. Когда они происходят, Луна старается притянуть к себе воду и двигает ее в направлении, которое противоположно ходу Земли.

Это своеобразное противодействие провоцирует возникновение незначительной силы трения на дне водоемов. По законам физики данный процесс приводит к небольшому замедлению скорости движения Земли.

Крайние точки в процессе вращения нашей планеты — это такие даты:

Почему же Земля не улетает в космические просторы и не падает на Солнце, если она постоянно находится в движении? Действительно, во время ее вращения происходит выработка центробежной силы, которая направлена на то, чтобы отбросить планету от Солнца.

Но это не происходит, потому что движение Земли всегда имеет одинаковую скорость, а безопасное расстояние до светила соотносится с центробежной силой.

Если бы Солнце не притягивало Землю, она бы отправилась «путешествовать» по Галактике. Наша планета упала бы на свою звезду, если бы скорость вращения на орбите была медленнее. Благодаря идеальному природному балансу всех этих сил и скоростей ни того, ни другого не происходит.

Движение Земли вокруг Солнца подчиняется целому ряду законов, которые человечество разгадывало в течение веков. Люди долго пытались найти иные объяснения смене дня и ночи и времен года. Но теперь точно установлено, что наша планета вращается, а мы движемся вместе с ней.

Уникальная подборка новостей от нашего шеф-редактора

Источник

Как вращается Земля

Наша планета находится в непрерывном движении. Она оборачивается как вокруг собственной оси, так и вокруг Солнца. Но задумывались ли вы, каким образом это происходит? В этой статье вы узнаете, как вращается Земля и что будет, если она остановится.

Что такое земная ось

Земная ось – это условная прямая, которая проходит через три точки: географические полюса и центр планеты. Как бы ни казалось на первый взгляд, земная ось – далеко не вертикальная линия. Она имеет угол наклона около 66 градусов, что объясняет смену сезонов на планете. Когда северное полушарие наклонено ближе к солнцу, на нем начинается лето. В это же время в южном полушарии зима, и наоборот.

При полностью вертикальной оси на Земле не было бы смен пор года, так как вся поверхность получала бы одинаковое количество тепла.

Земную ось не может пошатнуть ни притяжение Солнца, ни Луны или соседних небесных тел. Она постоянно вращается по кругу, по одной и той же траектории, описывая конус. Однако ее направление в пространстве может меняться. Если сегодня северный географический полюс Земли смотрит на Полярную звезду, то через 12 000 лет он развернется в противоположном направлении. И людям уже придется узнавать, где север, по звезде Вега из созвездия Лиры. А спустя еще почти 26 000 лет северный полюс вернется к своему текущему положению.

Смена времен года на нашей планете зависит от расположения ее оси

Помимо смены положения, ось Земли немного смещается в стороны из-за движения планеты. Она может перемещаться на 10-15 сантиметров в год в обе стороны. На это также влияют таяние ледников, уменьшение количества воды, засуха и другие факторы.

Оборот вокруг своей оси

Вам наверняка известно, что наша планета делает один оборот вокруг своей оси за 24 часа (23 часа 56 минут, если быть точнее). Это объясняет смену дня и ночи – какое полушарие (западное или восточное) сейчас повернуто к Солнцу, на том и день. Движется Земля с запада на восток, поэтому наша звезда всегда всходит на востоке и весь день «идет» по небосводу на запад.

Из-за того, что наша звезда всходит на востоке, Японию, как самое восточное государство Евразии и называют «Страной восходящего Солнца».

По причине подобного вращения Земли происходит и отклонение движущихся потоков вещества: вода, воздух и т.д. Таким образом, в северном полушарии вода в реках движется вправо от широт, параллельных экватору, а в южном – влево. Аналогичным образом разнятся абсолютно все потоки: от водоворотов до слива воды в вашей домашней раковине. Вы и сами можете это проверить.

Минутка интересных экспериментов: наберите воду в ванную или умывальник, предварительно закрыв слив. Затем откройте его, и образовавшаяся воронка будет крутиться по часовой стрелке. Если вы, конечно, не живете где-нибудь в южном полушарии.

Вокруг собственной оси планета вращается со скоростью 465 м/с или 1674 км/ч. Но это лишь линейная скорость, которую можно замерить по экватору. При удалении к полюсам этот показатель будет становиться все ниже. На самих географических полюсах линейная скорость вращения Земли полностью отсутствует. Угловая же скорость постоянно в любой точке земного шара и составляет 15 °/ч.

Суточный оборот Земли

Оборот вокруг Солнца

Вращение планеты вокруг нашей звезды происходит не по кругу, а по эллипсу, так как околосолнечная орбита Земли немного вытянута. Среднее расстояние от планеты до Солнца составляет 149,6 млн км.

Земля вращается вокруг Солнца со скоростью около 29,8 км/с. Это значение не постоянное и изменяется в зависимости от текущего положения в пространстве. При максимальном приближении к Солнцу (эта точка орбиты называется перигелий) скорость превышает 30 км/с, а при наибольшем удалении (афелий) – опускается примерно до 29 км/с.

