100 великих загадок географии

Почему Земля – шар?

Мы живём на плоской неровной земной поверхности. Это очевидно. Над нами купол небес, линия горизонта ограничивает взгляд. Солнце и Луна движутся по небосводу. Именно так человек испокон веков воспринимает окружающий мир. Многие народы представляли обитаемую Землю подобием огромного дома: твёрдый земляной пол, столбы-опоры и лежащее на них прочное перекрытие – небо (время от времени всё же пропускающее воду). Отсюда и слово «Мироздание», подразумевающее всемогущего Творца.

Идею земного шара первыми открыли поэты и философы.

В сборнике древних арийских (иранских, индоевропейских) преданий Авесте, основным автором которых был поэт-философ Зороастр (Заратуштра), сказано о круглой Земле:

Он жил вдали от моря и, судя по всему, пришёл к этой мысли, наблюдая небесные тела, витающие, как тогда думали, в воздухе. Она так и названа – «скарна», что на древнеиранском означает «круглая». Её окружают три небесные сферы: Луны, Солнца и звёзд.

Греческий философ Пифагор, размышляя о форме Земли, исходил из того, что гармонию Мира отражают математические соответствия. Небесные тела, включая Землю, имеют форму шара, ибо она совершенна. На старинных рисунках Бог нередко показан с циркулем. Солнце и Луна идеально округлы.

Впрочем, философы древности чаще всего предполагали нашу планету в виде диска. Было мнение, что она цилиндрическая. В религиозных преданиях этот вопрос не был принципиален: всемогущий Творец мог придать Земле любую форму!

Мысль о круглой Земле утвердилась в Древней Греции потому, что многие её жители были отважными мореходами.

Уходишь в море – словно скользишь с округлого холма. Тонут вдали, удаляясь, кресты мачт у причала и разноцветные плоскости крыш. Последней тонет крепостная башня, но ещё некоторое время видны вершины гор. Дыбится за кормой море, заслоняя дальние берега.

Аристотель этот факт привёл как доказательство шарообразности Земли. Другой аргумент – лунные затмения, когда видна круглая тень нашей планеты. Третий аргумент: на юге, в Египте, видны созвездия, которые севернее, в Греции, скрыты за горизонтом. Такое возможно, если наша планета круглая и не слишком большая.

Исходя из таких соображений, Аристотель написал, что за Геркулесовыми столбами (современный Гибралтар) расстилается океан, за которым находится Индия. Почти за два тысячелетия до плавания Колумба Аристотель понял, что в страну, лежащую далеко на востоке от Европы, можно попасть, двигаясь в противоположном направлении.

Проницательность мыслителя удивительна! Ведь он не пользовался никакими проборами, а только наблюдал и рассуждал. Вот что значит культура мышления. Он верно отметил: «Все люди от природы стремятся к знанию». Правда, немногие, как он, сохраняют это стремление на долгие годы.

Но почему Земля круглая? Один из ответов: потому что она быстро вращается. Однако Луна вращается вокруг своей оси медленно, имея форму шара. Да и вообще, если раскручивать камень, он от этого шаром не станет.

Другой вариант: планеты образовались из расплавленных капель Солнца и в космическом пространстве застыли в виде шаров. Хотя неизвестно, как возникли планеты. Вполне вероятно – из холодных частиц.

…В 1900 году астрономы, уточняя траекторию астероида Эрот, были озадачены: яркость его менялась за короткий промежуток времени в четыре раза! Но ведь все астероиды холодны, хотя в переводе с греческого это – «подобие звёзд» (в обычные телескопы они видны как маленькие звёздочки). Это, можно сказать, метеориты диаметром больше 30–50 м и не более нескольких сотен километров. Общая масса всех известных астероидов составляет примерно тысячную часть массы Земли.

Астероид Ида

Долго загадка Эрота тревожила умы астрономов. Она выяснилась в 1931 году, когда астероид находился в наименьшем удалении от Земли. Самые мощные телескопы в упор уставились на него. Оказалось, Эрот имеет форму бруска длиной 22 км и толщиной 6 км. Медленно вращаясь, он поворачивается к Земле то широкой стороной, то узкой и соответственно отражает то больше солнечных лучей, то меньше.

Многие другие астероиды тоже не имеют постоянной яркости. Значит, и у них форма не шарообразная. И это понятно. Витающие в космосе каменные глыбы сохраняют свою первоначальную неправильную форму, потому что нет такой силы, которая обрабатывала бы их, превращая в шары.

А какая сила делает это с планетами? Гравитация, сила тяжести. Для тел с небольшой массой она слаба, но для крупных тяжёлых небесных тел становится огромной.

В камнях или металлах атомы крепко спаяны электромагнитными силами. В астероидах гравитация проявляется слабо и не может преодолеть их. На планетах это соотношение меняется. Здесь гравитация значительно превосходит электромагнитное притяжение атомов.

