Форма та розміри землі
Ми живемо на величезній кулі. Кращі уми людства почали про це здогадуватися, відмовляючись від уявлень про «плоський, як млинець», світ дуже давно. Ще давньогрецький математик Піфагор (VI ст. до н.е.) висловлював думку про кулястість нашої планети.
Внутрішня будова Землі
Він же досить несміливо припустив, що Земля робить «навколо себе» оберт між сходом і заходом світила один раз (тобто за добу), а за 365 днів огинає Сонце, — тепер ми називаємо це роком. Сьогодні все це доведено наукою, а 2500 років тому подібне могло припустити лише геніальний учений.
Але підтвердити цю сміливу гіпотезу тоді було неможливо: надто мало фактичних відомостей накопичили люди на той час. Перші наукові свідчення кулястості Землі представив великий давньогрецький філософ Аристотель (IV ст. до н.е.). Спостерігаючи місячні затемнення (а вони відбуваються тому, що Земля на якийсь час виявляється між Сонцем і Місяцем), він стежив за тінню, що відкидається Землею на Місяць. Хоч би якою стороною була повернута до Місяця Земля, ця тінь завжди кругла. А яке тіло у будь-якому положенні відкидає круглу тінь? Куля. Отже, наша планета має кулясту форму — до такого висновку прийшов Аристотель. (Необхідно відзначити, що до Аристотеля халдеї - племена, що мешкали в Південній Месопотамії, - спостерігали місячні затемнення і звертали увагу на форму тіні, яку Земля при цьому відкидає на Місяць.)
Аристотель наводив інші докази кулястості Землі. Одне з них — те, що під час руху на північ чи південь ми бачимо в небі над собою вже інші сузір'я.
За 250 років до нашої ери давньогрецький вчений Ератосфен Кіренський, хранитель найбільшої в античному світі Олександрійської бібліотеки в Єгипті, наважився виміряти Землю.
Він знав, що в містечку Сієна (нині він називається Асуан), розташованому точно на південь від Олександрії, біля перших порогів Нілу, в день літнього сонцестояння Сонце, перебуваючи в зеніті, висвітлює дно однієї дуже глибокої криниці. А на півночі Єгипту, в його столиці, в той же момент воно віддане від зеніту на 1/50 (запам'ятаємо цей дріб) частку кола. Отже, відстань між цими містами становить 1/50 частку земного кола, чи 7°12' довготи. А в мірах довжини цю дистанцію він приблизно визначив за тим, за скільки часу її долає. верблюжий караван — інших «вимірювальних приладів» на той час ще не було. Виявилося, що відстань дорівнює 5 тис. єгипетських стадій, а одна стадія — трохи менше 160 м. Отже, від Олександрії до Сієни близько 800 км, а коло всієї планети в 50 разів більше — близько 40 тис. км. А будь-хто, знайомий з геометрією, по довжині кола може обчислити його радіус. Він у разі дорівнює 6311 км.
Можна заперечити, що це неправильно, - коло Землі по екватору становить майже 40 100 км. А її середній радіус, як відомо, 6371 км. Знаменитий Ератосфен кілометрів на шістдесят помилився. Однак якщо врахувати, якими «приладами» (колодязь + верблюд) він користувався, треба визнати, що для свого часу виведення давньогрецького вченого було досить точним.
Цей момент вважатимуться днем народження теоретичної геодезії — науки про форму Землі. А трохи пізніше з'явилася і геофізика - наука про її будову, розвиток, фізичні процеси, що відбуваються в тілі планети (адже не знаючи розміри Землі, не можна судити про її щільність, масу та інші характеристики). Результати, отримані Ератосфеном, протрималися ціле тисячоліття. Лише 827 р. н.е. астрономи, які працювали в Багдадській обсерваторії халіфа аль-Мамуна (він був синомГаруна аль-Рашида, відомого за арабськими казками «Тисяча і одна ніч», і сам займався науками), трохи підправили величину радіусу планети, давним-давно визначену бібліотекарем з Олександрії.
. Куля-то куля, але не зовсім правильна. Розумів це ще знаменитий математик Архімед (III ст. е.), друг Ератосфена. Він враховував, що є Землі високі гори, є рівнини і глибокі провали; значить, ідеальною кулею вона не може бути. Він першим запропонував термін «сфероїд» – фігура, близька до сфери, але не зовсім ідеальна куля.
Ідея «непогрішної» кулястості планети була повністю відкинута ще дуже довго. Навіть не приймаючи на віру припущення античних мислителів, європейські вчені вважали, що Земля — правильна куля. Так було до кінця XVII століття, коли англієць Ісаак Ньютон і голландець Християн Гюйгенс знайшли фізичні спростування того, що Земля має форму правильної кулі: раз тіло довго і швидко обертається, значить, воно має бути сплющене зверху і знизу. Адже відцентрові сили на екваторі діють сильніше, ніж у полюсів. І відстань від полюса до полюса (полярний діаметр) буде коротшою, ніж діаметр Землі у площині екватора. Це випливає із законів фізики, а їм підпорядковується весь матеріальний світ.
Караван верблюдів, що перетинає пустелю, «допоміг» знаменитому Ератосфену виміряти Землю
Чи сплющена Земля з полюсів, залишалося незрозумілим (а якщо так, то наскільки?). У вік Просвітництва так іти справу не могло, і Паризька академія наук послала ще дві експедиції. Одну очолив астроном Шарль Кондамін; вона працювала у Південній Америці. А іншу - П'єр Луї Мопертюї; їй "дістався" північ Європи - скандинавська Лапландія.
Після кількох років мандрівок у важких умовах Андського високогір'я та скандинавської тундри вченіпривезли свої найцінніші дані до Парижа (Мопертюї 1737 р., а Кондамін 1742 р.). Тут їх обробив Кассіні, і був зроблений остаточний висновок: Ньютон має рацію, відстань від центру Землі до екватора більше, ніж до полюса!
. Отже, сьогодні очевидно: наша планета трохи сплющена з полюсів, тому її екваторіальний радіус більший, ніж у ідеальної кулі, а вздовж осі обертання радіус Землі на 5 км менше, ніж у правильній геометричній сфері.
Але досі ми постійно говорили лише у тому, що фахівці називають фігурою Землі, тобто. про форму планети. Настав час заглянути собі «під ноги».