Полный оборот вокруг нашей звезды Земля совершает примерно за 365 суток (обращений вокруг своей оси). Этот период называется одним астрономическим годом.

Календарный год, в отличие от астрономического, не постоянен. Так как за сутки мы принимаем не 23 ч 56 мин, а 24 часа для ровного счета, то за каждые четыре года в календаре накапливается один лишний 366-ой день (29 февраля). Такой год называется високосным.

Так как в космосе отсутствуют понятия верха и низа, сложно сказать, в какую сторону вращается наша планета вокруг Солнца. Но, если условно взглянуть на Солнечную систему «сверху» (с той стороны, где у Земли располагается северный полюс), то вращение будет происходить против часовой стрелки.

Годовой оборот Земли

Некоторые наверняка хоть раз задавались вопросом, почему мы не ощущаем вращения планеты ни вокруг своей оси, ни вокруг Солнца. Ответ на него достаточно прост: потому что все объекты вокруг нас движутся с нами. Представьте себя на борту очень плавного самолета или поезда. Все предметы вокруг вас остаются неподвижны, пока вы движетесь с постоянной скоростью, не ускоряясь и не замедляясь слишком сильно. Узнать, что вы находитесь в движении, в таком случае можно, выглянув в окно. Окружение там будет постоянно меняться, так как оно, в отличие от предметов внутри поезда/самолета не движется вместе с вами.

Что будет, если земля остановится

Представьте, что вы едете в автомобиле со скоростью свыше 1500 км/ч. Что будет при его резком торможении? Правильно, вы по инерции вылетите через лобовое стекло на той же скорости. То же самое произойдет и с людьми, и всеми другими существами и объектами на Земле, если ее вращение вокруг своей оси вдруг прекратится. Все мы впечатаемся в ближайшие горные массивы, а океаны всколыхнуться так, что огромную часть суши просто смоет невиданной силы цунами.

Но даже если замедление будет происходить постепенно, и все останутся живы, то все равно ненадолго, потому что:

Если при этом Земля продолжит вращаться вокруг Солнца, то сутки будут длиться год, а день и ночь – по шесть месяцев. Солнце начнет всходить не на востоке, а на западе, но это будет меньшая из наших проблем.

Когда гигантский цунами, смывающий все на своем пути, утихнет, вода начнет убывать от экватора к полюсам. Сегодня Земля не имеет формы идеального шара и немного сплющена у полюсов под воздействием центробежных сил. Но после остановки эти силы действовать перестанут, и вода из океанов сместится к полюсам, затопив ближайшую сушу и оставив один сплошной материк посередине, большая часть которого сегодня является океанским дном.

Магнитное поле Земли тоже исчезнет, а без него у планеты не будет защиты от радиоактивных космических ветров, которые вскоре уничтожат ту небольшую часть живых организмов, которым посчастливилось выжить после остановки. И в качестве вишенки на этом торте грусти – из-за исчезновения магнитного поля на Земле пропадут и полярные сияния.

Если же Земля перестанет вращаться и вокруг Солнца, то не будет даже той шестимесячной смены дня и ночи. Одно полушарие навсегда превратится в засушливую пустыню, а другая – в вечную мерзлоту. Примерно то же самое сегодня можно наблюдать на Меркурии. Но там это обусловлено близким расположением к Солнцу и очень медленным движением вокруг своей оси.

Источник

Вращение Земли вокруг нашего светила

Вид Земли на третий день полета миссии Аполлон-11

Пятая по величине планета Солнечной системы – Земля, сформировавшаяся 4,54 млрд лет назад из протопланетарной пыли и газа, имеет форму не совсем правильного шара и вращается не только вокруг Солнца по орбите в форме слабовыраженного эллипса со средней скоростью равной приблизительно 108 тыс. км/час, но и вокруг своей собственной оси. Вращение происходит, если смотреть со стороны Северного полюса, в направлении с запада на восток или другими словами против часовой стрелки. Именно потому, что Земля вращается вокруг Солнца и в то же самое время вокруг своей собственной оси, абсолютно на всех участках данной планеты происходит периодическая смена дня и ночи, а также последовательная смена четырех времен года.

Ледниковый период

Снимок Земли и Луны с борта Mars Express

Среднее расстояние от Солнца до Земли составляет приблизительно 150 млн км, а разница между наименьшим и наибольшим расстоянием, равна приблизительно 4,8 млн км, при этом земная орбита меняет свой эксцентриситет очень незначительно, а цикл составляют 94 тыс. лет. Важным фактором, влияющим на климат Земли, является расстояние между ней и Солнцем. Имеются предположения, что ледниковый период на Земле наступил именно в то время, когда она находилась от Солнца на максимально возможном расстоянии.

«Лишний» день в календаре

Земля делает один оборот вокруг собственной оси примерно за 23 часа 56 минут, а один оборот вокруг Солнца происходит за 365 дней и 6 часов. Эта разница периодов постепенно накапливается и один раз в 4 года у нас в календаре появляется лишний день (29 февраля), и такой год называется високосным. Также на данный процесс оказывает определенное воздействие располагающаяся в непосредственной близости Луна, под действием гравитационного поля которой вращение Земли постепенно замедляется, а это свою очередь удлиняет сутки примерно на одну тысячную каждые 100 лет.

