КУРС ЗАГАЛЬНОЇ АСТРОНОМІЇ - С. М. АНДРІЄВСЬКИЙ 2007

Частина II

КІНЕМАТИКА СОНЯЧНОЇ СИСТЕМИ

Розділ 4

БУДОВА СОНЯЧНОЇ СИСТЕМИ І РУХИ ПЛАНЕТ

4.8. Докази обертання Землі та її руху навколо Сонця

Пошуки доказів правильності геліоцентричної моделі світу продовжувалися упродовж багатьох століть. Час від часу деякі астрономи заявляли, нібито їм вдалося виміряти річне видиме зміщення зір на небі, однак ці твердження не витримували критики.

Одним із відкривачів такого зміщення зорі γ Дракона був сучасник Ньютона Роберт Гук (1635—1703). За його вимірами, річний паралакс зорі γ Дракона становить 30".

Згодом ці зміщення справді були виявлені. Тому розглянемо цей ефект уважніше. Унаслідок обертання Землі навколо Сонця близька зоря зміщується на загальному фоні зір (рис. 4.16). Річним паралаксом називається кут π, під яким з зорі було б видно радіус земної орбіти а.

Як виявилося, навіть для найближчих зір π < 1". Тому аналогічно до добового паралаксу неважко записати формулу для визначення відстані до зорі r, річний паралакс π якої виміряний, у вигляді:

image56

image57

Рис. 4.16. Річний паралакс зорі

Відстань, з якої радіус земної орбіти видно під кутом π = 1", називається парсеком. 1 парсек (пк) = 3,26 св. року = 3,09 · 1016 м = 206 265 а. о.

Наприкінці 1725 р. англійський астроном Брадлей вирішив перевірити результат Гука. Він виявив, що кутова відстань зорі γ Дракона змінюється протягом року при її проходженні через небесний меридіан у верхній кульмінації так: з грудня по березень зоря зміщується на 20" на південь, з березня по вересень — на 40" на північ, а до початку грудня знову, як і в червні, повертається на своє середнє місце. При цьому аналіз показав, що це не може бути пов'язане з річним паралаксом. У даному випадку зоря мала б досягати найбільшого зміщення в будь-який бік на три місяці раніше.

Так Брадлей відкрив явище аберації — зміщення положення зорі на небесній сфері, зумовлене зміщенням телескопа за час проходження світлового променя від об'єктива до окуляра (рис. 4.17). Тому, щоб обране світило залишалося в центрі поля зору, інструмент треба дещо нахилити в напрямі руху Землі. Це явище і стало першим доказом правильності геліоцентричної моделі світу.

Унаслідок руху Землі зі швидкістю 29,8 км/с зміщення кожної зорі за рік створює певну фігуру. Для тих зір, що знаходяться безпосередньо біля полюса екліптики, — це маленькі кола радіусом σ = 20,5". Для зір, екліптична широта β яких менша 90°, — це еліпс, велика піввісь якого дорівнює σ, мала — σsinβ. Центр цього еліпса називається середнім місцем зорі. Якщо ж зоря перебуває на екліптиці (β = 0), вона протягом року зміщується «вперед-назад» на екліптиці на значення дуги 2x20,5" = 41". Величина σ називається абераційною сталою.

image58

Рис. 4.17. Аберація; спостерігач, який рухається зі швидкістю V, побачить світило не в напрямі SP,

а в напрямі S´Q

Очевидно, унаслідок річного паралаксу зорі залежно від їхніх широт β також описують на небесній сфері кола, еліпси і дуги з тою лише різницею, що навіть для найближчих зір їхні радіуси і півосі принаймі у 20 разів менші. Однак тут є ще й інша дуже важлива відмінність (рис. 4.18). У випадку річного паралаксу зображення зорі зміщене відносно положення Землі на екліптиці на 180°, відповідно протилежні напрями руху Землі і зорі на небі. Для аберації характерне зміщення зорі до точки, що лежить на екліптиці на 90° у бік заходу відносно Сонця. Порівняно з паралаксом зоря наче відстає на 90°. Треба пам'ятати, що розмір абераційного еліпса не залежить від відстані до зорі.

