Древние представления о космосе и о форме Земли: теория гравитации Лесажа

Древние греки

Я предположил, что Земля плоская. Например, древнегреческий философ Фалес Милетский, живший в шестом веке до нашей эры, придерживался этого мнения как о плоском диске, окруженном недоступным для человека морем, из которого они выходят каждый вечер и в котором звезды заходят каждое утро. Каждое утро бог солнца Гелиос (позже отождествленный с Аполлоном) поднимался с восточного моря на золотой колеснице и продвигался по небу.

Египет

Мир в представлениях древних египтян: внизу — Земля, вверху — богиня неба; слева и справа: корабль бога солнца, показывающий путь солнца по небу от восхода до заката.

Эллипсоид вращения

С эллипсоидом вращения все понятно — эта фигура напоминает шар, сплющенный снизу и сверху. То, что форма Земли — эллипсоид, вполне объяснимо: центробежные силы возникают из-за вращения нашей планеты на экваторе, а их нет на полюсах. В результате вращения, а также центробежных сил Земля «раздувается»: экваториальный диаметр планеты примерно на 50 км больше полярного.

Небесная твердь

На протяжении многих веков люди были уверены, что небо твердое. Схоласты буквально истолковали библейские описания «тверди небесной». Святой Августин описал этот «небосвод» как пространство, которое поддерживает облака на сфере огня.

Этого мнения придерживались и многие средневековые астрономы. Например, Коперник писал, что, хотя Земля не является центром Вселенной, это центр тяжести своей собственной сферы.

Впервые сомнения в существовании гигантской сферы вокруг Земли выразил еще в 15 веке Николай Кузанский. Он также был первым, кто предположил бесконечность Вселенной.

Позже Джордано Бруно в своих научных трудах начал демонстрировать, что «небесного небосвода» не существует. Увы, кончилось для него плохо… В 1592 году Бруно судила инквизиция за богохульство, а 8 февраля 1600 года его сожгли на костре…

Индия

Древние индейцы представляли Землю как полушарие, поддерживаемое четырьмя слонами. Слоны стояли на огромной черепахе, плавающей в молочном море. Все эти животные были закутаны в кольца черной коброй Шешу, и тысячи ее голов поддерживали Вселенную.

Для чего нужно знать точную форму Земли?

Зачем нужно так точно знать его форму? Чем не удовлетворяет ученых сферическая форма Земли? Стоит ли усложнять картину геоидом и эллипсоидом вращения? Да, в этом есть острая необходимость: формы, близкие к геоиду, помогают создавать наиболее точные сетки. Ни астрономические исследования, ни геодезические изыскания, ни различные системы спутниковой навигации (ГЛОНАСС, GPS) не могут существовать и проводиться без определения достаточно точной формы нашей планеты.

Различные системы координат

В настоящее время в мире существует несколько трехмерных и двумерных систем координат с глобальными значениями, а также несколько десятков локальных. У каждого из них своя форма Земли. Это приводит к тому, что координаты, которые определялись разными системами, немного отличаются. Интересно отметить, что для их расчета в точках, расположенных на территории страны, удобнее будет взять форму Земли в качестве опорного эллипсоида. Теперь это установлено даже на самом высоком законодательном уровне.

Теория гравитации Лесажа

В 1690 году швейцарский математик Никола Фатио де Дуйе и в 1756 году Жорж Луи Лесаж в Женеве предложили простую кинетическую теорию гравитации, которая дала механическое объяснение уравнению сил Ньютона. В связи с тем, что работа Фатио не была широко известна и долгое время оставалась неопубликованной, именно описание теории Ле Сажа стало темой растущего интереса в конце 19 века, когда эта теория изучалась в контексте новая кинетическая теория газов.

Теория утверждает, что сила тяжести является результатом движения крошечных частиц, движущихся с высокой скоростью во всех направлениях во Вселенной. Предполагается, что скорость потока частиц одинакова во всех направлениях. В этом случае кажущееся притяжение между телами в этой теории на самом деле является уменьшенным давлением на тело со стороны других тел.

По этой причине эту теорию иногда называют «толкающей гравитацией» или «теневой гравитацией», хотя более распространенное название — «Le Sage Gravity».

