Циклы, протекающие в пространстве и во времени

Валентина Григорьевна Турчанинова

В книге собран и проанализирован большой объём исторической и научной информации о времени и его счислении. Выявляется целый ряд космических циклов. Подробно разбирается 9 циклов, от общеизвестных планетарных, до малоизученных, галактических. Вместе с автором, Вы откроете для себя захватывающий мир времени и ритмов, и узнаете, как они взаимопроникают. А также наглядно увидите взаимосвязи циклов и формирования земного климата в разных эпохах.

11. Силы космоса в научном понимании

11.1. Закон всемирного тяготения

На рубеже XV и XVI столетий новой эры начался расцвет искусств, литературы и подъем в области наук. Это время ознаменовалось началом научной революции, и тогда же появился новый термин — «Возрождение». Это время можно назвать еще «Временем гигантов».

Звездная астрономия тоже не стояла на месте. Три закона выдающегося немецкого ученого Иоганна Кеплера (1571—1630) произвели переворот во взглядах на Вселенную. Они заставили отказаться от привычного представления о планетных орбитах как правильных окружностях. Сегодня мы формулируем законы Кеплера примерно так:

— каждая планета обращается вокруг Солнца по эллипсу, в одном из фокусов которого находится Солнце;

— радиус-вектор планеты за одинаковые промежутки времени описывает равные площади;

— квадраты звездных периодов обращения планет относятся как кубы больших полуосей их орбит.

Законы Кеплера просто и точно описывают движения небесных тел. Но в своих законах Кеплер ни словом не обмолвился о причине такого движения.

Наступило время, когда перед людьми встали вопросы: почему небесные тела движутся столь точно по своим эллипсам вокруг Солнца? И какие силы управляют ими? Одним словом, людям понадобился закон, объясняющий движение планет.

Сам «законодатель небес» Кеплер искал первопричину в Солнце. По его мнению, именно силы, исходящие из могучего светила, должны были подталкивать планеты. Но в чем кроется причина этой силы, и какова ее природа? На эти вопросы Кеплер ответить так и не смог.

О природе солнечной силы и, следовательно, о движениях планет и их спутников задумался английский физик и астроном Исаак Ньютон (1642—1727).

В 1665—1666 годы 24-летний Исаак Ньютон открыл закон всемирного тяготения. Современная формулировка закона всемирного тяготения такова: «Всякие два тела притягиваются друг к другу с силой, прямо пропорциональной произведению их масс и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними». На языке математики то же самое можно записать короче:

F ≈ R × М1 × М2 / r^2, где

F — сила притяжения; М1 и М2 — массы притягивающихся тел; r² — квадрат расстояния между тяготеющими телами; R — коэффициент пропорциональности, называемый гравитационной постоянной.

Несмотря на то, что формулу закона гениальный ученый вывел на примере движения Луны вокруг Земли, этот закон является всемирным, поскольку он распространяется абсолютно на все небесные тела.

В Солнечную систему входят, как известно, планеты и их спутники, многочисленные кометы, астероиды, метеоры, пыль в межпланетном пространстве и др. Каждое небесное тело Солнечной системы, будь то огромная планета или мельчайшая песчинка, гонимая ветром, обладает собственной силой. Однако подавляющая масса системы сосредоточена в Солнце. С открытием закона Ньютона стало возможным математически рассчитать числовую величину силы, массы и расстояния между Солнцем и каждым из его тел в отдельности или между Солнцем и всеми его телами вместе.

Закон Ньютона сыграл огромную роль в развитии и становлении теоретической астрономии при решении задачи двух тел. И ярким примером тому является система Земля — Луна.

Луна — наиболее изученное небесное тело. Диаметр Луны на экваторе в средней части равен 3475 км. Луна обращается вокруг Земли по орбите на среднем расстоянии в 384401 км. Многие силы отклоняют Луну от равномерного кругового движения. Так, например, при новолунии наш спутник на расстояние диаметра орбиты ближе к Солнцу, чем при полнолунии. Значит, сила солнечного притяжения меняется, и это ведет к замедлению и ускорению движения Луны в течение месяца. Кроме того, зимой Земля ближе к Солнцу, чем летом. Это тоже влияет на скорость движения Луны, но с годичным периодом.

Под гравитационным влиянием Солнца и Земли форма лунной орбиты изменяется от почти круговой до наиболее вытянутой (эллиптической) и медленно вращается в пространстве. Плоскость лунной орбиты наклонена к плоскости эклиптики на 5°8,7́. Период орбитального движения Луны вокруг Земли равен 27,3217 средних суток и называется звездным или сидерическим месяцем. По истечении звездного промежутка времени Луна занимает прежнее положение на фоне звездного неба.

При орбитальном движении Луна занимает различные положения по отношению к Солнцу, которое освещает и Луну, и Землю. В результате возникают лунные фазы. Промежуток времени между одноименными лунными фазами называется синодическим месяцем и равен 29,53059 суток.

