Текст книги "Новейшая книга фактов. Том 1. Астрономия и астрофизика. География и другие науки о Земле. Биология и медицина"

Что такое год?

Год – это интервал времени, за который наша планета полностью обходит свою орбиту вокруг Солнца. Продолжительность года различается в зависимости от того, берется за точку отсчета при его измерении бесконечно далекая звезда или Солнце. В первом случае определяется промежуток времени, в течение которого Солнце совершает свой видимый годичный путь по небесной сфере относительно звезд. Такой год называется звездным (сидерическим), а его продолжительность составляет 365 суток 6 часов 9 минут и 10 секунд. Но если измерить промежуток времени между двумя последовательными прохождениями Солнца через точку весеннего равноденствия (период, в течение которого на Земле происходит смена времен года – весны, лета, осени и зимы), то получим продолжительность солнечного (тропического) года, которая составляет 365 суток 5 часов 48 минут и 46 секунд. Различие между звездным и солнечным годом связано с тем, что из-за прецессии точек равноденствия каждый год дни равноденствий (а также солнцестояний) наступают «раньше» приблизительно на 20 минут по сравнению с предыдущим годом. Таким образом, Земля обходит свою орбиту чуть быстрее, чем Солнце в его видимом движении через звезды возвращается в точку весеннего равноденствия. В обыденной жизни мы пользуемся не звездным и не солнечным, а календарным годом, составляющим 365 суток для простых годов и 366 для високосных.

Как астрономы решили задачу определения точного времени?

Неравномерность вращения Земли заставила астрономов ввести особое – эфемеридное (ньютоновское) время, текущее совершенно равномерно, что позволяет использовать его в уравнениях движения небесных тел. Началом отсчета шкалы эфемеридного времени служит полдень 31 декабря 1899 года. В основу же счета времени положена эфемеридная секунда, определяемая как ¹/_{31 556 9259747} часть тропического (солнечного) года эпохи 1900 года. Продолжительность эфемеридных суток составляет 86 400 эфемеридных секунд.

Где проходит линия изменения даты?

Человек, вернувшийся к отправному пункту из кругосветного путешествия с запада на восток, обнаруживает, что он по своему счету времени опередил местных жителей на одни сутки. Человек, совершивший кругосветное путешествие в противоположном направлении, теряет одни сутки. Где на Земле появляется новая дата? Введенная международным соглашением «линия изменения даты» проходит в океане по 180-му меридиану, местами отклоняясь от него, огибая группы островов, мысы и т. д. Именно на этой линии в полночь (по времени 12-го часового пояса) впервые появляется на Земле новое число. Таким образом, Новый год первыми встречают на российской Чукотке, а последними – на американской Аляске. При переезде линии изменения даты с запада на восток (например, из Азии в Америку) путешественникам приходится два раза считать одно и то же число, а при обратном переезде – пропускать одно число.

Будет ли 2100 год високосным?

Основной единицей времени в современном календаре является тропический (солнечный) год, в течение которого завершается полный цикл изменений склонения Солнца и, следовательно, полная смена времен года. Современный календарь берет начало от юлианского календаря, который был разработан астрономом Созигеном из Александрии и введен в Риме в 46 году до нашей эры Юлием Цезарем (отсюда название). Средняя продолжительность года в юлианском календаре была принята равной 365,25 суток, что соответствовало известной в то время длине тропического года. Для удобства три года подряд считали по 365 дней, а четвертый (високосный) – 366 дней. Этот добавочный день включался в год, число лет которого кратно четырем. Впоследствии, однако, выяснилось, что юлианский календарь не полностью соответствует движению Солнца и смене времен года, «отставая» от них на трое суток за 400 лет. К концу XVI века отступление календаря от астрономических явлений достигло десяти дней. В 1582 году на основе буллы римского папы Григория XIII в ряде европейских стран был принят так называемый григорианский календарь, разработанный итальянским математиком Лилио (Луиджи Лилио Джиральди) и баварским астрономом-иезуитом Кристофером Клавием. Счет дней передвинули на 10 суток вперед (день после четверга 4 октября 1582 года предписывалось считать пятницей 15 октября). Чтобы в дальнейшем за каждые 400 лет было не 100 високосных, а 97, договорились не считать високосными те столетние годы (годы с двумя нулями на конце), в которых число сотен (две первые цифры) не делится без остатка на 4. Таким образом, годы 1700, 1800, 1900 не были високосными, год 2000 был високосным, а 2100-й – не будет високосным. Средняя продолжительность календарного года стала равной 365,2425 суток, тогда как продолжительность тропического года – 365,24219879 суток (календарный год длиннее истинного на 26 секунд). Поэтому расхождение григорианского календаря со счетом тропических годов достигает одних суток лишь по истечении 3300 лет, что вполне приемлемо для практических целей.

