Часть первая
Земля и Вселенная
Как нас найти во Вселенной?
Могеллановы Облака – одна из ближайших к нам галактик
Много тысячелетий назад, еще до того как началась история цивилизации, человек однажды взглянул на ночной небосвод и внезапно понял, что эта бездна, полная светил, хранит в себе тысячи тайн – в том числе и самую главную: с чего начался наш мир, «откуда все пошло». С тех пор лучшие умы бились над загадками Вселенной, жизни и возникновения разума. При этом ученым приходилось иметь дело с тем, до чего нельзя дотянуться, потрогать руками, измерить привычной мерой, рассмотреть вблизи.
Со временем из наблюдений за звездным небом и движением светил родилась наука астрономия. Без астрономии невозможно понять не только законы движения звезд и планет, но и то, что происходит на нашей Земле: смену дня и ночи, чередование времен года, причины приливов и отливов, изменений климата. Ведь наша планета имеет такое же происхождение, как и другие тела во Вселенной, и свое место в ней.
У каждого из нас, живущих на планете Земля, есть собственный адрес: номер квартиры и дома, название улицы, города, страны. Но самый полный адрес будет выглядеть так: галактика Млечный Путь, Солнечная система, планета Земля. А дальше – все, как обычно: страна, город, улица, дом, квартира…
Что такое галактика?
Во Вселенной миллионы звездных скоплений – галактик. Они имеют различные формы и происхождение и расположены невообразимо далеко друг от друга. Поэтому с Земли невооруженным глазом мы можем видеть всего три из них. Это Туманность Андромеды в Северном полушарии и Большое и Малое Магеллановы Облака – в Южном.
Галактика Млечный Путь
Как и когда возникла Вселенная?
Ученые считают, что наша Вселенная возникла 13,8 миллиарда лет назад в результате Большого Взрыва.
У ученых нет никаких данных о том, что произошло в первые мгновения после Большого Взрыва. Известно только то, что в результате возникло не только вещество, но и пространство и даже… время! Таким образом, Большой Взрыв – это самозарождение нашего мира фактически «из ничего».
Из скоплений атомов газа образовались туманности и новые звезды. Появились химические элементы: гелий, кислород, кремний и железо
Гипотезу о том, что наша Вселенная возникла в результате Большого Взрыва, впервые выдвинули еще в 20-х годах прошлого века американский астроном Эдвин Хаббл и русский геофизик Александр Фридман. В создании теории Большого Взрыва принимал участие выдающийся ученый, украинец по происхождению, Георгий Гамов.
Схематическое изображение Большого Взрыва и постепенного расширения пространства
Образовавшаяся материя начала разлетаться в пространстве, постепенно остывая и образовывая скопления газа, звезды и галактики. Этот процесс, как доказали ученые, проходит и сегодня – Вселенная продолжает расширяться и постепенно остывать. Сейчас соседние галактики находятся гораздо дальше от Млечного Пути, чем в те времена, когда на Земле зарождалась жизнь.
В современные телескопы можно наблюдать участки звездного неба, отстоящие от нас на несколько миллиардов световых лет. Значит, мы можем созерцать звезды такими, какими они были миллиарды лет назад! Жаль, что увидеть мы можем только одну десятую всех звезд, галактик и туманностей, – остальные находятся слишком далеко.
А откуда мы знаем, что так и было? Ведь никто этого не видел!
Ученые действовали, как опытные детективы, – по крупицам отыскивали во Вселенной следы событий, случившихся миллиарды лет назад, чтобы восстановить картину далекого прошлого нашего мира. Их усилия увенчались успехом: было обнаружено излучение, заполняющее межзвездное пространство и сохранившееся с самых первых мгновений образования Вселенной. Его свойства позволили исследователям «заглянуть назад». Сегодня известны все этапы развития Вселенной, вплоть до долей секунды, после Большого Взрыва. Ну а о том, что было, когда Вселенной еще не существовало, остается только гадать.
Столкновение галактик. Снимок получен с помощью космического телескопа «Хаббл», названного в честь знаменитого астронома
Еще сто лет назад считалось, что галактика Млечный Путь находится в центре Вселенной. Однако в 1923 году астроном Эдвин Хаббл обнаружил звезды на границе Туманности Андромеды и доказал, что эта туманность – на самом деле тоже галактика. Так стало известно, что галактик во Вселенной огромное множество.
Так сколько же на самом деле звезд?
Во Вселенной – миллионы галактик, а в каждой галактике – миллиарды звезд. Пересчитывать их – занятие бессмысленное. Наше Солнце – одна из звезд галактики Млечный Путь, в которой около 100 миллиардов звезд.
Как измеряют расстояния во Вселенной?