Это механическое объяснение гравитации никогда не получало широкого признания, и в начале 20 века теория в целом считается опровергнутой, в основном из-за проблем, поднятых Максвеллом и Пуанкаре. Более того, во втором десятилетии 20-го века Альберт Эйнштейн создал общую теорию относительности, хотя признание пришло немного позже. Хотя теория Ле Сажа все еще изучается некоторыми исследователями, основное научное сообщество не считает ее жизнеспособной.

Огненные кометы

Ученые могут иногда ошибаться в своих открытиях в пространстве, но, как вы знаете, «традиция иллюзий» существует уже давно. Древние астрологи пытались сделать определенные выводы из своих наблюдений, и многие из их выводов актуальны на протяжении достаточного количества столетий.

В западной космологии, например, кометы считались огненными шарами и часто ассоциировались со смертью и хаосом.

Слово «комета» происходит из греческого языка, что означает «длинная звезда».

Аристотель выдвинул гипотезу о наличии газовых сфер в атмосфере Земли, которые могут периодически воспламеняться, создавая кометы. Эта точка зрения сохранялась до 1577 года.

Наконец, астроном Туко Браге на основе регулярных измерений и проверок пришел к выводу, что кометы находятся далеко за пределами Луны. Это привело к нашему нынешнему представлению о кометах, которые мы видим как твердые сферы из льда и пыли, вращающиеся вокруг Солнца. При нагревании часть льда превращается в газ, образуя легкое облако, окружающее комету и плавный хвост.

Кто изучал геоиды?

Обратите внимание, что само понятие «геоид» было введено Иоганном Листингом (на фото ниже), физиком и математиком, в 1873 году.

Под ним, что по-гречески означает «вид на Землю», означало фигуру, образованную поверхностью Мирового океана, а также соприкасающимися с ним морями, со средним уровнем воды, без возмущений от приливов, течений и т а также перепады атмосферного давления и т д. Когда говорят, что такая-то высота над уровнем моря, это означает высоту от поверхности геоида в этой точке земного шара, несмотря на то, что в этом месте нет моря, а от него несколько тысяч километров.

В дальнейшем понятие геоида неоднократно уточнялось. Так, советский ученый М.С. Молоденский создал свою теорию определения гравитационного поля и формы Земли по измерениям, произведенным на ее поверхности. Для этого он разработал специальный прибор, измеряющий силу тяжести — подпружиненный гравиметр. Именно он также предложил использовать квазигеоид, который определяется значениями, принимаемыми гравитационным потенциалом на поверхности Земли.

Статистическая Вселенная

В 1948 году Герман Бонди, Томас Голд и Фред Хойл предположили, что Вселенная всегда существовала и всегда находилась в стабильном состоянии. Более того, они яростно заявляли, что Большого взрыва не было и быть не может. В качестве доказательства расширения Вселенной статистическая теория смогла объяснить этот рост.

Трое ученых предположили, что новая материя постепенно накапливалась, заполняя пустые области, появившиеся в результате расширения Вселенной.

Хойл сравнил вселенную со спокойной рекой, в которую текут свежие ручьи, но река остается такой, какой была.

Раньше ученые часто спорили: существует ли Вселенная постоянно или было время, когда она формировалась? Было ли оно статичным или возникло в результате Большого взрыва? В 1960-х годах от теории статической Вселенной отказались. Даже тогда существование далеких галактик было очевидным, что помогло поддержать гипотезу о том, что космические объекты также различаются по возрасту друг от друга.

Арно Пензиас и Роберт Уилсон позже определили радиационный фон Большого взрыва. Статическая теория не могла объяснить происхождение Вселенной, поэтому от нее отказались.

Подробнее о геоиде

Если сила тяжести измеряется в 100 км от гор, отвес (т. Е. Груз на веревке) будет отклоняться в их направлении. Это отклонение от вертикали незаметно для наших глаз, но легко обнаруживается приборами. Подобная картина наблюдается везде: отклонения отвеса где-то больше, где-то меньше. И помните, что поверхность геоида всегда перпендикулярна отвесу. Отсюда ясно, что геоид — очень сложная фигура. Чтобы лучше представить его, вы можете сделать следующее: вылепить шар из глины, затем сжать его с обеих сторон, чтобы получилось сплющивание, затем пальцами нарисуйте на получившемся эллипсоиде неровности и вмятины. Скомканный таким образом сплющенный шар покажет форму нашей планеты вполне реалистично.

