Kaip žmonija išmoko matuoti planetą
Įsivaizduokite situaciją: jūs stovite paplūdimyje, žiūrite į horizontą ir bandote suvokti, koks didžiulis yra mūsų pasaulis. Žemės apskritimas – tai ne tik sausas skaičius vadovėliuose, bet ir stulbinanti istorija apie žmogaus smalsumą ir išradingumą. Dar prieš du tūkstančius metų, kai dauguma žmonių manė, kad Žemė plokščia, vienas graikas sugebėjo apskaičiuoti jos apskritimą su nuostabiu tikslumu.
Eratostenas iš Kirėnės III amžiuje prieš Kristų padarė tai, kas daugeliui atrodė neįmanoma. Jis pastebėjo, kad Sienėje (dabartiniame Egipte) vasaros saulėgrįžos dieną saulė būna tiksliai virš galvos – šulinių dugne matėsi jos atspindys. Tuo pačiu metu Aleksandrijoje, maždaug 800 kilometrų į šiaurę, saulė buvo 7,2 laipsnio kampu nuo zenito. Naudodamas paprastą geometriją ir žinodamas atstumą tarp miestų, jis apskaičiavo Žemės apskritimą. Jo rezultatas buvo stulbinamai tikslus – apie 39 690 kilometrų, kai tikrasis skaičius yra apie 40 075 kilometrai prie pusiaujo.
Kodėl Žemė nėra tobulas rutulys
Štai kur prasideda įdomybės. Daugelis žmonių mano, kad Žemė yra tobulas rutulys, bet tai toli gražu ne tiesa. Mūsų planeta labiau primena šiek tiek suspaudytą apelsiną – ji yra plokštesnė ties poliais ir išsipūtusi prie pusiaujo. Šis reiškinys vadinamas Žemės suplokštėjimu, ir jis atsirado dėl planetos sukimosi apie savo ašį.
Centrifuginė jėga, atsirandanti dėl Žemės sukimosi, stumia medžiagas link pusiaujo. Dėl šios priežasties Žemės apskritimas prie pusiaujo yra apie 40 075 kilometrai, o aplink polių ašį – tik 40 008 kilometrai. Skirtumas gali atrodyti nedidelis – vos 67 kilometrai, bet tai reiškia, kad jei važiuotumėte aplink Žemę prie pusiaujo, jūsų kelionė būtų ilgesnė nei keliaujant per abu polius.
Įdomu tai, kad dėl šio suplokštėjimo Everesto viršūnė nėra toliausias taškas nuo Žemės centro. Tą titulą užima Čimboraso kalnas Ekvadore, kuris, nors yra žemesnis virš jūros lygio, išsikiša toliau į kosmosą dėl savo buvimo vietos netoli pusiaujo.
Praktiniai dalykai: kaip tai veikia GPS sistemą
Galbūt niekada nesusimąstėte, bet Žemės forma ir jos apskritimas turi tiesioginę įtaką jūsų kasdieniam gyvenimui. GPS navigacija, kuria naudojatės kiekvieną dieną, turi atsižvelgti į tai, kad Žemė nėra tobulas rutulys. Palydovai, kurie siunčia signalus jūsų telefonui, atlieka sudėtingus skaičiavimus, įtraukdami Žemės suplokštėjimą, kad nustatytų jūsų tikslią buvimo vietą.
Be to, skirtingi Žemės apskritimo matavimai svarbūs aviacijai ir laivybai. Pilotai ir kapitonai planuodami maršrutus naudoja didžiojo rato kelią – trumpiausią atstumą tarp dviejų taškų ant sferos paviršiaus. Štai kodėl skrydis iš Europos į Japoniją dažnai veda per Arktį – nors žemėlapyje tai atrodo kaip ilgesnis kelias, tikrovėje tai yra trumpiausia rute.
Keisčiausi būdai, kuriais žmonės bandė išmatuoti Žemę
Istorija pilna keistų ir įdomių bandymų nustatyti Žemės dydį. XVIII amžiuje prancūzų mokslininkai nuvyko į Laplandijos šiaurę ir Peru pusiaują su milžiniškomis matavimo grandinėmis, kad patvirtintų Niutono teoriją apie Žemės suplokštėjimą. Jie praleido metus keliaudami per džiungles ir kopė į kalnus, nešdami sunkią įrangą.
Vienas iš keisčiausių metodų buvo bandymas naudoti kalnų gravitacinę trauką. Mokslininkai pastebėjo, kad didelės kalnų masės šiek tiek nukreipia svambalus nuo tikrosios vertikalės. Matuodami šį nuokrypį ir žinodami kalno masę, jie tikėjosi apskaičiuoti Žemės tankį ir dydį. Metodas veikė, bet reikalavo neįtikėtino tikslumo ir kantrybės.
Šiuolaikiniai metodai naudoja lazerius ir palydovus. LAGEOS palydovai, kurie iš esmės yra dideli rutuliai, padengti atspindinčiais veidrodėliais, leidžia mokslininams matuoti atstumus su milimetrų tikslumu. Taip mes žinome, kad Žemės apskritimas ne tik skiriasi ties pusiaujo ir poliais, bet ir nuolat šiek tiek keičiasi dėl tektoninių plokščių judėjimo ir net dėl vandenynų potvynių.
