Античные и современные исследования Земли.

Как измерили радиус Земли?

На основании астрономических наблюдений древнегреческие ученые еще в IV в. до н. э. пришли к выводу, что Земля шарообразная. Придерживаясь этого вывода, Эратосфен, живший в Египте (276 – 194 гг. до н. э.) решил определить длину окружности земного шара. Идея Эратосфена состояла в том, что нужно было в один и тот же день (в полдень) в двух точках Земли, находящихся на юге и на севере Египта, измерить зенитное расстояние Солнца в градусах (см. рис. 4). Разность этих расстояний равна разности географических широт пунктов наблюдения. Далее нужно измерить расстояние между пунктами наблюдения. Поделив это расстояние на число градусов, можно определить длину части окружности Земли, приходящуюся на один градус, а далее легко определить и длину окружности Земли, и ее радиус.

Наивысшая точка на небосводе (на небесной сфере) называется зенитом. Если светило, например звезда, находится в зените, то она сияет прямо над головой наблюдателя. Угол между лучом, направленным из глаза наблюдателя на светило, и вертикальным направлением называется зенитным расстоянием светила. Для измерения зенитного расстояния Солнца Эратосфен изобрел специальный прибор – скафис.

Скафис представляет собой чашу в виде полусферы, на дне которой закреплен металлический стержень. На внутреннюю полость скафиса наносятся деления в градусах. Скафис устанавливают по отвесу так, чтобы стержень, направленный по радиусу сферы, занимал строго вертикальное положение, т. е. был направлен на зенит. На освещенной Солнцем внутренней полости скафиса должна быть тень, которую отбрасывает стержень. Дуга, измеряемая в градусах от основания стержня до конца тени, равна зенитному расстоянию Солнца.

Эратосфен жил в городе Александрия на севере Египта. От купцов и погонщиков верблюдов он знал, что на юге Египта в городе Сиена (ныне Асуан) Солнце в полдень 22 июня освещает дно глубоких колодцев и, следовательно, находится в зените. В полдень того же дня в Александрии по измерениям Эратосфена Солнце отстоит от зенита на 7° 12´=7,2°. Эратосфен также знал, что расстояние от Александрии до Сиены составляет 5000 греческих стадий. Обозначив через x длину окружности земного шара, он составил пропорцию, исходя из следующих соображений: длина окружности земного шара во столько раз больше расстояния между городами, во сколько раз 360° больше 7,2°:x/5000=360°/7,2°. Отсюда следует, что длина окружности земного шара равнялась 250 000 стадий.

Длина греческих стадий точно неизвестна, но расстояние между Александрией и Асуаном по современным измерениям составляет 800 км. Отсюда следует x/800=360°/7,2°. Следовательно, длина окружности земного шара получается равной 40 000 км.

В конце XVIII в. Французская Академия наук снарядила две экспедиции для проверки измерений Эратосфена и уточнения длины одного градуса дуги меридиана. Одна экспедиция работала в Финляндии и Швеции, вблизи Северного полярного круга, а другая – в Перу, в экваториальных широтах. Оказалось, что измерения Эратосфена в целом согласуются с полученными результатами.

В то же время выяснилось, что полярный радиус Земли на 21 км короче экваториального. Таким образом, Земля представляет собой эллипсоид вращения – немного сплюснутый шар, как и предсказывали теоретические расчеты И. Ньютона.

Сколько весит Земля?

Земля расположена в космическом пространстве, поэтому узнать вес планеты очень сложно. Не положишь же ее на весы! Поэтому мы поговорим о весе тех веществ, из которых Земля состоит, то есть о ее массе.

Масса Земли приблизительно равна 6,6 сикстиллиона тонн. Чтобы понять, какое это огромное число, давайте его запишем: 6 600 000 000 000 000 000 000.

Как же ученые узнали массу Земли? Свой расчет они основывали на общеизвестном свойстве всех тел притягиваться друг к другу. Именно это их качество лежит в основе земного притяжения. Согласно закону земного притяжения сила притяжения двух тел зависит от их масс и их расстояния между ними. Чем больше предметы, тем больше сила их притяжения, и, наоборот, чем дальше они расположены друг от друга, тем меньше они притягиваются.

Давайте разберемся, как же ученые «взвесили» Землю. Для этого они взяли большой груз, подвесили его, замерив точное положение. Затем к подвешенному грузу приблизили целую тонну металла. Груз и металл начали притягиваться друг к другу. Груз немного отклонился от своего первоначального положения (величина отклонения составляет примерно одну миллионную часть сантиметра. Вот почему измерения нужно делать с особой точностью).

Определив величину отклонения груза, ученые смогли приступить к вычислению веса Земли. Для этого необходимо узнать силу притяжения между Землей и грузом и между металлом и грузом. Относительная разница между двумя показателями и даст нам массу Земли.

Из чего состоит земная масса? Поверхность Земли покрыта корой из твердой породы, под ней расположена земная мантия, также состоящая из твердой порода, а в самой середине находится ядро планеты. Температура в центре Земли очень высока, поэтому ядро состоит из расплавленных веществ.