Як зазначено вище, Гук не зміг з'ясувати природу явища, яке він перший виявив. Зробив це Брадлей. Річний паралакс виміряв у Росії Василь Якович Струве (1793—1864) у 1835 р. Він визначив, що паралакс зорі Вега (α Ліри) дорівнює 0,13". У тому ж десятиріччі були отримані результати, що стосувалися інших зір. Це стало другим доказом руху Землі навколо Сонця.

Безперервно шукали також доказів обертання Землі навколо своєї осі. Одне з міркувань було таким: якщо Земля справді обертається, то тіло, що падає з башти висотою h, зберігаючи свою колову швидкість, повинно обганяти основу башти і впасти на схід від неї. Адже як вершина, так і основа башти мають одну і ту ж кутову швидкість обертання ω, тоді як лінійна швидкість вершини V = ω(R + h) більша. Теоретичний аналіз показав, що для широти φ = 48° при h = 68 м відхилення тіла у бік сходу І = 8,1 мм (значення хоч і досить мале, однак все ж цілком конкретне). За деякими даними, перший достовірний результат вимірювання отримав італійський учений Гульєльміні у 1792 р.

image59

Рис. 4.18. Абераційне (а) і паралактичне (о) зміщення зорі протягом року; С — положення Сонця

У своїй «Астрономії» французький популяризатор науки Каміл Фламмаріон (1842—1925) розповідає, як ще у XVII ст. монах Мерсен і військовий артилерист Пті вистрілювали з гармати ядра догори, цікавлячись, чи впаде воно назад. Експеримент закінчився невдачею: ядра, як їм здавалося, взагалі назад не падали. Фламмаріон же твердив, що ядро мало б повертатися точно у жерло гармати. Насправді, зберігаючи лінійну швидкість обертання Землі, але збільшуючи свою відстань від її центра (від осі обертання), ядро за час піднімання вгору і подальшого падіння донизу відстає від гармати і тому падає на захід від неї. Відповідні формули для опису цього руху виведені у теоретичній механіці. Зокрема, якщо початкова швидкість ядра догори дорівнює 300 м/с, то на широті 48° ядро впаде на відстані 18 м від гармати.

Найпереконливішим і найнаочнішим доказом обертання Землі є маятник Фуко, перша демонстрація якого відбулася у 1851 р. Під час коливання маятника площина його руху на полюсі зберігає своє положення відносно зір. На широті φ < 90° ця площина повільно з кутовою швидкістю 15°sinφ повертається за годинниковою стрілкою. При φ = 50° площина маятника повертається на 11,5° за годину. Інші ефекти обертання Землі — підмивання правого берега ріки тощо — відомі з курсу фізичної географії.






Відвідайте наш новий сайт - Матеріали для Нової української школи - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити

Віртуальна читальня освітніх матеріалів для студентів, вчителів, учнів та батьків.

Наш сайт не претендує на авторство розміщених матеріалів. Ми тільки конвертуємо у зручний формат матеріали з мережі Інтернет які знаходяться у відкритому доступі та надіслані нашими відвідувачами.

Всі матеріали на сайті доступні за ліцензією Creative Commons Attribution-Sharealike 3.0 Unported CC BY-SA 3.0 та GNU Free Documentation License (GFDL)

Якщо ви являєтесь володарем авторського права на будь-який розміщений у нас матеріал і маєте намір видалити його зверніться для узгодження до адміністратора сайту.

Дозволяється копіювати матеріали з обов'язковим гіпертекстовим посиланням на сайт, будьте вдячними ми приклали багато зусиль щоб привести інформацію у зручний вигляд.

© 2007-2019 Всі права на дизайн сайту належать С.Є.А.