Готовый перевод Richard Dawkins, "The Magic of Reality: How We Know What's Really True" / Ричард Докинз, "Магия реальности: откуда мы знаем что является правдой": 5. Why do we have night and day, winter and summer? / Почему существуют ночь и день, зима и лето?

5. Почему существуют ночь и день, зима и лето?

Наши жизни подчинены двум большим ритмам, один из которых медленнее другого.

Более быстрый - это ежедневное чередование между тьмой и светом, которое повторяется каждые 24 часа. А медленный ритм - это ежегодная смена зимы и лета, которая повторяется с циклом немногим более 365 дней.

Неудивительно, что оба этих ритма породили различные мифы.

Цикл день-ночь особенно ярко отражен в мифах из-за того существенного пути, которое проходит солнце в своем видимом движении по небосводу с востока на запад.

Некоторые народы даже рассматривали солнце как золотую колесницу, движущуюся по небу и управляемую богом.

Аборигены Австралии были изолированы на их островном континенте по крайней мере в течение 40000 лет, и у них сохранилось несколько старейших в мире мифов.

Эти мифы чаще всего начинаются в таинственную эпоху, называемую Время сновидений, когда начался мир, и он был населен животными и расой гигантов.

Разные племена аборигенов имеют разные мифы о Времени сновидений.

Первый миф пришел к нам из племени, которое живет в горах Флиндерс на юге Австралии.

В ту эпоху Времени сновидений две ящерицы были друзьями.

Одна из них была вараном (большая, крупногабаритная ящерица), а другая гекконом (восхитительная маленькая ящерица с присосками на подушечках ног, при помощи которых она может забираться по вертикальным поверхностям).

Однажды они обнаружили, что их другие друзья были жестоко убиты женщиной-Солнцем и ее стаей собак динго.

Разъяренная на женщину-Солнце, большая ящерица швырнула в нее свой бумеранг и сбила ее с неба, где та находилась.

Солнце исчезло на западе за горизонтом и мир погрузился во тьму.

Две ящерицы очень испугались и отчаянно попытались выбить солнце на небо, чтобы вернуть свет.

Варан взял другой бумеранг и швырнул его на запад, туда, куда исчезло солнце.

Как вы наверное знаете, бумеранг - замечательное оружие, которое возвращается к бросившему его, поэтому ящерицы надеялись что бумеранг сможет подцепить солнце и вернуть его на небо.

Но бумеранг не вернулся.

Тогда они стали пробовать бросать бумеранги во всех направлениях в неясной надежде вернуть солнце.

Наконец, у варана остался только один бумеранг и, в отчаянии, он бросил его на восток, в противоположном направлении тому, куда исчезло солнце.

На этот раз, бумеранг вернулся и принес на себе солнце.

C тех пор солнце каждый день повторяет тот самый случай своего исчезновения на западе и появления на востоке.

Множество мифов и легенд со всех уголков света имеют ту же самую черту: какое-то исключительное событие случается один раз, а затем, без объяснения причин, та же самая вещь продолжает случаться снова и снова всегда.

Вот другой миф аборигенов, на этот раз с юго-востока Австралии.

Кто-то подбросил яйцо эму (вид австралийского страуса) вверх в небо.

Из этого яйца вылупилось солнце и подожгло кучу дров, которые (по какой-то причине) находились там наверху.

Небесный бог заметил, что свет был полезен для людей, и он сказал своим слугам впредь выходить каждую ночь, чтобы класть достаточно дров в небе для освещения следующего дня.

Более длинный сезонный цикл также является предметом мифов во всем мире.

В мифах североамериканских индейцев, как и во многих других, часто встречаются персонажи животных.

В одном из мифов индейского племени Тахтлан из западной Канады рассказывается о ссоре между Дикообразом и Бобром из-за того, насколько длинными должны были бы быть времена года.

Дикообраз хотел, чтобы зима продолжалась пять месяцев, и в качестве примера показывал свои пять пальцев.

Но Бобер хотел, чтобы зима длилась больше месяцев - по числу углублений на его хвосте.

Дикообраз был рассержен и настаивал на еще более короткой зиме.

Он в ярости откусил свой большой палец и выставил на показ оставшиеся четыре пальца.

