Представь, что мы стоим на берегу большого моря. Далеко идёт корабль. Сначала он виден почти целиком, потом нижняя часть словно прячется за водой, а ещё позже над горизонтом остаются только верхние части судна. Куда оно исчезает — в яму?
Нет. Оно уходит за изгиб поверхности нашей планеты. Земля настолько огромна по сравнению с человеком, что под ногами её кривизну почти невозможно заметить. Но существует множество способов проверить форму Земли — и некоторые из них были известны людям ещё за тысячи лет до появления спутников.
Какую форму имеет Земля
В обычной речи мы говорим: Земля круглая. Но с точки зрения геометрии точнее сказать, что Земля имеет форму, близкую к шару.
Круг — плоская фигура, которую можно нарисовать на бумаге. Шар — объёмное тело вроде мяча. Поэтому выражение «земной шар» ближе к действительности.
Но и идеальным шаром наша планета не является.
Земля вращается вокруг своей оси, поэтому она немного шире в районе экватора и слегка приплюснута у полюсов. Разница для нашего глаза почти незаметна: NASA указывает, что Земля примерно на 0,3% толще в средней части.
То есть ответ на вопрос «какой формы Земля?» звучит так: она очень похожа на шар, слегка сплюснутый у полюсов.
Почему Земля круглая
Главная причина — гравитация.
Представь молодую планету, которая формируется из огромного количества вещества. Все её части притягиваются друг к другу. По мере роста планеты собственная гравитация становится достаточно сильной, чтобы тянуть вещество к общему центру со всех сторон.
Если бы у огромной планеты существовал гигантский выступ или угол, вещество в нём находилось бы дальше от центра и под действием собственной тяжести постепенно стремилось бы распределиться иначе.
Поэтому достаточно массивные небесные тела становятся почти шарообразными.
Именно гравитация — ответ на вопрос, почему Земля не имеет форму куба, пирамиды или огромного плоского диска.
Доказательства шарообразности Земли: корабль за горизонтом
Люди поняли, что поверхность Земли изогнута, задолго до космических полётов.
Одна из самых понятных улик — удаляющийся корабль.
Если судно уходит достаточно далеко и условия наблюдения хорошие, оно скрывается за горизонтом не просто как уменьшающаяся точка. Сначала исчезает нижняя часть корпуса, затем более высокие части.
Это соответствует движению объекта по изогнутой поверхности.
Конечно, атмосфера способна немного искажать далёкие изображения: воздух преломляет свет. Поэтому одно наблюдение за одним кораблём — не вся доказательная база. Сила научного ответа в том, что независимые способы проверки дают одинаковый результат.
Улика со звёздами
Есть доказательство, для которого даже море не нужно.
Если двигаться далеко на север или юг, вид звёздного неба меняется. Некоторые звёзды поднимаются выше над горизонтом, другие опускаются, а часть вообще перестаёт быть видна.
На шарообразной Земле это естественно: человек перемещается по изогнутой поверхности и смотрит в космос уже под другим углом.
На совершенно плоской поверхности такое изменение звёздного неба объяснить было бы гораздо сложнее.
Лунное затмение выдаёт форму Земли
Ещё одна древняя улика появляется во время лунного затмения.
Иногда Земля оказывается между Солнцем и Луной. Луна входит в земную тень, и по её поверхности начинает двигаться тёмный край.
Этот край округлый.
На это обращал внимание ещё древнегреческий философ Аристотель. Шарообразное тело при разных положениях всегда отбрасывает круглую тень. Плоский диск при некоторых углах должен был бы давать совсем другую форму.
Так что доказательства шарообразности Земли существовали задолго до того, как человек увидел планету из космоса.
Кто доказал, что Земля круглая
Запрос «кто доказал, что Земля круглая?» звучит просто, но одного человека с такой заслугой назвать трудно.
Иногда говорят, что Землю круглой сделал Магеллан. Конечно, не в буквальном смысле — имеется в виду кругосветное путешествие его экспедиции.
Но к XVI веку шарообразность Земли вовсе не была новой идеей. Образованные люди знали о ней намного раньше.
Аристотель в IV веке до нашей эры уже приводил наблюдения в пользу сферической формы Земли.
А примерно столетием позже Эратосфен сделал ещё более впечатляющую вещь: попытался измерить размер земного шара.
Как Эратосфен измерил Землю без спутника
Эратосфен сравнил положение Солнца и солнечные тени в двух египетских городах.
В районе Сиены — современного Асуана — в определённое время летнего солнцестояния Солнце находилось почти прямо над головой. В Александрии в то же время вертикальный предмет отбрасывал заметную тень.
Почему?
Если солнечные лучи приходят к Земле почти параллельно, а поверхность планеты изогнута, вертикальные предметы в двух далёких точках оказываются расположены друг относительно друга под небольшим углом.
Эратосфен измерил этот угол, знал приблизительное расстояние между городами и с помощью геометрии оценил окружность Земли.
Это произошло более двух тысяч лет назад.
Самое впечатляющее здесь даже не точность результата, а сам метод: чтобы измерить целую планету, ему понадобились Солнце, тень, расстояние и геометрия.
Если Земля круглая, почему люди не падают
Вот вопрос, который почти неизбежно возникает у ребёнка: если Земля — шар, значит, где-то люди должны стоять на его «нижней стороне». Почему они не падают в космос?
