когда представление о шарообразной форме земли стало общепризнанным
Как и когда люди узнали, что Земля имеет шарообразную форму
В древности народы мира по-разному представляли то, как выглядит Земля:
индусы изображали ее в виде полусферы, которая покоится на четырех слонах, стоящих на черепахе. Животных обвивает кольцами черная тысячеголовая кобра Шеша, головы змеи подпирают Вселенную;
египтяне считали, что Земля — протяженная долина, вытянутая с севера на юг, которую с четырех сторон окружают горы. В представлении древних египтян ось Земли — гигантское золотое дерево, вершина которого упирается в небо;
вавилоняне верили, что наш дом — круглый остров, плавающий в воде. На Западе острова стоит Вавилон, на Востоке возвышаются горы, перебраться через них невозможно;
китайцы думали, что наша планета — плоский прямоугольник, над которым простирается выпуклое небо;
греки описывали Землю как диск, напоминающий щит воина. В центре диска — суша, омываемая океанами.
Однако некоторые явления, которые замечали наши предки в море и на небе, противоречили древним убеждениям о форме Земли:
когда люди смотрели на приближающиеся к берегу корабли, то замечали, что сперва на горизонте появляются верхушки мачт, затем полностью мачты и только потом корпус корабля. Казалось, что корабли выплывают из-за холма, а это шло вразрез с представлениями о форме Земли;
во время лунных затмений люди видели на поверхности Луны круглую тень от Земли. Это указывало на шарообразность планеты, но в те времена правильно объяснить это явление могли лишь ученые мужи, которых было не так много.
Древнегреческий ученый Эратосфен (276 год до н. э.—194 год до н. э) был одним из первых, кто догадался, что Земля шарообразной формы, и подтвердил свою догадку фактами. Географ вычислил окружность и радиус Земли с помощью эксперимента в конце III века до н.
Эратосфен заметил одну странность: в день летнего солнцестояния в одно и то же время в городах, лежащих на одном меридиане — Александрии (север Египта) и Сиене (сейчас Асуан, юг Египта), Солнце находится в разном положении. В полдень в Сиене светило освещает дно колодца, а значит, “висит” прямо над головой, а в Александрии Солнце не в зените.
Эратосфену пришла в голову идея сравнить высоту светила, или угловое расстояние между зенитом и Солнцем, в этих городах.
Для измерений ученый использовал угломерный инструмент — скафис (древнейшие солнечные часы в виде чаши) и шест — гномон, который установили на дно чаши в вертикальном положении, чтобы он “смотрел в зенит”. Освещенный солнцем шест отбрасывал тень на внутреннюю поверхность скафиса, которую разделили на градусы.
В Сиене в полдень зенитное расстояние светила равнялось 0°. В это же время в Александрии гномон отбрасывал тень, которая падала на деление 7,2°.
Если бы Земля была плоской, то длина теней была бы одинаковой, так как солнечные лучи падали бы на поверхность под одним углом.
Так Эратосфен понял, что поверхность искривлена.
В годы жизни древнегреческого ученого Александрию и Сиену разделяло 5000 стадиев (неизвестно, каким стадием пользовался Эратосфен: греческим, египетским, или другим. Специалисты предполагают, что стадий, который использовал ученый в расчетах, равен 152-179 метрам). Географ сопоставил величину дуги в 7,2° с окружностью в 360° градусов, а расстояние в 5000 стадиев — с длиной окружности земного шара (обозначим X). Уравнение выглядело так:
Эратосфен выяснил, что длина окружности Земли равна 250 000 стадиев, или 40 000 — 50 000 км. Это довольно точное вычисление: спустя десятки веков специалисты узнали, что длина окружности Земли — 40 075 км.
На этом ученый не остановился: географ знал длину окружности планеты и математическую константу, которая выражает отношение длины окружности к ее диаметру — число Пи (3,14), поэтому рассчитал радиус Земли по формуле:
Ученый получил цифру — 39 808 стадиев. Если принять, что Эратосфен использовал стадий, который равнялся 157,2 метрам, то вычисленный радиус составит 6302 км. Эти данные практически совпадают с современными измерениями — 6371 км.
Примитивные технологии помогли Эратосфену провести достаточно точные расчеты размеров нашей планеты, погрешность составила 1-2%. Эксперимент древнегреческого ученого доказал, что земля имеет шарообразную форму, и вошел в историю как важное научное достижение своего времени.
Понравилась статья? Подпишитесь на канал, чтобы быть в курсе самых интересных материалов
Когда представление о шарообразной форме Земли стало общепризнанным?
Даже не верится, что когда-то люди считали Землю не просто плоской, а еще и лежащей на спинах слонов. В принципе, не стоит считать древних невеждами, ведь среди них находились те, кто на столетия опередил свое время, делая вывод, что Земля может быть только шаром.
