Айзек Азимов - Часы, по которым мы живем. От солнечных часов до лунного календаря
Затем перпендикулярно меридианам провели линии на небе и Земле. Это впервые было сделано греческим географом Дикеархом около 300 года до новой эры. С помощью этих линий определяли расстояния на юг и север. Они начали с экватора, который был первой такой линией. (Это произошло спустя несколько веков после Геродота, когда греки узнали о географии чуть больше.) Затем параллельно экватору начали проводить другие линии в направлении севера и юга, пока не достигли полюсов.
Провели 90 таких линий от экватора до Северного полюса и еще 90 — от экватора до Южного полюса. Каждую линию, проходящую вокруг Земли параллельно экватору, назвали параллелью. (Слово «параллель»» латинского происхождения и означает сторону, так как на обычных картах с обозначенным сверху Северным полюсом линии необходимо было проводить от левой стороны к правой.) Расстояние между каждой из этих параллелей составляет 1º широты. Почему от экватора до полюсов 90º? Представьте себя отправившимся в путь от экватора и направляющимся на Северный полюс. Когда достигнете Северного полюса, пройдете 90º. Пересекаете полюс и движетесь вниз на противоположную сторону на юг к экватору — еще 90º. Пересекая экватор, движетесь вниз на Южный полюс — еще 90°. Через Южный полюс идете вверх к исходной стартовой точке на экваторе — еще 90º. Путешествие вокруг Земли через полюса составляет 4 x 90º или 360º; конечно, по кругу.
Штриховка ЗемлиКаждый градус широты разделен на 60 минут, а каждая минута — на 60 секунд,
Говорят, что точки к северу от экватора составляют столько-то градусов, минут и секунд северной широты. Точки на юг от экватора — градусы, минуты и секунды южной широты.
С помощью долготы и широты можно точно определить любую точку на поверхности Земли. Долгота указывает восточно-западное расположение, а широта — северо-южное. Таким образом, Нью-Йорк находится на 74º западной долготы и 40º северной широты; Лос-Анджелес — на 118º западной долготы и 34º северной широты; Лондон — на 0º долготы (ни на востоке, ни на западе, так как он находится на нулевом меридиане) и 51º30' северной широты.
НАКЛОННАЯ ОСЬ
Сейчас, когда Земля и небо наделены параллелями широты, широта полуденного Солнца, кажется, должна зависеть от широты наблюдателя.
Например (мы по-прежнему считаем, что Земля вращается вертикально и Солнце светит точно над экватором), для человека, находящегося в Лос-Анджелесе иа северной широте 34°, полуденное Солнце появлялось бы на 34º южнее зенита. Для жителя Нью-Йорка, который находится на 6º севернее Лос-Анджелеса, полуденное Солнце появлялось бы на 40° южнее зенита. Для жителя Лондона, располагающегося еще дальше на север, оно было бы на 51º30' южнее зенита.
На Северном полюсе, который находится на 90º северной широты, полуденное Солнце было бы на 90º южнее зенита. Поскольку 90° — это расстояние от зенита до горизонта, то получится, что полуденное Солнце находится на горизонте.
Для людей, живущих в южных широтах, ситуация была бы такой же, кроме тот, что полуденное Солнце оказалось бы намного севернее зенита.
Если бы все было так и земная ось находилась бы вертикально по отношению к Солнцу, день и ночь всегда бы были равны, независимо от вашего местонахождения на Земле. Граница дня и ночи проходила бы через оба полюса, и каждая точка на Земле, так как Земля вращается, половину своего времени проводила бы в дневной части, а половину — в ночной.
Но мы знаем, что это не так! День и ночь в большинстве случаев и в большинстве мест не равны.
Объяснение этому следующее: земная ось проходит не вертикально, как мы до сих пор предполагали, а наклонно! И она сохраняет наклонное положение без какого-либо изменения в течение всего года.
Теперь представьте, что Земля вращается вокруг Солнца, сохраняя наклон неизменным: Северный полюс из-за вращения Земли все дальше удаляется от Солнца.
Наклонная ось(Вам легче представить это, если проткнете яблоко вязальной иглой» которая будет моделью земной оси. Чуть наклоните вязальную иглу и вращайте это яблоко вокруг другого яблока. При этом не меняйте направление наклона и посмотрите, как один конец вязальной иглы во время вращения уходит дальше от центра яблока.)
