Ко многому, что окружает нас в природе, мы привыкли с детских лет. Каждый из нас, например, привык к тому, что временами идёт дождь. Нам это кажется настолько простым и обычным, что мы не задумываемся над тем: а почему так бывает? И если вас, например, спросят: отчего идёт дождь? что вы на это ответите?
Конечно, вы скажете, что дождь падает из дождевых туч, что сами тучи образуются от испарения воды рек, морей и океанов, состоят из мелких водяных капелек, что эти капельки, собираясь вместе, делаются более тяжёлыми и дождём падают на землю.
Всё это правильно. Но ведь, говоря о тучах, надо объяснить: как они образовались из бесцветных и лёгких паров воды? Отчего мелкие водяные капельки сразу не падают на землю, а носятся в виде облаков и туч по воздуху? Что заставляет пары воды собираться в воздухе в крупные капли и отчего эти капли иногда бывают больше, а иногда меньше?
Для того чтобы ответить на все такие вопросы, придётся, пожалуй, прочитать подходящую книжку. Из неё вы узнаете, что только недавно учёные правильно объяснили, отчего происходит дождь.
А раньше люди думали, что небо твёрдое и что над ним всегда имеется много воды. И вот, когда открываются небесные заслонки, эта вода падает на землю в виде дождя. В библии, например, говорится и о «тверди» (то есть о твёрдом небе), отделившей воды небесные от вод земных, и о всемирном потопе, наступившем потому, что были открыты «хляби небесные» (то есть — отверстия в небе).
Можно было бы привести немало и других примеров, из которых видно, что как будто самые простые, привычные явления объясняются часто совсем неправильно.
В этой небольшой книжке мы постараемся ответить на два вопроса — почему день сменяется ночью, а ночь днём и почему изменяются времена года. Попутно придётся ответить и на некоторые другие вопросы.
2. Отчего бывают сумерки?
Всякий знает, что светает задолго до восхода Солнца.
Бывает так, что Солнце должно показаться только через час, а то и больше, а небо уже начинает светиться. В чём тут причина? Само ли небо светится, или его Солнце освещает? И можно ли осветить небо, если в действительности твёрдого неба нет?
Оказывается, можно. Ведь наша Земля окружена толстым слоем воздуха — воздушной оболочкой. Вот эта оболочка и светится перед восходом и после захода Солнца, а от этого и бывают на Земле рассвет и сумерки. Светится же воздушная оболочка или, как её называют, атмосфера потому, что её освещают лучи ещё не взошедшего или уже закатившегося Солнца. Люди долгое время этого не понимали, давая сумеркам неверное объяснение.
Люди думали, что дневной свет существует сам по себе, а солнечный — сам по себе. Считали, что когда Солнце восходит, то дневной свет только усиливается солнечным светом, но не целиком происходит от него. Так неправильно рассуждали и люди, написавшие библию. Например, в библейском рассказе о сотворении богом мира в шесть дней говорится, что уже в первый день, сотворив небо и Землю, бог отделил свет от тьмы, и начали сменяться дни и ночи. Солнце же было сотворено только на четвёртый день, то есть тогда, когда смена дня и ночи должна была произойти уже три раза.
Теперь мы знаем, что небо светится и перед восходом Солнца и после его захода только от солнечного света. И не будь Солнца — не было бы ни дня, ни сумерек.
Для того чтобы ясно представить себе причину происхождения сумерек, надо вспомнить, что Земля представляет собой огромный шар. Раз это так, то ясно, что лучи Солнца могут освещать одновременно только половину шарообразной Земли. На этой освещённой половине земного шара будет день, а на другой, неосвещённой половине, — ночь. Люди, находясь на неосвещённой половине Земли, не увидят Солнца потому, что оно будет закрыто от них выпуклостью Земли. Солнце для них будет находиться, как говорят, «под горизонтом», то есть ниже той линии, где, как нам кажется, небо сходится с Землёй.
Однако, если Солнце, находясь под горизонтом, не может осветить людей, находящихся на Земле, то оно всё-таки сможет осветить воздух, находящийся у них над головой и высоко поднимающийся над земной поверхностью. Конечно, это может произойти только в тех случаях, когда Солнце находится не очень низко под горизонтом, то есть когда оно скоро должно взойти, или только недавно зашло. Совершенно так же объясняется то, что люди, которым приходится жить недалеко от гор, нередко могут наблюдать, как в ясную погоду, после того как Солнце спрячется под горизонт, верхушки гор ещё некоторое время бывают освещены солнечными лучами.