Приливные силы, действующие в системе Земля — Луна, привели к тому, что период осевого вращения Луны равен периоду ее орбитального движения. Поэтому Луна обращена к Земле всегда одной и той же стороной.

Луна, в свою очередь, сильно действует на Землю. Луна стремится наклонить земную ось так, чтобы она стала перпендикулярно лунной орбите. Когда Луна находится ближе всего к Земле, а эту точку называют перигеем, то сила лунного воздействия возрастает примерно на шесть процентов. Это случается каждые 27,3 суток. В это время притяжение Луны вызывает перемещение не только океанской воды, но и горячей магмы под тонкой земной коркой. Возникающее при этом приливное трение действует на вращающуюся Землю как тормоз.

Еще Джордж Дарвин (конец XIX века) доказал, что, когда Луна находилась совсем близко от Земли, периоды вращения Земли вокруг собственной оси и обращение вокруг нее Луны составляли всего 4 или 5 современных часов. Сейчас расстояние между Землей и Луной увеличивается каждый век на 1,5 метра, а земные сутки каждые 12000 лет — на одну минуту. Через много миллионов лет земные сутки станут равны месяцу, который будет значительно длиннее, чем продолжительность современного оборота Луны вокруг Земли.

В частности систему Земля — Луна нередко сравнивают с системой двойных звезд — так астрономы называют звезды, расположенные на небе очень близко друг к другу. Наблюдая за двойными звездами, современные астрономы установили, что существующая между звездами сила взаимного притяжения может вызывать на поверхности звезд ужасные катаклизмы — землетрясения, извержения вулканов в сопровождении ураганов, ливней и наводнений. Изменяется сила тяжести, температура, радиация. Мало того, близко расположенные друг к другу звезды под влиянием взаимного притяжения могут даже менять свою форму. Но, благодаря Создателю, в системе Земля — Луна таких невероятных потрясений не происходит.

На Землю также воздействуют окружающие ее планеты, пытаясь сместить с регулярной орбиты. Но планеты расположены в 100 и более раз дальше от Земли, чем наш спутник. Поэтому влияние планет на Землю несравнимо меньше, чем влияние Луны.

И все же наибольшее влияние на Землю оказывают два небесных тела — Луна и Солнце. В связи с этим решение задачи двух тел по закону Ньютона намного усложняется. Это понял и сам Ньютон, и именно ему принадлежит знаменитая на весь мир формулировка — решение задачи трех тел.

Вообще-то, система Солнце — Земля — Луна в истории астрономии относится к «проблеме трех тел», которая со временем сыграла огромную роль в развитии и становлении теоретической астрономии тяготения, превратившейся в широкую отрасль науки, называемую небесной механикой. С давнего времени за решение задачи трех тел бралось немало людей, и сегодня, в век развития космонавтики, эта задача решается неплохо.

Одним из важных вопросов при решении задачи трех тел является вопрос о прецессии. Знания о прецессии широко применяются современными астрономами на практике. Прецессия оказывает существенное влияние на координаты звезд, поэтому ни один астроном не может грамотно пользоваться звездными картами и звездными каталогами, не учитывая прецессии.

11.2. Прецессия и нутация

В современном мире принято считать, что прецессию впервые обнаружил греческий астроном и математик Гиппарх, время жизни которого относится примерно к 162—126 годам до нашей эры. Долгое время Гиппарх проводил кропотливые наблюдения за положением звезд и Солнца. Гиппарху удалось составить непревзойденные по точности таблицы, позволяющие вычислять положение звезд и Солнца для любого дня года. Затем он сравнил свои наблюдения с таблицами древних вавилонян и с результатами наблюдений других астрономов, живших задолго до него, и обнаружил, что звездные долготы различались, причем разница превышала возможную погрешность наблюдения. Он объяснил эту разницу прецессией и оценил ее годичную величину в 45 или 46 угловых секунд.

На сегодняшний день большой объем научной информации, добытый астрономами за последние годы с использованием прогрессивных методов исследования космоса, позволяет сделать вывод, что ось вращения Земли не является стабильной. Под влиянием Солнца и Луны ось вращения Земли pṕ (рис. 7) отклонилась от оси эклиптики — перпендикуляра, восстановленного к плоскости ее орбиты, и описывает в мировом пространстве конус, осью которого является ось эклиптики EÉ. Растворение этого конуса 47°. Полный обход земного конуса завершается примерно за 26000 лет.

Рис. 7. Объяснение прецессии.

В результате такого перемещения земной оси, называемого прецессионным, полюсы мира (Северный и Южный) — точки, куда на северном и южном небе упирается продолжение земной оси, медленно движутся вокруг полюсов эклиптики. На рисунке 8 наглядно показан путь северного полюса мира. Мы видим, что сейчас полюс мира находится около α (альфа) Малой Медведицы, которая называется Полярной звездой. Примерно через 12000 лет он подойдет к самой яркой звезде околополюсного созвездия Лиры — Веге, а 4500 лет назад он находился около α (альфа) Дракона. Северный полюс эклиптики расположен между звездами δ (дельта) и ζ (дзета) Дракона.