Наконец, спустя полгода с момента отправления от стартовой точки в противоположной точке орбиты Земли вокруг Солнца (орбита — слово латинского происхождения и означает «круг») уже Южный полюс находится ближе к Солнцу» а Северный — дальше от него. Так как Земля продолжает вращаться, ситуация медленно меняется на противоположную. Когда Земля возвращается к своей стартовой точке спустя год, Северный полюс снова находится ближе к Солнцу* Таким образом» в течение года полюса (поочередно) приближаются к Солнцу, затем удаляются от него.
На экваторе дни и ночи остаются равной продолжительности даже при наклоненной оси, хотя дальше от экватора иная ситуация. Когда Северный полюс обращен к Солнцу» в регионах, расположенных к северу от экватора, дни длиннее ночей, а в регионах, расположенных к югу от экватора, дни короче ночей. Когда Южный полюс обращен к Солнцу, ситуация противоположная. Более того, чем дальше от экватора, тем больше неравенство.
ВЗГЛЯД С ЗЕМЛИ
Как это видит некто, находясь в Нью- Йорке?
Наклон оси такой, что 21 июня Северный полюс находится максимально далеко от Солнца. В полдень нью-йоркское Солнце находится в небе довольно высоко — 161/2º от зенита. Так как широта Нью-Йорка — 40º севернее экватора, то полуденное Солнце находилось бы на 40º южнее зенита без наклона оси.
Наклон должен составлять 40 - 161/2º или 231/2º. Такую величину (если быть более точным, 23º27') составляет угол, который образует земная ось с вертикалью.
Поэтому 21 июня Солнце светит в зените над параллелью 231/2º северной широты (это около Гаваны на Кубе). Полуденное местоположение Солнца здесь самое удаленное.
Фактически, после 21 июня Северный полюс начинает удаляться от Солнца, а полуденное Солнце находится над более южными параллелями. Оно не поднимается после 22 июня, а с 23 июня начинает опускаться. Когда это происходит, в Нью-Йорке дни становятся короче, а ночи — длиннее.
Это продолжается до 23 сентября, когда полуденное Солнце в Нью-Йорке находится на 40° южнее зенита. Так как это широта Нью-Йорка, то Солнце находится точно над экватором. В это время день и ночь в Нью-Йорке (и фактически везде на Земле) равны, они длятся по 12 часов. Отсюда и название экватора; это слово латинского происхождения и означает «сделать равным».
Нью-Йоркское полуденное солнцеДень 23 сентября называют осенним равноденствием, поскольку дни становятся равными ночи после наступления осени.
Но Земля продолжает вращаться вокруг Солнца и после 23 сентября» Северный полюс все дальше уходит от Солнца, Из-за наклона оси полуденное Солнце оказывается южнее того местоположения, которое оно занимало бы, если бы Земля была вертикальной, Оно снова находилось бы в 40º от зенита в Нью-Йорке. Но с учетом наклона в Нью-Йорке угол составляет 40 плюс 231/2º или 631/2º южнее зенита, Это составляет чуть более 1/3 движения вверх от горизонта, поэтому 21 декабря — самый короткий день в году, а ночь самая длинная.
В это время года полуденное Солнце находится прямо над параллелью 231/2º южной широты (около Рио-де-Жанейро в Бразилии).
Но сейчас Северный полюс максимально удален от Солнца, Так как Земля продолжает вращаться, полуденное Солнце начинает снова подниматься. Дни становятся длиннее, а ночи короче. В Нью-Йорке 20 марта полуденное Солнце снова находится в 40° от зенита. Солнце снова над экватором, и этот день называют днем весеннего равноденствия. (Латинское название весны «верная» — равноденствие возвещает о весне.)
Солнце продолжает подниматься, дни удлиняются, а ночи становятся короче до 21 июня, а затем весь цикл повторяется.
Солнце высоко и Солнце низкоЕсли изучать это но солнечным часам, то зимой и весной до 21 июня полуденная тень укорачивается, затем она, как нам кажется, останавливается и меняет направление. Летом и осенью до 21 декабря она удлиняется, затем, как нам кажется, останавливается и снова меняет направление. (Я упоминал это при описании северного и южного перемещения в главе 1.)
На самом деле эти изменения 21 июня и 21 декабря не являются неожиданными. В июне и декабре изменение длины тени очень небольшое; чтобы сказать, в какой день тень является самой короткой, необходимо тщательное наблюдение. Дни, когда кажется, что тень останавливается, называют солнцестоянием: 21 июня — летнее солнцестояние, а 21 декабря — зимнее солнцестояние.
