Ричард Докинз - Магия реальности. Откуда мы знаем что является правдой
Одна из двух 'булавок' для кометы — солнце. Ещё раз, другая 'булавка' — не реальный объект в космосе: вы только должны вообразить её. Когда комета находится на наибольшем расстоянии от Солнца (так называемый «афелий»), она движется с наименьшей скоростью. Она находится в свободном падении все время, но время от времени она падает от Солнца, а не к нему. Она медленно поворачивает в афелии, затем падает в направлении Солнца, все быстрее и быстрее, пока не облетит вокруг Солнца (другой 'булавки') и не достигнет своей самой высокой скорости, будучи в самой близкой от Солнца точке, называемой перигелий. («Перигелий» и «афелий» приходят от имени греческого бога солнца Гелиоса, пери по — гречески «рядом», а афо означает «далеко».) Комета быстро проносится вокруг Солнца в перигелии и улетает от него на большой скорости на другую сторону перигелия. Проносясь вокруг Солнца, комета постепенно теряет скорость по мере удаления от Солнца к афелию, где скорость наименьшая, и цикл повторяется снова и снова.
Космические инженеры используют так называемый эффект рогатки для улучшения топливной экономичности своих ракет. Космический зонд Кассини, спроектированный, чтобы посетить отдалённую планету Сатурн, полетел туда чем‑то похожим на окольный маршрут, который был на самом деле удачно спланированным, чтобы использовать эффект рогатки. Используя гораздо меньше ракетного топлива, чем было бы необходимо, чтобы полететь прямо к Сатурну, Кассини заимствовал силу тяжести и орбитальное движение трёх планет по пути — Венеры (дважды), затем обратный поворот вокруг Земли, а затем заключительный могучий бросок от Юпитера. В каждом случае он падал на планету как комета, получая скорость, повиснув на её гравитационных фалдах, как планета, проносящаяся вокруг Солнца. Эти четыре космические рогатки вышвырнули вышвырнули Кассини к системе 62 лун и колец Сатурна, откуда до сих пор он отсылает ошеломляющие снимки.
Большинство планет, как я сказал, вращается вокруг Солнца по почти круговым эллипсам. Плутон необычен не только тем, что слишком маленький, чтобы больше не называться планетой, но также и наличием заметно эксцентричной орбиты. Большую часть времени он находится за пределами орбиты Нептуна, но в перигелии оказывается внутри и фактически ближе к Солнцу, чем Нептун с почти круговой орбитой. Даже орбита Плутона, однако, совсем не столь эксцентрична, как орбиты комет. Самая известная из них, комета Галлея, становятся видимой для нас только вблизи перигелия, когда она ближе всего к Солнцу и отражает солнечный свет. Её эллиптическая орбита увлекает её далеко — далеко, и она возвращается в наши окрестности окрестности только каждые 75–76 лет. Я видел её в 1986 году и показал её моей маленькой дочери Джульетте. Я прошептал ей на ухо (она, конечно, не могла понять, что я говорю, но я упрямо шептал ей), что я никогда больше не увижу комету снова, но она будет иметь ещё один шанс, когда та вернётся в 2061.
'Хвост' кометы, между прочим, представляет собой шлейф пыли, но он не развевается позади головы кометы, как мы могли бы подумать. Вместо этого он сдувается потоком частиц, поступающих от Солнца, который мы называем солнечным ветром. Так что хвост кометы всегда направлен в сторону от Солнца, независимо от того, куда комета движется. Существует захватывающее предложение, когда‑то ограниченное лишь научно — фантастическими рассказами, но сейчас осуществляемое японскими космическими инженерами, использовать солнечный ветер для движения космического корабля, оборудованного гигантскими парусами. Подобно парусным яхтам, использующим обычный ветер на море, космические яхты с солнечными парусами могли бы теоретически предоставить очень экономичный способ путешествия к далёким мирам.
Косой взгляд на лето
Теперь, когда мы имеем понятие об орбитах, можно вернуться к вопросу о том, почему существуют зима и лето. Некоторые люди, как вы помните, неверно думают, что это из‑за того, что летом мы ближе к солнцу, а зимой — дальше. Это было бы неплохим объяснением, если бы орбита Земли была похожа на орбиту Плутона. Действительно, зима и лето на Плутоне (которые гораздо холоднее тех, что мы переживаем на Земле) вызваны именно этим.
Однако земная орбита является практически круговой, из‑за чего близость планеты к Солнцу не может стать причиной смены сезонов. Что ещё более интересно, Земля, на самом деле, ближе всего к Солнцу (находится в перигелии) в январе, а дальше всего от него (в афелии) — в июле, но эллиптическая орбита нашей планеты настолько близка к круговой, что это не имеет какой‑либо значимой разницы.