Потому что в космосе возле Земли нет одного общего направления «вниз».
Для человека на любой стороне планеты вниз — это направление к центру Земли.
Гравитация притягивает и человека в России, и человека в Австралии, и воду в Тихом океане к одному земному центру.
Если представить маленьких человечков, стоящих вокруг большого шара, их головы будут направлены в разные стороны пространства, но для каждого поверхность Земли всё равно окажется под ногами.
Почему океаны не выливаются с Земли
По той же причине.
Вода имеет массу, а значит, Земля притягивает её точно так же, как камни, воздух и нас с тобой.
Океан на противоположной стороне планеты не чувствует себя находящимся «внизу шара». Для воды там направление вниз тоже ведёт к центру Земли.
Поэтому океаны окружают планету и не стекают с неё в космос.
Вода вообще умеет показывать нам много интересного о нашей планете. Например, почему вода падает с неба и как образуются осадки, разбираем в статье «Почему идёт дождь?».
Если Земля круглая, почему горизонт кажется ровным
Потому что Земля огромна.
Человек ростом полтора-два метра находится на планете диаметром примерно 12 700 километров. На таком масштабе небольшой участок поверхности выглядит почти совершенно плоским.
Представь муравья на огромном мяче. Если мяч достаточно большой, площадка прямо под муравьём тоже покажется ему ровной.
Чем выше поднимается наблюдатель и чем большую часть поверхности он способен увидеть одновременно, тем заметнее становится кривизна.
На этом снимке заметен не только изгиб горизонта, но и тонкий слой атмосферы. А всё, что происходит внутри этой оболочки — ветер, облака и дождь, — составляет отдельный удивительный мир. Например, здесь можно узнать, как образуются облака и почему они не падают.
Почему самолёт не улетает с круглой Земли
Иногда вопрос формулируют так: «Если Земля круглая, почему самолёт летит прямо и не улетает в космос?»
Потому что самолёт тоже находится в гравитационном поле Земли и летит внутри её атмосферы.
Ему не нужно каждую секунду специально наклонять нос вниз, пытаясь повторить форму шара. Самолёт управляется по высоте, скорости и траектории относительно Земли, а на больших расстояниях навигация учитывает геометрию планеты.
На небольшом участке кривизна поверхности настолько мала, что маршрут кажется практически прямым.
Можно ли проверить форму Земли самому
Да. И это, пожалуй, самая интересная часть всей истории.
Можно наблюдать за далёкими судами у большого водоёма. Можно сравнивать положение звёзд во время путешествий на север и юг. Можно увидеть округлую тень Земли во время лунного затмения.
А можно попробовать повторить саму идею Эратосфена.
Для этого нужны два наблюдателя, находящиеся достаточно далеко друг от друга с севера на юг. В одно и то же время они устанавливают вертикальные предметы и измеряют длину теней.
Если известна высота палочки, можно определить угол падения солнечных лучей. Разница углов показывает, насколько поверхность Земли изгибается между двумя точками.
На Солнце при этом смотреть нельзя: измеряется только палочка и её тень.
Так опыт, которому больше двух тысяч лет, можно повторить и сегодня.
Почему снимок из космоса — не единственное доказательство
Сегодня всё кажется совсем простым: достаточно посмотреть на изображения Земли со спутников или фотографии, сделанные во время космических полётов.
Но в науке особенно ценно другое.
Шарообразность Земли не зависит от одной фотографии, одного спутника или одного космического агентства.
Её независимо подтверждают геометрия теней, лунные затмения, наблюдения звёзд, движение по поверхности планеты, геодезические измерения, спутниковая навигация и космические наблюдения.
Разные методы сходятся в одной и той же картине.
Именно поэтому научное знание гораздо сильнее фразы «поверьте картинке».
Так почему Земля круглая?
Потому что Земля достаточно массивна, чтобы её собственная гравитация тянула вещество к центру со всех сторон.
В результате наша планета приобрела форму, очень близкую к шару. Вращение немного расширило её возле экватора и приплюснуло возле полюсов.
А люди поняли это ещё задолго до ракет.
Они смотрели на корабли, звёзды, солнечные тени и лунные затмения. Затем научились измерять планету. А спустя тысячи лет смогли подняться над ней и увидеть изгиб поверхности непосредственно.
Так что, когда дорога или поле кажутся тебе совершенно плоскими, это не означает, что Земля плоская.
Это означает лишь, что планета невероятно велика по сравнению с человеком.
Коротко для школьного сообщения
- Земля имеет форму, близкую к шару, и немного приплюснута у полюсов.
- Почти шарообразная форма планеты возникает главным образом из-за её собственной гравитации.
- К доказательствам шарообразности Земли относятся изменение звёздного неба с широтой, округлая тень Земли при лунном затмении и наблюдения горизонта.
- Аристотель приводил аргументы в пользу шарообразности Земли ещё в Древней Греции.
- Эратосфен более двух тысяч лет назад оценил окружность Земли с помощью солнечных теней и геометрии.
- Люди и океаны не падают с Земли, потому что гравитация притягивает их к центру планеты.
- Современные космические наблюдения и спутниковые измерения подтверждают ту же форму Земли.
Источники
- NASA Space Place — Why Are Planets Round?
- NASA Science — Blue Marble
- NASA Science — Oblique Shot of Earth
- OpenStax Astronomy — Ancient Astronomy