Грядут значительные климатические изменения

Восходящая Луна над Тихим океаном

Смена времен года происходит вследствие наклона оси вращения Земли к орбите Солнца. Этот угол сейчас составляет 66° 33′. Притяжение других спутников и планет не меняет величину угла наклона земной оси, но заставляет Землю двигаться по круговому конусу — этот процесс называется прецессией. В данный момент положение оси Земли таково, что Северный полюс находится напротив Полярной звезды. В течение следующих 12 тыс. лет земная ось из-за воздействия прецессии сдвинется, и будет находиться напротив звезды Вега, что является только половиной пути (полный цикл прецессии равен 25800 лет), и вызовет очень значительные климатические изменения абсолютно на всей поверхности Земли.

Колебания, вызывающие изменение климата Земли

Дважды в месяц в момент прохождения над экватором и дважды в год, когда Солнце находится в этом же положении, притяжение прецессии уменьшается и становится равной нулю, после чего опять возрастает, т. е. темпы прецессии носят колебательный характер. Эти колебания носят название — нутация, максимального своего значения они достигают в среднем раз в 18,6 лет и по своему влиянию на климат занимают второе место после смены сезонов года.

Коротко в вращении Земли вокруг Солнца.

Похожие статьи

Понравилась запись? Расскажи о ней друзьям!

Источник

Гелиоцентрическая система мира

Гелиоцентрическая система мира — представление о том, что Солнце является центральным небесным телом, вокруг которого обращается Земля и другие планеты. Противоположность геоцентрической системе мира. Возникло в античности, но получило широкое распространение с конца эпохи Возрождения.

В этой системе Земля предполагается обращающейся вокруг Солнца за один звёздный год и вокруг своей оси за одни звёздные сутки. Следствием второго движения является видимое вращение небесной сферы, первого — перемещение Солнца среди звёзд по эклиптике. Солнце считается неподвижным относительно звёзд.

Содержание

О понятиях

Часто даже профессиональные астрономы путают два понятия: гелиоцентрическая система мира и гелиоцентрическая система отсчета.

Гелиоцентрическая система отсчета — это просто система отсчета, где начало координат размещено в Солнце. Гелиоцентрическая система мира — это представление об устройстве мироздания. В узком смысле этого слова, оно заключается в том, что Вселенная ограниченна, Солнце расположено в её центре, а Земля совершает два вида движения: поступательное вокруг Солнца и вращательное вокруг оси; звезды неподвижны относительно Солнца. Термин «гелиоцентрическая система мира» часто используется в более широком смысле слова, когда Вселенная считается неограниченной и не имеющей центра. Тогда смысл этого термина заключается в том, что звезды в среднем неподвижны относительно Солнца, то есть Солнце хотя бы с кинематической точки зрения является одной из звезд. Гелиоцентрическую систему мира можно рассматривать в какой угодно системе отсчета, в том числе геоцентрической, в которой Земля выбирается в качестве начала координат. В этой системе отсчета Земля неподвижна и Солнце вращается вокруг Земли, но система мира все равно остается гелиоцентрической, поскольку взаимная конфигурация Солнца и звезд остается неизменной. Наоборот, даже если рассматривать геоцентрическую систему мира в гелиоцентрической системе отсчета, она по прежнему будет геоцентрической системой мира, поскольку звезды будут совершать в ней движение с периодом в один год.

Планетные конфигурации

Внешние и внутренние планеты

Планеты солнечной системы делятся на два вида: внутренние (Меркурий и Венера), наблюдаемые только на сравнительно небольших угловых расстояниях от Солнца, и внешние (все остальные), которые могут наблюдаться на любых расстояниях. В гелиоцентрической системе это различие связано с тем, что орбиты Меркурия и Венеры всегда находятся внутри орбиты Земли (третьей от Солнца планеты), в то время как орбиты остальных планет находятся вне орбиты Земли.

Попятные движения

Попятные движения планет (особенно наглядно наблюдаемые у внешних планет), которые были главной загадкой астрономии с древнейших времён, в гелиоцентрической системе объясняются тем, что угловые скорости планет уменьшаются с увеличением расстояния от Солнца. В результате, когда планета наблюдается в той же части неба, что и Солнце, она совершает видимое движение относительно звёзд в том же (прямом) направлении, что и Солнце: с запада на восток. Однако когда Земля проходит между Солнцем и планетой, она как бы опережает планету, в результате чего последняя движется на фоне звёзд в обратном направлении, с востока на запад. Отсюда следует, что планеты совершают попятные движения вблизи противостояний, когда планеты находятся наиболее близко к Земле и, как следствие, являясь наиболее яркими при наблюдении с Земли.

Соотношение между синодическими и сидерическими периодами обращений планет; вавилонские периоды

В гелиоцентрической системе устанавливается следующее соотношение между синодическими и сидерическими периодами обращений внешних планет:

,

где — продолжительность земного (звёздного) года. Отсюда следуют соотношения, эмпирически полученные астрономами Древнего Вавилона (так называемые целевые годовые периоды):

если внешняя планета делает полных оборотов по эклиптике (относительно звёзд) за лет, то за это время проходит синодических периодов данной планеты (, , — целые числа).

