О том, что Земля — шар, знали еще древнегреческие философы. Более того, они даже проводили эксперименты, по результатам которых смогли более или менее точно определить ее радиус. Но как им это удалось? Разберемся с этим вместе!
Земля — это шар
Над теми, кто сейчас утверждает, что Земля действительно плоская, принято насмехаться. Причем те люди, которые так делают, часто уверены, что в прошлом о том, что Земля — шар, никто не знал. На самом же деле идея, что она имеет форму сферы, хорошо была известна образованным людям еще до того, как Николай Коперник описал в своей книге расчеты движения планет, основанные на гелиоцентрической системе мира.
Более того, шарообразность Земли была известна жителям древней Эллады еще до нашей эры. Сами античные авторы называют ее автором Пифагора, хотя никаких конкретных доказательств этого из его трудов нет.
Формально первым автором, в работах которого присутствует и сама идея, что Земля имеет форму шара, и ее доказательства, является Аристотель, живший в 384–322 гг. до н.э. У него одним из главных аргументов в пользу шарообразности Земли является то, что и сейчас используется в интернет-мемах: тень от Земли на Луне во время затмения всегда круглая. А это возможно только в том случае, если наш мир имеет сферическую форму.
Также в работах Аристотеля приводятся наблюдения по полярной звезде. Еще тогда было подмечено, что чем дальше на север путешествуешь, тем выше она над головой. А вот движение на восток и запад на ее видимость никак не влияет. Аналогичная история с зодиакальными созвездиями, только они видны прямо над головой у экватора.
Кроме того, хорошо известны чисто земные признаки сферичности нашего мира. У очень высоких объектов, например мачт кораблей, когда они находятся вблизи горизонта, первой исчезает именно нижняя часть. Это особенно хорошо видно в жаркую погоду, когда из-за рефракции нагретого воздуха их верхняя часть как будто висит над поверхностью.
Аристотель сопровождает все эти выкладки первой, достаточно наивной теорией гравитации, которая не объясняет, что это за сила, но позволяет понять, почему предметы с шара не падают. При этом ученый сам себе эти выводы не приписывает, вместо этого ссылаясь на многочисленных предшественников.
В том, что по состоянию на середину IV ст. до н.э., по крайней мере, в Средиземноморье, концепция шарообразности Земли была хорошо известна, сомневаться не стоит. А вот относительно того, кто первым сделал такое предположение на основе наблюдений, которые приводит Аристотель, мы, пожалуй, никогда уже не узнаем.
Возможно, это действительно был Пифагор в начале V века до н.э., возможно, какой-то другой философ. Возможно даже это были не древние греки, а, например, много путешествовавшие финикийские мореплаватели или вавилонские жрецы, имевшие значительный опыт наблюдений за звездным небом.
Не столь важно то, кто до этого додумался первым, как сам факт того, что идея о сферичности Земли была известна еще за несколько столетий до нашей эры. Хотя следует отметить, что правильному взгляду на форму нашей планеты пришлось достаточно долго сосуществовать с альтернативными теориями, которые не ограничивались одной только плоской формой.
Как узнать радиус Земли
Однако античные ученые не только установили, что Земля имеет форму шара, но и смогли примерно измерить длину ее окружности, а из нее и радиус. Первым это сделал философ по имени Эратосфен. Сам он жил в III веке до н. в Александрии в Египте. То есть он уже хорошо был знаком с работами Аристотеля и в сферичности Земли не сомневался.
Эратосфен узнал, что в городе Сиенна, который находился далеко на юге, есть колодец, дна которого солнечные лучи достигают один раз в год — во время летнего солнцестояния в полдень. В его родной Александрии даже в этот день вертикальный столбик, который называется гномоном, отбрасывал тень, а значит, такого колодца в нем быть не могло.
