на длинной проволоке подвесил груз весом около 30 килограммов. Получился прибор, который носит название маятника. Но этот маятник несколько отличался от всем известного маятника стенных часов. Дело в том, что маятник стенных часов может качаться только в одном направлении, а маятник, устроенный Фуко, мог качаться в разных направлениях, так как груз здесь был подвешен на проволоке.
Наукой установлено, что каждый маятник, такой ли большой, как его соорудил Фуко, или маленький, состоящий из короткой нити и небольшого груза, стремится качаться всё время в одном направлении, в том самом, в котором его первоначально толкнули. Маятник сохраняет это направление и в том случае, если подставку, на которой он подвешен, начать вращать в ту или другую сторону.
Фуко понял, что, пользуясь этим свойством маятника, можно обнаружить вращение Земли. Ведь потолок того здания, в котором Фуко подвесил свой маятник, да и всё здание в целом участвуют во вращении Земли, сам же маятник, после того как его раскачают, будет сопротивляться этому вращению и стремиться качаться в прежнем направлении. Значит, как только здание, в котором качается маятник, повернётся из-за вращения Земли на значительный угол, маятник должен изменить направление своего качания относительно здания.
Когда Фуко в 1851 году впервые поставил свой опыт, его расчёты блестяще подтвердились: спустя несколько минут после того как маятник заставили качаться, все присутствующие заметили, что направление качания маятника стало изменяться. Сомнений не было — это был результат вращения Земли.
Почему Фуко, ставя свой опыт, воспользовался маятником таких больших размеров? Во-первых, потому, что чем больше маятник, тем легче можно заметить изменение направления его качания. Во-вторых, большой маятник может качаться сравнительно долго, в то время как маленький маятник быстро перестанет качаться, главным образом потому, что на нём сильно сказывается тормозящее действие сопротивления воздуха.
Опыт Фуко повторялся много раз в различных местах Земли, и во всех случаях те, кто его ставили, своими глазами убеждались в существовании вращения Земли.
В 1931 году, то есть через 80 лет после Фуко, его опыт был поставлен в Ленинграде в бывшем Исаакиевском соборе в ещё больших размерах. Длина проволоки маятника была 98 метров, вес груза — 60 килограммов. На одно своё полное колебание этот огромный маятник тратил 20 секунд. И уже после трёх-четырёх таких колебаний большинство присутствующих (а их было около 7000 человек) смогло заметить, что маятник несколько изменил направление своего качания в сторону, противоположную вращению Земли.
6. Отчего летом теплее, чем зимой?
Мы все отлично знаем, что в различные времена года Солнце ведёт себя по-разному. Летом оно восходит рано, идёт высоко по небу и заходит поздно. Зимой, наоборот, Солнце показывается над горизонтом поздно и, совершив низкий и короткий путь по небу, рано заходит. Летом день длинный, ночь короткая; зимой день короткий, ночь длинная. Весной и осенью день и ночь по продолжительности мало отличаются друг от друга. Чем всё это объяснить? Ведь мы знаем, что смена дня и ночи, то есть восход и заход Солнца, происходит оттого, что Земля вращается вокруг своей оси. Что же она не весь год вертится одинаково? А может быть, продолжительность дня и ночи зависит ещё от какой-нибудь другой причины?
Чтобы выяснить это, разберём подробнее, как ведёт себя Солнце в различные времена года и какая существует связь между поведением Солнца и изменениями погоды.
И летом и зимой Солнце восходит в восточной части горизонта, заходит в западной, а в полдень бывает на юге выше всего над горизонтом. Но летом Солнце восходит между востоком и севером, то есть на северо-востоке, а заходит между западом и севером, то есть на северо-западе. Благодаря этому его видимый путь по небу длинен, и должно пройти много времени, чтобы Солнце могло добраться до юга; в течение этого времени Солнце успеет подняться высоко. Зимой Солнце восходит между востоком и югом, то есть на юго-востоке, а заходит между западом и югом, то есть на юго-западе. Путь его по небу короче, чем летом. До юга Солнце доходит за сравнительно недолгое время и не успевает подняться на значительную высоту (рис. 5).
Рис. 5. Видимый путь Солнца над горизонтом в различные времена года
Возьмём, для примера, Москву. Летом в Москве, в конце июня, Солнце бывает над горизонтом приблизительно 17 с половиной часов, а зимой, в конце декабря, всего только 6 с половиной. В полдень, когда Солнце на юге, летом оно бывает в 5 с лишним раз выше над горизонтом, чем зимой.
Нетрудно понять, что именно благодаря такой разнице в поведении Солнца зимой и летом, зимой бывает холодно, а летом тепло. Ведь летом Солнце значительно дольше освещает поверхность Земли, чем зимой. А солнечные лучи дают Земле не только свет, но и согревают её.