Плоскость или шар
Когда выходишь на улицу, то всякий раз убеждаешься в том, что Земля плоская. Но еще в Древности люди начали замечать некоторые особенности, а пытливый разум человека не мог оставить эти явления неразгаданными. Так, поднявшись на бугорок, становилось заметно, что горизонт гораздо шире, а значит, Земля — полусфера, которая плавает, как деревяшка, в безбрежном океане. Но не все были готовы с этим согласиться. В III веке до н. э. таким человеком оказался Эратосфен, который не только доказал, что Земля — шар, но даже, не имея под рукой каких-либо высокотехнологичных приборов, измерил его. За век до этого Аристотель выдвинул 3 доказательства, которые стали классикой:
Когда общество признало, что Земля — шар
В принципе, точную дату назвать невозможно, поскольку каждый человек имел свое мнение на этот счет. Как известно, церковь осуждала гелиоцентрическую систему, но, что интересно, никаких репрессий по отношению к сторонникам шарообразности никогда не было. Однако церковь отметилась, когда всего 18 матросов вернулось из первого кругосветного плавания. Они подверглись публичному покаянию, а все потому, что потеряли один день, а значит, не соблюдали празднования церковных дат. Вот так!
Поэтому официальной датой принято считать начало XVI века, когда свершилось кругосветное плавание. Однако, еще в III веке до н.э. это было очевидным фактом.
Когда представление о шарообразной форме земли стало общепризнанным
Подробное решение параграф § 13 по географии для учащихся 6 класса, авторов Летягин А.А. 2018
Вопросы перед параграфом
1. Когда представление о шарообразной форме Земли стало общепризнанным?
В III веке до н. э. таким человеком оказался Эратосфен, который не только доказал, что Земля — шар, но даже, не имея под рукой каких-либо высокотехнологичных приборов, измерил его. За век до этого Аристотель выдвинул 3 доказательства, которые стали классикой:
• по мере отдаления от наблюдателя, корабль резко «тонет», а не растворяется вдали за счет расстояния;
• Земля отбрасывает круглую тень на поверхность Луны во время затмений, а единственная фигура, способная на такое, вне зависимости от положения, — шар;
• для каждого участка на Земле существует свое «звездное небо», то есть, некоторые звездочки различимы только из определенной части. Официальной датой принято считать начало XVI века, когда свершилось кругосветное плавание.
2. Запишите численный масштаб 1: 50 000 000 словами: «в 1 см. … км».
В одном километре 100 тысяч сантиметров, значит надо убрать пять нулей, чтобы правильно назвать масштаб словами. Например, численное обозначение масштаба 1: 50 000 000 можно обозначить так: в 1см 500 км.
3. Каковы величины диаметра и экватора Земли?
Диаметром шара (Земли) называют условную линию, которая проходит от одного края земной поверхности к другому, через её центр. При этом наша Земля имеет эллипсоидную форму и поэтому имеет два диаметра:
• экваториальный диаметр, он равен 12 тысяч 756 километров;
• полярный диаметр имеет параметры равные 12 тысячам 713 километрам.
Экватор — условная линия проходящая через центр земного шара. Его длина составляет чуть более 40000 километров или, если быть точным, 40 миллионов 075 тысяч 696 метров.
4. С какими географическими методами исследования Земли вы знакомы?
Первый метод — изучение по карте или картография. Карта дает нам представление о размерах объектов, их расположении и др. Чтобы знать географию, необходимо знание истории. Следующий метод — исторический. Не обойтись без статистики и математических расчетов. Сравнение позволяет правильно оценить объекты. Метод называется сравнительно-географический. Метод полевых исследований включает сбор информации на местности. Космическая съемка помогает составлять географические карты — этот метод называется дистанционным.
5. Что называют моделями? С какими моделями географических объектов и процессов вы уже работали.
Модель – подобие какого-либо предмета (уменьшенное, увеличенное или в натуральную величину).
К основным географическим моделям относятся:
Вопросы и задания
1. На предыдущих страницах учебника найдите рисунки, на которых изображены модели земной поверхности.
Существуют различные виды изображений поверхности земли:
Фотография. С помощью нее можно передать детально изображение объекта. Плюсом данного вида является то, что делается она на земле и используется как вставка в карты. Минусом является то, что на одну фотографию невозможно поместить множество объектов.
Аэроснимок. Можно увидеть уже большее количество изображений. Плюсом является то, что появляется возможность увидеть расположение близлежащих объектов. Минус — представление об объекте куда хуже, чем на фотографии.
Топографический план. Позволяет увидеть небольшой участок при помощи специфических знаков. Плюсы — удобство при изучении какого-то определенного объекта. Минусы — небольшие объекты на таких планах не просматриваются.
Карты. Позволяет увидеть достаточно большой участок, отличаются от остальных видов масштабом. Плюсы — удобство в определении координат больших объектов, охватывает больше количество объектов. Минусы — подробностей местности и объектов в данном виде не видно.
Глобус. Является самым крупным изображением Земли. Плюсами является то, что все крупные объекты подписаны и можно определить лишь примерное расстояние между ними. Минусы — мелкие объекты отсутствуют из-за масштаба.
2. Узнайте о первом кругосветном плавании, совершенном русскими мореходами, и укажите его маршрут на школьном глобусе. Найдите запись масштаба на этом глобусе и вычислите примерную протяженность первого русского кругосветного плавания.
