20 причини, за които знаем, че Земята е сферична

Снимка на AJ Colores на Unsplash

В опитите си да обхванат всички теми от дадената учебна програма, учителите често се фокусират повече върху очертаването на резултатите и теоремите; за разлика от това да ни отведе на пътешествие, за да открием как науката е извлечена чрез девствени идеи, експерименти и често елегантна математика. Един от проблемите, до които води, е, че в крайна сметка знаем няколко факта и формули, без да си спомняме как са били открити или защо са верни.

Знанията, които съществуват от няколко години, са особено податливи на приемане за даденост. Един такъв пример е знанието, че Земята е сферична, за разлика от плоска. В тази статия думата „сферичен“ се използва леко; точната форма на Земята е сплетена сфероида, вид елипсоид.

Нашият размер спрямо Земята е твърде малък, за да се забележи крива. За едно мъничко същество, което току-що се е научило да обикаля малка площ от Земята, няма да има незабавни индикации, че Земята е кръгла. Нашите предци обаче постепенно събирали доказателства, които противоречали на примитивната представа, че Земята е плоска. Тази статия е пътешествие през всички идеи и наблюдения, които предполагат, че Земята е сферична.

1. Кораби и хоризонт

Хоризонтът е линията, по която изглежда, че земната повърхност и небето се срещат. Когато корабите, отплаващи, изчезват в хоризонта, те правят това най-отдолу. Горната част изчезва по-късно, което създава илюзията, че корабът потъва. По същия начин, когато корабите се появяват от хоризонта, първо се появява горната част, а след това и останалата част от кораба.

2. Не можем да видим много далеч

Да кажем, че сте ясен ден на Западния бряг на Северна Америка. Докато сте в състояние да видите слънцето и луната на небето, които са доста далече, не можете да видите Япония, ако погледнете на запад. Причината да не виждате толкова далеч на Земята е, че светлината пътува по права линия и следователно не може да следва кривата на Земята.

3. Видимост и повишени площи

Много моряци са наясно с факта, че повишените площи на сушата са видими на по-големи разстояния от тези, които са по-слабо повишени. Освен това, ако човек стои на повишена зона, той може да вижда по-далеч в далечината в сравнение с това, ако е стоял на по-ниска надморска височина. Кривината на Земята е отговорна за тези наблюдения.

4. Други планети са сферични

Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и Сатурн могат да се видят с просто око. През 1781 г. Уилям Хершел използва своя телескоп, за да наблюдава движението на Уран и откри, че това е планета, а не звезда, както се смяташе по-рано. Въз основа на малки смущения в орбитата на Уран беше прогнозирано, че съществува и по-далечна планета. През 1846 г. е открито, че Нептун е тази планета (също така преди се е смятало, че е звезда). Ако другите планети в нашата Слънчева система могат да се наблюдават като сферични, защо нашата трябва да бъде различна?

5. Повечето неща са сферични

Планетите са не само сферични, но и звездите и луните. Всъщност силите на природата са такива, че предметите са склонни да се образуват в сфери, независимо дали са небесни тела или просто сапунени мехурчета. В случай на сапунени мехурчета повърхностното напрежение, което иска да направи балона по-малък във всички посоки, предизвиква сферичната форма. В случая на космическите обекти гравитацията се опитва да срине материята във всички посоки, тъй като всички атоми са изтеглени към общ център на тежестта.

Ако сферичен обект се върти, въртенето изравнява средата, правейки сферата по-широка през екватора и по-тясна през полюсите. Това е така, защото при бързо въртене центропеталната сила преодолява гравитационното привличане, опитвайки се да създаде сферична форма. Земята е пример за това, оттук и облицованата сфероидна форма. Юпитер е най-бързо въртящата се планета в нашата Слънчева система и следователно е по-сплескана от Земята. Слънцето се върти бавно, но има и други звезди, които се въртят бързо и също имат сплескани форми. Бързото въртене също е причината дисковете за натрупване на черни дупки, слънчевите системи и галактиките да имат сплескани форми на диска.

6. Изменение на температурата от екватора до полюсите

Земята е наклонена на 23,5 градуса спрямо слънцето. Северното полукълбо е наклонено към слънцето за 6 месеца, докато южното полукълбо е наклонено далеч и обратно. Следователно, докато екваториалните зони получават пряка слънчева светлина през цялата година, полярните зони прекарват половината от годината, насочена към слънцето. Тази разлика в излагането на слънчева светлина води до по-високи температури по-близо до екватора.