Апокалипсис 2012 года

Несостоятельность этой теории, когда-то пугавшей многих жителей Земли, подтверждена временем.

Не только древние неверно истолковали астрономические данные. В начале 21 века ходили слухи, что декабрь 2012 года станет концом света. Те, кто верит в это, ссылаются на календарь майя как на свидетельство, указывающее на положение Солнца относительно нашей галактики. К счастью для нас, это свидетельство было основано на неправильном понимании как майя, так и космоса.

Как и наш современный календарь, календарь майя повторяется, но не каждые 12 месяцев, его цикл составляет 52 года. Длинные периоды можно подсчитать с помощью «Длинного счета»: чуть более 5000 лет. Эта эпоха заканчивается в декабре 2012 года, но календарь на этом не заканчивается.

Однако эта теория была настолько распространена, что даже использовалась в фильмах и телепередачах.

Чтобы еще больше усугубить ситуацию и развить чувство обреченности, они говорили о страхе, что «конец календаря майя» совпадает с выравниванием Солнца, Земли и центра Млечного Пути. Однако из-за постоянного движения Солнца и Земли это происходит каждый день, а не только в 2012 году, и без катаклизмов.

Вавилон. Нынешний Ирак. в тех краях

Жители Вавилона представляли себе Землю как гору, на западной стороне которой находится Вавилон. Они знали, что к югу от Вавилона есть море, а к востоку — горы, которые они не осмеливались переходить. Поэтому им казалось, что Вавилон находится на западной стороне «мировой» горы. Эта гора окружена морем, и на море, как перевернутая чаша, покоится твердое небо — небесный мир, где, как и на Земле, есть земля, вода и воздух. Небесный материк — это пояс 12 созвездий Зодиака: Овен, Телец, Близнецы, Рак, Лев, Дева, Весы, Скорпион, Стрелец, Козерог, Водолей, Рыбы. В каждом из созвездий Солнце находится ежегодно около месяца. Солнце, Луна и пять планет движутся по этой полосе Земли. Под Землей бездна — ад, куда нисходят души умерших. Ночью Солнце проходит через эти недра от западного края Земли до восточного края, чтобы утром начать свое дневное путешествие по небу. Наблюдая за закатом солнца над морским горизонтом, люди думали, что оно вошло в море, а также поднялось из моря. Поэтому наблюдения за природными явлениями лежали в основе идей древних вавилонян на Земле, но ограниченные знания не позволяли правильно объяснить их.

Самые известные теории о том, что Земля круглая

Вернемся к истории первых дней. Сомнения в том, что у Земли ровная поверхность, не оставили специалистов. В таком случае, рассуждали они, небесные тела должны находиться в одной зоне видимости, а время суток должно совпадать во всех уголках планеты.

Однако солнце в разных диапазонах и на разных широтах продолжало восходить и заходить в разное время, а звезды, которые ярко сияли в одном месте, были невидимы в другом. Все это доказало: Земля имеет любую форму поверхности, кроме плоской.

В V-VI веках до нашей эры Пифагор подробно описал впечатления моряка от путешествий по Средиземному морю. Это был настоящий дневник наблюдений, который ученый тщательно проанализировал. Именно на основе этих историй ученый предположил, что Земля может напоминать большой шар.

В четвертом веке до нашей эры Аристотель высказался в пользу сферической формы. Он привел три классических доказательства:

1. Когда затмение происходит на Луне, которая находится близко к Земле, тень, отбрасываемая нашей планетой, имеет дугообразный контур. Это может произойти только в том случае, если объект, падающий на свет, является шаром.
2. Корабли, выходящие из моря, не «растворяются» постепенно по мере удаления, а как бы падают в воду, приближаясь к горизонту.
3. Звезды, на которые люди так любят смотреть, позволяют любоваться ими в одной части Земли, в то время как в другой они остаются невидимыми.