Экспедиция под командованием Крузенштерна и Лисянского стартовала 7 августа 1803 года из российского города Кронштадт. Маршрут был проложен достаточно сложный: Кронштадт (Россия) — Копенгаген (Дания) — Фалмут (Великобритания) — Тенерифе (Канарские острова) — Флорианополис (Бразилия) — Остров Пасхи — Нуку-Хива (Маркизские острова, Франция) — Гавайские острова — Петропавловск-Камчатский (Россия) — Нагасаки (Япония) — Хакодате (остров Хоккайдо, Япония) — Остров Сахалин — Ситка (Аляска, Россия) — Кадьяк (Аляска, Россия) — Гуанчжоу (Китай) — Макао (Португалия) — Остров Святой Елены (Великобритания) — Острова Корву и Флориш (Азорские острова) — Портсмут (Великобритания) — Кронштадт (Россия). Первая русская кругосветная экспедиция завершилась лишь 17 августа 1806 года в порту Кронштадта. Эта кругосветная экспедиция внесла колоссальный вклад в развитие географии и естественных наук. Было написано много трудов и составлен атлас с картами путешествия. В результате исследований, проведенных командой Крузенштерна, появилась наука — океанология.
3. Найдите на глобусе тропики и полярные круги, вспомните их главные особенности.
Тропики — это природные зоны, которые выделяют условными линиями на карте, они находятся возле экватора (в широте от 20 до 30° с. ш. и ю. ш.), солнце здесь один раз в год стоит в зените.
Полярные круги — это крайние зоны (их широта 66° 33′), здесь находиться условная граница восхода и захода солнца (оно здесь не восходит и не заходит). Выделяют Южный и Северный полярные круги. Это Антарктика и Арктика.
Размеры и форма Земли. Урок 1
Вспомните! Как доказать, что Земля шарообразна? Как развивались знания о форме Земли в процессе её истории? Какие учёные внесли вклад в изучение формы нашей планеты? Почему Земля – планета? Что изменилось бы на Земле, если бы она была плоской, расположилась дальше или ближе от Солнца? На эти и другие вопросы нам поможет ответить тема урока: «Размеры и форма Земли».
Есть несколько типов космических тел: звёзды, планеты, астероиды, кометы. По всем признакам Земля – планета, она не раскалённое космическое тело, вращается вокруг звезды по эллиптической орбите и т.д. Как и другие планеты, она имеет шарообразную форму. Диаметр Земли приблизительно равен 12 750 км. Но так как мы, находясь на Земле, не можем видеть её полностью, а замечаем только её часть, то поверхность кажется нам плоским кругом, ограниченным горизонтом. Поэтому многим древним народам Земля виделась плоской. Размеры и форма Земли изучались многие столетия.
Представление о форме Земли Древних индийцев
Как изменялись представления о форме Земли?
В Древней Греции в IX-VIII вв. до н. э. (время Гомера) Землю стали представлять выпуклой полусферой, похожей на щит воина. Греки считали, что сушу со всех сторон омывает океан.
Представление о Земле и Вселенной во времена Гомера
Пифагор и его ученики (VI в. до н. э.) провозгласили Землю шаром. Считается, что Пифагор заимствовал эти знания у египетских жрецов, которые в отличие от философов Древней Греции скрывали свои открытия. Но он не смог доказать своей гипотезы. Первые доказательства шарообразности Земли привёл Аристотель (IV в. до н. э.). Одни из них абсолютно верны, другие ошибочны. Об этом мы поговорим позже. Аристотель доказывал, что Земля – шар следующими результатами наблюдений:
Со временем представления о шарообразности Земли стали основываться не на наблюдениях, а на точных расчетах. Впервые высчитал размер Земли древнегреческий учёный Эратосфен (III-II вв. до н. э.). Он рассчитал длину дуги 1° меридиана.
Эратосфен заметил, что в Сиене (Асуане) в день летнего солнцестояния (21 июня) Солнце освещает дно самых глубоких колодцев, следовательно стоит в зените и угол падения его лучей равен 90°. В Александрии в это время Солнце отстоит от зенита на угол 7°12′, что составляет 1/50 часть окружности. Измерив расстояние между Сиеной и Александрией и умножив на 50, Эратосфен высчитал длину меридиана Земли, а следовательно и её радиус. Полученные им размеры расходятся с результатами современных вычислений меньше чем на 25 км.
Рассчёты Эратосфена Киренского
Следовательно учёные Древней Греции имели в целом правильные представления о форме и размерах Земли. Но их географические карты были несовершенными из-за недостатка знаний и малоизученности суши и океана в тот период времени.
В Средние века, вплоть до XV в., из-за господства церкви большая часть научных знаний античных народов отрицалась. После уничтожения александрийской библиотеки почти все научные работы были прерваны. Учение о шарообразности Земли считалось ересью и категорически отвергалось. Измерения длины меридиана заново проводились арабами и китайцами, а европейцами они открывались заново, благодаря знаниям, полученным от этих народов.
Представления европейцев о форме Земли в Средневековье
В конце XV в. началась эпоха Возрождения, а вскоре и усиленное навёрстывание получения знаний во всех научных сферах того времени. Наступившая эпоха Великих географических открытий расширяла горизонты Земли.
Карты становились всё точнее и подробнее, а сомнений о форме планеты не осталось. Землю «признали» шаром и стали изображать в виде объёмной модели – глобуса. Первый глобус был диаметром в 0,5 м, он был сделан в 1492 году. Его изготовил Мартин Бехайм – немецкий мореплаватель и учёный.
