В действительности, однако, дело обстоит не так.
Оказывается, что лучи Солнца только два раза в году — 21 марта и 23 сентября — падают на Землю под прямым углом к оси её вращения. Это значит, что только два раза в году — весной и осенью — бывает так, что день и ночь длятся по 12 часов, всю же остальную часть года либо ночь бывает длиннее дня, либо день длиннее ночи.
Рис. 8. Наклон земной оси к лучам Солнца в конце июня
Посмотрите на рис. 8. Он изображает Землю, на которую солнечные лучи падают справа. Поэтому на правой половине Земли день, а на левой — ночь. Обратите теперь внимание на то, как расположена ось вращения Земли. Она наклонена к лучам Солнца и при этом так, что её северная часть (на рисунке — верхняя) наклонена по направлению к Солнцу, а южная (на рисунке — нижняя) наклонена прочь от Солнца. Вследствие этого северная часть Земли получает значительно больше тепла и света, чем южная.
Посмотрите теперь на северный полюс Земли. Не только он сам, но и значительная часть земной поверхности вокруг него освещается солнечными лучами. Сколько бы Земля ни вертелась, ни на самом северном полюсе, ни вокруг него при таком положении земной оси ночь не может наступить: круглые сутки будет день.
В местностях, более удалённых от северного полюса, смена дня и ночи уже будет происходить, но, как это нетрудно сообразить, день будет длиннее ночи. И только на земном экваторе, то есть как раз посредине между двух полюсов Земли, продолжительность дня и ночи будет одинакова.
Совершенно иное будет происходить в южном полушарии. Как сам южный полюс Земли, так и значительная часть земной поверхности вокруг него не освещаются солнечными лучами. Это значит, что на южном полюсе и около него круглые сутки будет длиться ночь. В более удалённых от южного полюса местностях ночь уже будет сменяться днём, но её продолжительность вплоть до экватора будет больше продолжительности дня.
Из всего сказанного теперь легко понять, что при таком наклоне земной оси, как на рис. 8, в северном полушарии Земли будет лето, а в южном — зима (зимние месяцы в южном полушарии — июнь — август).
Рис. 9. Наклон земной оси к лучам Солнца в конце декабря
Посмотрите теперь на рис. 9. На нём тоже изображена Земля, освещённая справа солнечными лучами. Однако ось вращения Земли на этот раз наклонена в противоположном направлении: северный её конец от Солнца, а южный — к Солнцу. Северный полюс с окружающей его частью земной поверхности погружён в темноту. На нём и около него круглые сутки длится ночь. Несколько дальше от него смена дня и ночи происходит, но всюду день короче ночи. В северном полушарии Земли будет зима. В южном полушарии Земли в это время, очевидно, лето. Там день либо длиннее ночи, либо (на южном полюсе и поблизости от него) длится круглые сутки.
Рис. 10. Наклон земной оси к лучам Солнца в конце марта и в конце сентября
О том, как расположена ось вращения Земли относительно лучей Солнца весной и осенью, уже говорилось: солнечные лучи падают на Землю под прямым углом к земной оси. В таком положении Земля изображена на рис. 10.
Конечно, надо помнить, что в то время, когда в северном полушарии Земли бывает осень, в южном полушарии бывает весна, и наоборот.
Рuc. 11. Изменение наклона земной оси к лучам Солнца в течение года
Теперь посмотрите на рис. 11. Он даёт общую картину изменения положения земной оси относительно Солнца в течение года.
В середине рисунка находится Солнце. Путь Земли изображён несколько сбоку, поэтому он не круглый, а вытянутый. Земля показана на нём в четырёх положениях: 21 марта, 22 июня, 23 сентября и 22 декабря. На рисунке отчётливо видно, что в различные времена года ось вращения Земли сохраняет одно и то же положение, наклонённое к пути, по которому Земля движется вокруг Солнца. Именно поэтому в разные части года Солнце освещает сильнее то северное, то южное полушарие Земли, то есть именно поэтому происходит смена времён года.
Действительно, при положении Земли 21 марта и 23 сентября северное и южное полушария Земли (как и на рис. 10) расположены одинаково относительно солнечных лучей.
На всей Земле в это время день и ночь длятся по 12 часов. 21 марта в северном полушарии — весна, в южном — осень; 23 сентября, наоборот, — в северном полушарии — осень, в южном — весна (на рис. 11 21 марта видна освещённая Солнцем половина Земли, а 23 сентября — неосвещённая).
Положение Земли 22 июня такое же самое, что и на рис. 8. Северное полушарие Земли получает от Солнца больше тепла и света, чем южное. В северном полушарии — лето, в южном — зима. Наконец, положение Земли 22 декабря соответствует рис. 9. При этом положении северное полушарие Земли получает меньше тепла и света, чем южное. В северном полушарии — зима, в южном — лето.
