Источник: apxiv
Меня периодически посещает ощущение что многие простые вещи специально излагаются так, чтобы читатель ничего не понимал и тупо заучивал, либо прочувствовал свою ничтожность перед изощренностью науки. Это всецело относится к известному по школьным учебникам феерическому способу Эратосфена измерения окружности земного шара. Может быть он на самом деле вычислял таким извращенским способом, но зачем этот бред тиражировать со школы?
О том, как можно запудрить мозги в простом вопросе, посмотрим на примере вычисления длины окружности Земли в морских милях, который является частным случаем измерения широты местности и длины пройденного пути по меридиану.
Если современному человеку дать задачу вычислить длину окружности Земли в морских милях, он в подавляющем большинстве случаев заглянет в интернет/справочники и решит примерно так: длину окружности Земли например по парижскому меридиану 40.000 км с помощью калькулятора разделит на современную морскую милю 1,852 км и получит 21.598,3 морских миль, что будет близко к действительности.
Теперь покажу как вычислить длину окружности Земли в уме и абсолютно точно. Для этого надо знать только одно: "Морская миля - единица измерения расстояния, применяемая в мореплавании и авиации. Первоначально морская миля определялась как длина дуги большого круга на поверхности земного шара размером в одну угловую минуту."
В одном угловом градусе 60 минут, в окружности - 360 градусов, то есть в окружности 360х60=21.600 угловых минут, что в данном случае соответствует длине окружности земного шара в 21.600 морских миль. И это - абсолютно точно, поскольку длина окружности земного шара по меридиану является эталоном, а угловая минута-миля - производная единица. Поскольку Земля - не идеальный сфероид, а слегка кривоватый, то мили на разных меридианах будут немного отличаться друг от друга, но это совершенно неважно для навигации, ибо угловая минута - она и в Африке угловая минута.
Широту местности с точностью до градусов вполне можно измерить даже примитивными приспособлениями вроде транспортира с отвесом, который не сильно отличается от реально применявшегося моряками квадранта и по существу то же самое что и астролябия:
Для более точных измерений углов впоследствии был изобретен секстант (мор. арго - секстан):
Современные люди слабо представляют себе что такое аналоговые вычислительные машины и как ими пользоваться. Для того, чтобы вычислить расстояние между двумя точками в меридиональном направлении, надо всего лишь измерить широты точек, а разность широт выраженная в угловых минутах и будет расстоянием между ними в морских милях. Все просто, удобно и практически применимо.
Если уж так сильно хочется выяснить сколько в морской миле стадий, саженей, аршинов или там египетских локтей, надо аккуратно на коленках промерить ими расстояние между точками с известным расстоянием в морских милях-угловых минутах. Но зачем? Как это практически применимо?
Эратосфен будто бы измерял углы с точностью до угловых секунд и разница широт Александрии составила у него 7° 6,7", то есть 7х60=420+6,7=426,7 морских миль (угловых минут). Кажется, что еще надо? Но ему почему-то требуются дни пути верблюдов и стадии. Возникает ощущение чего-то надуманного - фейка или розыгрыша.
Метод Эратосфена согласно В. А. Бронштейн, Клавдий Птолемей, Гл.12. Работы Птолемея в области географии:
"Как известно, метод Эратосфена заключался в определении дуги меридиана между Александрией и Сиеной в день летнего солнцестояния. В этот день, по рассказам лиц, посещавших Сиену, Солнце в полдень освещало дно самых глубоких колодцев и, значит, проходило через зенит. Следовательно, широта Сиены равнялась углу наклона эклиптики к экватору, который Эратосфен определил в 23°51"20". В тот же день и час в Александрии тень от вертикального столбика гномона закрывала 1/50 часть окружности, центром которой служил кончик гномона. Это значит, что Солнце отстояло в полдень от зенита на 1/50 часть окружности, или на 7° 12". Приняв расстояние между Александрией и Сиеной равным 5000 стадиев, Эратосфен нашел, что окружность земного шара равна 250 000 стадиев. Вопрос о точной длине стадия, принятого Эратосфеном, долгое время служил предметом дискуссий, поскольку существовали стадии длиной от 148 до 210 м <60>. Большинство исследователей принимали длину стадия 157,5 м («египетский» стадий). Тогда окружность Земли равна, по Эратосфену, 250 000-0,1575 = 39 375 км, что очень близко к действительному значению 40 008 км. Если же Эратосфен пользовался греческим («олимпийским») стадием длиной 185,2 м, то получалась окружность Земли уже 46 300 км.
По современным измерениям <97> широта Музея в Александрии 31°11,7" широта Асуана (Сиены) 24° 5,0", разница широт 7° 6,7", чему соответствует расстояние между этими городами 788 км. Деля это расстояние на 5000, получим длину стадия, использованного Эратосфеном, 157,6 м. Значит ли это, что он использовал египетский стадий?
Этот вопрос сложнее, чем может показаться. Уже одно то, что Эратосфен привел явно округленное число - 5000 стадиев (а, скажем, не 5150 или 4890) не внушает к нему доверия. А если оценка Эратосфена была завышена хотя бы на 15%, получим, что он использовал египетский стадий в 185 м. Решить этот вопрос пока нельзя."
Теперь обратим внимание на следующие обстоятельства:
Асуан (Сиена) и Александрия не находятся на одном меридиане, разница по долготе составляет 3°, то есть около 300 километров.
Эратосфен не измерил расстояние, а принял исходя из дней пути верблюдов, которые ходили явно не по прямой линии.
Совершенно неясно каким прибором Эратосфен измерял углы с точностью до секунд
Непонятно какой стадий использован Эратосфеном для измерения расстояний и т.п.
Но при этом он будто бы получил достаточно точный результат! Или историками сделана подгонка под результат?