Вследствие прецессии перемещаются не только полюсы мира вокруг полюсов эклиптики среди приполярных созвездий, но и четыре ключевые точки Земли — весеннее и осеннее равноденствия, зимнее и летнее солнцестояния среди зодиакальных созвездий. В настоящее время, например, точка весеннего равноденствия — главная наблюдательная точка цикла прецессии — находится в созвездии Рыб, практически на границе между созвездиями Рыб и Водолея. Путь, пройденный точкой весеннего равноденствия по созвездию Рыб, оценивается примерно в 2160 лет. Этот исторический отрезок времени принято называть эрой Рыб.

В ближайшее время точка весеннего равноденствия переместится из созвездия Рыб в созвездие Водолея, и, как говорится, наступит новая эра Водолея. В предстоящие 2160 лет восход Солнца в день весеннего равноденствия будет наблюдаться на фоне созвездия Водолея, в следующие 2160 лет — на фоне созвездия Козерога, затем — на фоне созвездия Стрельца и т. д.

Поскольку путь Солнца в цикле прецессии проходит по зодиакальному кругу, то начало данного кругового пути определить не так-то просто. Но если, например, начало данного пути зафиксировать в созвездии Водолея, то тогда путь Солнца в цикле прецессии будет проходить на фоне следующих созвездий: Водолей — Козерог — Стрелец — Скорпион — Весы — Дева — Лев — Рак — Близнецы — Телец — Овен — Рыбы. За 25920 лет Солнце поочередно обойдет двенадцать созвездий зодиака — старый цикл завершится и начнется новый.

Как известно, путь Солнца в цикле прецессии диаметрально противоположен пути Солнца в обычном году, и начинаются эти пути от разных зодиакальных созвездий. Например, в уходящей эре Рыб двенадцатый месяц старого астрономического года завершается тогда, когда Солнце приходит в созвездие Рыб, а первый месяц нового года начинается тогда, когда Солнце приходит в созвездие Овна. Следовательно, годичный путь Солнца в эре Рыб проходит на фоне следующих созвездий: Овен — Телец — Близнецы — Рак — Лев — Дева — Весы — Скорпион — Стрелец — Козерог — Водолей — Рыбы. Каждое созвездие в году Солнце обходит примерно за 30 дней.

Рис. 8. Путь полюса мира на небесной сфере, описываемый вследствие прецессии. Числами указаны годы, соответствующие различным положениям полюса.

Совсем другая картина будет наблюдаться в новой эре Водолея. В эре Водолея двенадцатый месяц старого астрономического года будет завершаться тогда, когда Солнце будет приходить в созвездие Водолея, а первый месяц нового года будет начинаться тогда, когда Солнце будет приходить в созвездие Рыб. Следовательно, годичный путь Солнца в эре Водолея будет проходить на фоне следующих созвездий: Рыбы — Овен — Телец — Близнецы — Рак — Лев — Дева — Весы — Скорпион — Стрелец — Козерог — Водолей. Как видим, в эре Рыб «предводителем» астрономического года является Овен, а в эре Водолея «предводителями» года станут Рыбы.

Нестабильные проявления земной оси в теле Земли современными науками объясняются так: согласно закону механики, любое вращающееся тело меняет угол наклона оси вращения в том случае, если ось вращения тела не перпендикулярна плоскости движения тела. А как мы знаем, ось вращения Земли не перпендикулярна плоскости движения Земли — орбите. В настоящее время угол между земной осью и осью эклиптики составляет 23°27́17».

Помимо прецессии, земная ось совершает постоянные, хотя и очень медленные, колебательные движения, которые называются нутацией. В специальной литературе нутация — это колебательные движения оси собственного вращения тела, происходящие одновременно с прецессией, при котором изменяется угол между осью собственного вращения тела и осью, вокруг которой происходит прецессия. В астрономии нутация — небольшие колебания земной оси, налагающиеся на ее прецессионное движение и обусловленные притяжением Солнца и Луны. Амплитуда изменения угла наклона земной оси относительно оси эклиптики составляет 2,4°—2,6°. Минимальное значение угла между земной осью и осью эклиптики составляет примерно 22,2°—22,3°, а максимальное — 24,6°—24,7°. Полный период нутации примерно 41000 лет.

Итак, под влиянием Солнца и Луны ось Земли совершает одновременно два механических движения — прецессию с периодом примерно в 26000 лет и нутацию, с периодом примерно в 41000 лет. Из курса физики мы знаем, что если тело совершает одновременно два механических движения и более, значит, тело совершает сложное движение. Из этого определения следует, что Земля совершает сложное осевое движение, состоящее из прецессии и нутации.