Но ещё большее значение имеет разница в высоте пути Солнца над горизонтом. Когда Солнце стоит на небе низко, его лучам приходится проходить через толстый слой воздушной оболочки, который не только ослабляет свет Солнца, но и задерживает теплоту его лучей. Кроме того, солнечные лучи падают в этом случае на земную поверхность не прямо, а вкось, как бы скользя вдоль неё. В результате всего этого при низком положении Солнца солнечные лучи очень мало согревают почву.
Совершенно иное получается, когда Солнце стоит высоко над горизонтом. Тогда солнечные лучи проходят через сравнительно тонкий слой воздуха и падают на земную поверхность почти отвесно. Благодаря этому они сильно согревают почву.
Рис. 6. Путь солнечных лучей при низком и при высоком положениях Солнца
Посмотрите на рис. 6. В левой части рисунка показано, как падает на Землю пучок солнечных лучей, когда Солнце находится низко на небе. В правой части рисунка показан падающий на Землю пучок лучей от Солнца, когда оно стоит высоко в небе. Один и тот же пучок лучей в первом случае (когда Солнце низко) освещает значительно большую площадь на земной поверхности и проходит более толстый слой воздуха, чем во втором случае. Отсюда понятно, почему зимнее Солнце почти не греет, а летнее, наоборот, греет очень сильно.
Таким образом, мы видим, что зимние холода объясняются тем, что зимой Солнце бывает недолго над горизонтом и его лучи почти не согревают поверхность Земли. Летом же, наоборот, Солнце бывает над горизонтом долго, и его лучи сильно греют Землю. Поэтому-то летом и бывает тепло.
7. Отчего летом Солнце бывает над горизонтом выше, чем зимой?
Как мы уже говорили, в результате вращения Земли вокруг своей оси с запада на восток нам кажется, что Солнце перемещается по небу в обратном направлении, то есть с востока на запад, и все другие светила — Луна, звёзды — движутся по небу в том же направлении по той же причине.
Но вот оказывается, что, кроме этого кажущегося общего для всех небесных светил движения, Солнце имеет ещё второе движение, значительно менее заметное. Благодаря именно этому движению Солнце в различные времена года согревает Землю по-разному.
Ещё древним учёным удалось выяснить, что Солнце медленно перемещается по небу, переходя от одного созвездия к другому, и совершает в течение одного года один полный круг, приходя на то же место, где было ровно год назад.
Вы можете спросить, как можно наблюдать перемещение Солнца между звёздами, когда звёзды не видны на небе одновременно с Солнцем?
Оказывается, для того чтобы судить о движении Солнца между звёзд, видеть его одновременно со звёздами вовсе не обязательно.
Прежде чем объяснять, как это можно сделать, заметим, что сами звёзды (кроме особых небесных тел, похожих на звёзды — планет, о которых мы расскажем ниже) не меняют заметно своего положения друг относительно друга, то есть каждая звезда находится всегда на одних и тех же расстояниях от других звёзд. Поэтому взаимное расположение звёзд на небе остаётся постоянным в течение многих лет, и учёным только с помощью точных инструментов удалось обнаружить незначительные изменения в положении звёзд.
Убедиться же в том, что Солнце действительно движется между звёзд, можно различными способами. Например, можно отмечать изо дня в день, какие звёзды видны в вечерние часы в западной части неба после захода Солнца. Очевидно, что это будут как раз те звёзды, вблизи которых находится Солнце. И вот оказывается, что в различные дни года в вечерние часы на западе бывают видны различные звёзды. При этом, конечно, бывает неодинаков и вид всего звёздного неба.
Так, например, те звёзды, которые весной видны в западной части неба, осенью будут видны на востоке. Звёзды, которые весной мы видим на юге, осенью или совсем не будут видны на небе, или же будут видны на севере. Всё это с очевидностью говорит о том, что положение Солнца между звёзд в течение года изменяется.
Для того чтобы изучить годовой путь Солнца между звёзд, учёные не только наблюдали за изменением вида ночного неба, то есть за расположением звёзд, но и производили также тщательные определения положения Солнца на небе днём. В результате всего этого удалось точно установить, около каких звёзд проходит по небу годовой путь Солнца весной, летом, осенью и зимой.
И вот оказалось, что летом Солнце находится около звёзд, которые высоко поднимаются над горизонтом в южной части неба и совершают над горизонтом длинный путь. Зимой, наоборот, Солнце находится около звёзд, совершающих короткий путь над горизонтом и низко расположенных даже тогда, когда они видны на юге. Этим и объясняются особенности изменений суточного пути Солнца над горизонтом в течение года. Ведь если бы Солнце не перемещалось так между звёзд, оно бы в течение всего года каждый день совершало над горизонтом одинаковый путь.
8. Отчего происходит годовое движение Солнца между звёзд?
Древние учёные, открывшие, что Солнце движется между звёзд, считали, что Солнце действительно обходит Землю кругом в течение года. Рассматривая Землю как середину и основу всего мира, они думали, что вокруг Земли движутся вообще все небесные светила. При этом Солнце, по их представлениям, совершало два движения: первое — суточное, вместе со всем звёздным небом, второе — годовое по звёздному небу.