Из Википедии: «Эратосфен говорит, что Сиена и Александрия лежат на одном меридиане. И поскольку меридианы в космосе являются большими кругами, такими же большими кругами обязательно будут и меридианы на Земле. И поскольку таков солнечный круг между Сиеной и Александрией, то и путь между ними на Земле с необходимостью идёт по большому кругу. Теперь он говорит, что Сиена лежит на круге летнего тропика. И если бы летнее солнцестояние в созвездии Рака происходило ровно в полдень, то солнечные часы в этот момент времени с необходимостью не отбрасывали бы тени, поскольку Солнце находилось бы точно в зените; дела и в самом деле обстоят таким образом в [полосе шириной] в 300 стадиев. А в Александрии в этот же час солнечные часы отбрасывают тень, поскольку этот город лежит к югу от Сиены. Эти города лежат на одном меридиане и на большом круге. На солнечных часах в Александрии проведём дугу, проходящую через конец тени гномона и основание гномона, и этот отрезок дуги произведёт большой круг на чаше, поскольку чаша солнечных часов расположена на большом круге. Далее, вообразим две прямые, опускающиеся под Землю от каждого гномона и встречающиеся в центре Земли. Солнечные часы в Сиене находятся отвесно под Солнцем, и воображаемая прямая проходит от Солнца через вершину гномона солнечных часов, производя одну прямую от Солнца до центра Земли. Вообразим ещё одну прямую, проведённую от конца тени гномона через вершину гномона к Солнцу на чаше в Александрии; и она будет параллельна уже названной прямой, поскольку уже сказано, что прямые от разных частей Солнца к разным частям Земли параллельны (а это он откуда знает?). Прямая, проведённая от центра Земли к гномону в Александрии, образует с этими параллельными равные накрестлежащие углы. Один из них - с вершиной в центре Земли, при встрече прямых, проведённых от солнечных часов к центру Земли, а другой - с вершиной на конце гномона в Александрии, при встрече с прямой, идущей от этого конца к концу его же тени от Солнца, там где эти прямые встречаются наверху. Первый угол опирается на дугу от конца тени гномона до его основания, а второй - на дугу с центром в центре Земли, проведённую от Сиены до Александрии. Эти дуги подобны между собой, поскольку на них опираются равные углы. И какое отношение имеет дуга на чаше к своему кругу, такое же отношение имеет и дуга от Сиены до Александрии [к своему кругу]. Но найдено, что на чаше она составляет пятидесятую часть своего круга. Поэтому и расстояние от Сиены до Александрии с необходимостью будет составлять пятидесятую часть большого круга Земли. Но оно равно 5 000 стадиев. Поэтому весь круг будет равен 250 000 стадиям. Таков метод Эратосфена».
Позднее полученное Эратосфеном число было увеличено до 252 000 стадиев. Определить, насколько эти оценки близки к реальности, трудно, поскольку неизвестно, каким именно стадием пользовался Эратосфен. Но если предположить что речь идёт о греческом (178 метров), то его радиус земли равнялся 7 082 км, если египетским (157,5), то 6 287 км. Современные измерения дают для усреднённого радиуса Земли величину 6 371 км, что делает вышеописанный расчёт выдающимся достижением и первым достаточно точным расчётом размеров нашей планеты." via
Обращаю внимание на то, что в Википедии кроме подгонки результатов также сначала говорится об измерении Эратосфеном длины окружности Земли, а в итоге делается вывод о точности вычисления радиуса Земли. В общем, в огороде бузина, а в Киеве - дядька, хоть они и взаимосвязаны.
Диагноз очень простой: в учебниках по-прежнему будут тиражировать не дающий ничего для понимания сущности и практической применимости метод Эратосфена, но ни словом не будут упоминать связку "морская миля - угловая минута" как пример пропорционального мышления древних, потому что современный тренд заточен под дискретные вычислительные машины, а об аналоговых вычислительных машинах древности приходится рассказывать заново.
Тур Хейердал не просто выдвинул какие-то теории, он самолично провел множество следственных экспериментов по проверке своих утверждений в отличие от клавиатурных бойцов и многих кабинетных ученых. Так что его труды ИМХО должны быть в режиме "обязательны к прочтению".
Глава "Возможные океанские пути в Америку и из Америки до Колумба" :
"При знакомстве с теорией Хейердала, в том виде, какой она имела в 1961 году, становится ясно, что он подходит к вопросу о миграциях с известными оговорками. Хейердал учитывает огромные трудности, с которыми приходилось сталкиваться человеку прошлого.
Такая сдержанность необходима, потому что теперь повсеместно изменился взгляд на миграции через необозримые просторы океанов. Очень долго считалось (особенно в США), что заселение Нового Света происходило только через Берингов пролив и в определенный отрезок времени в далеком прошлом. И совпадения с теми или иными чертами высокоразвитых культур Старого Света всецело объясняли параллельным развитием.
Ныне эта культурно-историческая доктрина Мунро пересмотрена. Все больше склоняются к тому, чтобы признать, что азиатские народы совершили целый ряд далеких плаваний и открытий. Если говорить об Атлантическом океане, то полагают, что его первыми пересекли не норманны. В пору бурного расцвета миграционных теорий очень полезно прочесть анализ Хейердала, в котором кроме дезориентирующей подчас географической карты, учитываются также ветры и течения.
Настоящий доклад представляет собой краткий обзор возможных океанских путей, практически доступных человеку в далекие времена при плаваниях в Америку и из Америки. Я отнюдь не утверждаю, что по всем рассматриваемым ниже маршрутам в самом деле плавали предшественники Колумба, хотя очевидно, что на этих путях древнего человека не подстерегали неодолимые препятствия. И цель обзора не в том, чтобы углубиться в проблемы древнего взаимопроникновения культур, – я анализирую лишь чисто практические вопросы, возникающие у тех, кто допускает возможность трансокеанских сообщений между отдельными областями Старого и Нового Света.