Например, для Марса , , , для Юпитера , , , для Сатурна , , .

С точки зрения геоцентрической системы, эти соотношения являются загадкой. Но они автоматически следуют из вышеприведённой формулы, полученной в рамках гелиоцентризма, поскольку по определению ( — это такое целое количество земных лет, за которые планета делает целых оборотов по эклиптике) и величины , и обратно пропорциональны, соответственно, величинам , и .

Расстояния до планет

В гелиоцентрической системе с помощью простых геометрических рассуждений и немногих наблюдательных данных легко определяются средние расстояния от Солнца до планет (в предположении круговых концентрических орбит), что невозможно в рамках геоцентризма. Для внутренней планеты достаточно знать её максимальное угловое расстояние от Солнца θ (наибольшую элонгацию). Рассмотрев треугольник SPT (угол SPT — прямой), нетрудно видеть, что

(см. рис. справа), где — астрономическая единица (среднее расстояние от Земли до Солнца). Для внешних планет необходимо из наблюдений определить синодический период планеты и промежуток времени между противостоянием планеты и моментом квадратуры (когда планета видна с Земли под прямым углом к Солнцу). Далее нужно найти с помощью формулы , период обращения планеты вокруг Солнца. Зная эту величину, можно найти углы α и β, пройденные планетой и Землёй по своим орбитам за время :

, .

Далее, находится угол , под которым видны Земля и Солнце при наблюдении с планеты:

(угол STP прямой, см. рисунок справа). Искомое расстояние оказывается равным

.

Именно с помощью таких соображений Коперник впервые вычислил относительные расстояния планет от Солнца.

Фазы Меркурия и Венеры

Поскольку все планеты светят отражённым светом Солнца, у них должна наблюдаться смена фаз. У Меркурия и Венеры, обращающихся вокруг Солнца внутри орбиты Земли, порядок смены фаз должен быть следующим:

Именно такой порядок смены фаз имеет место в действительности, как впервые было установлено Галилеем.

Эмпирические доказательства движения Земли вокруг Солнца

Всё вышесказанное относится не только к гелиоцентрической системе, но и к комбинированной системе (наподобие системы Тихо Браге), в которой все планеты обращаются вокруг Солнца, которое, в свою очередь, движется вокруг Земли. Существуют, однако, доказательства движения Земли вокруг Солнца.

Годичные параллаксы звёзд

Ещё в древности было известно, что поступательное движение Земли должно приводить к параллактическому смещению звёзд. Из-за удалённости звёзд параллаксы впервые были найдены только в XIX веке (почти одновременно В. Я. Струве, Ф. Бесселем и Т. Гендерсоном), что явилось прямым (и долгожданным) доказательством движения Земли вокруг Солнца.

Параллакс тем меньше, чем дальше от нас звезда. Если вычислять угол параллакса в секундах, а расстояние в парсеках, то

.

Попятные движения планет имеют место по той же самой причине, что и годичные параллаксы звёзд, они могут быть названы годичными параллаксами планет.

Аберрация света звёзд

Из-за векторного сложения скорости света и орбитальной скорости Земли, при наблюдении звёзд телескоп приходится наклонять относительно линии Земля—звезда. Это явление (аберрация света) открыл и правильно объяснил в 1728 г. Джеймс Брэдли, занимавшийся поисками годичных параллаксов. Аберрация света оказалось первым наблюдательным подтверждением движения Земли вокруг Солнца и одновременно вторым доказательством конечности скорости света (после объяснения нерегулярности в движении спутников Юпитера Рёмером). В отличие от параллакса, угол аберрации не зависит от расстояния от звезды и целиком определяется орбитальной скоростью Земли. Для всех звёзд он равен одной и той же величине: 20,5″.

Годичная вариация лучевых скоростей звёзд

Доказательства вращения Земли вокруг своей оси см. в статье Суточное вращение Земли.

История гелиоцентрической системы

Гелиоцентризм в Древней Греции

Идея движения Земли возникла в рамках пифагорейской школы. Пифагореец Филолай из Кротона обнародовал систему мира, в которой Земля является одной из планет; правда, речь пока шла об её вращении (за сутки) вокруг мистического Центрального Огня, а не Солнца. Аристотель отверг эту систему в том числе потому, что она предсказывала параллактическое смещение звёзд.

Гелиоцентризм позволил решить основные проблемы, стоявшие перед древнегреческой астрономией, поскольку господствовавшие в начале III века до н. э. геоцентрические взгляды явно были в кризисном состоянии. Наиболее распространённый в то время вариант геоцентризма, теория гомоцентрических сфер Евдокса, Каллиппа и Аристотеля, оказывалась не в состоянии объяснить изменение видимого блеска планет и видимого размера Луны, что греки правильно связывали с изменением расстояния до этих небесных тел. Гелиоцентрическая система непринуждённо объясняла попятные движения планет. Она позволяла также установить порядок следования светил. Греки постулировали зависимость между близостью небесного тела к «сфере неподвижных звёзд» и сидерическим периодом его движения: так, самым далёким от нас считался наиболее медленно движущийся Сатурн, далее (в порядке приближении к Земле) шли Юпитер и Марс; Луна оказывалась наиболее близким к Земле небесным телом. Трудности этой схемы были связаны с Солнцем, Меркурием и Венерой, поскольку все эти тела имели одинаковые сидерические периоды (в том смысле, который употреблялся в античной астрономии), равные одному году. Эта трудность легко решалась в гелиоцентрической системе, где один год оказывался равным периоду движения Земли; при этом периоды движения (теперь — обращения вокруг Солнца) Меркурия и Венеры шли в том же порядке, что и их расстояния до нового центра мира, которое можно было установить описанным выше способом.

