Post
Земля и Солнечная система
История осмысления устройства Солнечной системы от древних времен до наших дней.
На протяжении истории существовали разные предположения о форме Земли.
Древние вавилоняне, греки и египтяне представляли Землю в форме диска, окруженного океаном и накрытого куполом.
Древние индусы представляли Землю полусферой, покоящейся на гигантских животных.

Несмотря на постепенное развитие наук в различных культурах, форма Земли долго оставалась вне сферы научных исследований и пребывала в области образной мифологии.

Перелом произошел в древней Греции.

Пифагор в 6м веке до н.э. предположил что Земля должна быть сферой. Правда научного в этом предположении было мало. Просто он, как человек увлеченный геометрией, считал, что Земля должна иметь самую совершенную форму из возможных. А самая совершенная геометрическая форма по мнению Пифагора - это сфера. В общем, он решил, что Земля не плоская просто потому, что ему так хотелось.

Но уже через 200 лет другой древнегреческий ученый, Аристотель, попробовал использовать научный подход к определению формы Земли.

Он привел три наблюдательных аргумента:

1. Тень Земли на Луне во время затмений всегда либо дугообразная, либо круглая. А такую тень под любыми углами мог отбрасывать лишь шар.

2. При путешествии с севера на юг, и обратно звезды смещаются и даже исчезают из поля зрения, как если бы поверхность, по которой мы идем, была холмообразная.

3. Корабли в море появляются из-за горизонта не сразу целиком, а постепенно от мачт до корпусов.

Хотя второй и третий эффект можно было бы наблюдать и в случае если Земля была бы полусферой, но в сочетании с первым наблюдением тени Земли на Луне все эти явления привели Аристотеля к выводу о шарообразной форме Земли.
Дальше в своих рассуждениях он предположил, что Земля находится в самом центре Вселенной поскольку всё падает на Землю. Весь космос вокруг Земли заполнен эфиром и представляет собой систему вложенных друг в друга полых сфер (как матрешка), в центре которых находится неподвижная Земля. Эфир это тончайшая субстанция, лишенная тяжести или легкости в земном понимании. Он прозрачен, но именно из его уплотнений сформированы звезды и планеты.

Идеи Аристотеля о шарообразной Земле получили признание среди ученых того времени.

Опираясь на выводы Аристотеля о шарообразной форме Земли и правила геометрии, древние греки произвели расчеты длины окружности Земли, расстояний от Земли до Луны и до Солнца, а также расчеты размеров Солнца и Луны.
Вставка для интересующихся тем как греки произвели расчеты.

Расчет длины окружности Земли.

Эрастофен в 3м веке до н.э. расычитал длину окружности Земли опираясь на замеры теней в двух городах отстоящих друг от друга на 800км. (г. Сиена и
Александрия).

Он предположил , что солнечные лучи падают на Землю под прямым углом. При этом в Сиене палки не отбрасывали тень и свет достигал дна колодцев, а в Александрии не достигал и палки отбрасывали тень.

Он произвел замеры и расчитал угловое растояние между городами, а также длину окружности Земли исходя из знания углов и растояний.
Рассуждения следующие:

В Александрии палка отбрасывает тень, значит солнечный луч идет под углом. Нарисовав треугольник , где палка и тень катеты, мы сможем замерить угол падения луча.
Далее, если Земля шар, то солнечный луч в Сиене, падая перпендикулярно на Землю, прошел бы через центр этого шара. Дорисовав треугольник до центра Земли и пользуясь геометрическим правилом подобия треугольников, мы получим , что у центра Земли будет такой же угол.
Окружность по кругу имеет 360°. Разделив 360° на полученный угол треугольника мы получим из какого числа таких треугольников будет состоять окружность Земли. А длина внешнего катета нам известна - это расстояние от Сиены до Александрии. Умножаем его на количество треугольников и получаем длину окружности Земли .

Получилось примерно 40 000 км, что почти соответствует современным замерам (40 075км по экватору и 40 008км по меридиану).

Расчет насколько Солнце дальше от Земли чем Луна.

Греки знали следующее:

- Свет летит прямолинейно. (Это проверялось формированием тонкого светового луча сквозь маленькое отверстие.)
- Луна не излучает свет , а только отражает свет Солнца (определили по фазам луны и солнечному затмению)
Далее, они предположили что квадратура Луны - это период, когда Солнце освещает ее сбоку перпендикулярно Земле.

Квадратура Луны.
Теперь ловим момент когда на небе видно и Солнце и Луну (ранее утро) и замеряем угол между прямыми линиями от Солнца и от Луны.

Далее чертим прямоугольный треугольник, в концах которого Земля, Луна и Солнце.
И считаем во сколько раз гипотенуза длиннее катета. У древних греков получилось, что Солнце в 400 раз дальше от нас чем Луна.