Спору нет, океан куда более серьезно препятствовал географическому распространению первобытного человека, чем пустыня, болото, джунгли или тундра. Но в океане, в отличие от других географических препятствий, есть «тропы», которые вполне можно сравнить с реками. Вот почему утверждение, будто у человека было очень мало надежд перенести долгое трансокеанское плавание, выглядит скороспелым. Для определенных областей необходимы существенные поправки.
Современные этнологи, как правило, проходят мимо двух важных обстоятельств. Они не учитывают, во-первых, что расстояние между двумя полярными точками, лежащими в противоположных концах земного шара (наподобие Северного и Южного полюсов), по экватору ничуть не короче расстояния между ними по дуге большой окружности в любом полушарии и, во-вторых, что путевое расстояние, проходимое судном из одной географической точки в другую, практически не равно расстоянию, измеренному по карте, больше того – путь в одну сторону не равен пути в обратную сторону.
Первое обстоятельство можно проиллюстрировать следующим характерным примером. Разбирая интересное открытие (некоторые общие черты в керамике Японии и Эквадора), (II) редакция журнала «Ньюсуик» (19 февраля 1962 года, стр. 49) заявляет, что Экваториальное противотечение «идет прямо к Эквадору», тогда как «Японское течение делает крюк через северную часть Тихого океана». Обычный, широкоупотребительный оборот речи только вводит в заблуждение. Ведь на самом деле Куросио (Японское течение), якобы делающее крюк, – наиболее короткий и прямой из двух названных путей. В этом можно убедиться, если вместо обманчивой меркаторской проекции (она часто применяется для карт мира; в этой проекции поверхность земного шара приводится к поверхности цилиндра, поэтому приполярные области сильно искажены) обратиться к глобусу, который несравненно вернее передает реальную картину.
Похоже, мало кто из этнологов отдает себе отчет в том, что, если плыть от полуострова Малакка до Эквадора через Алеутские острова, получится прямая линия между этими двумя точками (прямее пути не придумаешь). Бессмысленно искать кратчайший путь по линии экватора: ведь он повторяет кривизну земного шара точно так же, как любая другая дуга большой окружности, только этого не видно на плоской карте Тихого океана.
Китай и Перу – тоже полярные. Расстояние по прямой между тихоокеанским побережьем Южного Китая и Перу через экватор ничуть не короче, чем через Северный или Южный полюс. Между этими двумя противолежащими берегами Тихого океана нельзя провести линию прямее или короче той, которая на меркаторской проекции описывает мнимую дугу через крайний север Тихого океана. Соедините на глобусе проволокой побережье Южного Китая с Перу вдоль экватора и смещайте проволоку вверх, закрепив оба конца, она уляжется даже на маршруте, проходящем через Берингово море.
Называть экватор кратчайшим путем между Юго-Восточной Азией и Южной Америкой так же неверно, как утверждать, что кратчайший путь от Северною до Южного полюса проходит по Гринвичскому меридиану.
Следует помнить, что громадный Тихий океан – не гладкая равнина, а правильное полушарие, одинаково покатое во все стороны. Тогда совсем в другом свете выглядят предпосылки для путешествий аборигенных судов в неизведанном океане. Первобытный мореплаватель в какую бы сторону ни шел, видел себя в центре плоского круга, у него не было карты, которая могла бы сбить его с толку.
Второе обстоятельство, решительно требующее большой осторожности при изучении древних океанских плаваний, связано с неверным определением путевого расстояния между фиксированными точками в море. Абсолютное расстояние между двумя точками можно выразить в милях, обычно оно расходится с действительным, которое нужно проплыть. Просто мы ничего не знаем о путевом расстоянии, пройденном древним мореходом, так как нам неизвестно соотношение между скоростью течения в этой области и технически возможной собственной скоростью судна. Чем меньше собственная скорость судна, тем больше несоответствие между измеренным и действительно пройденным путем.
Вот почему путевое расстояние для современного океанского лайнера может быть совсем иным, чем для примитивного судна, хотя бы они шли по одной и той же прямой, над одним и тем же участком неподвижного океанского дна. Насколько велика эта разница, можно показать на примере трансокеанского плавания на аборигенном судне, в котором участвовал автор.
Абсолютное расстояние от Перу до островов Туамоту приблизительно 4000 миль. А на самом деле плот «Кон-Тики», пройдя от Перу до Туамоту, пересек всего около 1000 миль океанской поверхности. Если представить себе первобытное судно, способное идти с той же собственной скоростью и тоже по прямой, но в противоположном направлении, ему, чтобы попасть с Туамоту в Перу, пришлось бы пройти 7000 миль по океанской поверхности. Дело в том, что за время плавания сама поверхность океана сместилась примерно на 3000 миль (около 50 градусов окружности земного шара). Итак, если говорить о путевом расстоянии, острова Туамоту находятся всего лишь в 1000 миль от Перу, тогда как от Туамоту до Перу для того, кто идет через океан со скоростью плота «Кон-Тики», 7000 миль.
Точно так же абсолютное расстояние между Перу и Маркизскими островами составляет примерно 4000 миль. Но средняя скорость течения в этой области приблизительно 40 миль в день, а это означает, что если аборигенное судно идет на запад с собственной скоростью 60 миль в день, оно на самом деле проходит в день 60 плюс 40, то есть 100 миль, и одолевает весь путь за 40 дней. В обратном направлении при той же собственной скорости оно будет делать 60 минус 40 миль, то есть 20 миль в день, и на путь от Маркизских островов до Перу уйдет 200 дней.
К – маршрут Колумба от Африки до Мексиканского залива; Э – маршрут Лейва Эйрикссона из Северо-Западной Европы до северо-восточной части Северной Америки; У – маршрут Урданеты из Индонезии в Северо-Западную Америку и Мексику; С – маршрут Сааведры из Мексики в Микронезию и Индонезию; М – маршрут Менданьц от Андского побережья в Полинезию и Папуа-Меланезию.