Под огромным давлением деформируются и разрушаются крепкие кристаллические решётки, атомные конструкции. В таких условиях камни начинают сдавливаться и сплющиваться, словно они пластилиновые.

Выходит, астероиды и метеориты имеют неправильную форму, потому что их масса сравнительно невелика. Наша Земля шарообразна, потому что обладает огромной массой. Она сжата со всех сторон силами гравитации, которые направлены к центру взаимодействующих масс, то есть к центру небесного тела.

Вспомним идею Пифагора: Земля – шар, ибо эта геометрическая фигура идеальна. В таком мнении есть свой резон. «Идеальность» шара в том, что все точки на его поверхности равноудалены от центра. Вот и силы гравитации действуют по такому же принципу: они центростремительны.

Под воздействием гравитации каменные массы сдавливаются и приобретают форму шара примерно так же, как под нашими руками кристаллические снежинки превращаются в круглый снежок.

Если две вещи сделаны из одного и того же материала, то маленькая всегда легче большой. Хотя в некоторых случаях они при разных массах могут иметь один и тот же вес, равный нулю.

Космическую ракету медленно доставляют к месту старта могучие тягачи. А в космосе она и все вещи и люди, которые в ней находятся, теряют вес. Человек парит внутри космического корабля, как пушинка.

Общая закономерность понятна: чем дальше от Земли, тем слабей её притяжение. Планета притягивает нас, а мы с такой же силой притягиваем её к себе. Можем даже оттолкнуть её ногами. Тогда мы подпрыгнем на некоторую высоту. И она от нас отлетит. Правда, только теоретически. Прибором её смещение уловишь невозможно. Но высчитать его нетрудно: оно будет во столько раз меньше высоты нашего прыжка, во сколько раз масса нашего тела меньше массы планеты.

Магнит притягивает только определённые вещества. Сила тяжести притягивает любые массивные тела. Таково всемирное тяготение. Оно прямо пропорционально произведению масс двух тел и обратно пропорционально квадрату расстояния между их центрами тяжести.

Что же такое сила тяжести, гравитация? На этот вопрос великий физик Ньютон, доказавший закон всемирного тяготения, ответил точно: «Что это такое, мне неизвестно, а гипотез я не измышляю».

С той поры прошло много времени. Учёные придумали немало гипотез о гравитации, но слова Ньютона о незнании остаются в силе.

В общей теории относительности А. Эйнштейна гравитация рассматривается как искривление массивным телом структуры пространства-времени. Оставим проблему времени в покое и обратим внимание на пространство. А. Эйнштейн ничего не упоминал о его реальных свойствах, ибо в его время отрицали существование космического эфира, всеобщей среды. Но затем его признали, дав другое имя: космический вакуум.

Значит, следует говорить о деформации вакуум-эфира под действием тел, имеющих массу покоя. Если учесть эффект передачи информации, то есть возможность продумать заново теорию относительности. Впрочем, физики предпочитают этого не делать.

Для земных проблем достаточно иметь в виду закономерность: чем меньше масса тела, тем слабей действует на него гравитация. Для крохотной пылинки или снежинки она ничтожна, для камня или снежка – ощутима, а для планеты она достигает такой силы, что сплющивает каменные глыбы, как мы – горсть снега…

Может показаться, что мы слишком отдалились от предмета географии. Речь идёт преимущественно о физических законах, если не считать ссылок на кристаллы. Хотя без этих предварительных рассуждений мы не поймём многое в земной природе. Не сможем выяснить, почему текут ледники не только с возвышенностей, но и на равнинах; почему движутся материки; почему горы на Земле не превышают девяти километров; почему на суше не было великанов высотой с многоэтажный дом…

Многие загадки географии помогает раскрыть знание физики. Но за последний век обратная связь разладилась. Физики не имеют желания и привычки обращаться к наукам о Земле. Их интересы сосредоточены почти исключительно на проблемах техники и теориях, основанных на формулах. Хотя, вполне возможно, земная природа могла бы навести их на новые идеи.

Загадки геоида

Гармония небесных сфер издавна восхищала людей. Немецкий философ и учёный Готфрид Вильгельм Лейбниц полагал, что мы живём в лучшем из миров. На это отозвался американский писатель Джеймс Брэнч Кейбелл: «Оптимист провозглашает, что мы живём в лучшем из миров, а пессимист опасается, что это и в самом деле так».

Французский писатель и отважный лётчик Антуан де Сент-Экзюпери высказал истину: «Нет в мире совершенства». (Так сказал умный Лис в его сказке «Маленький принц», узнав, что на одной планете нет кроликов.)

Реалист старается понять мир таким, каким он есть на самом деле.

Многое вокруг нас связано с теми закономерностями, которые выясняются при ответе на вопрос: почему Земля – шар? Хотя знающий читатель возразит: не очень-то она круглая. У неё есть отклонения от идеального шара. Она имеет форму геоида.

