Барицентрическое движение солнца и его следствия для солнечной системы
А.И. Хлыстов,
В.П. Долгачёв,
Л.М. Доможилова
1. У истоков учения космизма
«Сотис великая блистает на небе, и Нил выходит из берегов своих». Так переводится иероглифическая надпись, сделанная на стене одного из храмов в Дендере (современный Египет), более 5000 лет назад. В этой короткой поэтической строке содержится формулировка важнейшего открытия, сделанного древнеегипетскими жрецами-астрономами в результате длительных кропотливых наблюдений звездного неба. Чтобы по достоинству оценить значение этого открытия для древних жителей долины Нила, нужно вернуться в прошлое примерно на восемь тысяч лет назад, когда значительная часть Европы все еще была покрыта ледником, а до рождения мифической волчицы, вскормившей своим молоком Ромула и Рема, оставалось еще более пяти тысяч лет. В те далёкие времена на болотистую равнину в дельте Нила пришли охотничьи племена и стали возделывать благодатную илистую почву. Жизнь земледельцев полностью зависела от своенравного поведения Нила: в июне он выходил из берегов и с июля по ноябрь его воды заливали значительные площади. Как только неспокойная река входила в берега, египтяне начинали сеять, а через четыре месяца собирали урожай. С марта начинался четырехмесячный период безводья и засухи, когда со стороны Сахары постоянно дул горячий ветер, приносивший с собой тучи раскаленного песка и превращавший страну в пустыню. Египетские жрецы, сопоставляя на протяжении длительного периода времени вид предутреннего звездного неба с днями наступления разливов Нила установили, что они наступают через несколько дней после первого утреннего (то есть, непосредственно перед восходом Солнца) появления самой яркой звезды неба, называемой ими Сотис (или Сопт, современный Сириус). барицентрический солнце лунный гелиоцентризм
Вполне естественно, жрецы стали считать эту звезду причиной наводнений. Её даже называли Изида-Сотис (слеза Изиды), поскольку египтяне верили, что в это время богиня плодородия Изида плачет, и ее слезы переполняют реки, вызывая их разлив.
Рис. 1. Астрономические наблюдения в древности
Сейчас, с высоты современных знаний, вооружённые разнообразными сложными приборами, мы можем уверенно говорить, что в задаче предсказания моментов разлива Нила Сириус выступал в роли своеобразных космических часов и не мог быть причиной наводнений. Но в те далёкие времена, когда люди получали новые знания об окружающем мире только лишь на основании своих непосредственных впечатлений, ощущений и наблюдений невооружённым глазом, обнаруженная связь двух событий объяснялась как непосредственное воздействие Сириуса на воды Нила.
Благодаря дошедшим до нас письменным источникам, мы знаем, что в Вавилоне около 700 лет до н. э. был составлен учебник по астрономии («Муль апин»), в котором содержались списки звезд северной, экваториальной и южной частей неба и что особенно важно - в этом учебнике были представлены так называемые гелиакичные восходы некоторых звезд, то есть, первый восход звезды утром перед восходом Солнца. Среди этих звёзд была и звезда Сопт. Следовательно, в течение нескольких тысяч лет древние астрономы изучали связь важнейших событий на Земле с «космическими часами» и, несомненно, могли обнаружить немало фактов, подобных разливам Нила. Эти открытия помогали прогнозировать стихийные бедствия, ориентироваться в пустыне и открытом море, предсказывать и устанавливать сроки тех или иных хозяйственных работ в древнем Египте и Вавилоне, Индии и Китае. Несомненно, этими знаниями пользовались и другие народы, заселявшие Землю тысячи лет назад и память о которых не сохранилась до нашего времени.