Пусть собственная скорость судна только 40 миль в день, оно все равно будет идти на запад со скоростью 40 плюс 40, или 80 миль, и уже через 50 дней достигнет Маркизских островов. А в обратную сторону при скорости 40 минус 40, то есть ноль миль в день, оно вообще не оторвется от архипелага.
Эти примеры приложимы не только к району, о котором мы говорили, они в той или иной мере распространяются на любые трансокеанские плавания первобытных судов. Наряду с кривизной поверхности великих океанов такой расчет путевого расстояния играет решающую роль, в последующих рассуждениях автора. Расчеты и кривизны, и путевого расстояния составляют ныне основу современной морской навигации, да и прежде, когда еще не было карт, с этими факторами считались все, кто прокладывал путь в Америку и из Америки. И наверно, они были не менее важны для тех, кто выходил в неизведанный океан, когда еще не было никаких описаний, если мы, конечно, допустим мысль, что доисторический человек отваживался пересекать огромную водную пустыню, это вечно движущееся полушарие.
Существует три основных океанских маршрута в Новый Свет (два через Атлантический океан и один через Тихий) и два основных маршрута из Нового Света (оба через Тихий океан). Эти маршруты настолько четко определены, что им можно присвоить названия в честь их исторически известных открывателей."
В главе "Культурные растения - доказательство доколумбовых контактов с Америкой" рассматриваются: кокосовый орех, бутылочная тыква, банан, хлопчатник (в том числе тетраплоидный 26-хромосомный), ананас, перувианская вишня (Physalis peruviana) и Argemone, ямсовые бобы, собственно ямс (Dioscorea sp.), гибискус (Hibiscus tiliaceus), фасоль обыкновенная(Phaseolus vulgaris), фасоль лимская (Phaseolus lunatus), родственное фасоли растение Canavalia sp.
Некоторые цитаты из главы "Бальсовый плот и роль гуар в аборигенном мореходстве Южной Америки":
"Грубая зарисовка бальсового плота под парусами была сделана голландским адмиралом Шпильбергеном(16) во время его кругосветного плавания в 1614-1617 годах. Шпильберген сообщает, что на этом плоту команда из пяти аборигенов выходила на два месяца ловить рыбу. Улова, доставленного в Паиту, что лежит в 120 милях южнее перуанского порта Тумбеса, хватило, чтобы снабдить провиантом все голландские корабли, стоявшие в бухте. Рисунок Шпильбергена интересен тем, что команда показана в работе. Два индейца заняты парусом, остальные трое маневрируют гуарами – широкими досками, просунутыми в щели между бревнами; не видно ни весел, ни какого-либо руля. Такие выдвижные шверты были освоены европейскими судостроителями только в 1870 году, то есть через двести пятьдесят лет.
В тексте Шпильберген ничего не говорит о гуарах, он лишь заключает, что плот оказался превосходным судном.
Прошло сто тридцать лет, прежде чем навигационные приемы индейцев настолько заинтересовали двух испанских морских офицеров, Хуана и Ульоа, что они решили проникнуть в тайну аборигенных гуар. Они опубликовали превосходный рисунок бальсового плота в море, передав такие детали, как устройство двуногой мачты с парусами и такелажем, расположение рубки в средней части судна, «камбуза» с открытым очагом и запасом воды в кувшинах на корме, размещение выдвижных швертов в носовой и кормовой частях. Хуан и Ульоа решительно утверждали, что индейская команда, хорошо усвоившая искусство маневрирования выдвижными швертами, при любом ветре могла вести бальсовый плот, как обычный корабль.
Они писали: «До сих пор мы говорили только о конструкции и применении плотов, но главная особенность этих судов заключается в том, что они ходят, лавируют и приводятся к ветру ничуть не хуже килевых судов и почти не подвержены сносу. Достигается это с помощью не руля, а другого приспособления, а именно досок длиной три-четыре метра и шириной около полуметра, которые устанавливают вертикально между бревнами основания как на носу, так и на корме.
Погружая глубоко в воду одни доски и поднимая другие, они ходят в бакштаг, приводятся к ветру, меняют галс, ложатся в дрейф – короче, выполняют все маневры, доступные обычным судам.Изобретение, до сих пор неизвестное самым просвещенным нациям Европы… Если погрузить в воду гуару на носу, судно приводится к ветру, если ее поднять, оно пойдет в бакштаг или спустится под ветер. И если погрузить в воду гуару на корме, плот пойдет в бакштаг, а если поднять, он приводится и идет круче к ветру.
Таков способ, с помощью которого индейцы управляют бальсовыми плотами; порой они ставят пять или шесть гуар, чтобы воспрепятствовать сносу, и ясно, что чем глубже в воду погружены гуары, тем больше сопротивление судна с этой стороны, так как гуары выполняют функцию выдвижных килей (подобно позднейшим швертам), применяемых на небольших парусных судах. Способ управления гуарами настолько легок и прост, что, когда плот ложится на нужный курс, дальше пользуются лишь одной из них, погружая или поднимая ее по мере надобности"(17).
Эти древнеперуанские приемы управления судном произвели такое сильное впечатление на обоих авторов, что они настоятельно предлагали перенять их в Европе."
... "Затем рассказы о перуанской технике мореходства опубликовали знаменитый ученый и путешественник Александр фон Гумбольдт (1810 год) и его английский коллега Стивенсон (1825 год).(20) Стивенсон оставил превосходное описание бальсовых плотов, которые все еще использовали вдоль побережья бывшего государства Чиму вплоть до Хуанчако, южнее Чикамы. На самых больших плотах стояли бамбуковые хижины с четырьмя-пятью помещениями; такие плоты ходили против ветра и течения на сотни миль с грузом 25-30 тонн, не считая команду и ее провиант."
... "Французский исследователь мореходства Пари отправился в северо-западную часть Южной Америки, чтобы изучить там бальсовый плот. Он описал этот плот в своем капитальном труде о неевропейских судах, вышедшем в 1841-1843 годах. Сто с небольшим лет назад Пари писал: «В Перу по-прежнему применяют такие же плоты, какие в древности строили аборигены; они настолько приспособлены к местным условиям, что их предпочитают всем другим судам…».