С таким названием ситуация юмористическая. Как оно переводится? «Землевидный» или «землеподобный». Выходит, Земля «землеподобна»! Прямо по Чехову: «Какое правительство в Турции? Известно какое – турецкое!»

Эллипсоид вращения и геоид. Вне масштаба, сильно искажено

Впрочем, определённый смысл в названии «геоид» имеется. Оно показывает, что у нашей планеты облик индивидуальный. Это не «марсоид» или «луноид», а именно геоид. Ни с чем не спутаешь. Хотя в общем у всех планет и у звёзд форма безусловно шарообразная.

Если бы учёные были сторонниками учения Пифагора, они вряд ли бы усомнились в том, что Земля – идеальный шар. Но по верному замечанию французского писателя Жюля Ренара: «Учёный – это человек, который в чём-то почти уверен». Любознательность и умение сомневаться – необходимые качества любого умного человека.

О том, что форма Земли не идеальна, учёные предположили задолго до космических полётов и обмеров планеты извне. По мнению физиков Ньютона и Гюйгенса, наша планета от вращения должна быть немножко сплюснутой у полюсов. Почему твёрдое небесное тело может менять свою форму? Конечно же, под влиянием гравитации. Она сминает каменные массы, как пластилиновые.

Оставалось провести наблюдения, которые подтвердили бы гипотезу «приплюснутой» Земли. В 1735 году от берегов Франции отошло в просторы Атлантики судно, держа курс к экватору, к равнинам Перу. Там надо было измерить «отрезок земного меридиана». Год спустя другая экспедиция Французской академии отправилась на север Европы, в холодную болотистую Лапландию, с той же целью.

Измерения показали, что длина одного градуса меридиана в Перу равна 110 868 м, а в Лапландии – 112 992 м. Значит, у экватора земная поверхность более круто изогнута, чем у полюса, и наша планета действительно приплюснута у полюсов.

Казалось бы, всё прояснилось: Земля имеет форму так называемого эллипсоида вращения – фигуры, получающейся, если достаточно быстро вращается вокруг своей оси шарообразное пластичное тело. Однако учёные продолжали добывать и обдумывать новые факты. Очередной сюрприз преподнёс им простой прибор – маятник.

В конце ХVIII века в Парижской академии наук обсуждались неожиданные сведения. Маятник, перенесённый из средних широт на экватор, замедлял свои качания на 2,5 секунды в сутки. Значит, его вес уменьшался. Это можно было объяснить тем, что Земля сплюснута у экватора (имеет форму лимона).

Французских академиков такая версия не устроила. Они решили иначе: под влиянием центробежных сил, вызванных вращением планеты. Но и на этом исследователи не успокоились. Чтобы окончательно избавиться от сомнений, проводили всё новые опыты. Планету измеряли вдоль и поперёк; в разных её пунктах изучали частоту колебания маятника.

Вновь природа преподнесла сюрприз: маятник на Бонинских островах Тихого океана делал в сутки на 14,2 качания больше, чем предполагалось по расчётам, основанным на эллипсоидной форме Земли! На острове Святой Елены число «лишних» качаний составило 10,3. И так – почти на всех океанических островах.

Теория не вязалась с фактами. В таких случаях либо уточняют факты, либо меняют теорию. Форма нашей планеты оказалась более всего похожей на двуосный эллипсоид вращения, с дополнительными искажениями.

Океаническая поверхность (включая острова) расположена ближе к центру планеты, чем это предполагалось раньше. И хотя отклонения от идеального шара невелики, учёные во имя точности решили не называть фигуру Земли шаром. В 1873 году немецкий математик и физик Иоганн Листинг предложил название – «геоид». Оно, по сути, ничего не объясняет, кроме того, что планета имеет индивидуальную и неидеальную фигуру. Термин этот прижился.

Из-за вращения Земля немножко сплюснута у полюсов. Расстояние от центра до экватора – 6378 км, а до полюсов – 6357 км (другие отклонения от идеального шара значительно меньше). Северный полюс планеты чуть приподнят по отношению к южному полюсу. Получается фигура, напоминающая рисунок сердца. Так появилось новое название: «кардиоид» (сердцеподобный).

Кроме сил вращения, на нашу планету воздействуют силы притяжения Луны и Солнца. Оригинальный советский географ и геолог Б.Л. Личков предполагал более дальние космические влияния, вызванные вращением нашей Галактики. Но до сих пор нет убедительного объяснения формы геоида-кардиоида.

Чтобы объяснить отклонения формы Земли от идеала, надо учитывать, вдобавок ко всему движение материков, а в ледниковые периоды перемещение воды в виде льда на материки и понижение уровня Мирового океана на десятки метров. Всё это влияет на колебания оси и скорость вращения планеты.