Определяем расстояние до Луны.

Греки допустили, что Луна движется всегда с постоянной скоростью, поскольку периоды ее обращения всегда одинаковы. Значит скорость луны это постоянная величина.

Также греки уже дали определение понятию скорости. Кто не помнит физику, скорость это пройденное расстояние поделенное на время, затраченное на его прохождение. Напрмер м/сек или км/ч.

Далее они наблюдали лунное затмение (прохождение Луны через тень Земли). Полное прохождение занимало примерно 3,5ч. (А полная тень Земли это длина ее диаметра или 2 радиуса, что одно и тоже)
Получается что скорость Луны это
2r Земли разделить на 3,5ч. Радиус Земли легко расчитывается, если знать длину окружности Земли (которую Эрастофен уже рассчитал в 40 000 км)

В то же время Луна делает полный оборот вокруг Земли, двигаясь все с той же постоянной скоростью за 27,32 суток.
Двигаясь, она своей орбитой рисует окружность. А по правилам геометрии длина окружности равна 2ПиR (где R это радиус окружности орбиты Луны, т.е. растояние от Земли до Луны)
И тогда получается что все та же постоянная скорость Луны равна 2ПиR/27,32 суток.

Далее получаем уравнение.
2r/3,5ч.= 2ПиR/27,32 сут.
*Если вы не поняли знак равенства между ними стоит потому, что и левая и правая часть равны скорости Луны, а она всегда одинаковая.

Далее переводим часы в сутки (или наоборот) и упрощаем выражение.
Получаем что R (растояние от Земли до Луны) равно 59,6r (округленно 60 радиусов Земли, которые легко вычислить, зная длину окружности Земли, рассчитанную Эрастофеном).

Получилочь расстояние от Земли до Луны примитивными геометрическими расчетами должно быть 382 165 км.
Это очень близко к современным измерениям , согласно которым получается 384 400 км.

Ну а Солнце, как уже считали ранее, в 400 раз дальше. Значит по геометрическим расчетам греков до Солнца 152 млн км. По современным измерениям 147-152 млн км.

Измерение собственных размеров Луны и Солнца.

Измеряя прохождение Луны через тень Земли и зная расстояние до нее греки пришли к выводу , что Луна в 3,5 раза меньше Земли. По современным подсчетам в 3,7 раза.

Тут надо пояснить , что расчеты проводили разные греки. Сам принцип геометрических рассчетов придумал Аристарх, но из-за погрешностей измерений он получил достаточно заниженные цифры. Позже Гиппарх уточнил его расчеты относительно Луны, а Архимед уточнил его расчеты относительно Солнца, но не до конца. Архимед рассчитал размер Солнца в угловых градусах получив 0,5°. Современная оценка углового диаметра Солнца 0.53°
Но при переводе в точные единицы он ориентировался на заниженные цифры Аристарха, а не уточненные Гиппарха и получил также заниженные цифры. Солнце у него получилочь в 30 раз больше Земли, хотя реально по современным оценкам оно в 109 раз больше.

Тем не менее даже соотношение в 30 раз позволило грекам сделать предположение, что, возможно, Солнце является центром мира, а не Земля, как думал ранее Аристотель.

Конец вставки.
Представление в среде образованных греков, знакомых с геометрией и астрономией о Земле как о шаре, а также о реальных размерах и расстояниях между Землей, Солнцем и Луной соседствовало с укоренившимся издревле в народных мифах представлением о Земле как о диске, плавающем в безбрежном океане.

Такой дуализм представлений о Земле перекочевал и в культуру древнего Рима, а оттуда в культуру христианской Европы и мусульманских арабских стран.

К чести богословов средневековья следует отметить , что они приняли расчеты и доводы древних греков и согласились, что Земля - это шар. Хотя, уже в те времена существовали ортодоксы, считавшие науку злом и настаивающие на буквальном прочтении Библии и концепции плоской Земли.

Но в большинстве своем священослужители предпочитали пользоваться в повседневной жизни достижениями математики и астрономии и, как следствие, концепцией шарообразной Земли.
Но в то же время священослужители категорически отказывались принимать идеи древних греков, что возможно это Земля вертится вокруг Солнца. Согласно богословам цетром Божьего промысла, а значит центром Вселенной, была Земля.

Птолемеево-Аристотелевская идея, что Земля - это шар, пребывающий в центре Вселенной вокруг которого обращаются сферы Солнца, Луны и планет, а замыкает все неподвижная сфера звезд, на несколько веков застыла вплоть до 15 века.

Схема Птолемея.
Но все более точные наблюдения за реальными траекториями движения планет никак не вписывались в классическую схему Птолемея.