Объясняется существование сиенского колодца тем, что город находится на северном тропике Земли, и во время летнего солнцестояния его лучи падают на поверхность под прямым углом. С другой стороны, расстояние от центра земного шара до Сиенны представляло ее радиус. Расстояние от центра до Александрии — тоже. А угол, на который отбрасывал тень гномон в Александрии во время летнего солнцестояния, равнялся углу между этими двумя радиусами.
Когда Эратосфен измерил его, то получилось, что он равен 1/50 круга или примерно 7°. Далее ему понадобилось расстояние от Александрии до Сиенны. Ее для него измерили специально нанятые землемеры. И они выяснили, что это расстояние равно примерно 5000 стадий. Отсюда нетрудно подсчитать, что вся окружность на Земле составляет 250 тыс. стадий.
Что это значит? На самом деле мы не уверены, потому что греки пользовались несколькими разными стадиями, и какие из них подразумеваются неизвестно. Если это итальянский стадий в 184,8 м, то окружность Земли составляет 44100 км, если олимпийский в 176,4 м — то 46100 км. Однако есть предположение, что Эратосфен пользовался значительно меньшим стадием, равным 157,7 м. Тогда длина окружности Земли получается 40074 км, что лишь на 66 км больше истинного значения. Да и в случае использования других значений стадия, ошибка составляет всего 10 и 15% соответственно.
После Эратосфена
После опытов Эратосфена ученые преимущественно пользовались его вычислениями, хотя они и продолжали сосуществовать с совершенно неверными представлениями о форме и размерах Земли, распространенными среди менее образованных слоев населения.
Однако некоторые пытались самостоятельно определить размеры нашего мира. Например, Посидоний в начале I в. до н. э. рассчитывал ее исходя из того факта, что звезда Канопус (Альфа Киля), которая никогда не поднималась над горизонтом на его родном Родосе, в Александрии была хорошо видна. Он измерил угол, на который она поднимается там, который оказался равным 1/48 окружности. Далее он установил, что расстояние между двумя этими местами составляет 5000 стадий и далее рассчитал, что длина земной окружности составляет 240 тыс. ст. Опять же непонятно какой стадий нужно использовать, но большинство исследователей сходятся во мнении, что это должно быть 39 тыс. км, что всего на 5% меньше истинного размера нашей планеты.
В 525 году н. э. размеры Земли рассчитал индийский математик Ариабгата. По его мнению, радиус нашей планеты составляет 1050 йожан. Сколько это километров — опять же спорный вопрос. Различные оценки длины йоджаны дают диапазон от 13 440 до 15 360 км, то есть от 5 до 20 % больше, чем истинное значение.
В 830 году группа мусульманских математиков под руководством аль-Хорезми получила значение, что на 15% отличается от настоящего. А в 1037 году аль-Бирун предложил метод, позволявший рассчитать радиус планеты без измерения расстояния, составляющего сотни километров.
Все что для этого нужно — какая-то гора. Измерив ее высоту, угол между ее самой высокой точкой и горизонтом из определенной точки, а также расстояние от этой точки до горы, с помощью тригонометрических функций можно рассчитать радиус нашей планеты.
Значение у аль-Бируни отличается от современного лишь на 2%. Интересно, что он при этом также рассчитал размеры Евразии и Африки, и пришел к выводу, что они занимают всего 2/5 окружности Земли. То есть в мире достаточно места для существования еще неизвестных континентов.
Интересно, что расчеты, по крайней мере, Ератосфена, а возможно и его последователей, были известны Христофору Колумбу. Однако он с самого начала плыл не за новыми землями, а в богатую Индию, и, если верить астрономам, доплыть туда ему не светило. Он просто поверил не этим расчетам, а картам, из которых исходило, что восточная Азия находится не так уж далеко от Европы.
Таким образом, на самом деле в древности идея, что Земля имеет форму шара, не была уже такой незнакомой ученым. Даже при виде нашего современного глобуса они не так уж сильно удивились бы. Другое дело, что ознакомлен с этой концепцией был лишь относительно небольшой круг. Большинство же людей о таких вещах даже не задумывалось.