Сегодня любой школьник, который не прогуливал уроки географии, сможет ответить на вопрос, вынесенный в заглавие статьи. Длина экватора составляет чуть более сорока тысяч километров. Но далеко не всегда люди обладали этими сведениями, поэтому вначале окунемся в историю.
Земля стоит на трех китах…
Еще на самой заре человеческой цивилизации, в эпоху неолита, люди стали задумываться о строении окружающего их мира, строении Земли. Во многом их представления опирались на мифологию, с помощью которой предпринимались попытки объяснить явления природы и движение небесных светил. За неимением письменных источников современные историки не могут с точностью сказать, что думал о строении Земли человек неолита. Однако позже, после изобретения знаков, позволяющих сохранять древнюю мудрость, появилась возможность создавать целые научные трактаты. И в одном из древнеиндийских текстов была отражена теория, согласно которой плоская Земля покоится на трех гигантских китах, а киты плавают в океане. На чем держится океан — в трактате не сообщается. Но что говорить о древних людях, если и сегодня в США, как бы подтверждая слова Михаила Задорнова, существует «Общество плоской Земли», члены которого отстаивают свою точку зрения, а всю космическую программу объясняют мировым заговором!
От геоцентрической…
Однако с развитием науки три кита перестали удовлетворять ученых, и вот в древней Греции появилась теория, согласно которой Земля, имеющая форму шара, находится в центре вселенной, а Солнце, Луна и звезды вращаются вокруг нее. Этой точки зрения придерживался и выдающийся астроном античности Птоломей.
… к гелиоцентрической теории строения Солнечной системы
Хотя данная теория была большим шагом вперед, она не могла объяснить все видимые изменения звездного неба, поэтому параллельно геоцентрической была разработана гелиоцентрическая теория, однако прошло еще много лет, пока польский астроном Николай Коперник смог доказать ее состоятельность.
Экватор
Принятие гелиоцентрической теории позволило дать определение такому понятию, как «экватор». Это воображаемая линия, которая проходит по поверхности Земли в плоскости, проходящей через ее центр и перпендикулярной оси вращения планеты. Но если с определением разобрались, то по поводу того, какова длина экватора, споры не утихают до сих пор. Для измерения данной величины, не имея современных приборов, людям было необходимо хотя бы достигнуть данной линии.
Первые мореходы
Впервые мореплавание возникло в Средиземном море и представляло собой каботажное плавание, то есть вдоль берега, не теряя его из вида. Однако вскоре финикийцы научились определять положение своего корабля по звездам и смогли оторваться от берегов. Пройдя через Геркулесовы Столбы (Гибралтарский пролив), они вышли в Атлантический океан, пересекли экватор и обогнули Африку. Одним из доказательств таких плаваний служит знаменитая Белая леди Брандберга, наскальный пещерный рисунок в Намибии. Однако достижение границы между Северным и Южным полушариями все равно не позволило определить, чему равна длина экватора.
Эпоха географических открытий
Вскоре люди настолько подружились с морем-океаном, что начали все дальше и дальше уплывать от родных берегов. Последовали громкие открытия новых земель и морских путей: Америка, водный путь в Индию, Австралия. И вот, наконец, первое кругосветное путешествие Магеллана. Этот португальский мореплаватель первым решил узнать, какова длина экватора на самом деле. И он возглавил экспедицию, которая поставила перед собой задачу обогнуть Земной шар. Но это все шутка. Фернан Магеллан действительно осуществил кругосветное путешествие, но не строго по экватору, а как позволяла география океанов.
От путешественников к ученым
Так как определить такую величину, как длина экватора, методом непосредственного измерения «на местности» довольно затруднительно, то некоторые ученые решили найти искомое число с помощью математических вычислений. Первым за такую работу взялся древнегреческий математик Эратосфен. По приглашению египетского царя Птоломея III он перебрался в Александрию, где вскоре стал хранителем ее библиотеки. Проведя серию сложных экспериментов и расчетов, он определил, что длина экватора Земли составляет 252 000 стадий. Так как Эратосфен жил и работал в Александрии, стадии он использовал египетские. Если перевести их в привычные для нас километры, то длина экватора составит 39 690 километров, что довольно близко к истинному значению. Погрешность составляет менее 1 процента, для тех времен просто поразительная точность вычислений.
Длина Земли по экватору глазами современных ученых
Шли годы, века. Совершенствовались измерительные приборы и методики. Человечество вышло в космос и смогло создать подробнейшие карты земной поверхности. Соответственно, более точно определялась длина экватора. Линия нулевой широты проходит по земной поверхности, которая имеет перепады высот относительно уровня мирового океана от 10 994 метра (Бездна Челленджера, Марианская впадина), до 8 848 метров (гора Джомолунгма). И хотя непосредственно на экваторе таких резких перепадов высот не наблюдается, все равно это очень затрудняет измерение его длины. Поэтому для расчетов принят усредненный радиус Земли, который согласно геофизическому стандарту WGS-84 равен 6378 километров 137 метров, что дает длину экватора 40 075 км.
Длина экватора — величина постоянная?