Для адаптации теории к наблюдаемым траекториям астроном 16 века Тихо Браге предложил свою корректировку. Он не посмел оспорить христианский догмат, что Земля центр всего и поместил Землю в центр, вокруг которого вращается Луна и Солнце, а вот остальные планеты уже вращались вокруг Солнца, чтобы соответствовать реально наблюдаемым траекториям движения планет.

Выглядел его вариант модернизации птолемеевской схемы так.
Но другой астроном тех же лет - Коперник пошел дальше и утверждал, что схема очень упрощается и становится соответствующей реальным наблюдениям, если мы допустим, что центром всего является Солнце, а не Земля.

Схема Коперника.
Церковь запретила его работу о гелиоцентризме как противоречащую библейскому взгляду на мир.

Достаточно того, что Земля шар. Но убирать ее из центра мира церковь ученым не позволила. Солнце считалось идеальным божественным небесным телом, не имеющим изьянов, вращающимся вокруг Земли, и дарующим людям свет. Откуда брался этот свет обсуждению не подлежало. Его свет и тепло имели божественную природу.

Ситуация изменилась в 17 веке при помощи достижений другой науки - физики.

Что же произошло?
Развитие прикладной физики шло своим чередом, поскольку она несла с собой ощутимые и наглядные плюсы для жизни людей, в том числе и связеннослужителей, и в те времена не особо посягала на мировоззренческие позиции церкви.

В частности развивалась оптика. Линзы и очки становились все совершеннее, и, в конце концов, привели к возниктовению телескопа.

В 1608г голандский мастер Ганс Липперсгей запатентовал "инструмент для приближения" - подзорную трубу, а уже через год Галилей собрал первый телескоп и направил его на небо.

Хотя первые телескопы были весьма скромны по современным меркам , но даже их оказалось достаточно, чтобы увидеть :

- кратеры на Луне
- пятна на Солнце
- фазы освещения Венеры подобно лунным
- спутники Юпитера

Это произвело фурор.

Во-первых, Солнце перестало быть неким абстрактным идеальным божественным обьектом. Оказалось, что это вполне материальный шар, с какими-то пятнами на нем, да еще и вращающийся вокруг своей оси.

Во-вторых, удалось непосредственно наблюдать (а не рассчитывать по траекториям) , что Венера вращается вокруг Солнца , а не вокруг Земли.

В-третьих , наблюдение спутников , вращающихся вокруг Юпитера показало, что в принципе там на звездном небе все сложнее, нежели простая схема Птолемея, где все вращается только вокруг Земли.

Галилей кроме достижений в астрономии привнес еще не мало достижений в науку: открыл закон свободного падения, закон инерции, изобрел предшественника микроскопа и термоскоп - предшественник современного термометра.

И хотя церковь ополчилась на Галилея и под угрозой пыток инквизиции принудила его публично отречься от своих открытий, это уже не могло оставить ученых в лоне геоцентрической модели. Телескопы изменили всё.

После открытий Галилея и распространения телескопов уже никто из астрономов не сомневался, что центр нашей системы это шар Солнце, вокруг которого вращаются шары планеты, вокруг которых вращаются шары спутники.

Но почему именно шары? И какие силы удерживают всю эту вращательную систему? Что за пятна на Солнце и почему оно светит и греет?
Возникали новые вопросы, а объяснение, что такова воля Божья уже перестало удовлетворять ученых, после обнаружения гор на Луне и пятен на Солнце. Идеальный небесный мир стал вполне материальным и наблюдаемым и требовал аргументированного обьяснения.

Первым внес некоторую ясность Кеплер. Наблюдая за движением планет он усмотрел определенные закономерности в движении планет и сформулировал их в виде трех эмпирических (эмпирических значит наблюдаемых, а не рассчитанных теоретически; теоретическая база появилась позже)законов Кеплера:

Закон эллипсов.
Все планеты движутся по эллиптическим орбитам вокруг Солнца. Причем Солнце всегда находится не в центре эллипса а в одном из двух фокусов.
Закон площадей.
Радиус вектор каждой планеты за равные промежутки описывает равные площади. Простым языком, чем ближе планета к Солнцу, тем быстрее она движется и это ускорение имеет четкую закономерность.
Закон гармонии.
Квадраты периодов обращения планет вокруг Солнца относятся как кубы их средних расстояний до Солнца. Т.е. если возвести период обращения планеты в квадрат и разделить на ее расстояние до Солнца, возведенное в куб, то получается одно и то же число какую бы планету ни взять.

Интересные закономерности , которые нашли свое обьяснение после формулировки одним из величайших гениев физики Ньютоном основных законов механики.

Законы и формулы рассчетов Ньютона универсальны и распространяются на любые классические (не квантовые) инерционные системы во Вселенной. Будь-то песчинки, пули или планеты.

Вот эти законы.

