Материалы по истории астрономии

На правах рекламы:

Глава 5. Годовой путь бога солнца

Давайте представим себе древних египтян, вооруженных природным астрономическим кругом, который присутствует везде, где есть обширная равнина, представим, как они поклоняются своим божествам на рассвете, молятся «Господину обоих горизонтов». О восходе (и заходе) звезд мы поговорим позднее; лучше всего начать с тех наблюдений, которые вызывают меньше всего вопросов.

В самых первых наблюдениях, сделанных в Египте и Вавилонии, когда Солнце считали богом, который каждое утро садится в лодку и плывет по небу, не было никаких особых причин обращать внимание на амплитуду, с которой эта мнимая лодка удалялась от горизонта и приближалась к нему. Но за несколько веков стало ясно, что амплитуда восходящего и заходящего солнца широко варьируется в разное время года и обуславливается очень четким законом. Мы, более удачливые, чем египтяне, конечно, уже совершенно точно знаем, что это за закон, и, чтобы проследить за их первыми попытками преодолеть стоявшие перед ними трудности, мы должны теперь рассмотреть годовой путь солнца и разобраться, как соотносятся между собой точки на горизонте, в которых находится солнце в разное время года.

Фуко показал нам способ продемонстрировать вращение Земли вокруг ее оси. Вдобавок у нас есть идеальный способ демонстрации не только суточного вращения Земли вокруг ее оси, но и ее годового обращения вокруг Солнца, каковая мысль даже не могла прийти в голову людям глубокой древности. Как маятник показывает нам вращение, так определение аберрации света демонстрирует нам обращение Земли вокруг Солнца.

Итак, у нас есть Земля с этими двумя движениями — вращением вокруг своей оси и обращением вокруг Солнца в течение года. Чтобы понять, как это влияет на рассматриваемый нами вопрос, мы должны на время вернуться к глобусу, то есть модели Земли.

Определяя местоположение любого пункта на поверхности Земли, мы говорим, что он находится в стольких-то градусах от экватора и в стольких-то градусах от Гринвичского меридиана: то есть у нас есть две перпендикулярные координаты, широта и долгота. Если продолжить экватор Земли за ее пределы, мы получаем способ определить местоположение звезд точно таким же образом, как мы определяем местоположение любого пункта на Земле. Мы уже сказали, что у звезды есть северное или южное склонение, определяемое ее расстоянием от экватора, так же как у точки на Земле есть северная или южная широта. Что касается другой координаты, то можно также сказать, что небесное тело, чье местоположение нужно установить, находится на определенном расстоянии от начальной точки измерения, какова бы она ни была, вдоль небесного экватора. Говоря о небесных телах, мы называем это расстояние прямым восхождением; на Земле мы измеряем расстояние от Гринвичского меридиана и называем его долготой.

Движение Земли вокруг Солнца происходит в плоскости, которая называется плоскостью эклиптики, и ось вращения Земли наклонена к этой плоскости под углом примерно 23½°. Мы можем, если захотим, использовать плоскость эклиптики для определения местоположения звезд, так же как мы используем плоскость земного экватора. В этом случае мы говорим о расстоянии от эклиптики как о небесной широте, а о расстоянии вдоль эклиптики от одной из точек, где она пересекает небесный экватор, как о небесной долготе. Экватор пересекает эклиптику в двух точках: одну из них выбрали в качестве начальной точки для измерений вдоль экватора и эклиптики и назвали первой точкой Овна.

Итак, у нас есть две системы координат, в каждой из которых мы можем определить положение Солнца или звезды на небе: экваториальные координаты на основе земного экватора и эклиптические координаты на основе орбиты Земли. Зная, что Земля обращается вокруг Солнца за год, мы, современные люди, можем определить продолжительность года с абсолютной точностью. По сути дела, у нас три разных года: во-первых, сидерический год — то есть время, которое затрачивает Земля, чтобы совершить путь ровно через 360° по окружности; во-вторых, тропический год, соответствующий времени, за которое Земля проходит круг от первой точки Овна до нее же, он составляет неполные 360°; а так как экваториальная точка приближается к Земле, мы говорим о прецессии равноденствий; в этом году тропический год равен сидерическому минус двадцать минут. Наконец, есть и еще один год, который называется аномалистическим, он зависит от движения точки земной орбиты, в которой Земля находится ближе всего к Солнцу; она, так сказать, убегает от первой точки Овна, вместо того чтобы идти ей навстречу, так что в данном случае у нас получается сидерический год плюс почти пять минут.

Угол наклона плоскости вращения Земли к плоскости ее обращения вокруг Солнца, который, как я говорил, в настоящее время составляет около 23½°, называется наклоном эклиптики. Этот наклон немного изменяется, о чем я буду говорить в следующей главе.