Kaip Žemės apskritimas veikia klimatą ir gamtą
Žemės dydis ir forma turi fundamentalų poveikį mūsų klimatui. Kadangi Žemė yra didelė sfera (na, beveik sfera), saulės spinduliai krenta skirtingais kampais skirtingose vietose. Prie pusiaujo saulės energija pasiekia paviršių beveik statmenai, todėl ten karšta. Arčiau polių ta pati energijos kiekis pasklinda per didesnį plotą, todėl ten šalta.
Šis temperatūrų skirtumas sukuria vėjus, vandenyno sroves ir orus, kuriuos patiriame. Jei Žemė būtų mažesnė, atmosfera būtų plonesne, o klimato zonos – siauresnės. Jei ji būtų didesnė, gravitacija būtų stipresnė, o tai pakeistų viską – nuo debesų formavimosi iki to, kaip gyvūnai gali judėti.
Įdomus faktas: dėl Žemės dydžio ir jos sukimosi greičio, pusiaujo srityje žemė juda kosmose greičiu apie 1670 kilometrų per valandą. Tuo tarpu ties poliais šis greitis yra beveik nulinis. Tai reiškia, kad jei stovite prie pusiaujo, jūs skriejate kosmose greičiau nei garso greitis, nors to visiškai nejuntate.
Žemės apskritimas ir kosmoso tyrinėjimai
Norint paleisti raketą į kosmosą, Žemės apskritimas ir jos sukimosi greitis yra kritiškai svarbūs. Štai kodėl dauguma kosmodromo yra statomi kuo arčiau pusiaujo – ten Žemės sukimasis suteikia papildomą greitį raketoms. Tai kaip stovėti ant besisukančio karuselės krašto ir mesti kamuolį – jūs gaunate nemokamą greitį iš paties sukimosi.
Europos kosmoso agentūros kosmodromai Prancūzijos Gvianoje, NASA kosmodromai Floridoje, Rusijos kosmodromai Baikonure – visi jie pasirenkami atsižvelgiant į geografinę platumą ir Žemės sukimosi pranašumus. Skaičiuojama, kad paleidimas nuo pusiaujo gali sutaupyti iki 10 procentų kuro, palyginti su paleidimu iš aukštesnių platumų.
Žemės apskritimas taip pat lemia, kiek laiko reikia palydovui skrieti aplink planetą. Geostacionarūs palydovai, kurie visada „kaboja” virš tos pačios Žemės vietos, turi būti tiksliai 35 786 kilometrų aukštyje virš pusiaujo. Šiame aukštyje jų orbitinis periodas tiksliai sutampa su Žemės sukimusi – 24 valandos.
Kaip patys galite „pajusti” Žemės apskritimą
Nors negalime tiesiogiai pamatyti Žemės kreivumo stovėdami ant žemės, yra keletas būdų, kaip tai pajusti. Jei kada nors buvote aukštame pastate ar kalne prie jūros, pastebėjote, kad horizontas yra žemiau nei jūsų akių lygis. Tai yra tiesioginis Žemės kreivumo įrodymas.
Štai paprastas eksperimentas, kurį galite atlikti patys: nueikite į paplūdimį saulėlydžio metu ir atsigulkite ant smėlio. Kai tik saulė nusileis už horizonto, greitai atsistokite. Jūs vėl pamatysite saulės viršūnę! Tai veikia todėl, kad pakilę aukščiau, matote toliau už Žemės kreivumo. Skirtumas yra nedidelis, bet pastebimas.
Jei turite draugų skirtinguose pasaulio regionuose, galite atlikti modernią Eratosteno eksperimento versiją. Tą pačią dieną, tuo pačiu laiku (pagal UTC) išmatuokite šešėlio ilgį nuo vertikalaus strypo. Palyginkite rezultatus ir naudodami paprastą geometriją galėsite apskaičiuoti Žemės apskritimą. Tai puikus mokyklinis projektas, kuris parodo, kaip mokslas veikia praktikoje.
Kai skaičiai tampa nuotykiu
Žemės apskritimas – tai ne tik sausas skaičius vadovėliuose. Tai pasakojimas apie žmogaus smalsumo kelionę nuo senovės graikų iki šiuolaikinių palydovų. Kiekvienas kartas pridėjo savo dalį prie šio dėlionės, nuo paprastų šešėlių matavimų iki lazerinių palydovinių sistemų.
Suprasdami Žemės dydį ir formą, mes geriau suprantame savo vietą visatoje. Mes gyvename ant planetos, kuri skrieja kosmose 107 000 kilometrų per valandą greičiu aplink Saulę, tuo pačiu sukdamasi apie savo ašį. Šis sukimasis suteikia mums dienas ir naktis, sezonus ir klimato zonas. Žemės apskritimas lemia, kiek laiko užtrunka apskristi pasaulį, kaip veikia GPS ir netgi kur statomi kosmodromai.
Taigi kitą kartą, kai žiūrėsite į horizontą, prisiminkite – jūs žiūrite į planetos kreivumą, į tą patį reiškinį, kurį stebėjo ir matavo nesuskaičiuojamos kartos prieš mus. Ir nors mes dabar žinome tikslų atsakymą – 40 075 kilometrai prie pusiaujo – šis skaičius tebėra stebuklas, priminimas apie tai, kokia nuostabi ir sudėtinga yra mūsų namų planeta.