Наклонът на Земята обяснява и крайната продължителност на деня и нощта при полярни места. Докато продължителността на деня в екватора е почти точно 12 часа поради екватора, който винаги получава пряка слънчева светлина, продължителността на деня и нощта на полюсите се влияе от положението на Земята спрямо слънцето.

Наклонът на Земята също е причина, че има четири сезона и че когато наближим екватора, интензивността на сезоните намалява, докато те напълно не съществуват точно в екватора.

7. Земята се върти около слънцето

Идеята, че Земята се върти около слънцето, е предложена за първи път през III в. Пр. Н. Е. От Аристарх от Самос. Дотогава древните гърци вече са разбрали, че Земята е кръгла и дори са изчислили размера на Земята, както и нейното разстояние от слънцето и луната. Фактът обаче, че Земята обикаля около Слънцето, ни позволява да заключим по няколко начина, че Земята трябва да е сферична. Например слънцето изгрява и залязва. Тъй като Слънцето не се движи много по отношение на Земята, самата Земя трябва да се върти около оста си, за да може денят и нощният цикъл да бъдат възможни. За да може Земята да се върти по този начин, тя трябва да е кръгла.

8. Сенки от пръчки

Пръчките, поставени вертикално в земята на далечни места, имат сенки с различна дължина. Древните гърци били първите, които сравнявали сенките на пръчки на различни места. Например, те открили, че когато слънцето е директно над главата на едно място, пръчката там не хвърля почти никаква сянка. В същото време в друг град пръчката там хвърли сянка. Ако Земята беше плоска, и двете пръчки щяха да показват една и съща сянка, защото щяха да бъдат под един и същ ъгъл към слънцето. Древните гърци не само заключили, че Земята трябва да е кръгла, те също използвали измерванията на сенките, за да изчислят обиколката на Земята с достойна точност.

9. Приливи и отливи

Гравитационното привличане на Луната кара океаните да издуват в лунната посока. Издутината се появява както от страната, обърната към Луната, така и от противоположната страна. Макар че може да не е веднага очевидно защо има издутина отстрани срещу Луната, причината е, че самата Земя също се дърпа към Луната, а оттам и далеч от водата от другата страна. Тъй като това се случва, докато Земята се върти, се създават приливи и отливи. По-специално, това води до два (високи) приливи всеки ден. Разбира се, това би могло да се случи само ако Земята беше сферична.

10. Кориолис ефект

Земята се върти по-бързо в екватора, отколкото при полюсите. Това е така, защото Земята е по-широка в екватора, така че една точка на екватора трябва да пътува по-далеч за даден период от време в сравнение с точка, въртяща се на полюс.

Да речем, че сте поставили пистолет на Северния полюс, който е насочен към цел някъде на екватора. Ако приемем, че пистолетът е напълно прецизен, генерира достатъчно сила, за да може куршумът да стигне до екватора, че няма пречки по пътя и че няма вятър, дали куршумът ще удари целта? Вероятно не. Тъй като целта е на екватора, тя се движи по-бързо от пистолета и куршумът вероятно ще кацне отстрани на предвидената цел. Това привидно отклонение е ефектът на Кориолис.

Вятърът е като куршума. Изглежда, че се огъва надясно в Северното полукълбо и наляво в Южното полукълбо. Следователно в Северното полукълбо урагани и други бури се въртят обратно на часовниковата стрелка, докато в Южното полукълбо се въртят по посока на часовниковата стрелка.

Пилотите са наясно с ефекта на Кориолис и го вземат предвид, когато планират полети на дълги разстояния. Това означава, че повечето самолети не се летят по прави линии от началото до местоназначението.

Ефектът Кориолис също играе роля за съществуването на магнитното поле на Земята. Магнитните полета, произведени поради потока на течно желязо в земното ядро, са грубо подравнени в същата посока поради ефекта на Кориолис, което води до производството на едно огромно магнитно поле, проникващо в Земята.

Следователно, магнитното поле на Земята и други последици от ефекта на Кориолис, като посоката на потока на вятърните системи в Северното и Южното полукълбо, са всички свидетелства за земната сферична форма.

11. Гравитация

Ако Земята беше плоска равнина, нейният център на масата би бил центърът на равнината и силата на тежестта ще издърпа всичко по повърхността в тази посока. Това означава, че ако застанете близо до ръба на равнината, гравитацията ще ви дърпа настрани към средата на равнината.