Чем современный астрономический счет лет до нашей эры отличается от гражданского?

В настоящее время в международных отношениях и в научных вопросах все народы мира употребляют григорианский календарь и счет лет от «рождества Христова». В гражданском счете лет перед «первым годом нашей эры» находится «первый год до нашей эры». В астрономическом же счете первому году нашей эры предшествует нулевой год, который следует за минус первым и т. д. Это позволяет астрономам сохранить правило определения високосных годов на все время, охватываемое историей человечества. Таким образом, например, Александр Македонский, с точки зрения историка, родился в 356 году до нашей эры, а точки зрения астронома – в минус 355 году.

Что такое юлианские дни?

При исследовании различных периодических астрономических явлений (например, изменений блеска переменных звезд) пользуются предложенным в 1583 году Жозефом Скалигером для целей истории и хронологии особым счетом дней так называемого юлианского периода, или юлианских дней. В этой системе каждый момент времени обозначается количеством суток (с учетом их дробной части), прошедших с начала текущего юлианского периода. В качестве точки отсчета принят гринвичский полдень (12 часов всемирного времени) 1 января 4713 года до нашей эры по юлианскому календарю (минус 4712 года по астрономическому счету лет). Каждый день при этом счете имеет свой порядковый номер. Юлианские сутки начинаются в средний гринвичский полдень. Так, например, юлианская дата 2 452 200,5 соответствует 0 часов по Гринвичу 18 октября 2001 года. И, наоборот, 3 часа ночи в Гринвиче 18 октября 2001 года соответствуют юлианской дате 2 452 200,625. Продолжительность юлианского периода равна 7980 лет, конец первого юлианского периода придется на 23 января 3268 года по григорианскому календарю.

Где находится центр масс системы Земля – Луна?

Центр масс системы Земля – Луна, так называемый барицентр, находится на расстоянии 4672 километра от центра Земли по направлению к Луне, то есть на глубине приблизительно 1700 километров под поверхностью Земли. Строго говоря, по эллиптической орбите вокруг Солнца движется не Земля, а барицентр, при этом Земля и Луна обращаются относительно барицентра, совершая полный оборот за лунный месяц.

В чем причина морских приливов и отливов?

