Астрономия для "чайников" - Стивен Маран

Геомагнитное поле:

 заставляет стрелку компаса указывать в определенном направлении;

 создает невидимую систему ориентации для почтовых голубей, перелетных птиц и даже живущих в океане бактерий;

 формирует магнитосферу высоко над Землей;

 защищает Землю от летящих из космоса заряженных частиц — солнечного ветра и многих видов космического излучения.

 Геомагнитное поле — это глобальное планетарное магнитное поле. Это означает, что оно охватывает всю Землю и генерируется непрерывно. Ни на Марсе, ни на Венере, ни на Луне нет глобального магнитного поля, как на Земле, и этот важный факт позволяет ученым делать выводы относительно ядра данных небесных тел. В частности, о ядре Луны речь пойдет в разделе "Гигантское столкновение. Теория происхождения Луны" в этой главе.

Расширение дна океана

 Согласно результатам геофизических исследований, по обеим сторонам срединно-океанических хребтов существует "узор" намагниченной породы. Намагничивание породы происходило по мере ее остывания из расплавленного состояния, что привело к фиксации определенного направления магнитного поля, которое действовало во время затвердевания породы. Поэтому породы на океанском дне — это магниты, поле которых имеет определенную силу и направление. После затвердения породы ее магнитное поле уже не может измениться; теперь это магнитное поле представляет собой "окаменелость", такую же, как окаменелые остатки динозавров, которые навсегда останутся такими, какими были в момент смерти.

"Узор", обнаруженный возле срединно-океанических хребтов, состоит из полосок намагниченной породы длиной в сотни километров, параллельных хребту и чередующихся по направлению магнитного поля. У одной полоски магнитное поле направлено на север, у следующей — в противоположном направлении, т. е. на юг, и т. д.

 Вы спросите, почему я говорю обо всех этих вещах на дне океана в книге по астрономии? Потому что это необычное свойство Земли может быть связано с феноменом, открытым на Марсе. Ученые, собирая различные сведения о планетах земной группы, включая Землю, находят сходства и различия, которые помогают лучше понять происходящие процессы. Такой вид исследований называется сравнительной планетологией и более подробно о ней мы поговорим при описании Марса и Венеры в главе 6.

Чередующиеся полоски с противоположной магнитной ориентацией сформировались в результате того, что в центре срединно-океанических хребтов появлялась новая порода, которая остывала, намагничивалась и расходилась в стороны от хребтов, по мере того как ее отодвигала более новая порода. Чередование полосок с противоположной намагниченностью говорит о том, что направление геомагнитного поля периодически меняется на противоположное, причем период этот составляет несколько сотен тысяч лет.

Что заставляет геомагнитное поле Земли, генерируемое ее ядром, так часто менять направление на противоположное, — неизвестно. Но свидетельства этого сохранились как на дне океана, так и в некоторых местах суши, которые когда-то находились под водой.

Время и движение Земли

В наши дни для измерения времени с большой точностью используются атомные часы. Но в древности и еще совсем недавно система измерения времени в нашем мире была основана на вращении Земли.

 Земля совершает один оборот вокруг своей оси за 24 часа. Она вращается с запада на восток (или против часовой стрелки, если смотреть сверху, со стороны Северного полюса). И вокруг Солнца Земля обращается против часовой стрелки (если смотреть из космоса сверху, со стороны северного небесного полюса). Продолжительность дня, 24 часа, — это среднее время, которое (с нашей точки зрения) требуется Солнцу, чтобы взойти, сесть и взойти опять. Это называется средним солнечным временем (mean solar time), которое эквивалентно стандартному времени, отсчитываемому на наших часах.

Поэтому продолжительность дня равна 24 часам среднего солнечного времени. А в году приблизительно 365 дней — именно такое время требуется Земле, чтобы совершить один полный оборот вокруг Солнца.

Системы измерения времени

Поскольку Земля движется вокруг Солнца, время его восхода зависит и от вращения Земли, и от ее движения по орбите.