То, что наша планета представляет собой шар, одним из первых продемонстрировал древнегреческий ученый Эратосфен. Свои выводы он делал с помощью специально сконструированного столба, который при воздействии солнечного света отбрасывает тень.

Наблюдая за положением Солнца одновременно в нескольких населенных пунктах, ученый смог измерить высоту Солнца в зените и сравнить показатели между собой.

Оказалось, что точки положения Солнца относительно земной поверхности наклонены друг относительно друга. Это доказало, что планета имеет округлую форму. Эратосфену даже удалось измерить половину диаметра земного шара. Удивительно, но современные расчеты почти совпали с расчетами древнего ученого. Размер Земли в радиусе и сегодня составляет почти 6400 километров.

Есть версии исследователей, что форма планеты не идеально круглая, а неправильная, в местах сглаженных сторонами. Он даже больше похож на эллипс, хотя на космических снимках этого не видно.

Стоит помнить, что Ньютон также утверждал, что окружность земной сферы — это не та фигура, которую современный школьник может нарисовать с помощью циркуля. Современные космические открытия и измерения показали, что диаметр Земли не везде одинаков.

В 19 веке немецкий математик и астроном Фридрих Бессель смог вычислить лучи в местах сжатия планеты. Исследователи использовали эти данные до 20 века.

Уже в наше время советский ученый Феодосий Красовский представил академическому сообществу более точные измерения. Согласно этим данным, разница между экваториальным и полярным радиусами составляет 21 километр.

И, наконец, согласно последним научным гипотезам, планета имеет форму так называемого геоида. Она везде разная и зависит от высоты возвышенностей на ней, глубины впадин и интенсивности движения воды в Мировом океане.

Однако тот факт, что наша планета имеет форму объемного круга, уже давно не подвергается сомнению. И наличие множества существующих версий этой проблемы доказывает: Земля — ​​уникальный космический объект, загадки которого пытаются разгадать до сих пор.

Размеры и форма Земли и другие её характеристики

Истинная поверхность Земли со всеми ее горами и впадинами не совпадает с поверхностью геоида и находится от него в нескольких километрах. Фактическая поверхность планеты с ее горами и впадинами постоянно подвергается действию гравитации, которая пытается выровнять ее и привести в соответствие с плоской поверхностью.

Работа по расчету размеров Земли, проведенная под руководством Ф. Н. Красовского (1940-1946), показала, что разница между геоидом и сфероидом невелика, и для картографо-геодезических работ в СССР значения были принял земной эллипсоид, получивший свое название от главы исследования. Размеры эллипсоида Красовского следующие:

• экваториальный радиус — a = 6378,2 км;
• полярный радиус — b = 6356,8 км;
• полярное сжатие — (ab): a = 1/298;
• длина меридиана 40008,5 км;
• длина экватора — 40 075,7 км;
• поверхность Земли составляет 510 миллионов км².

Анализируя пространственные изображения Земли, было установлено, что северный полярный радиус на 30-100 м больше южного, что несколько отличается от данных эллипсоида Красовского и не имеет значения для практического применения. Но благодаря уточнению размеров оказалось, что Земля имеет форму кардиоиды. Однако для анализа большинства географических процессов Землю в целом можно принять за шар.

Вулкан – гипотетическая планета

Орбита Меркурия имеет очень необычную форму, и эту загадку астрономы неоднократно пытались решить еще в 19 веке. Так, в 1846 году Урбен Жан Жозеф Леверье, предсказавший существование Нептуна, предположил, что за Меркурием стоит другая планета. Ей дали имя Вулкан. Но увидеть эту дополнительную планету никак не удавалось…

Наконец, астроном-любитель Эдмон Модест Лекарбол утверждал, что наблюдал Вулкан 6 марта 1859 года. Была разработана «программа» последующего появления планеты, но они этого не ожидали… Особенно надеялись на его появление во время затмения 1878 года.

Самым преданным «поклонником» Вулкана был Джеймс Крейг Уотсон, который попытался построить подземную обсерваторию, которая позволила бы наблюдать вращение небесных тел среди бела дня. Однако астрономам не удалось визуально обнаружить гипотетический вулкан.