Но что же тогда вызывает такую разницу между зимой и летом? Нечто совершенно другое. Земля вращается вокруг своей оси, а ось имеет наклон. Этот наклон и является истинной причиной существования времён года. Давайте посмотрим, как это работает.
Как я сказал раньше, мы можем думать об оси как о вале, стержне, проходящем через весь земной шар, и выходящем наружу на Северном и Южном полюсах. Теперь представьте орбиту Земли вокруг Солнца как колесо гораздо больших размеров, со своей собственной осью, проходящей на этот раз через само Солнце и выходящей концами наружу на северном и южном полюсах Солнца. Если бы эти две оси (Земли и Солнца) были совершенно параллельны друг другу, то у Земли не было бы «наклона», и в этом случае в полдень на экваторе солнце всегда находилось прямо над головой, а день был бы равен ночи на всем земном шаре. И тогда не было бы времён года. На экваторе было бы всегда жарко, а при удалении от него к полюсам становилось бы все холоднее и холоднее. При удалении от экватора вам бы стало холодно, но вовсе не из‑за зимы, ведь тогда не было бы никакой зимы. Никакого лета, вообще никаких времён года.
На самом же деле, однако, эти две оси не параллельны. Ось собственного вращения Земли наклонена относительно оси нашей орбиты вокруг Солнца.
Этот наклон не особенно большой — около 23,5 градусов. Если бы он был 90 градусов (что примерно равно наклону орбиты Урана), Северный полюс был бы направлен прямо на Солнце один раз в году (это называется летним солнцестоянием), и прямо в противоположном направлении от Солнца в момент зимнего солнцестояния. Если бы Земля была подобна Урану, в летнее солнцестояние на северном полюсе солнце все время находилось бы прямо над головой (то есть там не было бы ночи), в то время как на южном полюсе в это время царили бы ледяной холод и тьма, без какого‑либо намёка на дневной свет. А шесть месяцев спустя все происходит наоборот.
Поскольку наша планета на самом деле наклонена только на 23,5 градуса вместо 90 градусов, мы находимся на четверти пути от крайности отсутствия сезонов, когда наклона нет, до крайности почти полностью наклонённого Урана. Этого достаточно, чтобы, как на Уране, Солнце никогда не заходило на земном Северном полюсе в летнее солнцестояние. Это бесконечный день, но, в отличие от Урана, солнце не находится прямо над головой. Солнце будто описывает круг по небу при вращении Земли, но никогда не опускается за горизонт. Это справедливо повсюду за полярным кругом. Если бы в день летнего солнцестояния вы встали прямо на полярном круге, скажем на северо — западной оконечности Исландии, вы бы увидели Солнце, скользящее по южной линии горизонта в полночь, но никогда не садящееся за него. Затем оно бы по дуге поднялось до своего самого высокого положения на небе (не очень высоко) в полдень.
В северной Шотландии, которая находится немного южнее полярного круга, солнце в летнее солнцестояние опускается ниже горизонта, достаточно, чтобы наступило подобие ночи — но не очень тёмная ночь, поскольку солнце в эти дни никогда не опускается очень далеко за горизонт.
Таким образом, наклон земной оси объясняет существование зимы (когда часть планеты, на которой мы находимся, наклонена в сторону от солнца) и лета (когда она повёрнута к солнцу), а также короткие дни зимой и длинные летом. Но объясняет ли это, почему так холодно зимой и так жарко летом? Почему солнце кажется горячее, когда оно находится прямо над головой, чем тогда, когда оно находится низко над горизонтом? Ведь это то то же самое солнце, а значит, не должно ли оно быть одинаково горячим независимо от угла, под которым мы его наблюдаем? Нет.
Вы можете забыть о том, что мы немного ближе к Солнцу, когда наклонены к нему. Это бесконечно малая разница (всего несколько тысяч километров) по сравнению с общим расстоянием до Солнца (около 93 миллионов миль), и по — прежнему незначительна по сравнению с разницей между расстоянием до Солнца в перигелии и расстоянием до Солнца в афелии (около 3 миллионов миль). Нет, что на самом деле имеет значение — это, отчасти, угол, под которым солнечные лучи падают на нас и, отчасти, тот факт что дни длиннее летом и короче зимой. Это тот угол, который делает солнечный свет теплее в полдень, нежели вечером, и это тот угол, который делает более важным нанесение солнцезащитного крема в полдень, нежели вечером.