И с тех пор зима продолжается четыре месяца.

Я считаю этот миф несколько разочаровывающим, потому что он уже предполагает что будут зима и весна, и лишь объясняет сколько месяцев будет длиться каждая из них.

По крайней мере, в этом отношении греческий миф о Персефоне гораздо лучше.

Персефона была дочерью главного бога Зевса.

Ее матерью была Деметра, богиня плодородия земли и урожая.

Деметра очень любила Персефону, которая помогала ей заботиться об урожае на полях.

Но Аид, бог подземного мира, царства мертвых, тоже любил Персефону.

Однажды, когда она играла на цветочном лугу, разверзлась большая пропасть и из нее появился Аид на своей колеснице. Он схватил Персефону, утащил за собой вниз и сделал ее королевой своего мрачного подземного царства.

Деметра была настолько убита горем из-за потери своей любимой дочери, что она остановила рост растений и люди начали голодать.

В конце концов, Зевс отправил Гермеса, божьего посланника, вниз в подземный мир, чтобы забрать Персефону обратно в страну жизни и света.

К несчастью оказалось, что Персефона съела шесть гранатовых зернышек, пока была в подземном мире, и это означало (по определенного рода логике, которая привычна для нас, когда дело касается мифов), что она должна возвращаться в подземный мир на шесть месяцев (по одному месяцу за каждое гранатовое зернышко) каждый год.

Таким образом, Персефона жила на поверхности часть года, начиная с весны и всё лето.

На протяжении этого времени растения цветут, и всё радуется жизни.

Но во время зимы, когда она вынуждена возвращаться к Аиду из-за тех противных гранатовых зерен, земля становится холодной и бесплодной, и на ней ничего не растет.

Всякий раз, когда что-либо меняется ритмично и с высокой точностью, ученые предполагают, что нечто либо колеблется, как маятник, либо что-то вращается, как волчок.

В случае наших дневных и сезонных ритмов мы имеем второе.

Сезонный ритм объясняется вращением Земли вокруг Солнца на расстоянии примерно 150 миллионов километров от него.

А дневной ритм объясняется вращением Земли, которая вертится вокруг себя, подобно волчку.

Иллюзия, что солнце движется по небосводу - всего лишь иллюзия.

Это иллюзия относительного движения.

Вы довольно часто можете встретить тот же вид иллюзии.

Например, когда вы находитесь в поезде, стоящем на станции рядом с другим поездом.

Внезапно вам кажется что ваш поезд начал движение.

Но потом вы понимаете что на самом деле вы вовсе не трогались с места.

На самом деле, это второй поезд начал двигаться в противоположном направлении.

Помню, я был заинтригован подобной иллюзией, когда первый раз путешествовал на поезде.

(Наверняка я был очень молод, поскольку также помню другую вещь, которую неправильно понял в том первом путешествии.

Пока мы ждали поезда на платформе, мои родители постоянно говорили что-то типа: "Наш поезд скоро приедет" и "Вот подъезжает наш поезд" и потом "Наконец, это наш поезд"

Я был взволнован его приближением, поскольку это был наш поезд.

Я ходил туда-сюда по проходу, восхищаясь каждой вещью в поезде, потому что думал, что он наш, и мы владеем всем, что находится в этом поезде.)

Еще иллюзия относительного движения действует по-другому.

Вы думаете, что другой поезд тронулся, до тех пор, пока не обнаружите, что это ваш собственный поезд движется.

Трудно отличить кажущееся движение от реального.

Это легко, если ваш поезд трогается с толчком, но не в случае, если его движение начинается очень плавно.

Когда поезд, в котором вы едете, обгоняет другой, движущийся со скоростью лишь слегка меньшей, вы иногда можете обмануться, думая, что ваш поезд неподвижен, а тот, другой медленно движется назад.

То же самое с Землей и Солнцем.

В действительности, солнце не движется по небу с востока на запад.

На самом же деле кружится Земля, подобно почти всему во вселенной (включая, кстати, само Солнце, но мы можем не принимать это в расчет).

Формально мы говорим, что Земля вращается вокруг своей оси: вы можете думать о ней как о вале, проходящем через весь земной шар с Северного полюса до Южного.

