Феликс Зигель - Вам, земляне

Предлагаемое вниманию читателей второе издание книги дополнено главами о кристаллической структуре Земли, о роли вулканов в эволюции живого вещества на нашей планете, об экологических проблемах, глубоко волнующих современное человечество. Просмотрена и исправлена остальная часть книги в соответствии с новыми достижениями наук о природе и происхождении нашей планеты.

Геологи, наблюдая реальные очень ограниченные по объему Земли геологические процессы, очень часто забывают, что в этих процессах, в том числе и физико-химических, их основные черты определяются прежде всего формой планеты как небесного тела — эллипсоида о трех осях — геоида, близкого к эллипсоиду вращения, как единого целого, по существу его геометрией.

Когда земляне догадались, что живут на шаре? Как и во многих других случаях, дату этого величайшего открытия установить невозможно. Да и вряд ли это случилось в какой-то один «прекрасный» день.

Представления о шарообразности Земли складывались постепенно, и потребовались века, чтобы сформулировать следующие пять важнейших доказательств того, что мы живем на шаре.

1. Всюду, где бы ни находился наблюдатель, видимый горизонт (если он не загорожен какими-то предметами) имеет форму круга. Таким представляется горизонт в открытом море, в пустыне или в широкой степи. Это доказательство (как и многие другие) известно нам с детства, но школьные преподаватели, не желая нас разочаровывать, в ту пору не обращали внимания на слабые стороны приводимых ими аргументов. В частности, рассматриваемое нами первое доказательство было бы достаточным в том случае, если бы круговая форма горизонта наблюдалась действительно во всех точках поверхности. На самом же деле древним была доступна лишь часть поверхности Земли, и обобщать свои наблюдения на всю Землю они, строго говоря, не имели оснований.

2. При поднятии наблюдателя над земной поверхностью дальность горизонта увеличивается. Нетрудно сообразить, что высказанное положение является необходимым, но недостаточным условием шарообразности Земли. Иначе говоря, на шарообразной Земле дальность горизонта с поднятием наблюдателя над ее поверхностью действительно увеличивается. Но тот же эффект имел бы место и на дынеобразной Земле и на любой другой целиком выпуклой замкнутой поверхности.

Если планета имеет форму шара с радиусом OB = R (рис. 1), а наблюдатель находится на высоте AD , равной Н , то дальность горизонта AB=d определяется по формуле (R+H) 2=R 2+d 2, откуда d 2=2RH(1+H/2R). Так как величина Н обычно весьма мала по сравнению с R , то дробью H/2R можно пренебречь и тогда d = √2RH.

Рис. 1. Дальность видимого горизонта.

Легко подсчитать, что при Н=2 м дальность горизонта равна 7,6 км, а при Н= 1 км она увеличивается до 120 км. При одной и той же высоте дальность горизонта тем меньше, чем меньше, радиус планеты. Американским космонавтам на Луне горизонт казался очень близким. И действительно, он отстоял от них всего на 2,5 километра.

3. Постепенное появление из-за видимого горизонта приближающихся предметов. С приближением корабля к берегу сначала из-за горизонта появляются его мачты, а затем корпус. В сущности, и это доказательство недостаточно. Картина постепенного появления предмета из-за горизонта наблюдалась бы и на любой нешарообразной выпуклой поверхности.

4. Возможность кругосветных путешествий. Подвиг Магеллана и его спутников был расценен их современниками как очень веское доказательство шарообразности Земли. Логическая слабость аргументации не требует длительных пояснений — кругосветные путешествия возможны были бы и в том случае, если бы Земля имела, скажем, форму цилиндра или груши.

5. Круговая форма земной тени на диске Луны во время лунных затмений. Доказательство любопытно тем, что оно использует космическое явление — прохождение Луны через конус земной тени.

Действительно, во время лунных затмений на привычный диск полной Луны надвигается круглая красноватая тень. Она не совсем черная потому, что часть солнечных лучей, преломляясь в земной атмосфере, попадает внутрь земной тени и «просветляет» ее. Кстати сказать, свою тень на Луну отбрасывает и атмосфера Земли — это голубоватая кайма вокруг красноватой тени твердого тела Земли.

Доказательно ли это доказательство? Очевидно, нет. Круглую тень могут давать и некруглые тела, например цилиндр. Значит, и это доказательство является необходимым, но недостаточным.

Доказательства шарообразности Земли — это, в сущности, обобщения исторического опыта человечества, постепенно узнавшего, что оно живет на исполинском шаре. Не все эти доказательства равноценны. Самое убедительное из них то, которое основано на градусных измерениях. Пользуясь ими, можно определить размеры земного шара. Но это уже область особой науки, именуемой геодезией.

«Геодезия» — сочетание двух слов: ge — земля и dasomai — разделяю. Значит, по смыслу наименования геодезия занимается «разделением» или, лучше сказать, измерением Земли (ведь всякое измерение связано так или иначе с некоторым «разделением»).

Условно геодезию делят на низшую и высшую. Низшую геодезию иначе называют топографией. Ее главная задача — с помощью измерений на местности отобразить земную поверхность и ее детали на планах и картах. Цель высшей геодезии — изучение формы и размеров Земли в целом. Следует снова подчеркнуть, что деление геодезии на две части условно, так как без измерений на местности невозможно выяснить, какую форму имеет наша планета. Поясним это утверждение.

Представим себе, что Земля — идеальный шар с совершенно гладкой поверхностью. В этом случае длина дуги меридиана, соответствующая разности широт в один градус, всюду (для любых меридианов и в любых их частях) будет одинакова. Другое дело, если Земля сплюснута у полюсов, т. е., говоря более строго, представляет собой сфероид — тело, образованное вращением эллипса вокруг малой оси. Тогда кривизна меридианов в разных частях будет разной — наибольшей у экватора и наименьшей у полюса. В этом случае дуги в один градус окажутся самыми длинными в околополярных зонах и наиболее короткими — в районе экватора.

Практически градусные измерения проводятся следующим образом. На каком-нибудь меридиане выбирают два пункта — А и В (рис. 2).