4 января в 16 часов 28 минут по московскому времени расстояние между Землей и Солнцем сократится до минимума.

4 января в 16 часов 28 минут по московскому времени расстояние между Землей и Солнцем сократится до минимума. «Всего» 147 117 000 километров. Если вам показалось, что Солнце какое-то очень крупное – вам не показалось. Рассказываем, отчего так получается, почему Солнце близко, а на дворе зима, и как самому во всем этом убедиться.

НЕКРАСИВАЯ ОРБИТА

Земля вращается вокруг Солнца по эллипсу – а это вытянутая фигура. Поэтому Земля то близко к Солнцу, то дальше. Как и все планеты. Дальше всего от Солнца Земля бывает в начале июля. А ближе – вот сейчас. Разница между позициями не мала, 5 миллионов километров.

Веками астрономы полагали, что орбиты планет могут быть только кругами, потому что круг – совершенная фигура, а эллипс «некрасивая». Так думал и создатель современной астрономии Николай Коперник.

Но что-то не ложились реальные движения планет на гипотетические круги. Наконец Иоганн Кеплер понял, что орбиты – эллипсы. Это осознание далось ему непросто. Он долго сомневался. Природа не может быть такой «уродливой»! Сомневались и все вокруг, но против фактов не попрешь.

Однако, если так, Солнце должно становиться то крупнее, то мельче. Измерять видимые размеры Солнца сложно – слепит. Это сделал только раз в III веке до нашей эры Архимед. Кеплер решил повторить, а, чтобы не слепило, применил камеру-обскуру. В коробке делается дырка, и наблюдается «солнечный зайчик», пропорциональный по размеру реальному диску. И в самом деле! Солнце в течение года меняет видимые размеры!

А ПРОВЕРИМ?

Легко. Есть два способа.

Можно изготовить камеру-обскуру как у Кеплера. То есть взять коробку, лучше чтобы стенки покрепче. В одной плоскости сделать очень маленькое отверстие, меньше миллиметра. Например, прорезать большую дырку, заклеить ее фольгой, и в фольге иголочкой проткнуть дырку малую. Верхушка коробки пусть открывается, чтобы мы видели, что внутри.

Прямо в эти дни зарисуйте аккуратно диск Солнца внутри коробки, на стороне, противоположной отверстию. И ждите до начала июля. Когда вы повторите опыт летом, то увидите, что тот, летний солнечный зай чик прямо-таки болтается внутри зимнего. Разница будет очень существенна.

А можно взять небольшое зеркало, около сантиметра. Если такого нет, не беда, берите обычное, закройте его бумагой, в которой прорежьте «глазок».

Пустим зайчик. На каком-то расстоянии (метров 5 и больше) он вдруг превратится в … изображение Солнца. На нем даже можно рассмотреть пятна. Неважно, какой формы зеркальце или дырка в бумаге – изображение все равно окажется круглым.

Точно так же: зарисуйте его, и сравните с летним.

Этот опыт немного сложнее, потому что расстояние от зеркала до экрана должно быть одно, что зимой, что летом. А коробка, она и есть коробка, что с ней сделается. Померяйте, да спрячьте до июля.

А ПОЧЕМУ ЗИМА?

В самом деле, как же так?

Зададимся вопросом: а отчего вообще зависит, тепло или холодно?

Часто говорят: от расстояния до Солнца! Как видим, нет. Солнце близко, а у нас зима. И так ведь всегда.

На самом деле, играет роль только наклон солнечных лучей к поверхности Земли. Зимой косые лучи Солнца скользят, едва касаясь почвы. Потому что Солнце очень низко. А летом – жарят почти отвесно. Вот от этого-то у нас летом тепло, а зимой холодно.

Важно также, что низкое Солнце пробивается через серьезную толщу атмосферы. Его тепло поглощается. Тогда как летом лучи высоко стоящего светила испытывают лишь малые потери.

И все-таки, и все-таки! Лето в Южном полушарии приходится на перигелий (так по-научному называется близкая позиция Земли к Солнцу), и потому оно немного теплее, чем лето в Северном полушарии, которое приходится на афелий (дальнюю позицию).

ЛИНЕЙКА ДЛЯ НЕБА

Хотя древние не знали, что Солнце то удаляется, то приближается, они сумели измерить (хотя и с заметной ошибкой) расстояние до Луны, до Солнца, а упомянутый Архимед довольно точно оценил удаленность ближайших звезд. Он думал, что до них 2 световых года, на самом деле четыре.

И это прямо-таки не умещается в голове. Как??? Без GPS, без карт и телескопов? Нас-то помести в пустыню, и оставь голенькими, мы север-юг не отыщем, не то, что расстояния до Солнца.

А давайте попробуем повторить. Сделаем, как они. Это же несложно.