Периодическое повышение и понижение уровня моря, известное как приливы и отливы, происходит из-за гравитационной силы, которой Луна воздействует на Землю. Сила тяготения Солнца тоже оказывает влияние на приливы и отливы, но в значительно меньшей степени. Чтобы ощутить гравитационное влияние Луны на Землю, нужно измерить разницу лунного притяжения в разных точках Земли. Она невелика: ближайшая к Луне точка земного шара притягивается к ней на 6 процентов сильнее, чем наиболее удаленная. Эта разница сил растягивает нашу планету вдоль направления Земля – Луна. А поскольку Земля вращается относительно этого направления с периодом около 25 часов (точнее, 24 часа и 50 минут), по нашей планете с таким же периодом пробегает двойная приливная волна – два «горба» в направлении растягивания и две «долины» между ними. Высота этих «горбов» невелика: в открытом океане она не превосходит двух метров, а максимальная амплитуда приливов в земной коре (на экваторе) составляет всего 43 сантиметра. Поэтому мы не замечаем приливов ни в океане, ни на суше. И только на узкой береговой полосе можно заметить приливы и отливы. Благодаря своей подвижности океанская вода, набегая приливной волной на берег, может по инерции подняться на высоту до 17 метров. Подобным же образом действует на Землю и Солнце – более массивное, но и более далекое, чем Луна. Высота солнечных приливов вдвое меньше, чем лунных. В новолуние и полнолуние, когда Земля, Луна и Солнце лежат на одной прямой, лунные и солнечные приливы складываются. А в первую и последнюю четверти Луны эти приливы ослабляют друг друга, поскольку «горб» одного приходится на «впадину» другого. Максимальные лунно-солнечные приливы больше минимальных в 3 раза. Те и другие повторяются каждые 14 дней. Лунно-солнечные приливы имеют место также в земной атмосфере, создавая колебания атмосферного давления на поверхности Земли в несколько миллиметров ртутного столба. Лунно-солнечные приливы – явление весьма заметное и важное в жизни Земли. Например, под их влиянием Земля постепенно замедляет свое вращение и продолжительность суток увеличивается (около 0,0016 секунды за 100 лет). Еще сильнее действует земная приливная сила на Луну: она уже давно замедлила свое суточное вращение настолько, что постоянно обращена к нам одной стороной.

В чем усматривал причину морских приливов и отливов Галилей?

Причиной морских приливов и отливов Галилео Галилей ошибочно считал суточное и годичное движение Земли. Представим себе, говорил Галилей, лодку, доставляющую пресную воду в Венецию. Если скорость этой лодки меняется, то содержащаяся в ней вода устремляется по инерции к корме или к носу, поднимаясь там. Земля подобна этой лодке, а неравномерность движения обязана сложению двух движений Земли – суточного и годичного. Галилей знал о выдвинутой Кеплером гипотезе, что приливы и отливы обусловлены притяжением Луны и Солнца, но объявил ее «легкомысленной».

Насколько чувствительны сейсмометры, установленные астронавтами на поверхности Луны?

Чувствительность сейсмометра, установленного на поверхности Луны астронавтами Нейлом Армстронгом и Эдвином Олдрином, позволяла зафиксировать падение на лунную поверхность камня размером с горошину на расстоянии километра от места расположения прибора. Столь высокая чувствительность сейсмометра привела к курьезу. Как только прибор был включен, присутствовавшие в Центре управления полетом (в предместье техасского города Хьюстона) с удивлением увидели его сообщение о частых лунотрясениях в виде серий толчков. Вскоре, однако, выяснилось, что это не результат беспокойства лунных недр, – поверхность нашего спутника сотрясали шаги двух астронавтов, которые, установив и включив прибор, удалялись к космическому кораблю. Впоследствии на лунной поверхности были оставлены еще четыре сейсмометра. Все они (вместе с первым) сообщили о многочисленных сотрясениях внутри Луны, развеяв представление о том, что геологическая активность на нашем естественном спутнике давно прекратилась. За год на Луне происходит от 600 до 3000 сейсмических событий. Было выявлено четыре вида лунотрясений – приливные, тектонические, метеоритные и термальные. Каждые две недели, когда Луна оказывается на одной прямой с Землей и Солнцем, приливные силы приводят к возникновению лунотрясений на глубине 800—1000 километров.

Во сколько раз космонавт на поверхности Луны весит меньше, чем на поверхности Земли?

Ускорение свободного падения на поверхности Луны равно 1,622 метра в секунду за секунду, что составляет 16,5 процентов (или приблизительно ¹/₆) от ускорения свободного падения на поверхности Земли. Таким образом, космонавт на поверхности Луны весит приблизительно в 6 раз меньше, чем на поверхности Земли.

Во сколько раз Луна меньше Земли по размерам и массе?

