О времени, пространстве и других вещах - Айзек Азимов

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 1/7 секунды 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.

Число градусов к западу от южного края меридиана (или к востоку от северного края, это зависит от используемой системы) называется азимутом. (Слово также пришло к нам из арабского языка. От него же произошло слово зенит.)

Если принять, что север имеет азимут 0°, тогда восток имеет азимут 90°, юг — азимут 180° и запад — азимут 270°. Вот и все.

А как насчет меня?

Мой азимут — Айзек, поверьте мне.

Глава 4

Небесный зоопарк

20 июля 1963 года произошло полное затмение Солнца. Его можно было наблюдать в некоторых районах штата Мэн, но из моего дома было видно далеко не все. Чтобы получить возможность наблюдать картину полностью, мне пришлось бы проехать 200 миль, надеясь, что не помешают облака, а затем вернуться обратно, проведя много времени в дорожных пробках из обитателей Новой Англии, одержимых желанием увидеть редкое событие во всех деталях.

Я решил никуда не ехать (и оказался прав, так как облака сильно мешали обзору) и наблюдал затмение со своего заднего двора. С моего наблюдательного пункта затмение не было полным — только 95 %. Между прочим, разница между 95 %-ным и полным затмением весьма значительная, как между озером и океаном. Поэтому я не могу назвать полученное впечатление неизгладимым.

Полное затмение происходит тогда, когда Луна полностью заслоняет собой Солнце. Следует отметить, что Луна достаточно велика, чтобы заслонить собой Солнце (иногда), чтобы наступила временная ночь и появились звезды. И в то же время она достаточно мала, чтобы в моменты потемнения (при затмении) оставалась видна корона, особенно самые яркие ее части вокруг Солнца.

Видимые размеры Солнца и Луны зависят от их действительных размеров и расстояния от нас. Диаметр Луны — 2160 миль, а диаметр Солнца — 864 000 миль. Отношение диаметра Солнца к диаметру Луны 864 000 : 2160 = 400. Если бы оба небесных тела находились от нас на одинаковом расстоянии, Солнце было бы в 400 раз больше Луны. При таких гигантских расстояниях увеличение расстояния вдвое так же вдвое уменьшает видимый диаметр. Расстояние до Луны около 238 000 миль, а до Солнца — 93 000 000 миль. Отношение этих расстояний 93 000 000 : 238 000 = 390. Видимый диаметр Солнца уменьшается в этой же пропорции.

Другими словами, налицо взаимовлияние двух факторов. Больший диаметр Солнца уменьшается пропорционально расстоянию, в результате чего мы видим Луну и Солнце практически одинаковыми. Видимый угловой диаметр Солнца составляет примерно 32 минуты, а Луны — 31 минуту. Так как градус равен 60 минутам, Луна и Солнце имеют диаметр примерно полградуса.

Приведенные значения являются средними, поскольку Луна и Земля движутся по эллиптическим орбитам. Луна то приближается к Земле, то снова удаляется от нее, поэтому ее видимые размеры немного меняются. И Земля периодически приближается к Солнцу, а потом снова удаляется, поэтому его видимые размеры также не всегда одинаковые. Изменение видимого диаметра составляет около 3 % для Солнца и 5 % для Луны, что незаметно для подавляющего большинства случайных наблюдателей.

Луна и Солнце так идеально подходят друг другу по чистейшей случайности. Этому факту нет никаких видимых причин. Можно утверждать, что Земле просто повезло, причем единственной из всех планет. Если же предположения современных астрономов верны и Луна постепенно удаляется от Земли, то в прошлом Луна была слишком велика для идеального полного затмения, а в будущем станет чересчур мала.

Конечно, за это соответствие надо платить. Если два тела имеют приблизительно равные видимые размеры, то затмение будет полным ограниченный промежуток времени. Другими словами, когда Луна закрывает крайний участок Солнца (продолжая двигаться), с другой стороны начинает появляться начальный участок Солнца. При самых благоприятных условиях, когда Луна находится к нам ближе всего (поэтому имеет самые большие видимые размеры), а Солнце максимально удалено от нас, имея минимальные видимые размеры, затмение может продлиться 7,5 минут.