Солнце остается практически неподвижным по отношению к Земле (но не к другим объектам во вселенной, однако я просто хочу написать о том, как нам это видится отсюда, с Земли).

Мы вращаемся очень плавно для того, чтобы почувствовать движение, и воздух, которым мы дышим, также вращается вместе с нами.

Если бы воздух не вращался вместе с нами, мы бы почувствовали его как могучий стремительный ветер, ведь мы вращаемся со скоростью тысячу миль в час.

По крайней мере, такова скорость вращения на экваторе; очевидно, что при приближении к северному или южному полюсам мы вращаемся медленнее, поскольку земле, на которой мы стоим, нужно пройти меньшее расстояние, чтобы совершить полный оборот вокруг оси.

Так как мы не чувствуем вращения планеты, и так как воздух вращается вместе с нами, то это напоминает тот случай с двумя поездами.

Единственный способ сказать, что мы движемся - это смотреть на объекты, которые не вращаются вместе с нами: такие как звезды или Солнце.

То, что мы видим - лишь кажущееся движение, и, как и в случае с поездами, кажется что мы остаемся в неподвижности, а звёзды и Солнце двигаются по небу.

Почему же, если Земля вращается со скоростью тысячу миль в час, когда мы подпрыгиваем прямо вверх, мы не приземляемся в другом месте?

Ну что ж, когда вы путешествуете в поезде на скорости 100 миль в час, вы можете подпрыгнуть и, тем не менее, приземлитесь в том же самом месте в поезде.

Когда вы подпрыгиваете, вы можете представить себя брошенным поездом вперед, но это не ощущается, потому что все остальное движется вперед с той же скоростью.

В поезде вы можете подбросить мяч вверх, и он упадет вниз по прямой.

Вы можете совершенно спокойно играть в пинг-понг в поезде до тех пор, пока он движется плавно и не ускоряется или тормозит, или быстро поворачивает.

(Но только в закрытом вагоне.

Если бы вы попытались играть в пинг-понг на открытой платформе, мячик бы улетел.

Все из-за того, что воздух движется вместе с вами, когда вы находитесь внутри крытого вагона, а не тогда, когда вы стоите на открытой платформе.)

Когда вы путешествуете с постоянной скоростью в закрытом вагоне, независимо от того, как быстро он мчится, можно стоять не шелохнувшись или играть в пинг-понг, либо во что-нибудь другое, без опаски.

Однако, если поезд будет разгоняться (или тормозить), и вы подпрыгните, вы приземлитесь в другом месте!

И игра в пинг-понг при разгоне, или торможении, или повороте поезда превратится в странную игру, даже если воздух в вагоне будет по-прежнему неподвижен по отношению к поезду.

Мы вернемся к этому позже , когда будем говорить о том, что происходит, когда вы бросаете предмет на орбитальной космической станции.

Вращающиеся часы - и календарь.

Ночь сменяется днем, а день сменяется ночью, как и части мира, мы оказываемся кружащими либо к солнечной стороне, либо к теневой.

Но почти столь же драматичной, по крайней мере для тех из нас, кто живет далеко от экватора, является сезонная смена коротких ночей длинными, жарких дней летом длинными ночами и короткими, холодными днями зимой.

Разница между днем и ночью разительна - настолько разительна, что большинство видов животных может процветать или днем, или ночью, но не днем и ночью.

Как правило, они спят в течение своего периода "отключения".

Люди и большинство птиц спят ночью и ведут активную жизнь в течение дня.

Ежи, ягуары и многие другие млекопитающие активны ночью и спят днем.

В то же время животные находят разные способы, чтобы справиться с изменениями между зимой и летом.

У многих млекопитающих вырастает толстая, лохматая шерсть на зиму и линяет весной.

Многие птицы, и млекопитающие также мигрируют, иногда на огромные расстояния, чтобы провести зиму ближе к экватору, а затем мигрировать обратно в высокие широты (на крайнем севере и крайнем юге) на лето, когда длинные дни и короткие ночи обеспечивают обильное питание.

Морские птицы, называемые полярными крачками, доводят это до крайности.