ЗАГЛЯНЕМ В КОЛОДЕЦ

Основа всех расчетов – размер земного шара. В метрах и километрах (понятно, что тогда применяли другие единицы длины, например, стадии, около 200 м, но это неважно).

Размер Земли в древности измеряли многие, точнее всего – Эратосфен в III веке до новой эры. Он приметил: когда на юге Египта Солнце в полдень заглядывает в глубины колодцев, на севере, в Александрии, Солнце вовсе не над головой, а ниже. Он понял: если измерить расстояние между этими точками в градусах (это просто – делается с помощью палки и ее тени) и в метрах (простите, в стадиях), можно понять размер всего шара.

А именно.

В городе Сиена, на юге, Солнце, стало быть, в зените. А в Александрии отстоит от зенита на 7,2 градуса. Расстояние между этими пунктами считалось в 5000 стадий. Померяли караванами, шагами, и вообще на глаз. Значит:

7,2 градуса = 5000 стадий

360 градусов (окружность Земли) = 250 тысяч стадий.

Ошибка таилась в стадиях (шагами точно не померять), однако, результат хорош. 40 008 километра в окружности против 40 075 километров на самом деле. Меряя Землю, ошибся на жалкие 67 км!

Как-то подростком я списался со сверстником из Пятигорска, и мы повторили опыт. У нас получилось, но результат оказался хуже, хотя расстояние (по карте) я замерил точно. Видимо, греки лучше мерили углы.

А КАК УЗНАТЬ РАССТОЯНИЕ ДО СОЛНЦА?

Этим занялся астроном Аристарх (тоже III век до новой эры). Он намеревался поймать момент, когда фаза Луны – точно половинка. Это значит, что угол Солнце – Луна – Земля составляет ровно 90 градусов.

Но, глядя с Земли, и измеряя угол между Луной и Солнцем на небе, мы получим какое-то другое, отличное от 90, значение. Потому что Луна и Земля от Солнца – все-таки на разных расстояниях. Вот в этой разнице и зашифрована истина.

Телескопа у Аристарха не было. Примечая на глаз лунную половинку, он серьезно ошибся. По его прикидкам, искомое отклонение составило целых 3 градуса (на самом деле меньше). Это означало, что расстояние от Земли до Солнца в 19 раз больше, чем от Земли до Луны.

В реальности - в 500 раз больше. Но уже кое-что! Схвачен, как говорят ученые, масштаб явления.

ФИНАЛЬНЫЙ РАСЧЕТ

Ладно, это только пропорция, а нам нужны стадии, реальные цифры нам нужны! Спокойно, сейчас все будет.

Аристарх присмотрелся к лунным затмениям. Это когда на Луну падает тень Земли. Понятно, что тень Земли «раздувается»: точно так же ваша тень, когда вы несете фонарик, кажется громадной на стене. Но мы много чего знаем, чтобы распутать эту геометрию. Мы знаем пропорции, и мы знаем размер Земли.

Дело за малым: проследить во время затмения, каков же угловой размер земной тени, падающей на Луну. Дальше идет довольно сложная математика (ее опускаем), и вот результат:

Итак, удалось довольно точно понять размер Луны. Хотя с расстоянием до Луны ошиблись. Оценка размеров Солнца совсем грубая, как и расстояния до него. А все равно потрясающе.

Вы можете попробовать, и сами последить за Луной. Поймайте ее, когда она – ровно половинка. Дальше возьмите школьный транспортир, и померьте угол между Солнце и Луной (нужно, чтобы Солнце еще не зашло; применять оптические средства вроде теодолитов нельзя, ослепнете!) Это весело, и вы сами убедитесь, как непросто улучить момент, и как сложно меряется угол (а у греков кроме транспортира по сути и не было ничего).

Основываясь на этих пропорциях, Архимед рассчитал радиусы орбит всех планет, и, сделав некоторые допущения, понял, что до ближайшей звезды, на современный счет, 2 световых года. На самом деле 4. Ну, ничего!

ИНТЕРЕСНЫЕ ВЫХОДНЫЕ

Может, такая погода будет все праздники, что и Солнца не увидишь. А может, мелькнет. Еще лучше, если и ночью небо очистится. На юге Венера, яркая, как фонарь. На востоке – Юпитер, чуть позже восходит Марс. Четко очерченные зимние созвездия обрамляют небосвод. Красота. Вот бы всегда такие праздники!

Конечно, не обязательно орудовать транспортиром и составлять пропорции. Можно посмотреть на Солнце – и просто подумать. Как трудно было постичь даже нехитрые его тайны. Но в глубокой древности это удалось. А сколько еще их осталось. Ведь мы до сих пор в точности не знаем, за счет чего оно светит.

Но – узнаем и это.

Евгений АРСЮХИН

https://www.kp.ru/daily/27650.3/5031212/