Средний экваториальный диаметр Луны равен 3474,8 километра и составляет 27,24 процента (немногим более ¹/₄) земного. В связи с этим площадь лунной поверхности составляет 7,4 процента (¹/_13,5) от площади земной поверхности, а объем Луны – всего 2 процента (¹/₅₀) от объема Земли. Масса Луны равна 73,483 квинтиллиона (миллиарда миллиардов) тонн и составляет 1,23 процента (¹/₈₁₃) от массы Земли. Различие относительных объема и массы Луны (¹/₅₀ и ¹/_81,3) обусловлено тем, что средняя плотность Луны (3,34 грамма на кубический сантиметр) в 1,65 раза меньше средней плотности Земли.

Как велик суточный перепад температуры на поверхности Луны?

Суточный перепад температуры на поверхности Луны весьма велик: температура опускается до минус 170 градусов Цельсия в ночное время и поднимается до плюс 130 градусов Цельсия, когда Солнце в лунном зените. Тем не менее на глубине всего около метра под поверхностью температура почти постоянна – около минус 15 градусов Цельсия. Объясняется это исключительно низкой теплопроводностью лунной поверхности, которая на глубину до 1,5–2 метров состоит из очень пористого вещества реголита. Этот покрывающий коренные скальные породы мелкообломочный материал образовался за счет выбросов раздробленной породы при ударных взрывах во время падения метеоритов. Указанные взрывы вызвали дробление коренных пород и спекание мелких обломков в вакууме в шлакоподобную массу.

Какую часть лунной поверхности можно увидеть с Земли?

Период вращения Луны вокруг своей оси в точности равен периоду ее обращения вокруг Земли, а потому она всегда «смотрит» на нас одной своей стороной. Другую сторону мы с Земли никогда не видим, если не считать того, что вследствие эллиптичности лунной орбиты и небольшого наклона ее экватора к плоскости орбиты Луна для земного наблюдателя как бы несколько качается, предоставляя нам возможность немного заглядывать за ее видимый край то с одной, то с другой стороны. Благодаря этому мы можем обозреть с Земли (разумеется, не одновременно) 59 процентов всей лунной поверхности. Невидимая с Земли часть поверхности Луны составляет 41 процент всей ее поверхности, а 18 процентов всей поверхности то видимы, то невидимы.

Что случилось бы на Земле, если бы у нашей планеты не оказалось Луны?

Гравитационное влияние Луны оказывает огромное влияние на многие процессы, происходящие на Земле. Французский астроном Ж. Ласкар попытался на основе математического моделирования оценить, что случилось бы на Земле, если бы у нашей планеты не оказалось Луны. Главный вывод, который сделал ученый, – притяжение Луны стабилизирует климат нашей планеты. Одним только соседством с Землей Луна ограничивает колебания оси земного шара относительно плоскости эклиптики. Наклон оси, как известно, определяет смену времен года, то есть количество солнечной энергии, поступающей на те или иные широты в Северном и Южном полушариях. Расчеты Ж. Ласкара показали, что, не будь Луны, ось земного шара могла бы менять свой наклон по отношению к плоскости эклиптики в очень значительных пределах – от 0 до 85 градусов (в настоящее время ось наклонена на 23,5 градуса). При угле наклона 85 градусов картина была бы такая: Солнце подолгу стояло бы почти в зените над одним из земных полюсов, а противоположное полушарие столь же долго оставалось бы погруженным во тьму. Разность температур в полушариях вызвала бы чудовищные по силе ураганы и дожди, не уступающие по силе библейскому потопу. Правомерен даже такой драматический вопрос: а зародилась бы вообще жизнь на нашей планете, не будь у нее спутника – Луны?

В каком диапазоне Луна ярче Солнца?

Луна гораздо ярче Солнца, если смотреть на нее с помощью гамма-телескопа, улавливающего только гамма-лучи. Гамма-излучение – это коротковолновое электромагнитное излучение, на шкале электромагнитных волн граничащее с жестким рентгеновским излучением, занимая область более высоких частот. Гамма-излучение Луны обусловлено потоками космических лучей, которые, ударяясь о поверхность Луны, порождают его. Добраться же до поверхности Солнца космические лучи не в состоянии, так как их отклоняет мощное магнитное поле светила. Оно же не выпускает во внешнее пространство и гамма-лучи, возникающие в ходе ядерных реакций, протекающих в солнечных недрах. Земная атмосфера полностью непрозрачна для гамма-лучей, поэтому развитие гамма-астрономии (в том числе обнаружение гамма-излучения Луны) стало возможным только благодаря развитию космической техники.