Рис. 1. Объяснение происхождения сумерек. Стрелки в левой части рисунка показывают направление солнечных лучей
Чтобы лучше разобраться в том, как всё это происходит, посмотрите на рис. 1. На нём изображена часть земного шара, левая сторона которого освещена солнечными лучами; лучи изображены на рисунке девятью стрелками (в действительности их падает на Землю бесчисленное количество). Земной шар окружён атмосферой, верхняя граница атмосферы тоже показана на рисунке.
На рисунке видно, что не все лучи, идущие от Солнца, освещают Землю. Так, все солнечные лучи, которые идут между первой и второй стрелками, не освещают ни Землю, ни её воздушную оболочку — атмосферу. Лучи, идущие от Солнца между второй и третьей стрелками, Землю тоже не освещают, но зато освещают земную атмосферу. А вот лучи, которые идут от Солнца ниже третьей стрелки, уже освещают Землю.
Если вы находитесь на освещённой стороне Земли, то вы можете видеть само Солнце. Но, предположим теперь, что Солнце уже закатилось, и место А (на рис. 1), где вы сейчас находитесь, уже не освещается Солнцем. Но воздух вверху, освещённый лучами Солнца, идущими между второй и третьей стрелками, вы ещё можете видеть, и поэтому часть неба вам будет казаться освещённой; это и будут сумерки (из места А вы можете видеть всё, что находится выше прямой пунктирной линии, проведённой на рисунке через это место).
Другое дело, если вы будете находиться несколько дальше от освещённой солнечными лучами земной поверхности, например в месте Б (на рис. 1). В этом случае вы также сможете увидеть только то, что находится выше прямой пунктирной линии, проведённой через это место. Но на этот раз ни один солнечный луч не попадает в ту часть земной атмосферы, которую вы можете видеть. Поэтому, находясь в месте Б, вы увидите всё небо тёмным; вас будет окружать ночь.
Вот как теперь объясняются вечерние и утренние сумерки.
3. Как узнали, что Земля — шар?
Говоря о происхождении сумерек, мы упомянули о шарообразности Земли. Что Земля — шар, все, конечно, слышали, но далеко не все смогут ответить на вопрос: а как это можно доказать? Если действительно Земля круглая, то как люди живут на ней со всех её сторон и никуда с неё не падают?
Ответим сначала на вопрос, почему люди не падают с Земли.
Земля очень велика. Её поперечник немногим меньше 13 000 километров. Она с большой силой притягивает к себе (как магнит — железо) все предметы, находящиеся как на её поверхности, так и над ней. Все мы хорошо знаем, как опасно упасть с крыши дома или с высокого дерева. Земля притягивает нас к себе с такой большой силой, что, падая на неё даже с небольшой высоты, можно расшибиться.
Бросьте кверху камень, он всё равно упадёт вниз. Даже пуля, выпущенная из ружья с огромной скоростью снизу вверх, обязательно упадёт на земную поверхность, хотя и удалится сначала от неё на большое расстояние. А чтобы пуля (или какой-либо другой предмет) действительно могла улететь прочь с Земли, нужно заставить её двигаться с огромной скоростью — пролетать в одну минуту около 700 километров. Иначе притяжение Земли всё равно заставит пулю снова упасть на земную поверхность.
Вот почему люди могут жить на шарообразной Земле со всех её сторон и никуда с Земли не падать.
Попробуем теперь доказать, что Земля действительно представляет собой шар. Это можно доказать различными способами.
Одно из первых явлений, подмеченных людьми в древности и заставивших их заподозрить, что Земля шарообразна, состоит в следующем. Если плыть по морю или итти по совершенно ровной местности, приближаясь к какому-нибудь городу, то сперва на горизонте становятся видны только верхушки самых высоких городских строений, а затем понемногу, постепенно из-под горизонта показываются остальные городские постройки. А это может быть только в том случае, если Земля выпукла.
Рис. 2. Как можно заметить, что Земля выпуклая
Посмотрите на рис. 2. Если человек стоит на поверхности Земли в месте А и смотрит на высокую постройку, находящуюся в месте В, то из-за выпуклости Земли он видит только самую верхнюю часть постройки. Но если он пойдёт по направлению к постройке и приблизится к месту Б, он увидит постройку почти до самого её основания. Ничего подобного не случилось бы на плоской Земле: на любом расстоянии мы увидели бы всю постройку от вершины до основания. Земля кажется нам плоской только потому, что она очень велика, а отчасти и потому, что мы редко плаваем по морю и ещё реже ходим по совершенно ровной местности, где нам не мешали бы холмы, деревья и ближние здания, которые обычно закрывают от нас горизонт.
