Нил Тайсон - Добро пожаловать во Вселенную

12. сОрбита Марса лежит вне орбиты Земли. Значит, с нашей точки зрения Марс никогда не проходит через диск Солнца.

12. dС точки зрения наблюдателя, стоящего на Северном полюсе Земли, Полярная звезда находится прямо над головой, а все остальные звезды вращаются вокруг нее по окружностям, параллельным горизонту, с центром в Полярной звезде. Следовательно, они никогда не заходят. Подобным же образом на Южном полюсе Земли звезды с точки зрения наблюдателя вращаются по окружностям, параллельным горизонту, с центром прямо в зените (поскольку Южный полюс мира не отмечен никакой яркой звездой).

12. еПолярная звезда с очень высокой точностью лежит на линии, продолжающей ось Земли и исходящей из Северного полюса (от истинного

Северного полюса небесной сферы она отстоит меньше чем на 1 градус).

167

Решения

Поэтому на Северном полюсе она видна прямо над головой и за 6 месяцев зимней тьмы на вид не сдвигается с места. Обратите внимание, что из-за наклона земной оси Северный полюс описывает круг на фоне звезд каждые

26 000 лет, так что через несколько тысяч лет Полярная звезда окажется уже не так близко к Северному полюсу небесной сферы.

13. Взгляд на Луну

13. аМы знаем, что когда Луна полная, Солнце, Земля и Луна выстраиваются практически в одну линию. Значит, если Луна находится на восточном горизонте, то есть только что встала, Солнце находится на западном горизонте, то есть клонится к закату. Значит, сейчас ранний вечер, часов около шести.

13. bОрбита Венеры вокруг Солнца находится внутри орбиты Земли. Таким образом, Венера не может быть слишком далеко от Солнца (максимальное отклонение составляет 47°, что вы можете подсчитать самостоятельно, задействовав чуточку тригонометрии и опираясь на то, что радиус орбиты

Венеры — 0,7 а. е.) Поэтому Венеру невозможно наблюдать в положении, противоположном Солнцу: она не может вставать, когда Солнце садится.

Значит, эта планета — Юпитер.

13. сЛуна совершает один оборот вокруг своей оси одновременно с одним оборотом по орбите вокруг Земли (что называется, Луна находится в «приливном захвате»), поэтому она всегда обращена к Земле одной стороной. Таким образом, если вы живете на обратной стороне Луны, Землю вы не увидите. Однако Солнце увидите. Вы совершаете поворот вокруг своей оси раз в месяц, поэтому и Солнце будет восходить примерно раз в месяц, то есть «лунные сутки» составляют приблизительно 30 земных суток.

14. Восходы и закаты

14. аНет, с точки зрения наблюдателя на Северном полюсе звезды не восходят и не заходят. Он видит, как в течение 24 часов звезды описы-

168

Решения вают на небосводе окружность вокруг Северного полюса небесной сферы.

Северный полюс мира с точки зрения наблюдателя на Северном полюсе

Земли находится прямо над головой, поэтому звезды описывают окружности параллельно горизонту (то есть на постоянной высоте над горизонтом), а следовательно, не садятся.

14. bС точки зрения наблюдателя на Северном полюсе Солнце, как и все остальные звезды, в течение 24 часов движется параллельно горизонту и, следовательно, не восходит и не садится. Однако в течение года Солнце смещается на небосводе относительно фоновых звезд, то есть его высота над горизонтом меняется. В частности, оно один раз восходит (в день весеннего равноденствия, 21 марта), после чего начинается шестимесячный «день», и один раз заходит (в день осеннего равноденствия, 21 сентября), знаменуя начало темной и холодной шестимесячной «ночи». Поскольку Аляска находится близко к Северному полюсу, Солнце в течение 24 часов сохраняет примерно постоянную высоту над горизонтом. Следовательно, в разгар лета там светло даже в полночь.

Существует воображаемая линия на широте +66,5°, так называемый

Полярный круг, к северу от которого в течение года есть такой период, когда

Солнце стоит над горизонтом 24 часа. Даже если находишься чуть южнее этой линии (например, почти на всей территории Аляски), в середине лета

Солнце в полночь уходит за горизонт не очень далеко, поэтому никогда по-настоящему не темнеет. Точно так же обстоят дела на Южном полюсе, но там с точки зрения календарных сезонов все наоборот (и летнее солнцестояние происходит 21 декабря).

14. сПоскольку Полярная звезда лежит на оси вращения Земли (почти точно), а ось вращения выходит из поверхности вертикально, Полярная звезда, если стоять на Северном полюсе, видна прямо над головой. Поскольку направление оси вращения Земли не меняется, Полярная звезда занимает это положение круглый год.

169

Решения

На самом деле Северный полюс небесной сферы движется, просто очень медленно; это называется «прецессия». Из-за воздействия Солнца и Луны направление оси вращения Земли смещается по небу на 1° каждые

175 лет, то есть эта ось описывает на небосклоне полный круг радиусом

23,5° каждые 26 000 лет. Этот эффект достаточно заметен: его можно, пусть и с трудом, увидеть на протяжении одной человеческой жизни даже без телескопов, и о нем знали еще древние греки.

14. dЕсли находиться на экваторе, ось вращения Земли параллельна поверхности, на которой стоишь, то есть горизонтальна. Поэтому

Полярная звезда видна на севере, прямо на горизонте, а следовательно, видна только тем наблюдателям, которым горизонт ничего не заслоняет.

Не забывайте, что до Полярной звезды много световых лет, поэтому то обстоятельство, что мы сидим на поверхности Земли, а не на ее оси, до которой от экватора 6400 км, влияет на угол наблюдения пренебрежимо мало.

Как и в части с), можно считать, что ось вращения Земли не меняется со временем, поэтому не меняется и положение Полярной звезды.

14. еСм. рис. 8. Мы знаем, что положение земной оси не меняется, откуда бы мы ни смотрели на нее — с полюсов, с экватора и даже из

Принстона, а следовательно, если смотреть из любой точки северного полушария Земли, положение Полярной звезды на небе останется прежним (естественно, с точки зрения наблюдателей из южного полушария она всегда невидима, так как находится ниже горизонта). Если смотреть из Принстона (широта +40°), Полярная звезда находится на

40° выше горизонта в направлении точно на север (более того, это один из общепринятых способов определить широту своего местонахождения в Северном полушарии). Как и на Северном полюсе (часть а)), все звезды с точки зрения наблюдателя вращаются по окружностям вокруг

Полярной звезды.

170

Решения

Полярная звезда

Не садится

Восходит и садится

Восходит и садится

Не восходит

Рис. 8.Схема к задаче 14.е. Точками отмечено положение Принстона на земной поверхности в разные моменты в зависимости от вращения Земли вокруг своей оси (вертикальной оси, направленной на Полярную звезду).