Какие затмения случаются чаще – солнечные или лунные?

В год может произойти от двух до пяти солнечных затмений (максимальное число солнечных затмений – пять – имело место в 1935 году и следующий раз повторится лишь в 2206 году). Лунных затмений на протяжении года может не быть вовсе (примерно каждые пять лет), а максимальное их число в год – три. Общее число солнечных и лунных затмений в год не может превышать семи: либо пять солнечных и два лунных, либо четыре солнечных и три лунных. В целом солнечные затмения случаются в 1,5 раза чаще лунных. Почему же за свою жизнь человек видит гораздо больше лунных затмений, чем солнечных? Это происходит оттого, что лунное затмение видно на всей половине Земли, обращенной к Луне, а солнечное – только в сравнительно узкой полосе затмения (не шире 270 километров). Поэтому для любого места на Земле солнечные затмения происходят в среднем раз в 200–300 лет. Так, например, в Москве ближайшее полное солнечное затмение произойдет лишь 16 октября 2126 года.

Какой диаметр имеет самый большой лунный кратер?

Преобладающим типом образований на лунной поверхности являются метеоритные кратеры самых разных размеров: от сотен километров до нескольких десятков сантиметров в диаметре. Самый большой из них – кратер Байи – имеет диаметр 300 километров. Для сравнения: крупнейший из предполагаемых земных ударных кратеров (в Садбери, Канада) имеет диаметр 140 километров.

Почему один из лунных кратеров назван в честь Яна Гевелия?

Поляк Ян Гевелий (1611–1687), строго говоря, не был профессиональным астрономом. Получив образование юриста, он был городским советником в Гданьске. Но еще с гимназических лет Гевелий увлекся астрономией и именно в этой области увековечил свое имя. Один из лунных кратеров назван в честь Гевелия, потому что именно он первым составил первые точные детальные и художественно выполненные карты Луны, дал название многим деталям поверхности Луны, открыл оптическую либрацию Луны (видимые периодические маятникообразные колебания Луны относительно ее центра).

Почему кратер Тихо иногда называют «столичным» кратером Луны?

Кратер Тихо вполне рядовой по диаметру (82 километра). Он не заслуживал бы особого внимания, если бы не совершенно уникальная система светлых лучей, радиально расходящихся от этого кратера по огромной территории видимого с Земли полушария Луны. Вероятно, по этой причине астрономы называют его «столичным» кратером Луны. Более сотни лучей расходятся от кратера по дугам больших кругов, совершенно не считаясь с особенностями рельефа. Некоторые из лучей простираются в длину на тысячи километров и видны даже невооруженным глазом, особенно в полнолуние. Кратер Тихо и его лучевая система – свидетельство грандиозной катастрофы, вызванной, вероятно, падением крупного метеорита и охватившей почти треть видимого полушария Луны.

Что представляют собой лунные моря?

Зарождение селенографии (дисциплины, изучающей поверхность Луны) связано с первыми телескопическими наблюдениями Галилея в августовские ночи 1609 года. Увиденное привело его к выводу, что на Луне могут существовать моря и океаны в земном смысле этих слов. Поэтому со времен Галилея темные пятна на Луне стали называть морями, а самое крупное из них – океаном. И хотя позже выяснилось, что на Луне нет ни капли воды, традиция сохранилась. В современной селенографии принято выделять области двух типов: светлые – материковые (занимают 83 процента всей поверхности) и темные – морские (составляют 17 процентов). Материки – это области, находящиеся выше среднего уровня поверхности. Обычно они освещены гораздо лучше, чем моря, и покрыты кратерами разных размеров, часто накладывающимися друг на друга. Моря – это углубления с ровным дном, то есть области, расположенные ниже среднего уровня поверхности. В лунных морях мало кратеров, поэтому они выглядят гладкой равниной. Моря плохо отражают солнечный свет и кажутся темными.