Полярные крачки проводят северное лето в Арктике.

Затем, при наступлении осени на севере, они мигрируют на юг, но не останавливаются в тропиках, а летят вплоть до Антарктики.

Книги иногда описывают "зимовки" арктических крачек в Антарктике, но, конечно, это вздор: к тому времени, когда они доберутся до Антарктики там южное лето.

Арктическая крачка мигрирует так далеко, что у нее два лета: у нее нет "зимовки", поскольку нет зимы.

Мне вспоминается шутливое замечание моего друга, который жил в Англии в течение лета, и отправлялся в тропическую Африку, чтобы "перетерпеть" зиму!

Другим способом избежать зимы для некоторых животных является спячка.

Ее называют «гибернация», от латинского слова hibernus - «зимний».

Медведи и суслики - одни из многих млекопитающих, а также довольно многих других видов животных, которые впадают в спячку.

Некоторые животные спят непрерывно всю зиму в течение большей части времени, периодически проявляя вялую активность, а затем снова спят.

Обычно их температура тела резко падает во время зимней спячки, и все в них замедляется почти до остановки: их внутренние двигатели еле теплятся.

На Аляске даже существует лягушка, которая заходит так далеко, что вмерзает в лед, оттаивая и снова возвращаясь к жизни весной.

Даже тем животным, которые, как и мы, не зимуют и не мигрируют, чтобы избежать холода, приходится приспосабливаться к смене времен года.

Листья вырастают весной, а осенью опадают (именно поэтому она называется "листопад"), так что, пышные зеленые деревья летом становятся тощими и голыми в зимний период.

Ягнята рождаются весной, так что они получают выгоду от высоких температур и свежих трав, когда растут.

Мы не можем на зиму обрастать длинной шерстью, но мы часто носим пальто.

Поэтому мы не можем игнорировать смену времен года, но понимаем ли мы их?

Многие люди не понимают.

Некоторые люди даже не понимают, что у Земли уходит год на полный оборот вокруг Солнца - на самом деле это и есть год!

Согласно одному опросу, 19 процентов британцев думают, что на это уходит месяц, и подобный процент людей оказался и в других европейских странах.

Даже среди тех, кто понимает, что означает год, есть множество таких, кто думает, что летом Земля ближе к Солнцу и более удалена от него зимой.

Скажите это австралийцам, готовящим рождественский ужин на барбекю, в бикини на обжигающе горячем пляже!

И в тот момент, когда вы осознаете, что в южном полушарии декабрь - это середина лета, а июнь - середина зимы, вы поймете, что времена года не зависят от того, насколько близко находится Земля к Солнцу.

Должно быть другое объяснение.

Мы не сможем продвинуться с этим объяснением, пока, для начала, не глянем на то, что заставляет небесные тела вращаться вокруг других небесных тел.

Поэтому дальше мы этим и займемся.

На орбиту.

Почему планеты остаются на солнечной орбите?

Почему что-нибудь остается в орбите вокруг чего-либо еще?

Впервые это понял в семнадцатом столетии сэр Исаак Ньютон, один из величайших ученых, которые когда-либо жили.

Ньютон показал, что всеми орбитами управляла сила тяжести - та же самая сила тяжести, которая тянет падающие яблоки к земле, но в более крупном масштабе.

(Увы, но история, что Ньютону пришла в голову эта идея, когда ему на голову упало яблоко, вероятно, в действительности неправда.)

Ньютон представлял себе пушку на вершине очень высокой горы со стволом, направленным горизонтально в сторону моря (гора находится на берегу).

Каждое ядро, которое она выстрелила, в начале, кажется, движется горизонтально, но одновременно оно падает к морю.

Сочетание движения над морем и падения в сторону моря приводит к изящной нисходящей кривой, завершающейся всплеском.

Важно понимать, что ядро падает все время, даже на начальной, пологой части кривой.

Это не означает, что оно летит некоторое время горизонтально, а затем неожиданно меняет свое решение, как герой мультфильма, который понял, что ему нужно упасть, и поэтому начинает действовать именно так!.

Снаряд начинает падать с того момента, как он покинул орудие, но вы не увидите падение как движение вниз из-за того, что снаряд движется (почти) горизонтально и довольно-таки быстро.