Земля и Солнце в момент равноденствий

Чтобы конкретно представить себе важнейшие точки в годовом движении Земли вокруг Солнца, давайте возьмем для примера четыре глобуса, расставленные по окружности, которые изображают Землю в разных точках ее орбиты, и еще один глобус в центре, изображающий Солнце, и отметим две практически противоположные точки на орбите Земли, в которых ось не наклонена к Солнцу или от него, а находится под прямым углом к линии, соединяющей Землю в этих двух точках, и две противоположные и промежуточные точки, в которых северный полюс оси больше всего наклонен к Солнцу и от него.

На схеме изображено, что у нас получается в этой ситуации. Если сначала взять точки, в которых ось не наклонена к Солнцу, а находится под прямым углом к нему, становится совершенно очевидно, что при таком положении вещей из-за движения Земли вокруг своей оси неосвещенная сторона Земли и освещенная сторона, то есть сторона, повернутая к Солнцу, будут одинаковыми по площади, от полюса до полюса; так что любая точка на Земле, вращающейся в таком положении, будет половину периода вращения освещаться солнцем и половину периода находиться в темноте; таким образом, день будет равен ночи, и, следовательно, дни и ночи будут равными во всем мире.

Земля и Солнце в момент солнцестояний

Мы называем эти моменты равноденствием; при этом положении Земли относительно Солнца дни имеют такую же продолжительность, как и ночи.

На следующем рисунке мы видим другое положение. Здесь ось Земли наклонена под самым большим углом 23½° к Солнцу или от него. Если взять место очень близко к Северному полюсу, то летом из-за вращения Земли оно будет постоянно находиться на свету, а место на таком же расстоянии от южного полюса — в темноте. Таковы условия рядом с двумя другими точками, которые мы называем солнцестоянием.

Схема, показывающая положение солнца относительно зенита в Лондоне в момент зимнего солнцестояния в Северном полушарии

На каждом глобусе я прочертил линию, изображающую направление из Лондона. Если мы заметим угол между направлением зенита и направлением к Солнцу в зимнее время, окажется, что он довольно большой; но если взять положение на противоположной стороне через полгода, угол окажется небольшим.

Иными словами, в первой ситуации в Лондоне солнце в полдень находится далеко от зенита, у нас в это время зима; во второй ситуации солнце в полдень максимально приближено к зениту, и у нас лето. Этим двум ситуациям соответствуют две точки на орбите Земли, где у Солнца самое большое южное и северное склонение. При максимальном северном склонении солнце поднимается высоко и кажется, будто оно остается на той же высоте над горизонтом в полдень в течение одного-двух дней, как это бывает во время летнего солнцестояния, а потом снова начинает опускаться; в другой точке при максимальном южном склонении оно опускается до нижней точки, как бывает зимой, останавливается и начинает подниматься — то есть солнце, говоря о его высоте над горизонтом в полдень, стоит неподвижно, что и выражается в термине «солнцестояние». Таким образом, мы имеем две противоположные точки в обращении Земли вокруг Солнца, где у него одинаковая высота в полдень, и две другие точки, где его высота максимальная и минимальная.

Схема, показывающая положение Солнца относительно зенита в Лондоне в момент летнего солнцестояния в Северном полушарии

Получается одинаковая высота в равноденствие и максимальная и минимальная высота в солнцестояние.

Высота зависит от изменения склонения Солнца. Изменение склонения влияет на азимут и амплитуду восхода и заката солнца; вот почему в нашем Северном полушарии солнце встает и садится севернее всего зимой и южнее всего летом. В равноденствие у Солнца всегда нулевое склонение, так что оно восходит и заходит ровно на востоке и ровно на западе во всем мире. Но в солнцестояние у него максимальное южное или северное склонение 23½°; следовательно, оно восходит и заходит далеко от точек востока и запада; насколько далеко, зависит от широты конкретного места. Ниже следуют примерные значения:

Широта места Амплитуда Солнца в солнцестояние
° °
25 ... ... ... 26 5
30 ... ... ... 27 24
35 ... ... ... 29 8
40 ... ... ... 31 21
45 ... ... ... 34 40
50 ... ... ... 38 20
55 ... ... ... 44 0

В Фивах, которые у нас представляют Египет, на 25°40′ с. ш., мы находим, что амплитуда Солнца на восходе и закате в летнее солнцестояние будет примерно 26° севернее точки востока на восходе и 26° севернее точки запада на закате.

Эти солнцестояния и сопутствующие им эффекты — поразительные явления физического мира. В зимнее солнцестояние у нас самый разгар зимы, в летнее — лета; иными словами, в то время как солнцестояния соответствуют максимальным значениям холода или жары, равноденствия указывают на те два времени года, когда температурные условия почти одинаковые, хотя, конечно, в одном случае мы прощаемся с летом, а в другом с зимой. Для Египта летнее солнцестояние было важнее всего, так как оно происходило во время разлива Нила в начале египетского года.

Знали ли древние люди что-либо о солнцестояниях и равноденствиях? Были ли знакомы полумифические Хор-шесу, то есть солнцепоклонники, с годовым движением солнца? Это один из тех вопросов, которые мы рассмотрим ниже.

«Кабинетъ» — История астрономии. Все права на тексты книг принадлежат их авторам!
При копировании материалов проекта обязательно ставить ссылку