Тем не менее, в конечном итоге гелиоцентризм был оставлен греками. Главной причиной может быть общий кризис науки, начавшийся после II века до н. э. На место астрономии заступает астрология. В философии доминирует мистицизм или откровенный религиозный догматизм: стоицизм, позднее неопифагореизм и неоплатонизм. С другой стороны, те немногие философские школы, которые в целом исповедуют рационализм (эпикурейцы, скептики), имеют одну общую черту: неверие в возможность познания природы. Так, эпикурейцы даже после Аристотеля и Аристарха считали невозможным определить истинную причину фаз Луны и считали Землю плоской. В такой атмосфере религиозные обвинения наподобие тех, что были предъявлены Аристарху, могли привести к тому, что астрономы и физики, даже если и были сторонниками гелиоцентризма, старались воздерживаться от публичного обнародования своих взглядов, что и могло в конечном итоге привести к их забвению.

Научные аргументы в пользу неподвижности и центральности Земли, выдвигавшиеся древнегреческими астрономами, см. в статье Геоцентрическая система мира.

После II века н. э. в эллинистическом мире прочно утвердился геоцентризм, основанный на философии Аристотеля и планетной теории Птолемея, в которой петлеобразное движение планет объяснялось с помощью комбинации деферентов и эпициклов. «Физическим» фундаментом теории Птолемея была аристотелевская теория хрустальных небесных сфер, переносивших планеты. Существенной особенностью учения Аристотеля было резкое противопоставление «надлунного» и «подлунного» миров. Надлунный мир (куда относились все небесные тела) считался миром идеальным, не подверженным каким-либо изменениям. Напротив, всё, что находилось в подлунной области, в том числе Земля, считалось подверженным постоянным изменениям, порче.

Существенной особенностью теории Птолемея был частичный отказ от принципа равномерности космических движений: центр эпицикла движется по деференту с переменной скоростью, хотя угловая скорость при наблюдении из особой эксцентрично расположенной точки (экванта) считалась неизменной.

Средневековье

Ряд исследователей находят следы гелиоцентризма в некоторых планетных теориях великого индийского астронома Ариабхаты (V в. н. э.). Так, выдающийся математик и историк науки Бартел Ван дер Варден отмечает следующие свидетельства, что в основе этих теорий лежала гелиоцентрическая теория [16] :

В настоящее время доминирует точка зрения, что источником индийской средневековой астрономии является греческая доптолемеева астрономия. По мнению Ван дер Вардена, у греков была гелиоцентрическая теория, развитая до степени возможности предвычислять эфемериды, которая затем была переработана в геоцентрическую наподобие того, как поступил Тихо Браге с теорией Коперника. Эта переработанная теория неизбежно должна быть теорией эпициклов, поскольку в системе отсчёта, связанной с Землёй, движение планет объективно происходит по сочетанию движений по деференту и эпициклу. Далее, по мнению ван дер Вардена, она проникла в Индию. Сам Ариабхата и более поздние астрономы могли и не знать о гелиоцентрическом базисе этой теории. Впоследствии, по мнению ван дер Вардена, эта теория перешла к мусульманским астрономам, составившим «Таблицы Шаха» — эфемериды планет, использовавшиеся для астрологических предсказаний.

Ряд астрономов мусульманского Востока обсуждали теории движения планет, альтернативные птолемеевской. Главным объектом их критики был, однако, эквант, а не геоцентризм. Некоторые из этих учёных (например, Насир ад-Дин ат-Туси) также критиковали эмпирические доводы Птолемея в пользу неподвижности Земли, находя их неадекватными. Но при этом они оставались сторонниками неподвижности Земли, поскольку это соответствовало философии Аристотеля.

В Европе возможность вращения Земли вокруг оси обсуждалась начиная с XII века. Во второй половине XIII века эта гипотеза была упомянута Фомой Аквинским, наряду с представлением о поступательном движении Земли (без конкретизации центра движения). Обе гипотезы были отвергнуты по тем же причинам, что и у Аристотеля. Гипотеза об осевом вращении Земли получила глубокое обсуждение у представителей Парижской школы в XIV веке (Жана Буридана [22] и Николая Орема [23] ). Хотя в ходе этих дискуссий были выдвинуты опровержения ряда доводов противников подвижности Земли, окончательный вердикт был в пользу её неподвижности.