А теперь попробуем ответить на вопрос о том, в чем причина расхождения в значениях длины экватора у современных ученых и Эратосфена. Возможно, все дело не только в несовершенстве средств измерений? А если экватор просто стал длиннее? Современные ученые придерживаются теории строения Земли и дрейфа континентов на основе тектоники плит. Однако еще в 1968 году советский ученый-геолог Владимир Ларин выдвинул теорию гидридного строения ядра Земли. Он предположил, что вещество, из которого происходило формирование нашей планеты, содержало большое количество атомарного водорода. Он вступил в реакцию с железом и никелем, из которых состоит ядро Земли, в результате чего образовались гидриды этих элементов. В результате внутренних процессов в недрах планеты происходит постепенное разогревание ядра и выделение водорода. Это приводит к снижению плотности и, соответственно, к увеличению размеров Земли. Данная теория не только более полно объясняет «дрейф» материков, но и позволяет объяснить образование месторождений полезных ископаемых, в первую очередь углеводородов. Так что вполне возможно, что нефть, газ, каменный уголь имеют абиогенное происхождение, и синтез их в недрах планеты происходит и в настоящее время. Мало того, подтверждение работам советского ученого обнаружилось и в древних зороастрийских мифах, где сказано, что для увеличения поверхности Земли боги три раза на одну треть увеличили ее размеры. Данная теория, кроме всего прочего, дает возможность объяснить и массовое вымирание за короткий промежуток времени многих видов древних животных, так называемое триасовое побоище. Самое интересное, что увеличение радиуса планеты происходит и в настоящее время, примерно на два сантиметра в год. Это подтверждают регулярные измерения ученых, но ранее данные результаты не находили объяснения, если не считать таковым поглощение Землей пыли из космического пространства. Так что со временем длина экватора будет увеличиваться.
Как и все планеты Солнечной системы, Земля имеет шарообразную форму. Прежде чем говорить о ее точных размерах, введем несколько важных географических понятий.
Земля вращается вокруг воображаемой прямой - так называемой земной оси . Точки пересечения земной оси с земной поверхностью называются полюсами . Их два: Северный и Южный. Линия пересечения поверхности земного шара плоскостью, проходящей через центр Земли перпендикулярно земной оси, называется экватором . Плоскости, пересекающие земную поверхность параллельно плоскости экватора, образуют параллели , а плоскости, проходящие через два полюса, - меридианы .
Из-за вращения вокруг своей оси и возникающей при этом центробежной силы, Земля немного сплюснута у полюсов и ее большая полуось (экваториальный радиус, r c) почти на 21,4 км больше, чем расстояние от центра Земли до полюсов. Такой сплюснутый у полюсов шар называется сфероидом или эллипсоидом вращения .
В России для геодезических и картографических работ используют эллипсоид Ф. Н. Красовского (назван в честь ученого, под руководством которого велись расчеты). Его размеры таковы:
- экваториальный радиус - 6378,2 км,
- полярный радиус - 6356,8,
- длина меридиана - 40008,5 км,
- длина экватора - 40075,7 км,
- площадь поверхности Земли - 510 млн. км 2 .
В действительности фигура Земли еще сложнее. Она отклоняется от правильной формы сфероида из-за неоднородного строения недр и неравномерного распределения массы. Истинная геометрическая фигура Земли называется геоидом ("землеподобным"). Геоид - это фигура, поверхность которой всюду перпендикулярна направлению силы тяжести, т.е. отвесу.
Поверхность геоида совпадает с уровенной поверхностью Мирового океана (мысленно продолженной под материками и островами). Поднятия и опускания геоида над сфероидом составляют 500-100 м.
Физическая же поверхность Земли, осложненная горами и впадинами не совпадает и с поверхностью геоида, отступая от него на несколько километров. Сила тяжести постоянно стремится выровнять поверхность Земли, привести ее в соответствие с поверхностью геоида.
Земля круглая - это общеизвестно. А что мы еще знаем о ее форме и размерах? Кто из нас на память назовет, сколько километров содержит окружность Земли по экватору? А по меридиану? Кто в курсе, когда и каким образом была впервые измерена длина земной окружности? Между тем, эти факты чрезвычайно интересны.
Впервые окружность Земли была измерена по имени Эратосфен, жившим в городе Сиена. В то время ученые уже знали, что Земля по форме представляет собой шар. Наблюдая за небесным светилом в разное время суток, Эратосфен обратил внимание, что в одно и то же время солнце, будучи наблюдаемым из Сиены, располагается точно в зените, при этом в Александрии в тот же день и час отклоняется на некий угол.
Наблюдения проводились ежегодно в Измерив данный угол с помощью астрономических инструментов, ученый установил, что он составляет 1/50 часть полной окружности.
Как известно, полная окружность равняется 360 градусам. Таким образом, достаточно знать хорду угла в 1 градус (т. е. расстояние между точками на поверхности Земли, лежащими на лучах с угловым расстоянием между ними в 1 градус). Затем полученную величину следует умножить на 360.
Взяв за длину хорды расстояние между городами Александрией и Сиеной (5 тысяч египетских стадий) и предполагая, что эти города лежат на одном меридиане, Эратосфен произвел необходимые вычисления и назвал цифру, которой равнялась окружность Земли - 252 тысячи египетских стадий.
Для того времени это измерение было достаточно точным, ведь надежных методов измерения расстояния между городами не существовало, и путь от Сиены до Александрии измерялся скоростью движения каравана верблюдов.
Впоследствии ученые разных стран многократно измеряли и уточняли величину, которую составляет длина окружности Земли. В 17 веке голландский ученый по фамилии Сибелиус придумал способ измерять расстояния с помощью первых теодолитов - специальных геодезических приборов. Данный способ был назван триангуляцией и основан на построении большого количества треугольников с измерением базиса каждого из них.
Способ триангуляции применяется и поныне, вся земная поверхность виртуально поделена и расчерчена на большие треугольники.
Российские ученые тоже внесли свой вклад в эти исследования. В 19 веке окружность Земли измерялась в руководил исследованием В. Я. Струве.
До середины 17 века Землю считали шаром правильной формы. Но позже были накоплены некоторые факты, свидетельствующие об уменьшении силы земного притяжения от экватора к полюсу. Ученые ожесточенно дискутировали о причинах этого, самой правдоподобной была признана теория о сжатии Земли с полюсов.
Для проверки этой гипотезы Французской академией были организованы две независимые экспедиции (в 1735 и 1736 годах), которые измеряли длину экваториального и полярного градуса соответственно в Перу и в Лапландии. На экваторе градус, как выяснилось, короче!