«Земное яблоко» Мартина Бехайма
Из-за развития знаний о Земле представления о её форме совершенствовались. В конце XVII в., благодаря работам И. Ньютона, возникло предположение, что Земля из-за осевого вращения должна быть сжатой с полюсов. На вращение Земли действует сила притяжения и центробежная сила, величина и направление силы тяжести зависит от сложения этих сил. На полюсе центробежная сила равна нулю, поэтому сила тяжести равна силе притяжения и величина её самая большая. На экваторе возрастает центробежная сила и уменьшается сила тяжести. Равнодействующая силы притяжения и центробежной силы – сила тяжести – направлена к экватору. Под её влиянием масса планеты перемещается к экватору, и Земля приобретает форму эллипсоида.
Подтверждением этого теоретического предположения послужил такой факт. В 1672 году из Франции в Кайенну (Французская Гвиана) для изучения Марса в год Великого противостояния был отправлен астроном Ж. Рише. Он взял с собой часы, маятник которых отбивал секунды, т. е. период качания маятника был равен одной секунде. В Кайенне часы стали отставать и длину маятника пришлось укоротить. В Париже часы начали спешить. Замедление качания маятника при перемещении его из умеренных широт в экваториальные И. Ньютон объяснил уменьшением силы тяжести из-за увеличения центробежной силы.
Для измерения длины дуги 1° меридиана Французская академия наук в IXX в. отправила две экспедиции: одну к Северному полярному кругу, другую в экваториальные районы. У полюса длина меридиана оказалась равной 11,7 км, на экваторе – 110,6 км. Предположение Ньютона было доказано.
Шар, равномерно сплюснутый у полюсов, называется сфероидом, или эллипсоидом вращения. Сжатие Земли невелико, её экваториальный радиус всего на 21,4 км длиннее полярного.
Размеры и форма Земли. Эллипсоид вращения
Но истинная фигура не полностью соответствует эллипсоиду вращения. Эллипсоид вращения – фигура правильная, возникающая при вращении тела, имеющего однородное строение. Фигура Земли сложнее из-за неоднородности её состава и неравномерного распределения масс. В 1873 году И. Листинг ввёл для обозначения названия фигуры Земли слово «геоид».
Истинная геометрическая фигура Земли была названа геоидом («землеподобным»). Геоид определяется как фигура, поверхность которой всюду перпендикулярна направлению силы тяжести, т. е. отвесу. Поверхность геоида совпадает с уровенной поверхностью Мирового океана. Поднятия и опускания геоида над эллипсоидом составляет плюс-минус 50-60 м.
Геоид
Размеры и форма Земли и другие её характеристики
Истинная поверхность Земли со всеми её горами и впадинами не совпадает с поверхностью геоида и отступает от него на несколько километров. Действительная поверхность планеты с её горами и впадинами постоянно подвергается силе тяжести, которая стремится выровнять её и привести в соответствие с уровенной поверхностью.
Работы по вычислению размеров Земли, выполненные под руководством Ф.Н. Красовского (1940-1946) показали, что разница между геоидом и сфероидом невелика и для картографических и геодезических работ в СССР были приняты величины земного эллипсоида названные по имени руководителя исследований. Размеры эллипсоида Красовского следующие:
При анализе космических снимков Земли выяснилось, что северный полярный радиус больше южного на 30-100 м., что незначительно отличается от данных эллипсоида Красовского и для практического применения значения не имеет. Но благодаря уточнению размеров оказалось, что Земля имеет форму кардиоида. Однако для анализа большей части географических процессов Землю вообще можно принимать за шар.
Доказательства шарообразности Земли
В настоящее время научными доказательствами шарообразности Земли считаются следующие.
Доказательства шарообразности Земли, сформулированные в древности: постепенное сокрытие предметов за горизонт, увеличение площади обзора при подъёме, изменение видимого звёздного неба при передвижении вдоль меридиана, кругосветные путешествия, освещение высоких предметов после захода и перед восходом Солнца, говорят только о выпуклости Земли, а не о её шарообразности.
Значение шарообразной формы Земли
Размеры и форма Земли имеют важное географическое значение. Её шарообразность обуславливает уменьшение угла падения солнечных лучей от низких широт (экватора) к высоким (полюсам). Вследствие этого образуется главная географическая закономерность – зональность комплексов (тепловые пояса) географической оболочки. Тепловые пояса совместно с другими причинами (расстоянием Земли от Солнца, её массой и размерами) обуславливает закономерное изменение природных явлений и процессов от экватора к полюсам.
Угол падения солнечных лучей на Землю
Масса и размер Земли определяют силу земного притяжения, которая удерживает водную и воздушную оболочки, позволяя жизни развиваться на планете. Расстояние до Солнца – ещё одна счастливая для всего живого на Земле случайность. При более близком положении, чем теперь, наша планета могла бы превратиться в раскалённую пустыню, при более удалённом – приобрести постоянный ледяной панцирь.
Шаровая фигура при минимальном объёме концентрирует максимальную массу материи. Вещество планеты сжимается, внутри формируется центральное ядро, снаружи оболочки. Оболочечное строение Земли – одно из самых фундаментальных её свойств. Сферическая форма оболочек, в том числе и географической, обуславливает бесконечность и единство пространства.