Раннее Возрождение

Коперник

Окончательно гелиоцентризм возродился только в XVI веке, когда польский астроном Николай Коперник разработал теорию движения планет вокруг Солнца на основании пифагорейского принципа равномерных круговых движений. Результаты своих трудов он обнародовал в книге «О вращениях небесных сфер», изданной в 1543 году. Одной из причин возвращения к гелиоцентризму было несогласие Коперника с птолемеевой теорией экванта; кроме того, он считал недостатком всех геоцентрических теорий то, что они не позволяют определить «форму мира и соразмерность его частей», то есть масштабы планетной системы. Неясно, какое влияние на Коперника оказал Аристарх (в рукописи своей книги Коперник упоминал о гелиоцентризме Аристарха, но в окончательной редакции книги эта ссылка исчезла [29] ).

Коперник полагал, что Земля совершает троякое движение:

Коперник не только объяснил причины попятных движений планет, вычислил расстояния планет от Солнца и периоды их обращений. Зодиакальное неравенство в движении планет Коперник объяснял тем, что их движение является комбинацией движений по большим и малым кругам, — аналогичный тому, как объясняли это неравенство средневековые астрономы Востока — деятели Марагинской революции (так, теория движения внешних планет у Коперника совпадала с теорией Ал-Урди, теория движения Меркурия — с теорией Ибн аш-Шатира, но только в гелиоцентрической системе отсчёта).

Тем не менее, теория Коперника не может быть названа гелиоцентрической в полной мере, поскольку Земля в ней отчасти сохраняла особый статус:

Тем не менее, им был дан импульс для дальнейшей разработки гелиоцентрической теории движения планет, сопутствующих задач механики и космологии. Объявив Землю одной из планет, Коперник создал условия для устранения резкого разрыва между «надлунным» и «подлунным» мирами, характерного для философии Аристотеля и средневековой схоластики.

Первые коперниканцы и их оппоненты

Ведущей тенденцией в восприятии теории Коперника в течение всего XVI века было использование математического аппарата его теории для астрономических вычислений и практически полное игнорирование его новой, гелиоцентрической космологии. Начало этой тенденции положило предисловие к книге Коперника, написанное её издателем, лютеранским богословом Андреасом Осиандером. Осиандер пишет, что движение Земли является остроумным вычислительным приёмом, но понимать Коперника буквально не следует. Поскольку Осиандер не указал своего имени под предисловием, в XVI столетии многие полагали, что таково мнение самого Николая Коперника. Книгу Коперника штудировали астрономы Виттенбергского университета, наиболее известным из которых был Эразм Рейнгольд, приветствовавший отказ Коперника автора от экванта и составивший на основе его теории новые таблицы движения планет (Прусские таблицы (англ.) русск. ). Но главного, что есть у Коперника,— новой космологической системы,— ни Рейнгольд, ни другие виттенбергские астрономы как будто не заметили.

Тогда же начинают появляться и первые негативные отзывы о теории Коперника. Наиболее авторитетными оппонентами гелиоцентризма в XVI — начале XVII века были астрономы Тихо Браге и Христофор Клавий, математики Франсуа Виет и Франческо Мавролико, философ Фрэнсис Бэкон.

У противников гелиоцентрической теории было два вида аргументов.

(A) Против вращения Земли вокруг собственной оси. Учёные XVI века уже могли оценить линейную скорость вращения: около 500 м/сек на экваторе.

Эти аргументы были основаны на общепринятой в те годы механике Аристотеля. Они потеряли свою силу только после открытия законов правильной, ньютоновской механики. С другой стороны, такие фундаментальные понятия этой науки, как центробежная сила, относительность, инерция появились в значительной мере при опровержении этих доводов геоцентристов.

(Б) Против поступательного движения Земли.

Для опровержения второго довода гелиоцентристам приходилось предполагать огромную удалённость звёзд. Тихо Браге на это возражал, что в таком случае звёзды оказываются необычайно большими, по размерам больше орбиты Сатурна. Эта оценка следовала из его определения угловых размеров звёзд: он принимал видимый диаметр звёзд первой величины примерно 2—3 угловых минуты.

Кеплер

Выдающийся вклад в развитие гелиоцентрических представлений внёс немецкий астроном Иоганн Кеплер. Ещё со студенческих лет (пришедшихся на конец XVI века) он был убеждён в справедливости гелиоцентризма ввиду способности этого учения дать естественное объяснение попятных движений планет и возможности вычислять на её основе масштабы планетной системы. В течение нескольких лет Кеплер работал с величайшим астрономом-наблюдателем Тихо Браге и впоследствии завладел его архивом наблюдательных данных. В ходе анализа этих данных, проявив исключительную физическую интуицию, Кеплер пришёл к следующим выводам:

На основании открытых им законов движения планет Кеплер составил таблицы планетных движений (Рудольфинские таблицы), по точности далеко оставлявшие позади все таблицы, составленные ранее.