Закон всемирного тяготения.
Это закон гравитационного взаимодействия, ставший ключем к пониманию механики движений Солнечной системы.
Звучит он примерно так:
Все предметы во Вселенной притягивают к себе другие предметы. Сила притяжения между двумя предметами подчинена строгой закономерности: она пропорциональна произведению их масс и обратно пропопорциональна квадрату растояния между ними.

Также Ньютон сформулировал три основных закона механики.

Закон инерции.
Любое тело находится в покое или прямолинейном движении и это неизменно, пока на него не воздействует иная внешняя сила.

Закон динамики.
Любое ускорение тела пропорционально силам воздействующим на него и обратно пропорционально его массе.

Закон действия и противодействия.
Сила любого действия всегда равна силе противодействия. Они равны по модулю и противоположны по направлению.

Эти законы окружают нас в повседневной жизни.
Нвпример, закон инерции. Если при беге вы споткнетесь, то упадете не вертикально вниз, а продолжите движение вперед при падении. И можно точно и досконально расчитать траекторию.

Закон динамики. Чем сильнее вы ударите по мячу, тем дальше он полетит и можно точно расчитать его траекторию.

Закон действия и противодействия. Когда вы оттолнетесь с лодки и прыгните вперед, она поплывет в противоположном направлении. И это все тоже можно точно рассчитать.

Эти же универсальные законы и формулы применимы и к движениям планет и обьясняют закономерности, обнаруженные Кеплером.

Применив формулы Ньютона к взаимодействию Солнца и планет, ученые получили именно те скорости, траектории и закономерности в движениях небесных тел, которые наблюдали в телескопы.

Кроме этого, согласно законам Ньютона получалось, что вещество должно сжиматься в форму шара под гравитационным воздействием, а не в какую-либо иную форму, а под воздействием центробежных сил собственного вращения и гравитационного притяжения массивной звезды шар должен преобразоваться в элипсоид приплюснутый на полюсах.

С развитием разрешающей мощности телескопов в 17м веке этот расчет был подтвержден визуально для всех планет в Солнечной системе.

Землю нельзя наблюдать в телескоп. Поэтому в 18 веке Парижская академия наук отправила экспедиции в Лапландию и в Перу, чтобы замерить градус меридиана на севере и вблизи экватора. Результаты замеров показали, что что Земля приплюснута на полюсах. Радиус кривизны на полюсах больше и длина одного градуса меридиана на севере примерно на 1 км. длинее, чем на экваторе.

Расчеты Ньютона подтвердились и для Земли.

Споры по картографии солнечной системы подошли к концу и лишь со временем уточнялись цифры.

Эпилог.
Несмотря на очевидную физическую модель Солнечной системы на основе законов Ньютона всегда существовали и продолжают существовать эзотерические течения, утверждающие что Земля имеет иную форму.
Но ни одна из подобных гипотез не разработала свою комплексную научную базу. Тезисы таких теорий строятся из "принципа отрицания", когда оппонент просто отрицает достоверность тех или иных экспериментов или законов Ньютона и Кеплера. При этом не предлагается никакая теоретическая альтернатива, иные физические законы взаимодействия и формулы для их расчета. Используются лишь утвержения, которые следует либоипринять на веру, либо нет.

Например.

Утверждение: Земля имеет форму диска. Но отсутствует теоретическое физическое обоснование какие физические законы позволили сформироваться такой форме планеты.

Утверждение: гравитации нет, все падает на Землю, потому что Земля летит вверх с ускорением 9,8м/с. Но отсутствует теоретическое обоснование, почему Земоя летит с таким ускорение, почему ускорение должно прижимать людей и предметы к Земле. Также как отсутствует теоретическое обоснование почему все массивные предметы притягиваются друг к другу (и не только в вертикальной плоскости, а во всех плоскостях).

Утверждение: Земля накрыта куполом. Отсутствует теоретическое обоснование возникновения купола , а также расчеты по нему, масса плотность , конструкционные особенности с расчетами.

Утверждение: Земля летит вверх в космическом эфире. Отсутствуют рассчеты структуры эфира, его свойств, происхождения, а поскольку отсутствуют расчеты , невозможно и провести эксперименты для их подтверждения.

Утверждение: Луна , Солнце и планеты -это маленькие обьекты, летающие над диском Земли. Отсутствует физическая теория объясняющая принципы этого движения и его энергетический баланс. Отсутствует геометрическая теория , позволяющая уложить наблюдаемые траектории движения в геометрическую плоскость купола. Отсутствует физическая теория энергетического баланса светимости малого Солнца.

В виду вышеизложенного, эти концепции не обсуждаются в научных кругах по причине отсутствия самого предмета обсуждения.
This site was made on Tilda — a website builder that helps to create a website without any code
Create a website