Отклонение истинной формы Земли (геоид) от эллиптической обуславливает стремление вещества Земли растечься, чтобы приобрести фигуру равновесия. В результате на земной поверхности возникают секторы с тенденцией к опусканию и поднятию, а между ними формируются зоны разломов.
В настоящее время из-за замедления вращения Земли, фигура планеты стремится приобрести форму шара. В результате начинается переток земного вещества к полюсам и активация тектонических движений.
Вам будет интересно
Почему Солнце встаёт на востоке, а садится на западе? В древности египтяне думали, что бог…
Почему бывает лето и зима? По какой причине они не на всей Земле сменяют друг…
С древних времён люди задавались вопросом: «Из чего состоит жизнь?». Философы Древней Греции и Индии…
Подумайте! Когда нужно начинать ориентироваться – до похода или тогда, когда уже заблудился? Какие способы…
2 комментария
От желтка к картофелине: как менялись представления о форме Земли
Недавно по англоязычному сектору интернета разлетелась анимированная картинка «Вот как выглядела бы Земля без воды». Через пару дней астроном Фил Плэйт написал опровержение в журнале Slate: «Нет, эта картинка не изображает Землю без воды!» Мы решили рассказать, как менялись представления о форме планеты, и объяснить, что не так с картинкой, чтобы наши читатели никогда не попались на ту же удочку.
Сэндвич, цилиндр и яичный желток
Наши далёкие предки даже не догадывались, как выглядит планета. Без фотографий со спутников и точного оборудования они несколько веков были вынуждены не открывать, а воображать Землю, руководствуясь тем, что видели непосредственно с её поверхности.
Обитатели древней Месопотамии верили, что живут внутри сэндвича: в центре плоская Земля, над ней — небо, а внизу — подземное царство. Египетская космология описывала небеса, укреплённые на четырёх столбах на границах земли по четырём сторонам света. Древние скандинавы полагали, что живут в Мидгарде, среднем из девяти миров на ветвях мирового древа Иггдрасиль. Мидгард, расположенный на плоском круге посреди мирового океана, опоясывал морской змей Ёрмунганд.
Философы досократовской Греции тоже не догадывались, как обстоят дела на самом деле. Мы знаем об этом благодаря Аристотелю — он пересказывал труды коллег и критиковал их в трактате «О небе». Если ему верить, уважаемый человек, «отец философии», Фалес Милетский думал, что Земля плоская и плавает в океане:
«Другие полагают, что [Земля] лежит на воде. Это самая древняя теория, которая до нас дошла — говорят, что её выставил Фалес Милетский. Она гласит, что Земля остаётся неподвижной потому, что плавает, как дерево или какое-нибудь другое подобное вещество (ни одному из которых не свойственно по природе покоиться на воздухе, а на воде — свойственно)».
Некоторые считали, что Земля висит в воздухе:
«Анаксимен, Анаксагор и Демокрит причиной неподвижности Земли считают её плоскую форму. Благодаря ей, дескать, Земля не рассекает находящийся под ней воздух, а запирает его — наблюдение показывает, что это свойство плоских тел вообще (кроме того, плоские тела благодаря сопротивлению обладают устойчивостью и выдерживают напоры ветра)».
Анаксимандр, ученик Фалеса Милетского, был изобретательнее прочих. Он представлял себе Землю в форме цилиндра, диаметр которого в три раза превышает высоту, парящего в центре Вселенной:
«Но есть и такие, кто полагает, что Земля покоится вследствие «равновесия» (homoiotes), как, например, среди старинных [философов] Анаксимандр. По их мнению, тому, что помещено в центре и равно удалено от всех крайних точек, ничуть не более надлежит двигаться вверх, нежели вниз, или же в боковые стороны. Но одновременно двигаться в противоположных направлениях невозможно, поэтому оно по необходимости должно покоиться».
В XVII веке, когда европейцы уже были уверены в шарообразности планеты, когда она была вполне подтверждена морскими кругосветными путешествиями, иезуитский миссионер Николя Триго прибыл в Китай и с удивлением обнаружил, что подданные Поднебесной Землю шаром вовсе не считают:
«Они считали небо круглым, а Землю — плоской и квадратной, с Китайской империей посередине. Им не нравилось, что наша география вытеснила Китай в угол Востока. Они не могли понять доказательств того, что Земля круглая и состоит из земли и воды, а шар по своей природе не имеет ни начала, ни конца».
Возможно, так европейский миссионер познакомился с распространённой теорией «хунь тянь». Астрономических теорий у китайцев было три, все они представляли небеса по-разному, но ни одна не предполагала сферической Земли.
(теория «куполообразного неба») — самая древняя космологическая модель. Она впервые изложена в период Сражающихся царств, то есть примерно с V века до н. э. по 221 г. н. э. в сочинении «Чжоуский гномон». Согласно этой модели Небеса — круглые, как раскрытый зонт, а Земля квадратная, как шахматная доска. При этом Земля плавает в океане, словно перевёрнутая миска, и не тонет, потому что наполнена воздухом.