2. Лунные влияния
Особое место в системе астрономических знаний древних народов занимала Луна - ближайшее к земле небесное тело. Луна хорошо видна на небе не только ночью, но даже и днём и поэтому неудивительно, что люди издревле почитали её наряду с Солнцем и связывали с ней самые разные события своей жизни. Одни из самых ранних сведений о влиянии Луны на человека восходят ко временам известных мыслителей, астрономов и врачей древности таких, как Аристотель, Плутарх, Гиппократ, Плиний Старший, Птолемей и др. Разнообразные указания о таких влияниях содержатся во всех священных текстах - Талмуде, Библии, Коране, а также в древнейших китайских и тибетских трактатах. У всех без исключения народов мира в их преданиях, верованиях, обрядах, сказаниях, мифах содержатся накопленные веками наблюдения о связи с фазами Луны физического и психического здоровья человека, приводятся лунные календари для очерёдности проведения сельскохозяйственных работ и даются достаточно сложные "правила" предсказания погоды по Луне. Однако в силу противоречивости приводимых в различных источниках фактов и полного отсутствия сколько-нибудь приемлемого объяснения причин найденных связей, проблема влияния Луны на земные процессы долгое время оставалась за рамками подлинного научного анализа. В настоящее время, в основном благодаря основополагающим работам Дж. Дарвина [Darwin, 1879; 1880], достигнуты значительные успехи в области изучения приливных влияний Луны. Согласно указанным работам, в результате гравитационного воздействия Луны, в твёрдом теле Земли и покрывающей её жидкой оболочке (океаны) образуется приливной выступ, который в отсутствие трения был бы направлен строго по линии Земля-Луна. Вследствие наличия трения, приливной выступ выносится вперёд примерно на 2є по ходу осевого вращения Земли, что вызывает его медленное вековое замедление. Перераспределение масс внутри тела Земли, вызываемое приливами, меняет наибольшую составляющую момента инерции Земли, и это приводит к внутрисуточным, месячным и более длиннопериодическим вариациям скорости вращения Земли. В настоящее время установлена связь этих вариаций с погодой. Движение приливного выступа против вращения Земли также имеет важные следствия. Поскольку земная кора в приливном выступе расширяется, её давление на подземные жидкие фракции падает, вследствие чего уровень жидкостей понижается. Во время отлива, когда давление в коре возрастает, уровень жидкостей повышается. Интересно отметить, что ещё Плиний старший в своей Historia Naturalis говорил о колодце в Кадисе около храма Геракла, а также о колодце у берегов Гвадалквивира и третьего - около Севильи, где наименьший уровень воды бывал во время приливов, а наибольший - во время отливов. Очевидно, такое поведение будет наблюдаться также для нефтяных скважин, вулканической лавы и других жидких или вязких веществ, содержащихся в земной коре. Отсюда возникает естественная связь приливов с извержениями вулканов, землетрясениями и пожарами на нефтяных месторождениях.
В наше время развитие космической биологии, исследований в области гипогравитации и невесомости привели к необходимости внимательного изучения вопросов, связанных с действием слабых гравитационных сил на живые организмы, в том числе и исследование влияния Луны на человека. Сейчас эти исследования ведутся в разных областях знания - медицине, психофизиологии, молекулярной биологии, геофизике и др. Но, несмотря на некоторые обнадёживающие факты, до сих отсутствует единая общепризнанная теория воздействия Луны на биосферу Земли. По-видимому, такая ситуация объясняется тем, что наряду с Луной на биологические объекты сильно воздействуют погодные условия, геомагнитное поле, солнечная активность и другие факторы. Чтобы выделить одно только лунное воздействие, необходимо с помощью сложных математических процедур исключить все другие поля, что не всегда возможно. В то же время, накопление фактов в течение сотен и тысяч лет приводит к усреднению посторонних воздействий и может дать сведения о влиянии Луны в чистом виде. Конечно, нужно критически относиться к архаическим сведениям и не принимать всерьёз заявления типа: "Луна любит освещать развалины" или "лунный свет разгоняет облака". С другой стороны, поскольку современные исследования охватывают обычно только десятки лет, оцениваемая математически достоверность таких результатов оказывается, как правило, очень низкой. По-видимому, корректная увязка новых и старых результатов позволит, со временем, выделить наиболее достоверные факты.
3. От геоцентризма к гелиоцентризму
Не менее запутанной, чем ситуация с Луной, до настоящего времени остаётся проблема влияния планет на различные процессы в Солнечной системе, в том числе и на Землю. Планеты привлекали к себе внимание астрономов с самых древних времен не только тем, что они являлись более яркими небесными светилами по сравнению со звездами, но, главным образом, сложностью, кажущейся загадочностью своих движений. В то время как для земного наблюдателя звезды выглядели неподвижными друг относительно друга, как бы прикреплёнными к поверхности некоторой неизменной сферы звезд, планеты все время перемещались по небу между звездами, описывая сложные пути. Отсюда и название «планета» - (по-гречески «блуждающая звезда»). Большую часть своего видимого пути планеты перемещаются между звездами с запада на восток, как и Солнце, но через определенные промежутки времени они останавливаются, затем некоторое время двигаются попятно, снова останавливаются и только после этого начинали двигаться в «правильном» направлении (как Солнце). В результате, траектория движения планет по небесной сфере напоминает петли, различные для разных планет и для разных промежутков времени.
Рис. 2. Видимые петлеобразные движения планет на примере Плутона
В эпоху расцвета античной греческой и римской культур этим блуждающим светилам - планетам, были присвоены названия, взятые из античной мифологии: Меркурий, Венера, Марс, Юпитер, Сатурн. К этому миру планет, видимых на небе как немерцающие звездочки, причисляли также Солнце и Луну.
Для древних астрономов было естественным предполагать, что если звёзды, Луна и Солнце влияют на земную жизнь, планеты просто обязаны выполнять эту важную миссию. Но чтобы исследовать, как конкретно осуществляется воздействие планет, а затем прогнозировать события по положениям планет на небесной сфере, необходимо было построить теорию движения планет, позволяющую с достаточной точностью рассчитывать их положения среди звёзд на месяцы и годы вперёд.