Впоследствии другие, более точные измерения подтвердили, что полярная окружность Земли короче экваториальной на 21,4 км.
В настоящее время произведены высокоточные измерения с помощью новейших методов исследований и современных приборов. В нашей стране официально утверждены данные, полученные советскими учеными Изотовым А. А. и Красовским Ф. Н. Согласно этим исследованиям, длина окружности нашей планеты по экватору - 40075,7 километров, по меридиану - 40008,55 км. Экваториальный радиус земного шара (т. н. большая полуось) равняется 6378245 метрам, полярный (малая полуось) - 6356863 метрам.
510 миллионов кв. километров, из которых суше принадлежит только 29 %. Объем земного "шарика" - 1083 миллиарда куб. километров. Масса нашей планеты характеризуется цифрой 6Х10^21 тонн. Из них около 7 % приходится на долю водных ресурсов.
Люди давным-давно догадывались, что Земля, на которой они обитают, похожа на шар. Одним из первых высказал мысль о шарообразности Земли древнегреческий математик и философ Пифагор (ок. 570—500 до н. э.). Величайший мыслитель древности Аристотель, наблюдая лунные затмения, подметил, что край земной тени, падающей на Луну, всегда имеет круглую форму. Это и позволило ему с уверенностью судить о том, что наша Земля шарообразна. Теперь же, благодаря достижениям космической техники, все мы (и не раз) имели возможность любоваться красотой земного шара по снимкам, сделанным из космоса.
Уменьшенным подобием Земли, ее миниатюрной моделью является глобус. Чтобы узнать длину окружности глобуса, достаточно обернуть его питью, а затем определить длину этой нити. По огромную Землю с мерной лептой по меридиану или экватору не обойдешь. Да и в каком бы направлении мы ни стали ее измерять, па пути обязательно появятся непреодолимые препятствия — высокие горы, непроходимые болота, глубокие моря и океаны...
А можно ли узнать размеры Земли, не измеряя всей ее окружности? Конечно, можно.
Известно, что в окружности 360 градусов. Поэтому, чтобы узнать длину окружности, в принципе достаточно измерить точно длину одного градуса и результат измерения умножить на 360.
Первое измерение Земли таким способом произвел древнегреческий ученый Эратосфен (ок. 276—194 до и. э.), живший в египетском городе Александрии, па берегу Средиземного моря.
С юга в Александрию приходили караваны верблюдов. От сопровождавших их людей Эратосфен узнал, что в городе Сиене (нынешнем Асуане) в день летнего солнцестояния Солнце в иол-день находится над головой. Предметы в это время не дают никакой тени, а солнечные лучи проникают даже в самые глубокие колодцы. Стало быть, Солнце достигает зенита.
Путем астрономических наблюдений Эратосфен установил, что в этот же самый день в Александрии Солнце отстоит от зенита на 7,2 градуса, что составляет ровно 1/50 часть окружности. (В самом деле: 360: 7,2 = 50.) Теперь, чтобы узнать, чему равна окружность Земли, оставалось измерить расстояние между городами и умножить его па 50. Но измерить это расстояние, пролегающее по пустыне, Эратосфену было не под силу. Не могли измерить его и проводники торговых караванов. Они лишь знали, сколько времени тратят их верблюды на один переход, и считали, что от Сиены до Александрии 5000 египетских стадий. Значит, вся окружность Земли: 5000 x 50 = 250 000 стадий.
К сожалению, мы не знаем точно длину египетской стадии. По некоторым данным, она равна 174,5 м, что дает для земной окружности 43 625 км. Известно, что радиус в 6,28 раза меньше длины окружности. Получалось, что радиус Земли, но Эратосфену,— 6943 км. Вот так более двадцати двух веков тому назад впервые были определены размеры земного шара.
По современным данным, средний радиус Земли составляет 6371 км. По почему средний? Ведь если Земля — шар, то идее земные радиусы должны быть одинаковыми. Об этом мы расскажем дальше.
Способ точного измерения больших расстояний впервые предложил голландский географ и математик Вилдеброрд Сиеллиус (1580-1626).
Представим себе, что необходимо измерить расстояние между точками А и Б, удаленными одна от другой на сотни километров. Решение этой задачи следует начать с построения на местности так называемой опорной геодезической сети. В простейшем варианте она создается в виде цепочки треугольников. Вершины их выбираются на возвышенных местах, где сооружаются так называемые геодезические знаки в виде специальных пирамид, и обязательно так, чтобы из каждого пункта были видны направления на все соседние пункты. А еще эти пирамиды должны быть удобны для работы: для установки угломерного инструмента — теодолита — и измерения всех углов в треугольниках этой сети. Кроме того, в одном из треугольников измеряется одна сторона, которая пролегает по ровной и открытой местности, удобной для линейных измерений. В результате получается сеть треугольников с известными углами и исходной стороной — базисом. Затем следуют вычисления.
Решение наминается с треугольника, содержащего базис. По стороне и углам вычисляются две другие стороны первого треугольника. Но одна из его сторон является одновременно стороной смежного с ним треугольника. Она служит исходной для вычисления сторон второго треугольника и так далее. В конце концов находятся стороны последнего треугольника и вычисляется искомое расстояние — дуга меридиана АБ.
Геодезическая сеть обязательно опирается на астрономические пункты А и Б. Методом астрономических наблюдений звезд определяются их географические координаты (широты и долготы) и азимуты (направления на местные предметы).
Теперь, когда известна протяженность дуги меридиана АБ, а также ее выражение в градусной мере (как разность широт астропунктов А и Б), не составит особого труда вычислить длину дуги 1 градуса меридиана путем простого деления первой величины на вторую.
Этот способ измерения больших расстояний на земной поверхности получил название триангуляции — от латинского слова «триапгулюм», что значит «треугольник». Он оказался удобным для определения размеров Земли.