Итак, оказывается, что смена времён года происходит на Земле потому, что ось вращения Земли наклонена к пути, по которому Земля движется вокруг Солнца. Если бы не было наклона земной оси, если бы она была расположена к пути Земли вокруг Солнца под прямым углом, в любом месте на Земле суточный путь Солнца над горизонтом оставался бы в течение года неизменным. И не было бы тогда ни весны, ни лета, ни осени, ни зимы. Весь год погода в отдельных местах на Земле была бы приблизительно одинаковая: у земных полюсов всего холоднее, на экваторе всего жарче. Но смены времён года не существовало бы.
11. Что такое планеты и звёзды?
В нашей книжке нам пришлось упомянуть о различных небесных светилах: Солнце, Луне, планетах и звёздах. О том, что представляют собой Солнце и Луна, мы в своём месте кое-что сказали, но о планетах и звёздах было упомянуто лишь мимоходом. А между тем, если об этих светилах читателю совсем ничего не известно, многое из того, о чём было здесь рассказано, может быть им неправильно понято.
Итак, что такое планеты?
Рис. 12. Сравнительные размеры планет
На рис. 12 показаны сравнительные размеры планет. Их известно всего девять. Самая большая из них — Юпитер — имеет поперечник в 11 раз больше поперечника Земли, а объём в 1345 раз больше земного объёма. Несмотря на такие огромные размеры, Юпитер всё-таки почти в 1000 раз меньше Солнца по объёму.
Все планеты, подобно нашей Земле, имеют шарообразную форму и так же, как и Земля, сами не светятся. Мы их видим только потому, что их освещают лучи Солнца.
Планеты Меркурий, Венера, Марс и Плутон по своим размерам меньше нашей Земли. О Плутоне мы почти ничего не знаем: он очень удалён от Земли, да к тому же и невелик. Венера и Марс окружены воздушными атмосферами. Марс очень напоминает Землю по характеру своего вращения вокруг оси. Ось его вращения, как и земная, значительно наклонена к пути, по которому Марс движется вокруг Солнца. И, как и на Земле, на Марсе вследствие этого происходит смена времён года. В зрительные трубы можно легко рассмотреть снеговые полярные шапки на Марсе, которые увеличиваются в том из полушарий Марса, на котором наступает зима, и одновременно уменьшаются, а то и совсем исчезают в другом полушарии, где наступает лето. Смена дня и ночи на Марсе происходит тоже почти так же, как и на Земле, так как один поворот вокруг своей оси Марс делает в 24 часа 37 минут, то есть немногим больше земных суток.
Есть много оснований предполагать, что на Марсе, как и на Земле, существует жизнь. Конечно, эта жизнь должна сильно отличаться от земной уже по одному тому, что Марс находится дальше от Солнца, чем Земля, и поэтому получает значительно меньше солнечного тепла и света. Да и атмосфера Марса во много раз реже земной атмосферы.
Очень возможно также, что жизнь существует и на Венере, но эта планета мало изучена, так как её поверхность всегда закрыта облаками, плавающими в атмосфере Венеры.
Меньше похожи на Землю четыре самые большие планеты: Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Они окружены атмосферами, в которых плавают густые облака. Эти планеты очень быстро вращаются вокруг своих осей, в особенности Юпитер, который делает один оборот меньше чем в 10 часов. Вследствие такого вращения эти планеты заметно сплюснуты у полюсов, в особенности Юпитер и Сатурн.
Рис. 13 показывает, в каком порядке планеты движутся вокруг Солнца. Наша Земля оказывается третьей планетой по расстоянию от Солнца. Первая от Солнца планета — Меркурий — в два с половиной раза ближе к Солнцу, чем Земля. Самая далёкая — Плутон — в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля.
Рис. 13. Движение планет вокруг Солнца
Вокруг большинства планет обращаются спутники, сопровождающие планеты в их движении вокруг Солнца, подобно тому как Луна сопровождает Землю. У Юпитера учёные открыли с помощью зрительных труб одиннадцать спутников, у Сатурна — девять, у Урана — четыре, у Марса — два, у Нептуна и Земли — по одному. У Меркурия, Венеры и Плутона спутники не обнаружены.
Вокруг Сатурна кроме девяти спутников обращается кольцо. Его можно различать даже в сравнительно небольшие зрительные трубы. Оно не сплошное, а состоит из отдельных маленьких телец, в огромном количестве движущихся вокруг Сатурна.
Между Марсом и Юпитером вокруг Солнца движутся многочисленные небольшие планетки, называемые «малыми планетами». Самая большая из них имеет поперечник около 800 километров, самая маленькая — один километр. К настоящему времени учёные открыли уже свыше 1500 малых планет, но действительное их число должно быть значительно больше.
Как ни велики расстояния до планет, всё-таки они во много раз меньше расстояний, отделяющих нас от звёзд. Даже самая близкая звезда почти в 300 000 раз дальше от нас, чем Солнце. Благодаря такой огромной своей удалённости звёзды, которые представляют собой в действительности такие же огромные и яркие светила, как наше Солнце, кажутся нам слабо светящимися огоньками на тёмном ночном небе.