Мартин Гарднер - Этот правый, левый мир

Раньше предполагали, что Земля имеет форму правильного «сплюснутого сфероида», то есть шара, слегка сжатого на полюсах, но точные измерения последних лет показали, что это сплющивание у южного полюса чуть больше, чем у северного. С учетом этой разницы вращающаяся Земля напоминает волчок, поскольку форма «верхней» части у нее отличается от формы «нижней» части; и поэтому Земля несовместима со своим зеркальным изображением, даже если отвлечься от названия магнитных полюсов. Если бы она не вращалась , то не было бы и асимметрии. Поднесите волчок к зеркалу — вы сразу увидите, что он не отличается по форме от своего отражения. Но стоит его завертеть, и симметрия нарушается, У. волчка, вращающегося по часовой стрелке (если смотреть на него сверху), зеркальный близнец вертится против часовой стрелки. Если вы попробуете совместить направления вращения, перевернув, например, изображение, то и тогда наложения не получится, потому что верх и низ у волчка имеют разную форму. На поверхности любого вращающегося небесного тела существуют разного рода интересные асимметричные явления, «левые» в одном полушарии и «правые» в другом. Если вы, скажем, летите на самолете в северном полушарии, направляясь прямо к Северному полюсу, то пилот все время вынужден будет вносить поправку на курс, потому что машину постоянно сносит вправо. При полете в южном полушарии, когда вы летите к Южному полюсу, будет наблюдаться отклонение влево. Это пример действия силы Кориолиса, названной в честь Гюстава Гаспара Кориолиса, французского инженера начала XIX столетия, который впервые занялся серьезным изучением этого явления. Он заметил, что предметы, расположенные в разных точках земной поверхности, перемещаются в пространстве с разными скоростями. Если вы стоите на экваторе, то благодаря вращению Земли совершаете за сутки путешествие длиной примерно 24 000 миль (38 000 км ) со средней скоростью 1000 миль в час (1600 км/час ). Когда вы двигаетесь к одному из полюсов, то окружность, по которой вы вынуждены путешествовать из-за вращения Земли, становится все меньше и меньше. Поскольку полный круг замыкается каждый раз за 24 часа, скорость ваша в пространстве становится по мере продвижения к полюсу все меньше и меньше. На полюсе, конечно, она становится равной нулю.

Изменение скорости зависит и от того, насколько далеко вы отстоите от центра Земли. Находясь на вершине высокой горы, вы описываете круг большего диаметра, чем стоя у ее подножия. Когда вы спускаетесь с горы, эта окружная скорость уменьшается. Она будет продолжать уменьшаться, если вы начнете спускаться в шахту. Чем глубже вы спускаетесь, тем медленнее вращаетесь. В центре Земли эта скорость обратится в нуль.

Нетрудно видеть, что такое изменение скорости будет в разных полушариях приводить к отклонениям в противоположные стороны. Отклонение будет существенным, конечно, если тело движется с большой скоростью и проходит большие расстояния. При стрельбе из ружья по мишени результирующее отклонение из-за силы Кориолиса оказывается слишком малым, и его можно не учитывать, но, когда на север или на юг летит межконтинентальная ракета, отклонение получается очень значительное, и для точного попадания необходимо принимать его во внимание. Представьте себе ракету, пересекающую северное полушарие на пути к Северному полюсу. По мере ее перелета на север круг, который она описывает вместе с вращающейся Землей, становится все меньше. Из-за инерции ракета стремится сохранить первоначальную скорость, с которой она летела в восточном направлении, поскольку точка запуска вращается вместе со всей Землей.

Пролетев, скажем, 500 миль (800 км ), она попадает в район, который движется к востоку с заметно меньшей скоростью. Но ракета имеет прежнюю составляющую скорости в направлении с запада на восток. Поэтому в своем движении к полюсу она и отклоняется относительно земной поверхности на восток, то есть вправо. Поразмыслив немного, можно убедиться, что в южном полушарии при полете к Южному полюсу ракета будет отклоняться влево. В обоих случаях отклонение происходит на восток, но, нанеся получившиеся траектории на глобус, вы убедитесь, что они являются зеркальными копиями друг друга.

В обоих полушариях движущийся объект отклоняется к востоку, если летит к полюсу, и отклоняется к западу, если летит к экватору. Неудивительно, что сила Кориолиса играет значительную роль в движении атмосферных и океанских течений. Некоторые геологи считают, что реки, текущие в южном полушарии на юг, а в северном — на север, размывают свои восточные берега сильнее, чем западные. Сила Кориолиса, несомненно, сказывается на течении рек, но среди геологов существуют разногласия по вопросу о том, достаточно ли велика сила Кориолиса, чтобы объяснить наблюдаемую разницу в подмыве восточного и западного берегов. Проводились исследования на берегах Миссисипи и других рек, текущих в меридиональном направлении, но результаты получены довольно спорные.

Нерешенным остается также вопрос о том, влияет ли сила Кориолиса на воронку, которая образуется при вертикальном стоке воды. Каждый знает, что, если выпускать воду из ванны, она образует водоворот у горловины спускного отверстия. Широко распространено мнение, что закручивание этого водоворота происходит в разных полушариях в противоположные стороны. Обосновывают это следующим примером: представим себе прямо на Северном полюсе большой круглый бассейн с плоским дном, в центре которого имеется спускное отверстие (рис. 17). Выпускная труба в центре бассейна уходит вертикально в землю. Когда вода течет к отверстию, сила Кориолиса стремится завернуть ее в восточном направлении, показанном стрелками, что и приводит к образованию водоворота с вращением против часовой стрелки. Образовавшись, водоворот усиливается; вполне вероятно, что вода, вытекающая из такой ванны на Северном полюсе, действительно будет стремиться образовать воронку с вращением против часовой стрелки.

На Южном полюсе картина меняется. Вода, правда, по-прежнему отклоняется на восток, но это приводит уже к образованию водоворота с закручиванием по часовой стрелке. Тенденция к образованию водоворота при спуске воды будет сильнее всего проявляться на полюсах, уменьшаясь по мере приближения к экватору, где она исчезает. В южном полушарии вода будет, с нашей точки зрения, вытекать «неправильно». На экваторе вода уподобится ослу между двумя охапками сена — она не будет знать, куда закручиваться.