Изучением размеров нашей планеты и формы се поверхности занимается наука геодезия, что в переводе с греческого означает «землеизмерение». Ее зарождение следует отнести к Эратосфсну. Но собственно научная геодезия началась с триангуляции, впервые предложенной Сиеллиусом.
Самое грандиозное градусное измерение XIX века возглавил основатель Пулковской обсерватории В. Я. Струве. Под руководством Струве русские геодезисты совместно с норвежскими измерили дугу» простиравшуюся от Дуная по западным областям России в Финляндию и Норвегию до побережья Северного Ледовитого океана. Общая протяженность этой дуги превысила 2800 км! В ней было заключено более 25 градусов, что составляет почти 1/14 часть земной окружности. В историю науки она -вошла под названием «дуги Струве». Автору этой книги в послевоенные годы довелось работать на наблюдениях (измерениях углов) на пунктах государственной триангуляции, примыкавших непосредственно к знаменитой «дуге».
Градусные измерения показали, что паша Земля не является в точности шаром, а похожа на эллипсоид, то есть она сжата у полюсов. У эллипсоида все меридианы представляют собой эллипсы, а экватор и параллели — окружности.
Чем длиннее измеряемые дуги меридианов и параллелей, тем точнее можно вычислить радиус Земли и определить ее сжатие.
Отечественные геодезисты промерили государственную триангуляционную сеть почти на половине территории СССР. Это позволило советскому ученому Ф. Н. Красовскому (1878-1948) более точно определить размеры и форму Земли. Эллипсоид Красовского: экваториальный радиус — 6378,245 км, полярный радиус — 6356,863 км. Сжатие планеты — 1/298,3, то есть на такую часть полярный радиус Земли короче экваториального (в линейной мере — 21,382 км).
Представим себе, что па глобусе с поперечником 30 см решили изобразить сжатие земного шара. Тогда полярную ось глобуса пришлось бы укоротить на 1 мм. Это так мало, что совершенно незаметно для глаза. Вот так и Земля с большого расстояния кажется совершенно круглой. Такой ее наблюдают космонавты.
Изучая форму Земли, ученые прийти к выводу, что она сжата не только вдоль оси вращения. Экваториальное сечение земного шара в проекции на плоскость дает кривую, которая тоже отличается от правильной окружности, правда совсем немного — на сотни метров. Все это свидетельствует о том, что фигура у нашей планеты более сложная, чем казалось раньше.
Теперь уже совершенно ясно, что Земля не является правильным геометрическим телом, то есть эллипсоидом. К тому же поверхность нашей планеты далеко не гладкая. На ней есть возвышенности и высокие горные хребты. Правда, суши почти в три раза меньше, чем воды. Что же в таком случае мы должны подразумевать подземной поверхностью?
Как известно, океаны и моря, сообщаясь друг с другом, образуют на Земле обширную водную гладь. Поэтому ученые условились принимать за поверхность планеты поверхность Мирового океана, находящегося в спокойном состоянии.
А как поступать в районах континентов? Что там считать поверхностью Земли? Тоже поверхность Мирового океана, мысленно продолженную под всеми материками и островами.
Вот эта фигура, ограниченная поверхностью среднего уровня Мирового океана, была названа геоидом. От поверхности геоида и ведется отсчет всех известных «высот над уровнем моря». Слово «геоид», или «землеподобный», специально придумало для названия фигуры Земли. В геометрии такой фигуры не существует. Близок по форме к геоиду геометрически правильный эллипсоид.
4 октября 1957 года с запуском в нашей стране первого искусственного спутника Земли человечество вступило в космическую эру. 11ачалось активное исследование околоземного пространства. При этом выяснилось, что спутники очень полезны и для познания самой Земли. Даже в области геодезии они сказали свое «веское слово».
Как известно, классическим методом изучения геометрических характеристик Земли является триангуляция. Но раньше геодезические сети развивали лишь в пределах материков, а между собой они не были связаны. Ведь на морях и океанах триангуляцию не построишь. Поэтому расстояния между материками были определены менее точно. За счет этого снижалась точность определения размеров самой Земли.
С запуском спутников геодезисты сразу поняли: появились «визирные цели» на большой высоте. Теперь можно будет измерить большие расстояния.
Идея метода космической триангуляции проста. Синхронные (одновременные) наблюдения спутника из нескольких отдаленных пунктов земной поверхности позволяют привести их геодезические координаты к единой системе. Так были связаны воедино триангуляции, построенные на разных материках, а заодно были уточнены размеры Земли: экваториальный радиус — 6378,160 км, полярный радиус — 6356,777 км. Величина сжатия — 1/298,25, то есть почти такая же, как у эллипсоида Красовского. Разница между экваториальным и полярным диаметрами Земли достигает 42 км 766 м.
Если бы наша планета была правильным шаром, а массы внутри нее распределены равномерно, то спутник мог бы двигаться вокруг Земли по круговой орбите. Но отклонение формы Земли от шарообразной и неоднородность ее недр приводят к тому, что над различными точками земной поверхности сила притяжения неодинаковая. Изменяется сила притяжения Земли — изменяется орбита спутника. И все, даже малейшие изменения в движении спутника с низкой орбитой — то результат гравитационного воздействия на него той или иной земной выпуклости или и падины, над которой он пролетает.
Оказалось, что наша планета имеет еще и слегка грушевидную форму. Ее Северный полюс приподнят над плоскостью экватора па 16 м, а Южный — примерно на столько же опущен (как бы вдавлен). Вот и получается, что в сечении по меридиану фигура Земли напоминает грушу. Она чуть-чуть вытянута к северу и приплюснута у Южного полюса. Налицо полярная асимметрия: Се пер нос полушарие нетождественно Южному. Так на основании спутниковых данных было получено самое точное представление об истинной форме Земли. Как видим, фигура нашей планеты заметно отклоняется от геометрически правильной формы шара, а также от фигуры эллипсоида вращения.