Теперь давайте сделаем нашу пушку больше и сильнее, так, чтобы снаряд пролетал много километров, прежде чем наконец плюхнуться в море.

Это все еще нисходящая кривая, но очень плавная, очень "пологая" кривая.

Направление движения довольно близко к горизонтальному на большом участке пути, но тем не менее, снаряд все равно падает.

Давайте продолжим представлять пушку все большей и большей, все более и более мощной: такой мощной, что ядро пролетит действительно большое расстояние, прежде чем упадет в море.

Теперь начинает проявляться кривизна Земли.

Ядро по-прежнему все время "падает", но поскольку поверхность планеты искривлена, «горизонтальность» начинает означать нечто необычное.

Пушечное ядро все еще следует по изящной кривой, как и прежде.

Но по мере того, как она медленно изгибается в сторону моря, море изгибается от нее, потому что планета круглая.

Поэтому ядру требуется еще больше времени, чтобы наконец плюхнуться в море.

Оно по-прежнему все время падает, но оно падает вокруг планеты.

Вы можете проследить путь, которым следуют аргументы.

Теперь представим себе пушку настолько мощную, что ядро проделывает путь вокруг Земли, пока не вернется туда, откуда оно было запущено.

Ядро по прежнему "падает", но кривая его падения будет совпадать с кривизной Земли, так что оно полетит вокруг планеты, не приближаясь к морю.

Теперь оно находится на орбите Земли и будет там в течение неопределенного времени, при условии, что нет сопротивления воздуха, замедляющего ядро (которое в действительности было бы).

Оно все равно будет "падать", но изящная кривая его длительного падения будет проходить вокруг Земли снова и снова.

Оно будет вести себя так же, как миниатюрная луна.

Это и есть спутники - искусственные "луны".

Они все "падают", но они никогда не снижаются.

Спутники, которые используются для ретрансляции междугородных телефонных звонков и телевизионных сигналов, находятся на специальной орбите, названной геостационарной.

Это означает, что скорость, с которой они вращаются вокруг Земли, ловко подобрана так, что она точно такая же, что и скорость, с которой Земля вращается вокруг своей оси, то есть они обращаются вокруг Земли каждые 24 часа.

Если подумать, это означает, что они всегда парят над одним и тем же местом над земной поверхностью.

Именно поэтому вы можете нацелить свою спутниковую антенну точно на тот спутник, который излучает на землю телевизионный сигнал.

Когда такой объект, как космическая станция, находится в орбите, он 'падает' всё время, и все объекты, находящиеся в космической станции, считаем ли мы их легкими или тяжелыми, падают с одинаковой скоростью.

Это хороший момент, чтобы остановиться и объяснить различие между массой и весом, что я обещал сделать еще в предыдущей главе.

Все объекты на орбитальной космической станции невесомы.

Но масса у них есть.

Их масса, как мы видели в этой главе, зависит от числа протонов и нейтронов, которые они содержат.

Вес — это сила тяжести, умноженная на массу.

На Земле мы можем использовать вес, чтобы измерить массу, потому что притяжение (более или менее) одинаково везде.

Но из-за того, что более массивные планеты имеют более сильную гравитацию, ваш вес меняется в зависимости от того, на какой планете вы находитесь, в то время как ваша масса остается везде одинаковой - даже если вы совершенно невесомы в космической станции на орбите.

Вы были бы невесомы на космической станции, потому что и вы, и весы, будете оба 'падать' с одинаковой скоростью (в так называемом «свободном падении»), так что ноги не будут оказывать давления на весы, которые, поэтому, зарегистрируют вас как невесомого.

Но хотя вы будете невесомы, ваша масса будет далеко не нулевой.

Если бы вы энергично отпрыгнули от "пола" космической станции, вы отлетели бы к потолку (хотя не было бы очевидно, где пол, а где потолок!), и, независимо от того, насколько далеко потолок, вы ударились бы головой, и ушибли бы ее, как если бы упали на голову.

И все остальное на космической станции точно так же по-прежнему имело бы свою собственную массу.

Если бы у вас в каюте было пушечное ядро, то оно плавало бы в невесомости, что могло бы заставить вас думать, что оно легкое, как надувной мяч такого же размера.

