Флорентий Рабиза - Космос у тебя дома

Однако вернемся к разговору о Земле. Земная ось, вернее, та, незримая геометрическая линия, вокруг которой вращается земной шар, тоже описывает прецессию. Верхняя «половина» земной оси описывает конус, вершина которого в центре Земли. Нижняя половина земной оси описывает конус, вершина которого тоже в центре Земли. По сути дела, земная ось описывает два конуса, обращенных вершинами друг к другу.

Если ось волчка, запущенного на столе, описывает конус прецессии из-за того, что земное притяжение стремится опрокинуть волчок, то что же вызывает прецессию у земной оси? Ведь Земля летит свободно в мировом пространстве. Солнце крепко держит ее на орбите. Нам известно, что любой шар, вращающийся вокруг Солнца, должен испытывать во всех своих точках равномерное притяжение к могучему светилу, так как шар симметричен по всем своим осям, и никаких перекосов не должно быть. Тогда откуда же появилась прецессия у Земли?

Оказывается, причина образования прецессии у Земли есть, и ее разгадал Исаак Ньютон.

Но для того чтобы познакомиться с этой причиной, проделаем следующий опыт. Посмотрим, как ведет себя быстровращающееся тело, поверхность которого может легко менять свою форму. Для опыта воспользуемся прибором, который мы с вами уже сделали для получения быстрого вращения, — это тяжелый диск, зажатый между двумя фанерными кружками и подвешенный за середину на двух скрученных веревках.

Вырежьте из плотной рисовальной бумаги полоску 60 сантиметров длины и 2,5 сантиметра ширины. Склейте ее концы, чтобы образовалось кольцо диаметром 18–19 сантиметров. Проделайте в середине полоски два отверстия, расположенные одно против другого по концам диаметра кольца. В эти отверстия пройдут скрученные веревки, на которых висит диск. Одно отверстие сделайте в месте склейки полоски. Второе отверстие в полоске должно быть несколько побольше, чтобы веревки скользили в ней без задержки. Наденьте бумажное кольцо на веревки так, чтобы склеенная часть кольца соприкасалась с тяжелым диском. В случае, если бумажное кольцо лежит на фанере, приклейте его к ней клеем; если же диск металлический, то для прикрепления бумажного кольца к диску используйте пластилин. Прибор наш готов.

Тяжелый диск нужно подвесить строго горизонтально и так, чтобы бумажное кольцо оставалось круглым. Если кольцо сожмется под действием собственного веса, его надо заменить, подобрать более плотную, упругую бумагу. Проверьте упругость кольца: сожмите его слегка, после того как вы его отпустите, оно должно снова принять форму круга.

Над кольцом на веревках сделайте маленький хомутик из черной бумаги. Он должен сидеть плотно, но так, чтобы в случае необходимости его можно было легко передвинуть.

Теперь приступим к опыту.

Вставьте недалеко от верхней точки подвеса нашего прибора между веревками круглую палочку и хорошо закрутите диск с бумажным кольцом. Когда вы его отпустите, он начнет быстро вертеться на раскручивающихся веревках. Для увеличения скорости вращения нажимайте палочкой, вставленной между веревками, на место скрутки. Когда диск хорошо раскрутится, отойдите в сторону и наблюдайте за бумажным кольцом.

Оно немного сплющилось. Вы видите прозрачный эллипсоид, который отличается от шара своей несколько сплюснутой формой. Метка, которая была сделана на веревках перед началом опыта, покажет вам, насколько сплюснулся при вращении бумажный круг. Когда вращение прекратится, бумажное кольцо опять примет форму круга и вернется к своей метке. Но может случиться и так, что кольцо до метки немного и не дойдет, — это скажется так называемая остаточная деформация в бумаге, из которой сделано кольцо.

А теперь снова вернемся к Земле. Земля не шар — она немного сплюснута у полюсов. По последним данным, радиус Земли, проведенный от ее полюса до центра, отличается от «экваториального радиуса» на 21,383 километра. А по расчетам Исаака Ньютона эта разница составляла 24 километра.

Исаак Ньютон доказал, что Земля сплюснута у полюсов (экваториальная область у нее несколько расширена, раздута).

Он считал, что «раздувание» Земли у экватора произошло тогда, когда она находилась в размягченном состоянии.

Гипотезы о происхождении Земли — будь то гипотеза Канта — Лапласа, по которой Земля образовалась из раскаленного вещества и в первоначальном виде представляла жидкий огненный шар, будь то гипотеза советского ученого О. Ю. Шмидта, по которой Земля образовалась в результате постепенного «слипания» мелких частиц пылеобразного облака и разреженных газов, — предусматривали, что в начале своего возникновения Земля не сразу стала твердой. Быстрое вращение «мягкой» Земли вокруг своей оси привело к ее «раздуванию» по экватору.

Ось нашей планеты наклонена к ее плоскости вращения вокруг Солнца, к плоскости ее орбиты. Угол наклона равен 66° 33,5'.

Исаак Ньютон объяснил происхождение прецессии земной оси наклоном оси и сплюснутой формой Земли.

При идеальном шаре прецессии не было бы, а при такой форме Земли, какая у нее сейчас, не все ее точки притягиваются к Солнцу и Луне одинаково, образуется поворачивающее усилие. Оно и «старается» поставить ось Земли вертикально. В результате этого земная ось описывает конусы прецессии. Время полного оборота конца оси Земли вокруг перпендикуляра к плоскости орбиты, который является осью прецессии, составляет приблизительно 26 000 лет.

Как видите, вращение оси Земли происходит очень медленно, в нашем понимании, конечно.

Для того чтобы представить, как произошла прецессия земной оси, сделаем небольшую модель — усовершенствуем тот волчок, который вы изготовили из баночки из-под кинопленки. Его следует утяжелить и заменить ось. Ось можно сделать из прямого гвоздя, срезав у него шляпку и хорошо заострив другой конец. Просверлите в гвозде отверстие для пусковой веревки. В баночку для ее утяжеления положите глину. Изготовьте две рамки, в которых будет установлен волчок. Первую, внутреннюю рамку, сделайте из медной или латунной трубки, разметив ее стороны по волчку. В противоположных сторонах рамки нужно будет сделать отверстия— гнезда, в которых будет вращаться волчок Там, где будет нижний острый конец оси волчка, отверстие в трубке надо просверлить не сквозное, чтобы ось могла упираться во внутреннюю сторону трубки. Отверстие для верхнего конца оси сделайте сквозное — через обе стенки трубки. Это даст возможность свободно вставлять и вынимать из рамки волчок. В местах сгибов рамки трубка будет сминаться, но это на качество рамки не повлияет. Посередине боковых сторон рамки нужно просверлить отверстия, вставить изнутри по гвоздику, а шляпки припаять к рамке.