Дошедшие до нас письменные источники позволяют проследить, как трудно шло построение теории движения планет, начиная с V в. до н.э. Философ Платон (427-347гг. до н.э.) категорически утверждал, что движение небесных тел является круговым, равномерным и исключительно правильным. Земля размещена в центре мира, вокруг нее вращаются Луна, Солнце, планеты и звезды. Именно Платон поставил перед математиками такую задачу: найти, при помощи каких равномерных и правильных круговых движений станет возможным «спасти явления, которые проявляют планеты» (имелись в виду петлеобразные движения планет). Иначе говоря, Платон ставил задачу построить геометрическую модель мира, в центре которого, естественно, должна была находиться Земля.
Решить эту задачу попытался ученик Платона Евдокс (ок. 408 - ок. 355 гг. до н. э.). Он предположил, что движение каждой планеты регулируется несколькими сферами, вложенными одна в другую. Одна из них осуществляет один оборот вокруг оси небесной сферы за сутки с востока па запад. Ось другой сферы наклонена под некоторым углом к оси первой сферы и закреплена на ней. Эта вторая сфера вращается вокруг своей оси за время, равное периоду обращения планеты. Этим и объяснялось движение планеты вдоль эклиптики. Дальнейшая комбинация с этими сферами еще двух сфер давала возможность объяснить попятное движение планеты и ее наклонное движение относительно плоскости эклиптики. Для объяснения особенностей движения Луны и Солнца Евдоксу было достаточно трех сфер. Все звезды он разместил на одной сфере, вне сфер планет. Таким образом, все видимые движения небесных светил Евдокс свел к вращению 27 сфер.
Более совершенная и наглядная теория движения планет была создана Клавдием Птолемеем во II в.н.э. Как и Евдокс, Птолемей предложил геоцентрическую систему, в которой все планеты и Солнце вращались вокруг Земли. Но в отличие от своего предшественника, наблюдаемые петлеобразные траектории планет К.Птолемей получал путём комбинации равномерного вращения планет всего лишь по двум окружностям - большой, в центре которой находилась Земля, и малой, центр которой перемещался по большой окружности (деференты и эпициклы). Система Птолемея, значительно более простая и дающая хорошую точность, просуществовала более тысячи лет. Однако с появлением более совершенных астрономических инструментов и повышения в связи с этим точности наблюдений, систему Птолемея приходилось неоднократно усложнять путём введения всё новых и новых окружностей. К середине XV в. для описания движения отдельной планеты приходилось вводить до 15 окружностей. Такая громоздкая система порождала сомнения в её верности. Испанский король Альфонс X по этому поводу сказал: «Если бы при сотворении мира создатель спросил моего совета, то я предложил бы ему более простой план устройства Вселенной».
Ложный принцип геоцентризма был преодолён Николаем Коперником (1473 - 1543), предложившим гелиоцентрическую систему мира, в которой все планеты, включая Землю, движутся вокруг неподвижного Солнца. Система Коперника легко объясняла петлеобразные движения планет, а также почему Меркурий и Венера наблюдаются только как «утренние» и «вечерние» звёзды. К сожалению, великий польский астроном оставил незыблемым принцип равномерных круговых движений планет, тормозившего развитие астрономии ещё целое столетие.
Настоящий прорыв в теории движения небесных тел связан с именем Иоганна Кеплера (1571-1630), который был сторонником гелиоцентрического учения Николая Коперника. И.Кеплер поставил перед собой задачу - подтвердить гелиоцентрическую систему по самым точным для его времени наблюдениям Марса, которые на протяжении двадцати лет проводил датский астроном Тихо Браге (1546 - 1601) и в течение нескольких лет - сам Кеплер. После многолетних и очень трудоёмких вычислений, отказавшись от общего заблуждения о кругообразности движений небесных тел, Кеплер открыл три закона планетных движений, которые современным языком формулируются следующим образом:
1. Все планеты движутся по эллипсам, в одном из фокусов которых (общем для всех планет) находится Солнце.
2. Радиус-вектор планеты в равные промежутки времени описывает равновеликие площади.
3. Квадраты сидерических периодов обращений планет вокруг Солнца пропорциональны кубам больших полуосей их эллиптических орбит.
Законы Кеплера позволили вычислять положения планет с очень высокой точностью, недостижимой в рамках системы Птолемея. Изданные в 1627 году Кеплером таблицы движения планет использовались астрономами более 100 лет.
Дальнейшее уточнение теории движения планет стало возможным благодаря открытию Исааком Ньютоном (1643 - 1727) закона Всемирного тяготения, которое он сделал на основании изучения движения Луны и используя законы Кеплера. Исходя из этого закона, Ньютон теоретически вывел все три закона Кеплера и показал, что они строго выполняются только для системы, состоящей из двух тел, причём масса планеты должна быть пренебрежимо мала по сравнению с массой центрального тела. Однако для рассматриваемой в настоящей статье темы особенно важно следующее высказывание И.Ньютона: “… поскольку центр масс солнечной системы постоянно находится в покое, Солнце, в соответствии с различным положением планет, должно постоянно двигаться по всем направлениям, но никогда не будет далеко уходить от этого центра”.