Галилей

Одновременно с Кеплером на другом конце Европы, в Италии, трудился Галилео Галилей, оказавший двоякую поддержку гелиоцентрической теории. Во-первых, с помощью изобретённого им телескопа Галилей сделал ряд открытий, либо косвенно подтверждавших теорию Коперника, либо выбивавших почву из-под ног его противников — сторонников Аристотеля:

После Кеплера и Галилея

Оказавшись в том же лагере коперниканцев, что и Кеплер, Галилей так и не принял его законов движения планет. Это относится и к другим гелиоцентристам первой трети XVII в., например, голландскому астроному Филиппу ван Лансбергу. Однако астрономы более позднего времени могли наглядно убедиться в точности кеплеровых «Рудольфинских таблиц». Так, одним из предсказаний Кеплера было прохождение Меркурия по диску Солнца в 1631 г., которое и в самом деле удалось пронаблюдать французскому астроному Пьеру Гассенди. Таблицы Кеплера ещё более уточнил английский астроном Джереми Хоррокс, предсказавший прохождение Венеры по диску Солнца в 1639 г., которое он же и пронаблюдал вместе с другим английским астрономом, Уильямом Крабтри.

Однако даже феноменальная точность теории Кеплера (существенно уточнённой Хорроксом) не переубедила скептиков-геоцентристов, поскольку многие проблемы гелиоцентрической теории так и остались нерешёнными. Прежде всего, это проблема годичных параллаксов звёзд, поиски которых велись в течение всего XVII века. Несмотря на существенное увеличение точности измерений (которого удалось достигнуть благодаря использованию телескопов), эти поиски так и остались безрезультатными, что говорило о том, что звёзды даже еще дальше, чем предполагали Коперник, Галилей и Кеплер. Это, в свою очередь, снова ставило на повестку дня проблему размеров звёзд, отмеченную ещё Тихо Браге. Только в конце XVII века учёные осознали, что то, что они принимали за диски звёзд, на самом деле является чисто инструментальным эффектом (диск Эйри (англ.) русск. ): звёзды имеют настолько малые угловые размеры, что их диски невозможно разглядеть даже в самые сильные телескопы.

Однако вплоть до конца XVII века многие учёные просто отказывались делать выбор между этими гипотезами, указывая, что с точки зрения наблюдений гелиоцентрическая и гео-гелиоцентрическая система системы эквивалентны; конечно оставаясь на такой позиции, невозможно было развивать динамику планетной системы. В числе сторонников этой «позитивистской» точки зрения были, например, Джованни Доменико Кассини, Оле Рёмер, Блез Паскаль.

Необходимо добавить, что в спорах с геоцентристами сторонники Аристарха и Коперника находились отнюдь не в равных условиях, поскольку на стороне первых был такой авторитет, как Церковь (особенно в католических странах). Однако после того, как Исаак Ньютон в 1687 году вывел из закона всемирного тяготения законы Кеплера, все споры о системе мира, не утихавшие в течение полутора столетия, утратили смысл. Солнце прочно заняло центр планетной системы, оказавшись одной из множества звёзд в бескрайней Вселенной.

Утверждение гелиоцентризма и классическая механика

Относительность движения

Выдвижение гелиоцентрической системы значительно стимулировало развитие физики. Прежде всего, нужно было ответить на вопрос, почему движение Земли не ощущается людьми и не проявляется в земных экспериментах. Именно на этом пути были сформулированы основополагающие положения классической механики: принцип относительности и принцип инерции. О невозможности различения движения и покоя на примере гипотезы о движении Земли вокруг оси писали Николай Орем, Али ал-Кушчи, Николай Кузанский, Томас Диггес, Джордано Бруно. Выдающийся шаг в формулировке принципа относительности сделал Галилео Галилей.

Гравитация

Физической основой геоцентрической космологии была теория вложенных сфер, в которой планеты переносятся в своём движении твёрдыми небесными сферами. Во-первых, суточные траектории звезд таковы, как будто они привязаны к единой сфере, совершающей вращение вокруг Земли за звёздные сутки. Во вторых, без привлечения представления о твёрдых сферах, к которым привязаны планеты, практически невозможным было дать физическую трактовку птолемеевым эпициклам.

Однако в рамках гелиоцентризма необходимость в небесных сферах отсутствует. Первым обратил на это внимание Джордано Бруно, ведь если видимые суточные движения звезд обусловлены суточным вращением Земли, то внешняя небесная сфера, несущая на себе звёзды, оказывается попросту ненужной. Однако эта сфера являются лишь внешней граница всей системы сфер, к которым привязаны планеты. Таким образом, если внешней сферы не существует, то и вся эта система небесных сфер оказывается ненужной.

Гелиоцентризм и космология

При этом многие учёные считали, что совокупность звёзд занимает только часть пространства, за пределами которой — пустота или эфир. Однако в начале XVIII века Исаак Ньютон и Эдмонд Галлей высказались в пользу равномерной заполненности пространства звёздами, поскольку в случае конечности системы звёзд они неизбежно должны были упасть друг на друга под действием сил взаимной гравитации. Тем самым, Солнце, оставаясь центром планетной системы, переставало быть центром мира, все точки которого оказывались в равных условиях.

