На протяжении тысячелетий человечество смотрело в ночное небо и пыталось понять свое место во Вселенной. Наблюдая восходы и закаты, казалось очевидным, что именно Солнце совершает свой ежедневный обход вокруг неподвижной Земли. Однако современная наука дает однозначный ответ на вопрос, вынесенный в заголовок: да, планеты, включая Землю, вращаются вокруг Солнца. Но как именно мы это узнали? И почему все происходит именно так, а не иначе? Давайте разберемся в этом с точки зрения истории и физики.
Забытая догадка античности
Обычно, когда говорят о том, что Земля вращаеться вокруг Солнца (гелиоцентрическая система мира), вспоминают Николая Коперника. Однако выдающийся польский астроном, хотя и сделал многое для укрепления этой идеи, ее автором не был. На самом деле идея гелиоцентризма была хорошо известна еще в античности, и связывают ее с именем Аристарха Самосского, жившего в III веке до нашей эры.
Самое удивительное, что выводы Аристарха базировались не на слепой вере или философских спекуляциях, а на строгих математических расчетах и наблюдениях, которые любой человек может повторить и сегодня.
Как Аристарх измерил небеса
Все началось с вопроса о расстоянии до Луны и Солнца. Древнегреческий ученый понимал, что Луна — это шар, который сам не светится, а лишь отражает солнечный свет (это очевидно по фазам Луны). Из этого следовало важное следствие: когда Луна освещена ровно наполовину (такая конфигурация называется квадратурой), угол между линиями «Луна-Солнце» и «Луна-Земля» является прямым (90°).
Решая эту геометрическую задачу, Аристарх измерил угол между Луной и Солнцем с Земли. Точно уловить момент квадратуры очень трудно, и у ученого получилось 87° вместо реальных ~89,85°. Из-за этой погрешности он вычислил, что Солнце находится в 18-20 раз дальше от Земли, чем Луна (на самом деле, примерно в 390 раз). Тем не менее, эта ошибка не помешала ему сделать гениальный вывод:
- Солнце находится гораздо дальше Земли, чем Луна.
- Поскольку оба объекта на небе выглядят примерно одинакового размера, Солнце должно быть гораздо больше Луны по физическим размерам.
Далее, используя наблюдения лунных затмений (когда Луна попадает в тень Земли), Аристарх подсчитал, что Луна примерно в три раза меньше Земли. Сопоставив все данные, он пришел к выводу, что радиус Солнца соотносится с земным как больше, чем 19 к 3. Стало очевидно: Солнце — это колоссальный гигант по сравнению с нашей планетой.
Логика здравого смысла
Опираясь на эти расчеты, Аристарх Самосский выдвинул революционный аргумент: меньшее тело обычно вращается вокруг большего. С точки зрения здравого смысла, крошечной Земле логичнее обращаться вокруг исполинского Солнца, а не наоборот. И хотя современные астрофизики могли бы поспорить с тем, насколько такой аргумент убедителен с точки зрения строгой физики, итоговый вывод Аристарха оказался абсолютно верным.
Почему гелиоцентризм был забыт на века?
Несмотря на убедительные расчеты, древние эллины и римляне в конечном итоге потеряли интерес к идее вращения Земли вокруг Солнца. Историки выделяют две главные причины:
- Религиозные вопросы: вера в неподвижность Земли была тесно связана с авторитетом жрецов и священных текстов.
- Отсутствие годового параллакса звезд: если Земля вращается вокруг Солнца, мы должны видеть, как звезды слегка смещаются на небе в зависимости от времени года. Но этого не наблюдалось.
Сам Аристарх нашел правильное объяснение: звезды просто находятся невероятно далеко, поэтому их параллакс неразличим невооруженным глазом. Однако доказать это удалось лишь в XIX веке. До этого момента отсутствие параллакса было сильнейшим аргументом против гелиоцентризма, и лишь в эпоху Возрождения благодаря Копернику и его последователям истина вновь начала брать верх.
Почему планеты вращаются именно против часовой стрелки?
Приняв тот факт, что Земля и другие планеты вращаются вокруг Солнца, возникает другой вопрос: почему все они движутся в одном направлении — против часовой стрелки, если смотреть на Солнечную систему сверху с северного полюса?
Ответ кроется в истории образования нашей системы. Около 4,6 миллиардов лет назад Солнце родилось из коллапсирующего облака пыли и газа, появившегося после взрыва соседней сверхновой. Из большей части вещества сформировалась сама звезда, а остатки образовали вращающийся протопланетный диск, из которого позже сформировались планеты.
Когда это газопылевое облако начало сжиматься, оно начало вращаться. Почему изначальное вращение началось именно против часовой стрелки — вопрос случайности (небольшого первоначального импульса), но именно это направление задало тон всему. Факторы, такие как турбулентность от ударных волн сверхновых и магнитные эффекты, повлияли на конечный угловой момент. Благодаря закону сохранения углового момента, по мере сжатия облака скорость его вращения увеличивалась, и в итоге все планеты, образовавшиеся из этого диска, унаследовали направление его вращения.
Исключения из правил
В Солнечной системе есть два странных объекта, которые нарушают общую гармонию:
- Уран: эта планета буквально «лежит на боку», вращаясь вокруг оси, почти параллельной плоскости ее орбиты.
- Венера: она вращается вокруг своей оси в противоположную сторону (по часовой стрелке), что называется ретроградным вращением.
Ученые считают, что эти странности были вызваны мощными столкновениями космических тел огромных размеров, которые произошли еще на этапе формирования Солнечной системы. Эти катаклизмы буквально «перевернули» планеты, изменив направление их осевого вращения, но не сумев нарушить их орбитальное движение вокруг Солнца.
Так вращается ли Земля вокруг Солнца? Однозначно да. Этот факт подтвержден не только современными телескопами и космическими аппаратами, но и вычислениями, проведенными еще античными мыслителями более двух тысяч лет назад. Наблюдая за фазами Луны, лунными затмениями и применяя базовые законы геометрии, человек смог разгадать устройство своей звездной системы. А то, в какую сторону мы вращаемся — всего лишь наследие того самого газопылевого облака, из которого все мы когда-то родились.