12. Вариации в земното гравитационно поле

Гравитацията на Земята е малко по-слаба в екватора, отколкото при полюсите. Има две причини за това. Първо, тъй като точка в екватора се върти по-бързо от точка на полюс, външната центростремителна сила на географски ширини в близост до екватора е по-голяма и противодейства на земната гравитация повече. Втората причина е, че екваториалната издутина на Земята (сама по себе си също причинена от центростремителната сила) причинява обектите в екватора да са по-далеч от центъра на Земята, отколкото обектите на полюса, а гравитационното дърпане между два обекта е обратно пропорционално на квадрата на разстоянието между тях.

Разликите в гравитационното привличане на Земята могат да бъдат измерени и да дадат конкретни доказателства за формата на Земята.

13. Земната сянка

По време на лунното затъмнение Слънцето, Земята и Луната са подравнени така, че земната сянка пада върху Луната. Наблюдава се, че земната сянка е извита така, както е планетата.

14. Различни съзвездия на различни географски ширини

Във всеки даден момент от Земята в даден момент около половината от възможното небе ще бъде видима. Ако сте точно на Северния или Южния полюс, небето ще изглежда да се върти около вас и няма да видите нови звезди с течение на времето. За всички други точки на Земята, видимите съзвездия се променят с въртенето на Земята. Съзвездията, които са твърде далеч на север или юг, не могат да се видят от противоположното полукълбо, защото те винаги биха били под хоризонта. Съзвездията, които могат да се видят както отгоре, така и под екватора, като например Орион, изглежда са обърнати нагоре, когато преминавате от едната страна на екватора на другата.

Първият човек, който забеляза тази разлика във видимите съзвездия и го използва, за да заключи, че Земята трябва да е кръгла, е Аристотел (384–322 г. пр.н.е.).

15. Двоен залез

Възможно е да станете свидетели на слънцето, залязло два пъти в един и същи ден. Един от начините това може да се направи е да легнете на открито поле, да гледате залязващото слънце и след това бързо да се издигнете и ще забележите, че не е залязъл напълно от тази по-голяма надморска височина. Бихте могли да вземете и приятел. Единият от вас ляга, а другият стои и двамата се опитват да стигнат, когато слънцето залязва. Човекът, който стоеше, щеше да се появи малко по-късно.

За по-драматичен ефект бихте могли да отидете до основата на висока кула, като Бурдж Халифа в Дубай. Наблюдавайте залеза, след което бързо вземете асансьора до най-високия възможен етаж, отворен за туристи (асансьорите пътуват с 10 м / сек). Трябва да можете да гледате отново залязващото слънце.

Този двоен залез, разбира се, би бил възможен само ако Земята беше сферична. Обратният експеримент може да се проведе и при изгрев.

16. Картите са 2D проекции

Невъзможно е да се сплеска портокалова кора, без да я изкривите по някакъв начин (разкъсване, разтягане и т.н.). По същия начин е невъзможно да се създаде 2D карта на Земята без да се въведат изкривявания по отношение на форма, разстояние, посока или земна площ. Това е причината да има няколко проекции на Земята като проекции на Меркатор, Гал-Петерс и Робинсън. Ако Земята беше плоска, създаването на карта на света би било много по-ясно.

17. Можем да пътуваме по света

Първото глобално заобикаляне в историята е експедиция на португалския изследовател Магелан и неговия екипаж, завършена през 1522 г. Докато 223 от първоначалните 241 мъже или така, които са тръгнали в пътуването, са умрели, включително и самият Магелан, малкото останали членове на екипажа успешно го върна в Испания след пътуване по света.

Днес най-бързите военни самолети са в състояние да обиколят земното кълбо за по-малко от 10 часа.

18. Имаме фотографски доказателства

Първите снимки на Земята от космоса са направени на надморска височина над 160 км през 1947 г., като са използвани заснети немски ракети V-2 от Втората световна война. През 2018 г. НАСА пусна снимка на Земята и Луната, направена от разстояние над 63 милиона километра, показвайки Земята и Луната като изолирани ярки точки.

19. Показанията са надеждни

Можем да разчитаме на факта, че никой картограф, географ или физик никога не спира да мисли, че Земята може да е плоска. Всъщност Вогел отбелязва, че от VIII век „никой космограф, достоен за отбелязване, не поставя под въпрос сферичността на Земята“.

20. Физиката управлява всичко около мен

Полети, GPS, сателити и други съвременни технологии работят поради нашето разбиране на формата и размера на Земята до изключителна точност. Ако не бяхме сбъркали за дори и подробни подробности в нашите измервания на Земята, щяхме да разберем.