Согласно теории «всеобъемлющего неба» плоская Земля окружена шаровидным небом. Сохранилось высказывание астронома Чжан Хэна: «Небеса подобны куриному яйцу и круглы, как арбалетная пуля, Земля же — как яичный желток и покоится в центре. Небеса обширны, а Земля мала». Казалось бы, сравнение с желтком говорит о форме планеты, но нет: оно только призвано показать, как плотно соединяются небо и твердь. Эта теория была очень удобной, потому что позволяла удобно строить астрономические инструменты. Она же стала самой популярной, начиная примерно с VI века н. э.
Модель связывают с именем библиотекаря Си Мэна. Считается, что он — единственный, кто помнил, чему учили мастера этой школы. Библиотекарю приходилось верить на слово: все книги по сюань е были утеряны. Си Мэн учил, что небесные тела плавают в беспредельной пустоте, ни в чём не укоренённые и не связанные друг с другом. Эта точка зрения, хотя и была ближе к истине, чем остальные, так и не стала широко распространённой.
Жители Японии услышали о том, что планета круглая, в том же XVII веке от европейцев, ранее же страна находилась под сильным культурным влиянием Китая. Сейчас, спустя четыре столетия после начала иезуитской миссии в восточной Азии и греки, и китайцы, и скандинавы, и японцы представляют себе фигуру планеты совсем по-другому. Как именно и почему, расскажем в следующей главе.
И всё-таки она круглая! Или нет?
А кто первым догадался, что Земля круглая? Поищем след нашего смекалистого предка в трудах древних. Диоген Лаэртский написал трактат «О жизни, учениях и изречениях знаменитых философов»: в десяти томах он поведал о воззрениях восьми десятков мыслителей — наверняка он что-то знает. Во второй книге Диоген упоминает, что Анаксимандр Милесский «учил, что части изменяются, целое же остаётся неизменным. Земля покоится посредине, занимая место средоточия, и она шарообразна».
Вот и ответ на наш вопрос. Похоже, Анаксимандр со временем изменил взгляды на строение Вселенной и променял цилиндр на сферу. Так, а это что? Глава об ученике Анаксимандра Пифагоре: «Он первый назвал небо мирозданием, а Землю — шаром (хотя Теофраст говорит, что это был Парменид, а Зенон — что Гесиод)».
Значит, не Анаксимандр, а Пифагор? Но в следующей книге Диоген снова меняет мнение и пишет о Пармениде:
«Он первый заявил, что земля шаровидна и что место её в середине».
Похоже, наш источник путается в показаниях. А стоит ли ему доверять? Что мы знаем о самом Диогене Лаэртском? Что это грек (а может, и не грек), живший в третьем веке нашей эры (а может, и не в третьем). Всё, что известно достоверно — его именем подписан труд об античных философах. Диоген рассказывает о людях, живших на несколько веков раньше. Возможно, некоторых древних сочинений он даже не читал, а только пересказывает, что слышал. Мы так и не узнаем, кто первым воскликнул «Эврика! И всё-таки она круглая!». Анаксимандр, Пифагор, Парменид, Гесиод, Диоген Аполлонийский — все они, возможно, считали Землю сферой. По меньшей мере, эта теория точно была известна в Греции, как минимум, с шестого века до нашей эры.
Пифагор одним из первых высказывал догадку, что Земля круглая, но не приводил аргументов (или они не дошли до нас). В своих предположениях он исходил из эстетических соображений:
«Начало всего — единица; единице как причине подлежит как вещество неопределённая двоица; из единицы и неопределённой двоицы исходят числа; из чисел — точки; из точек — линии; из них — плоские фигуры; из плоских — объёмные фигуры; из них — чувственно-воспринимаемые тела, в которых четыре основы — огонь, вода, земля и воздух; перемещаясь и превращаясь целиком, они порождают мир — одушевлённый, разумный, шаровидный, в середине которого — земля; и земля тоже шаровидна и населена со всех сторон. Существуют даже антиподы, и наш низ — для них верх».
Доказательства спустя почти двести лет привёл Аристотель в труде «О небе». Во-первых, говорил он, все предметы падают под равными углами, а значит, имеют один центр притяжения:
«(Форма Земли должна быть шарообразной не только на этом основании, но и потому, что все тяжёлые [тела] падают под равными углами [к касательной], а не параллельно друг другу, что естественно, [если они движутся] к шарообразному по своей природе [телу].) Земля, стало быть, либо [действительно] шарообразна, либо, по крайней мере, по своей природе шарообразна».
Во-вторых, Аристотель понял, что лунные затмения происходят тогда, когда Земля проходит между Луной и Солнцем и отбрасывает на Луну тень. Земная тень всегда круглая — а значит, её отбрасывает шар. Если бы Земля была плоским диском, тень принимала бы форму эллипса:
«Кроме того, [шарообразность Земли] доказывается чувственным опытом. Во-первых, не будь это так, затмения Луны не являли бы собой сегментов такой формы. Факт тот, что в месячных фазах терминатор принимает всевозможные формы…, а в затмениях терминирующая линия всегда дугообразна. Следовательно, раз Луна затмевается потому, что её заслоняет Земля, то причина [такой] формы — округлость Земли, и Земля шарообразна».
