Айзек Азимов - О времени, пространстве и других вещах

На глобусе принято обозначение широты и долготы в градусах. А система выражения долготы временем используется для установления на планете часовых поясов. 180° становится «линией смены дня» (она слегка искривлена для удобства). В этом плане возможны разные забавные парадоксы, но об этом как-нибудь в другой раз.

А как насчет составления карты звездного неба? Эта проблема заинтересовала астрономов даже раньше, чем возникла необходимость составления карты Земли. Ведь человек, находящийся в данное время в данном месте, видит только небольшую часть земной поверхности, а небо значительно больше доступно для обозрения.

Проще всего отобразить на карте небесную сферу как продление земной сферы. Если воображаемую земную ось продлить в пространстве до пересечения с небесной сферой, мы получим северный небесный полюс и южный небесный полюс .

Создается впечатление, что небесная сфера вращается с востока на запад вокруг земной оси, но это лишь отражение действительного вращения Земли с запада на восток вокруг своей оси. Поэтому северный и южный небесные полюса являются неподвижными и не участвуют во вращательном движении. Точно так же Северный и Южный полюса не принимают участия во вращении Земли.

В самом ближайшем соседстве с северным небесным полюсом находится очень яркая Полярная звезда, ее же называют Северной звездой. Она всего лишь на градус в стороне от точки полюса и описывает вокруг него каждый день небольшую окружность. Радиус этой окружности настолько мал, что наблюдателю с Земли звезда кажется неподвижной. Именно по ней определяют направление на север, а значит, и все остальные направления. До появления компаса эта звезда являлась главным ориентиром для путешественников.

Воображаемые линии отсчета на Земле можно продолжить на небо. Таким образом, оно тоже окажется покрыто сеткой призрачных линий. Там будет свой небесный экватор, образующий большой круг на равном расстоянии от небесных полюсов, небесные параллели (широта) и меридианы (долгота).

Небесная широта называется склонением и измеряется в градусах. Северная половина небесной сферы (северная небесная широта) имеет склонение, выраженное положительной величиной, южная половина (южная небесная широта) имеет склонение, выраженное отрицательной величиной. Таким образом, Полярная звезда имеет склонение 89°, Поллукс — около 30°, Сириус — ориентировочно -15°, Акрукс (самая яркая звезда созвездия Южный Крест) имеет склонение -60°.

Небесная долгота называется подъемом небесных тел над горизонтом небесной сферы. Небо имеет собственный начальный меридиан, положение которого оказалось менее случайным, чем земного. Во всяком случае, споров по этому поводу было гораздо меньше. Плоскость орбиты Земли, вращающейся вокруг Солнца, рассекает небесную сферу по большому кругу, названному эклиптическим (см. главу 4). А нам кажется, что Солнце движется по этой траектории.

Поскольку ось Земли наклонена к плоскости ее орбиты под углом 23°5′, между двумя большими кругами — эклиптики и небесного экватора — тот же самый угол. Эклиптический круг пересекает небесный экватор в двух точках. Когда Солнце находится в одной из них, день и ночь имеют одинаковую длину (по 12 часов) на всей Земле. Это точки равноденствия (от латинского выражения одинаковые ночи ).

Одну из этих точек Солнце проходит, когда движется от отрицательного к положительному склонению, — это весеннее равноденствие. Оно наступает 20 марта и знаменует начало весны в Северном полушарии, в котором проживает подавляющая часть земного населения. Другую точку Солнце проходит, двигаясь от положительного к отрицательному склонению, — это осеннее равноденствие. Оно наступает 23 сентября и знаменует приход в Северное полушарие осени.

Точка весеннего равноденствия находится на небесном меридиане. Это 0° подъема. Небесная долгота измеряется отсюда только в восточном направлении (в градусах или часах), пока не достигнет 360°.

Таким образом, местонахождение звезды определяется ее склонением и подъемом, а любой точки земной поверхности — ее широтой и долготой. В принципе измерения похожи.

Однако есть и разница. Начальный меридиан на Земле неразрывно связан со временем, поэтому долгота точки на земной поверхности день ото дня не изменяется. Но земная ось все же медленно вращается, делая оборот за 25 800 лет, и по этой причине небесный экватор медленно перемещается; точки, в которых он пересекается с линией эклиптики, постепенно отодвигаются в западном направлении.

Точка весеннего равноденствия двигается на запад, описывая полный круг за 25 800 лет; поэтому каждый год весеннее равноденствие наступает на мгновение раньше. Фактически равноденствие немного предваряет теоретическое время, и это явление называется предварением равноденствий.

Точка весеннего равноденствия перемещается на запад, а подъем всех тел на небесной сфере, измеряемый от точки весеннего равноденствия, увеличивается. Если мои расчеты верны, скорость составляет 1/ 7секунды в день.

Система определения местонахождения точек в небе называется экваториальной, поскольку основывается на положении небесного экватора и небесных полюсов.

Можно описать другую систему, базовой точкой которой является сам наблюдатель. Вместо северного небесного полюса, определяемого вращением Земли, мы можем взять произвольную точку, расположенную прямо над своей головой. У каждого человека на Земле над головой своя точка, хотя, если люди находятся в густонаселенном районе, разница между этими точками совершенно незначительна.

Точка над головой — это зенит (слово пришло к нам от древних арабов). Точка, расположенная напротив нее, — в той части небесной сферы, которая находится с противоположной стороны Земли, — называется надир (также арабское слово).

Большой круг, описываемый вокруг небесной сферы на равных расстояниях от зенита и надира, — горизонт (от греческого слова пограничный ). И действительно, для нас горизонт кажется границей между небом и землей, особенно в местах, где поверхность плоская, например над уровнем моря. Такая система определения положения точек в небе называется горизонтальной.

Большой круг (север—юг), движущийся от горизонта к горизонту через зенит, — это меридиан. Большой круг, движущийся от горизонта к горизонту через зенит и образующий прямой угол с меридианом, — это «начальная вертикаль».

Высота точки в градусах (положительных) над горизонтом или отрицательных — под горизонтом — называется высотой над уровнем моря. Если она определена, точное местоположение точки в небе можно установить, измерив на этой высоте число градусов к западу от южной половины меридиана. По крайней мере, астрономы так и поступают. Штурманы и топографы измеряют число градусов к востоку от северного конца меридиана. В обоих случаях замеры производятся в направлении по часовой стрелке.