Спустя столетие в своей общей теории относительности Эйнштейн смог объяснить противоречивую орбиту Меркурия: огромная гравитация Солнца фактически искривила пространство, в результате чего произошли такие изменения.

Особенности фигуры под названием «геоид»

Чрезвычайно сложная фигура — геоид. Он существует только в теории, но на практике его нельзя ни потрогать, ни увидеть. Вы можете представить себе геоид в виде поверхности, сила тяжести в каждой точке направлена ​​строго вертикально. Если бы наша планета была обычным шаром, равномерно заполненным каким-либо веществом, то отвес в любой точке смотрел бы в центр шара. Но ситуация осложняется тем, что плотность нашей планеты неравномерна. Кое-где тяжелые скалы, где-то по всей поверхности разбросаны пустоты, горы и впадины, даже равнины и моря распределены неравномерно. Все это изменяет гравитационный потенциал в каждой конкретной точке. Тот факт, что земной шар представляет собой геоид, также является причиной эфирного ветра, который дует на нашу планету с севера.

Земля – центр или геоцентрическая система мира

Когда древние смотрели на небо, они видели небесное тело, движущееся над ними. Солнце встало на востоке и зашло на западе. Звезды двигались предсказуемо. Небесная сфера, как им казалось, вращалась вокруг Земли. Итак, стоит ли удивляться, что наши предки считали планету центром Солнечной системы? Этой теории придерживались великие греческие философы, такие как Платон, а также Аристотель и Птолемей.

Птолемей изобразил наш мир в виде сферы, на внешней поверхности которой расположил звезды. Внутри неподвижная Земля покоится в центре, все планеты и Солнце движутся с постоянной скоростью вокруг нее по круговым орбитам. Споры возникли только относительно порядка планет.

Геоцентрическая модель просуществовала до 17 века, затем ее постепенно сменила гелиоцентрическая система Коперника. Его выводы, опубликованные в 1513 году, прямо противоречили принципам тогда чрезвычайно влиятельной католической церкви, которая поддерживала геоцентрическую теорию Аристотеля. Церковь запретила публикацию книги Коперника; запрет был снят в 1835 году.

Вкратце обе системы можно представить следующим образом: геоцентрическая система мира предполагает, что Земля считается центром Солнечной системы, гелиоцентрическая система отводит эту роль Солнцу.

В средние века геоцентрическая модель была признана единственно правильной, ее противники преследовались, как Галилей, и даже могли заплатить своей жизнью.

В 1992 году Ватикан официально признал гелиоцентрическую модель и сферичность Земли, но сторонники геоцентрической системы все еще есть.

Различные способы описания формы Земли

Форму планеты Земля можно описать двумя основными способами, а также несколькими производными способами. В большинстве случаев его можно принять за геоид или эллипсоид. Интересно, что второй вариант легко описывается математически, а первый принципиально никак не описывается, так как для определения точной формы геоида (а, следовательно, и Земли) производятся практические измерения силы тяжести в различных точках на поверхности нашей планеты.

Греки.

Известный древнегреческий ученый Аристотель (4 век до н.э.) первым использовал наблюдения лунных затмений для доказательства сферичности Земли. До него эту теорию, среди прочего, выдвинул Пифагор Самосский (в VI веке до нашей эры.)
Вот три факта:
* тень Земли, падающая на полную луну, всегда круглая. Во время затмений Земля поворачивается к Луне в разные стороны. Но только мяч всегда отбрасывает круглую тень.
** Корабли, удаляясь от наблюдателя в море, не теряются постепенно из виду из-за расстояния, а почти мгновенно как бы «тонут», исчезают за горизонтом.
*** некоторые звезды видны только из определенных частей Земли, в то время как для других наблюдателей они никогда не видны.
Клавдий Птолемей (2 век нашей эры) — древнегреческий астроном, математик, оптик, теоретик музыки и географ. В период с 127 по 151 год он жил в Александрии, где проводил астрономические наблюдения. Он продолжил учение Аристотеля о сферичности Земли.
Он создал свою собственную геоцентрическую систему Вселенной и учил, что все небесные тела движутся вокруг Земли в пустом пространстве мира.
Впоследствии система Птолемея была признана христианской церковью.