В-третьих, картина звёздного неба меняется в зависимости от того, где находится наблюдатель:
«…наблюдение звёзд с очевидностью доказывает не только то, что Земля круглая, но и то, что она небольшого размера. Стоит нам немного переместиться к югу или к северу, как горизонт явственно становится другим: картина звёздного неба над головой значительно меняется и при переезде на север или на юг видны не одни и те же звёзды. … Таким образом, из этого ясно не только то, что Земля круглой формы, но и то, что она небольшой шар: иначе мы не замечали бы [указанных изменений] столь быстро в результате столь незначительного перемещения».
Стоило грекам догадаться о форме Земли, как они принялись подсчитывать длину её окружности. Греческие математики получали разные результаты. Аристотель упоминает о числе в четыреста тысяч стадиев (мера длины), но не уточняет, кто именно произвёл вычисление. Архимед получил значение в 300 000 стадиев, Посидоний Родосский — в 240 000, но точнее всего оказался результат Эратосфена — 252 000 стадиев.
Эратосфен Киренский был разносторонним человеком. Он занимался математикой, астрономией, географией и при этом называл себя филологом. Энциклопедические познания учёного были широко известны, и в 245 году до н. э. египетский царь Птолемей III Эвергет пригласил Эратосфена работать в Александрийской библиотеке. Александрия в то время была крупным научным центром, так что греческий математик согласился с удовольствием. Уже в Египте Эратосфен услышал, что в городе Сиене в день летнего солнцестояния в полдень колонны, столбы и солнечные часы не отбрасывают теней, а солнце освещает дно колодцев. Это означало, что светило стоит в зените, и его лучи падают на землю вертикально. Предметы в Александрии отбрасывали тень круглый год, и Эратосфен решил измерить, насколько там солнце отклоняется от зенита.
Для этого математик использовал — солнечные часы в форме чаши с закреплённой в центре иглой (гномоном). В день летнего солнцестояния Эратосфен определил, что в полдень угол тени от гномона составляет 1/50 полного угла (или 7°12′). Учёный знал, что Сиена и Александрия находятся на одном меридиане, а значит, расстояние между ними соответствовало 1/50 меридиана. Чтобы узнать длину окружности планеты, оставалось измерить дистанцию до Сиены и умножить цифру в пятьдесят раз. Большие расстояния тогда определяли, замеряя время, которое тратили караваны на переход от города до города. Зная среднюю скорость каравана, это было легко сделать, хотя точность таких вычислений оставляла желать лучшего. Расстояние между Сиеной и Александрией, по сведениям Эратосфена, составило 5000 стадиев. Эратосфен получил длину окружности Земли в 250 000 стадиев, затем внёс изменения в расчёты и увеличил цифру до 252 000.
Стадием называли меру длины, которая определялась как расстояние, которое проходит человек спокойным шагом от появления первого рассветного луча солнца до момента, когда весь солнечный диск покажется над горизонтом. Неудивительно, что стадиев было много и разных. Каким именно стадием пользовался при своих вычислениях Эратосфен, мы не знаем. Если он использовал греческий стадий (178 м), значит, его 252 000 стадиев равнялись 44 500 км, если афинский (185 м) — 46 250 км, если египетский (172,5 м) — 43 125 км, если вавилонский (194 м) — 48 888 км. В любом случае это гораздо точнее, чем 400 000 стадиев неизвестных математиков или 300 000 стадиев Архимеда (согласно современным вычислениям, окружность Земли по меридиану равна 40 007,86 км).
Однако умозрительные заключения на основании затмений Луны и даже вычисления по отклонению тени — штука эфемерная. Самое убедительное доказательство — полученное опытным путём. Как же на практике подтвердить, что Земля круглая? Обогнуть её. Допустим, на корабле.
Португалец Фернан Магеллан желал отправиться в экспедицию к Островам пряностей. Настолько страстно, что, когда король родной страны отказал ему в поддержке, отправился к правителю страны-конкурента, Испании. Молуккские Острова были лакомым куском для европейцев: Мускатный орех и гвоздику, которые покупали у туземцев, они перепродавали на родине минимум втрое дороже. Первыми в этих местах высадились португальцы. Они освоились, основали торговые поселения и получили монополию на торговлю специями. И вот теперь у испанцев появился шанс отыграться.
Магеллан предложил плыть к Островам Пряностей вдоль берегов Америки. Это был хитрый ход: по Тордесильясскому договору о разделе сфер влияния, Испании отходили земли на западе от меридиана в Атлантическом океане (т. н. «папский меридиан»), а Португалии — на востоке. Маршрут, предложенный португальцем, позволял вполне законно подобраться к заветным землям.
Предприятие было выгодное, так что испанский король предоставил Магеллану пять кораблей и двести человек команды. В 1519 году охотники за специями отправились на запад, по пути устраивая мятежи, терпя бедствия и стремительно уменьшаясь в численности. До Испании три года спустя добрался всего один корабль, «Виктория», с восемнадцатью членами команды на борту. Магеллан путешествия не пережил, его убили в стычке с вождём острова Мактан Лапу-Лапу, но кругосветка — состоялась (после смерти Магеллана экспедицию возглавил капитан «Виктории» Хуан Себастьян Элькано; строго говоря, Магеллан не обогнул землю, потому что умер, а вот Элькано и ещё 17 выживших — да; подробнее об экспедиции см. по ссылке — https://22century.ru/cal/spedizione-di-magellano). Гипотезу «Земля — круглая» проверили на практике.