Но если бы вы попытались бросить его через каюту, вы скоро узнали бы, что оно не такое легкое, как надувной мяч.

Это была бы тяжелая работа - отбросить ядро, и вы отлетели бы назад в противоположном направлении, если бы попытались.

Пушечное ядро ощущалось бы тяжелым, даже притом, что оно не демонстрирует особой тенденции лететь 'вниз' к полу космической станции.

Если бы вам удалось бросить пушечное ядро через каюту, оно вело бы себя как любой тяжелый предмет, когда он ударяет что-то на своем пути, и было бы не хорошо, если бы оно ударило одного из ваших коллег- астронавтов по голове, либо прямо, либо после отскакивания от стены.

Если оно ударит другое пушечное ядро, оба отскочат друг от друга с соответствующим "тяжелым" чувством, в отличие, скажем, от пары шариков пинг-понга, которые также отскакивают друг друга, но легко.

Я надеюсь, что это дает вам почувствовать разницу между весом и массой.

В космической станции, пушечное ядро имеет гораздо большую массу, чем шарик, хотя оба имеют одинаковый вес - ноль.

Яйца, эллипсы и убегающая сила тяжести.

Давайте вернемся к нашей пушке на вершине горы, и сделаем ее еще более мощной.

Что произойдет?

Ну, теперь нам нужно познакомиться с открытием великого немецкого ученого Иоганна Кеплера, который жил как раз перед Ньютоном.

Кеплер показал, что изящная кривая, по которой предметы вращаются вокруг других предметов в космосе, является на самом деле не кругом, а чем-то другим, известным математикам со времен древних греков как 'эллипс'.

Эллипс имеет как бы яйцевидную форму (только "как бы": яйца не являются идеальными эллипсами).

Круг представляет собой частный случай эллипса - представьте себе очень тупое яйцо, яйцо столь короткое и толстое, что оно выглядит как шарик для пинг-понга.

Существует простой способ нарисовать эллипс и, в то же время, убедить себя, что круг представляет собой частный случай эллипса.

Возьмите веревку и сделайте из нее петлю, связав концы в настолько аккуратный и маленький узел, какой вы только сможете сделать.

Теперь воткните булавку в блокнот, закрепите петлю вокруг булавки, прикрепите карандаш к другому концу петли, сильно натяните петлю и прочертите все вокруг булавки при полном натяжении петли.

Конечно, вы нарисуете круг.

Затем, возьмите вторую булавку и воткните ее рядом с первой булавкой так, чтобы они соприкасались.

Вы по-прежнему нарисуете круг, потому что две булавки настолько близко друг к другу, что они считаются единой булавкой.

И вот теперь самое интересное.

Переместите булавки друг от друга на несколько сантиметров.

Теперь, когда вы прочертите фигуру при полном натяжении петли, нарисованная вами форма не будет кругом, это будет "яйцевидный» эллипс.

Чем дальше друг от друга вы разместите булавки, тем уже эллипс.

Чем ближе вы помещаете две булавки друг к другу, тем шире - и круглее - будет эллипс, пока две булавки не станут одной булавкой, а эллипс не станет кругом - частным случаем.

Теперь, когда мы познакомились с эллипсом, мы можем вернуться к нашему супермощному орудию.

Оно уже выпустило пушечное ядро на орбиту, которая, как мы предполагали, почти круговая.

Если теперь сделать его более мощным, произойдет то, что орбита станет более «растянутой», все менее круговой.

Это называют эксцентричной' орбитой.

Наше пушечное ядро проделывает довольно долгий путь от земли, а затем разворачивается и возвращается обратно.

Земля - одна из двух 'булавок'.

Другой 'булавки' как твердого объекта в действительности не существует, но вы можете представить ее себе как воображаемую булавку там в космосе.

Воображаемая булавка помогает сделать математику понятной для некоторых людей, но если это смущает вас, просто забудьте о ней.

Важно понимать, что Земля не находится в центре 'яйца'.

Орбита простирается гораздо дальше от Земли с одной стороны (стороны 'воображаемой булавки'), чем с другой (стороны, где сама Земля - булавка).