 Относительно звезд Земля совершает полный оборот вокруг своей оси за 23 часа 56 минут и 4 секунды. Этот промежуток времени называется сидерическими (или звездными) сутками (sidereal day). Заметьте, что разница между 24 часами и 23 часами 56 минутами 4 секундами равна 3 минутам 56 секундам, что составляет всего 1/365 долю суток. И это не совпадение. Это вызвано тем, что в течение суток Земля проходит 1/365 часть своей орбиты вокруг Солнца.

Астрономы привыкли пользоваться особыми, звездными часами, которые отмеряют сидерическое время: 24 сидерических часа равны 23 часам 56 минутам 4 секундам среднего солнечного времени. Сидерические часы, минуты и секунды немного короче соответствующих им единиц измерения солнечного времени. Использование сидерических часов позволяет астрономам следить за звездами и правильно направлять телескопы. Но теперь ни астрономам, ни вам больше не нужно этого делать. Компьютерные программы-планетарии, которые определяют направление телескопов или создают изображение неба (об этом говорилось в главе 2) сделают за вас все необходимые вычисления. Поэтому, чтобы выяснить, в каком месте неба появятся определенные звезды и созвездия, вам достаточно взять за основу стандартное время.

 С другой стороны, в отчетах об астрономических наблюдениях обычно применяются стандартные системы времени, принятые астрономами всего мира: это всемирное время (Universal Time — UT) или время по Гринвичу (Greenwich Mean Time). UT — это просто стандартное время в Гринвиче (Великобритания). Согласно международному соглашению, принято считать, что сутки начинаются в Гринвиче. (Иными словами, они начинаются, когда в Гринвиче полночь, т. е. 0:00 часов UT.) Например, в Москве разница со всемирным временем составляет плюс 3 часа, а в Нью-Йорке — минус 5 часов, потому что в Москве солнце встает на три часа раньше, а в Нью-Йорке — на пять часов позже, чем в Гринвиче. Таким образом, когда в Гринвиче 6 часов утра, в Москве уже 9 часов утра, а в Нью-Йорке — только час ночи.

 Еще одна сложность в определении местного времени связана с тем, что во многих странах для более полного использования светлого времени суток и экономии электроэнергии осуществляют переход на "летнее" и "зимнее" время. При переходе на "летнее" время стрелки часов сдвигают на час вперед по сравнению с "зимним".

Более точно определенное время, всемирное координированное время (Coordinated Universal Time — UTC), которое совпадает с UT, если использовать его во всех практических целях, — это официальный международный стандарт[14].

Смена времен года

Объяснить студентам причину смены на Земле времен года — это, наверное, самая сложная задача для любого преподавателя астрономии. Как бы преподаватель ни старался объяснить, что смена времен года никак не связана с тем, насколько далеко Земля находится от Солнца, многие или даже большинство студентов в это не верят. Проведенные опросы показали: даже выпускники Гарвардского университета думают, что лето — это когда Земля находится ближе всего к Солнцу, а зима — когда Земля дальше всего от Солнца.

При этом студенты забывают, что, когда в Северном полушарии лето, в Южном полушарии — зима. И когда в Австралии лето, в России — зима. Но и Австралия, и Россия находятся на одной и той же планете Земля.

Истинная причина смены времен года — это наклон земной оси (рис. 5.2). Ось вращения, воображаемая линия, соединяющая северный и южный полюса Земли, не перпендикулярна плоскости земной орбиты, по которой она движется вокруг Солнца. И отклонение оси от перпендикуляра составляет 23,5°. Ось направлена на север в точку среди звезд возле Полярной звезды. (На самом деле, ось медленно меняет свое направление и со временем будет указывать не на Полярную, а на другую звезду.)

Рис. 5.2. Смена времен года

В настоящее время Полярная звезда (т. е. та, на которую указывает северный полюс Земли) — это α Малой Медведицы. Если вы потеряетесь ночью и захотите идти на север, то ищите Малую Медведицу (более подробно о поиске Полярной звезды говорится в главе 3).