Наконец, выдающийся астроном древнего мира Аристарх Самосский (конец IV — первая половина III века до н.э.) высказал мысль о том, что не Солнце и планеты движутся вокруг Земли, а Земля и все планеты вращаются вокруг Солнца. Однако в его распоряжении было очень мало доказательств.
И польскому ученому Копернику понадобилось еще 1700 лет, чтобы доказать это.

Закон Боде

Ученые часто ошибаются в своем видении планет. А как насчет другого аспекта астрономии? Например, количество места в космосе? Как далеко друг от друга находятся планеты нашей солнечной системы? Можно ли математически рассчитать интервал?

В 1766 году профессор Иоганн Тициус считал, что он обнаружил пространственную взаимосвязь в положениях шести известных планет. Это было записано в виде математической формулы Иоганном Боде и опубликовано в 1768 году.

Многие современники Боде пытались проверить точность формулы, полученной от него, и, хотя им так и не удалось доказать ее истинность, тем не менее, в процессе поиска доказательств они обнаружили несколько ранее неизвестных астероидов.

По сравнению с тем, что мы теперь знаем о планетных расстояниях, формула Боде почти надежно описывает расстояние между планетами, расположенными около Солнца. Однако она далека от точности, когда речь идет о Нептуне и Платоне. Еще одна неточность формулы и закона в целом состоит в том, что они предполагали существование планеты между Марсом и Юпитером.

Хотя сегодня мы говорим, что формула ненадежна, но в то время, исходя из имеющихся в то время знаний, это не было необоснованным.

Можно ли считать, что Земля круглая?

Если смотреть издалека, планета Земля кажется почти идеально круглой. Наблюдатель, которого не интересует большая точность измерений, вполне может считать это таковым. Средний радиус Земли в этом случае составляет 6371,3 км. Но если мы, принимая форму нашей планеты в виде идеального шара, начнем производить точные измерения различных координат точек на поверхности, мы потерпим неудачу. Дело в том, что наша планета не является идеально круглым шаром.

Доказательства шарообразности Земли

В настоящее время научными доказательствами сферичности Земли считаются следующие.

1. Космические фотографии и измерения с искусственных спутников Земли с разных расстояний и точек траектории полета.
2. Измерения градусов на поверхности Земли.
3. Лунные затмения.

Снимок Земли из космоса

Свидетельства сферичности Земли, сформулированные в древности: постепенное скрытие предметов за горизонтом, увеличение зоны обзора при подъеме, изменение звездного неба, видимое при движении по меридиану, кругосветное путешествие, Освещение высоких объектов после захода солнца и перед восходом солнца говорит только о набухании Земли, а не о ее сферичности.

Коперник

Его гипотезы опровергли теорию древнегреческого ученого Птолемея, существовавшую почти 1500 лет. Согласно этой теории, Земля покоилась в центре Вселенной, а все планеты, включая Солнце, вращались вокруг нее.
Хотя учение Птолемея не могло объяснить многие астрономические явления, церковь на протяжении многих веков поддерживала незыблемость этой теории, потому что была ею вполне удовлетворена. Но Коперник не мог удовлетвориться одними только гипотезами, ему нужны были более веские аргументы, но на практике в то время было очень сложно доказать правильность его теории: не было телескопов, а астрономические инструменты были примитивными. Ученый, наблюдая за небом, сделал выводы об ошибочности теории Птолемея и с помощью математических расчетов убедительно доказал, что все планеты, включая Землю, вращаются вокруг Солнца.
Церковь не могла принять учение Коперника, так как оно разрушило теорию божественного происхождения Вселенной. Результат своих 40-летних исследований Никола Коперник представил в работе «О вращении небесных сфер», которая, благодаря усилиям его ученика Иоахима Ретика и Тидеманна Гизе, которые думали так же, была опубликована в Нюрнберге в 1543 мая.
Сам ученый на тот момент уже был болен: у него случился инсульт, в результате которого была парализована правая половина тела. 24 мая 1543 года после очередного кровоизлияния великий польский астроном скончался. Говорят, что Копернику еще на смертном одре удалось увидеть напечатанную свою книгу.
В общем: Но все равно работает!