Мы продолжаем делать наше орудие более мощным.

Пушечное ядро теперь путешествует далеко-далеко от Земли и едва удерживается, чтобы возвратиться к Земле.

Эллипс теперь очень длинен и сильно растянут.

И в конце концов наступит момент, когда он перестает быть эллипсом вообще: мы стреляем пушечным ядром еще быстрее, и теперь дополнительная скорость просто выталкивает его за точку, откуда нет возврата, где гравитация Земли не может вернуть его обратно.

Оно достигает второй космической скорости и исчезает навсегда (или пока не будет захвачено гравитацией другого тела, например, Солнца).

Наша все более и более мощная пушка проиллюстрировала все стадии до и после образования орбиты.

Сначала ядро просто шлепается в море.

Затем, по мере того как мы последовательно стреляем ядрами с увеличивающейся силой, кривая их движения становится все более и более горизонтальной, пока ядро не достигнет скорости, необходимой чтобы выйти на почти круговую орбиту (помните, что круг - частный случай эллипса).

С увеличением скорости стрельбы орбита становится все менее круглой и более удлиненной, более эллиптической.

Наконец, эллипс становится настолько вытянутым, что он перестает быть эллипсом вообще: ядро достигнет второй космической скорости и исчезает совсем.

Орбита Земли вокруг Солнца в техническом отношении является эллипсом, но она почти частный случай - круг.

То же самое касается всех других планет, кроме Плутона (который в настоящее время не считается планетой вообще).

Кометы, с другой стороны, имеют орбиты, похожие на очень длинные, вытянутые яйца.

'Булавки', используемые вами для рисования эллипсов, весьма далеки друг от друга.

Одна из двух 'булавок' для кометы - солнце.

Еще раз, другая 'булавка' - не реальный объект в космосе: вы только должны вообразить ее.

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 отдаленную 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 трех 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 ее гравитационных фалдах, как планета, проносящаяся вокруг Солнца.

Эти четыре космические рогатки 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.

Ее эллиптическая орбита увлекает ее далеко-далеко, и она возвращается в наши окрестности только каждые 75 - 76 лет.

Я видел ее в 1986 году и показал ее 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 еще один шанс, когда та вернется 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 далеким 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 еще 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 времен 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 времен 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 времен 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 намека 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 наклоненного 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 темная 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 повернута 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 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.

Комбинация угла и продолжительности дня заставляет растения расти летом больше, чем зимой, со всем, что из этого вытекает.

Так почему же этот угол имеет такое значение?

Вот один из способов объяснить это.

Представьте, что вы загораете в полдень в середине лета, и солнце высоко над головой.

На определенный квадратный сантиметр кожи посреди вашей спины попадают фотоны (крошечные частицы света) с интенсивностью, которую вы смогли бы рассчитать с экспонометром.

Теперь, если вы загораете в полдень зимой, когда солнце относительно низко в небе из-за наклона Земли, свет достигает Земли под более маленьким, более 'косым' углом: поэтому данное число фотонов 'делится' на большую области кожи.

Это означает, что первоначальный квадратный сантиметр кожи получает меньшую долю имеющихся фотонов, чем это было в середине лета.

То, что верно для вашей кожи, также верно для листьев растений, и это действительно имеет значение, потому что растения используют солнечный свет для собственного питания.

Ночь и день, зима и лето: они являются великими чередующимися ритмами, которые управляют нашими жизнями и жизнями всех живых существ - может быть лишь за исключением тех, что обитают в темных, холодных глубинах океана.

Другую группу ритмов, которые не столь важны для нас, но имеют огромное значение для других существ, таких как те, что живут на морских побережьях, составляют ритмы, вызываемые движением Луны по орбите, проявляющиеся главным образом в приливах.

Тема лунных циклов также затронута в древних волнующих мифах - об оборотнях и вампирах, например.

Но сейчас я должен с неохотой оставить эту тему и перейти к самому Солнцу..

Внимание! Этот перевод, возможно, ещё не готов.
Его статус: перевод редактируется

Переведено на Нотабеноиде
http://notabenoid.org/book/24992/83956

Переводчики: Irina73, diyarl, cosinus, artyk6549