Гелиоцентризм и религия

Движение Земли в свете Священного Писания

Практически сразу после выдвижения гелиоцентрической системы было отмечено, что она противоречит некоторым местам из Священного Писания. Например отрывок из одного из Псалмов

приводился в доказательство неподвижности Земли. Некоторые другие отрывки приводились в подтверждение того, что суточное движение совершает Солнце, а не Земля. В их числе, например, одно место из Экклезиаста:

Большой популярностью пользовался отрывок из книги Иисуса Навина:

Поскольку команда остановиться была дана Солнцу, а не Земле, отсюда делался вывод, что суточное движение совершает именно Солнце. Религиозные аргументы привлекали для подкрепления своей позиции не только католические и протестантские лидеры, но и профессиональные астрономы (Тихо Браге, Христофор Клавиус, Джованни Баттиста Риччиоли и др.).

Сторонники вращения Земли проводили защиту по двум направлениям. Во-первых, они указывали, что Библия написана языком, понятным простым людям, и если бы её авторы давали четкие с научной точки зрения формулировки, она не смогла бы выполнять свою основную, религиозную миссию. Кроме того, 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 они устроены.

Католическая церковь

Наиболее драматичной была история взаимодействия гелиоцентрической системы с Католической церковью. Впрочем, сначала Церковь отнеслась к новому развитию астрономии скорее благожелательно и даже с некоторым интересом. Ещё в 1533 г. в Ватикане был заслушан доклад о системе Коперника, с которым выступил известный востоковед Иоганн Альберт Видманштадт; в знак благодарности присутствовавший там римский папа Климент VII подарил докладчику ценную древнегреческую рукопись. Спустя еще три года кардинал Николай Шомберг написал Копернику восхищенное письмо, в котором настоятельно рекомендовал поскорее опубликовать книгу с детальным изложением его теории. Обнародовать новую систему мира Коперника настойчиво убеждал и его близкий друг, епископ Тидеман Гизе.

Однако основной вал религиозных обвинений против гелиоцентризма поднялся после (и в результате) телескопических открытий Галилея. Попытки защиты гелиоцентризма от обвинений в противоречии Писанию предпринимали сам Галилей и католический монах Паоло Фоскарини. Однако с 1616 года, когда книга Коперника попала в индекс запрещенных книг «до исправления», подвергшись цензуре (1620 год), католическая церковь стала считать любые попытки объявить гелиоцентрическую теорию реальным отражением движения планет (а не просто математической моделью) как противоречащее основным положениям вероучения.

Во второй половине 20-х годов XVII века Галилей счёл, что обстановка постепенно разряжается и выпустил свой знаменитый труд «Диалоги о двух главнейших системах мира, птолемеевой и коперниковой» (1632 г.) Хотя цензура разрешила публикацию «Диалога», очень скоро римский папа Урбан VIII счёл книгу еретической, и Галилей предстал перед судом инквизиции. В 1633 году он был вынужден публично отречься от своих взглядов.

Суд над Галилеем оказал негативное воздействие и на развитие науки, и на авторитет католической церкви. Рене Декарт был вынужден отказаться от опубликования своего труда о системе мира, Жиль Роберваль и Исмаэль Буллиальд отложили публикацию уже готовых трудов. Многие учёные воздерживались от выражения их действительных мнений, опасаясь преследования инквизицией, в их числе, вероятно, Джованни Борелли и Пьер Гассенди. Некоторые другие астрономы (в основном иезуиты, в их числе Риччиоли) искренне считали, что церковный запрет гелиоцентризма является решающим аргументом в пользу геоцентризма, перевешивающим все научные аргументы; можно полагать, что если бы этого запрета не было, они внесли бы гораздо больший вклад в развитие теоретической астрономии XVII века.

Протестанты

Ещё при жизни Коперника вожди протестантов Лютер, Меланхтон и Кальвин выступили против гелиоцентризма, заявляя, что это учение противоречит Священному Писанию. Мартин Лютер, например, сказал в адрес Коперника в частной беседе:

Русская православная церковь

Иудаизм

Впрочем, по мере осознания того, что система Коперника противоречит не только Птолемею, но и Талмуду и простому смыслу Библии, у системы Коперника появлялись противники. Например, р. Тувия Акоэн из Метца называет Коперника «первенцем сатаны», так как он противоречит стихам из Экклезиаста: «А земля стоит вовек» (Екк.1:4).

В более позднее время прямые нападки на гелиоцентрическую систему у евреев практически не наблюдаются, но периодически высказываются сомнения, насколько можно верить науке вообще и гелиоцентрической системе, в частности. В некоторых источниках XVIII и XIX веков встречаются сомнения, действительно ли Земля шар в смысле Аристотеля. [58] [59] [60]

Значение гелиоцентризма в истории науки

Гелиоцентрическая система мира, выдвинутая в III веке до н. э. Аристархом и возрождённая в XVI веке Коперником, позволила установить параметры планетной системы и открыть законы планетных движений. Обоснование гелиоцентризма потребовало создания классической механики и привело к открытию закона всемирного тяготения. Гелиоцентризм открыл дорогу звёздной астрономии (звёзды — далёкие солнца) и космологии бесконечной Вселенной. Научные споры вокруг гелиоцентрической системы способствовали демаркации науки и религии, благодаря чему доводы, основанные на Священном Писании, перестали восприниматься как аргументы в научной дискуссии.

Источник