Карта Тихого океана работы Абрахама Ортелия, 1589 год. На карте обозначен Магелланов пролив (Fretum Magellanicum) и изображена каракка «Виктория» — единственный корабль экспедиции Магеллана — Элькано, вернувшийся в Испанию.
В 1666 году во Франции родилась Академия наук. Одним из первых свершений новорождённого научного сообщества было составление карты Франции — более точной, чем предыдущие. Чтобы определить масштаб её градусной сетки, нужно было уточнить длину окружности Земли. Этим занялся астроном Жан Пикар. Он измерил длину дуги меридиана между Парижем и Амьеном. Позже, для большей точности, эту дугу «растянули» на север до города Дюнкерк и на юг до Коллиура. Учёные получили странный результат: длина одного градуса дуги меридиана уменьшалась к северу. Это поставило под сомнение гипотезу о шарообразности Земли. Выходило, что, планета вытянута вдоль оси вращения и напоминает скорее яйцо, чем сферу.
Примерно в это же время Исаак Ньютон сформулировал закон всемирного тяготения и заключил, что Земля не может иметь форму шара. Он объяснял это тем, что планета вращается и находится под действием силы инерции. Эта сила велика у экватора, но отсутствует у полюсов, поэтому Земля, по мнению Ньютона, была не сферой, а сжатым эллипсоидом. Учёные разделились на два лагеря — британцы стояли за «сплющенную» Землю, французы — за вытянутую. Всех примирила французская Академия наук. Она отправила экспедиции в Перу и Лапландию, в 1735 и в 1736. Спор предполагалось разрешить так: если длина одного градуса дуги меридиана в Лапландии была короче, чем возле экватора, выигрывали французы (Земля вытянута). Если наоборот — побеждали британцы (Земля сплюснута). Правы оказались сторонники Исаака Ньютона.
Жан Пикар считал Землю вытянутой, как яйцо, Исаак Ньютон — сплюснутой с полюсов.
Но на этом приключения планеты не закончились. В 1818 году немецкий математик Карл Фридрих Гаусс провёл геодезическую съёмку королевства Ганновер. Тогда он заметил, что астрономическое и геодезическое определение широты Альтоны отличается на 5 градусов и сделал вывод, что Земля — не такой правильной формы, как было принято думать. В письме к другому астроному, Генриху Христиану Шумахеру, Гаусс писал: «И если, как показывает опыт, на большем протяжении всегда оказывается другая кривизна, то это указывает лишь на то, что Земля вообще не есть эллипсоид вращения, а волнообразно отклоняется от эллипсоида, описывающего её в целом».
В 2011 году учёные построили весьма точную день модель геоида. Информацию собрали с помощью зонда GOCE, который запустили двумя годами раньше. В прошлом месяце «Твиттер» популярного сайта 9GAG под названием 9GAG Gifs опубликовал гифку с подписью: «Земля не круглая. Вот как она выглядит без воды». Астроном Фил Плэйт взвыл от возмущения: движущаяся картинка изображала геоид с преувеличенными для наглядности (в 7000 раз) неровностями. Через пару дней он опубликовал в Slate статью, в которой объяснил, что читателей обманули, а моря и океаны — неотъемлемая часть этой фигуры. Удалены же из модели вовсе не воды Земли (как раз напротив — в этой модели водой будто бы покрыт весь Земной шар), а лунная гравитация, центробежная сила и вращение нашей планеты вокруг Солнца, также влияющие на форму реального геоида.
Геоид — самое точное на данный момент описание поверхности планеты. Реальную форму Земли с учётом её разнообразного рельефа пока не удаётся вывести математически. К тому же она постоянно изменяется, и вместе с ней меняется геоид. Так, после землетрясения на острове Суматра огромные волны вызвали коррекцию геоида на 18 мм, а это довольно много. Таяние ледников в Гренландии и Антарктике приводит к повышение уровня моря на 0,41 мм ежегодно, и вес талой воды влияет на очертания планеты. Даже масса жидкости в огромном водохранилище «Три ущелья» (Санься) в Китае изменила форму Земли.
Гидротехническое сооружение «Три ущелья» на реке Янцзы в Китае, включающее водохранилище, гравитационную бетонную плотину и гидроэлектростанцию, столь грандиозно, что влияет на форму земного геоида.
Переменчивый геоид применяют для сверхточных измерений в специфических областях, таких, например, как определение ориентиров для систем глобального позиционирования. Чаще пользуются фигурами попроще. Для составления карт мира используют сфероид. Для карт отдельных стран — референц-эллипсоид (это эллипсоид, который лучше всего согласуется с геоидом на определённой местности). Ранее открытые «фигуры Земли» не забыты и не пропали даром — они всё так же полезны и нужны.
Можем ли мы сказать, что наконец поняли, как выглядит Земля? Представления о планете меняются так же неутомимо, как она сама. Человечество прошло путь от плоского диска до картофелины, и можно не сомневаться, что с новой техникой и новыми возможностями мы скоро узнаем что-нибудь новое. И картину мира снова придётся уточнять.