Астрономы – ученые, исследующие Вселенную, – измеряют расстояния между планетами и другими космическими объектами в особых астрономических единицах. Одна астрономическая единица (а. е.) равна среднему расстоянию от центра Земли до центра Солнца и составляет 149,6 миллиона километров. Размеры нашей Солнечной системы огромны. Расстояние от Солнца до Плутона – самой далекой планеты – составляет 39,4 а. е. Но расстояния между звездами гораздо больше, поэтому его приходится измерять в световых годах. Один световой год равен расстоянию, которое проходит свет, двигаясь в пустоте, за 365 дней.
Как устроены звезды?
Люди прошлого вряд ли могли представить, что звезды – сверкающие точки, рассыпанные по ночному небосводу, – это гигантские раскаленные светила, подобные нашему Солнцу. Главное отличие звезд от планет, их спутников, астероидов и комет – все они светят собственным светом.
Подробно изучить внутреннее строение звезд нам вряд ли удастся. Человек и созданные им приборы и аппараты не смогут проникнуть дальше поверхности даже самой близкой к нам звезды – Солнца. Этому мешают огромные температуры, излучения и магнитные поля невероятной мощности. Любая звезда – действующий термоядерный реактор, выделяющий в тысячи раз больше энергии, чем в обычных ядерных реакциях, которые мы научились использовать на Земле.
Туманность Андромеды
Солнце – единственная звезда, которая находится у нас «под рукой» и доступна для исследования на расстоянии обычными астрономическими инструментами. От его поверхности нас отделяет «всего» 148 миллионов километров. Если двигаться со скоростью современного авиалайнера, понадобятся годы, чтобы добраться до Солнца, а луч солнечного света достигает поверхности Земли за 8 минут 20 секунд. Так что, взглянув на Солнце, мы видим его таким, каким оно было 8 минут назад.
Туманность Конская голова
Быстрее всего свет движется в межзвездной пустоте – там он проходит 300 тысяч километров в секунду. А от самых отдаленных звезд нашей галактики он добирается до Земли… 80 тысяч лет!
А что находится в межзвездном пространстве?
В межзвездном пространстве почти нет материи. Поэтому его называют вакуумом – в переводе с латинского это слово означает «пустота». Частички вещества – например, газовые и пылевые туманности, атмосфера Земли и других планет – рассеивают и отражают свет звезд. А в космической пустоте свет не рассеивается и не отражается, оттого и кажется, что в космосе темно.
В вакууме не только не рассеивается свет, но и не передается тепло. Это свойство используется в технике и в нашем повседневном быту. На Земле вакуум можно получить, откачав воздух из замкнутого сосуда.
Чем планеты отличаются от звезд?
Не все светила, которые можно видеть на ночном небе, – звезды. Ярко сияющие Венера, Марс, Сатурн, Юпитер – на самом деле планеты. Так называют крупные небесные тела, вращающиеся по орбите вокруг той или иной звезды. Планеты образовались из тех же скоплений космического вещества, что и звезды, но им не хватило массы, чтобы разогреться и начать излучать собственный свет. А видим мы их потому, что они отражают свет Солнца и других звезд.
Какое оно на самом деле, наше Солнце?
Наше Солнце – звезда, причем по сравнению с другими звездами совсем небольшая. Просто оно находится ближе всего к Земле, поэтому и кажется самым ярким и крупным светилом. Но с нашей земной точки зрения Солнце невероятно огромное. Его диаметр в 109 раз больше диаметра Земли, а масса в 333 тысячи раз превышает массу нашей планеты! Астрономы же называют звезду, благодаря которой возникло все живое на Земле, «желтым карликом». И в том нет ничего обидного – это общее название целого класса небольших звезд, имеющих массу, близкую к солнечной. «Желтыми карликами» являются и некоторые из ближайших к Солнцу звезд: Эпсилон Эридана, Альфа Центавра А и Тау Кита.
Все вещества на поверхности и в глубине Солнца находятся в состоянии плазмы. Нам известны три обычных состояния вещества – твердое, жидкое и газообразное. Чтобы получить четвертое состояние – плазму, необходимо нагреть вещество до такой высокой температуры, чтобы его атомы потеряли свои оболочки. Во Вселенной 99,9 % веществ находятся в состоянии плазмы: из нее состоят звезды, галактики, туманности. Плазма имеется и на нашей планете – в самых верхних слоях атмосферы, на границе с космосом.
Сколько Солнцу лет? Может ли оно остыть? И если остынет, то когда?
Солнце считается небольшой и спокойной звездой. Его размеры и температура поверхности остаются неизменными уже на протяжении нескольких миллиардов лет. Возникло оно около 5 миллиардов лет назад и просуществует таким, как мы его видим сейчас, еще около 5 миллиардов лет. Но и после этого Солнце не погаснет – жизнь нашей звезды будет продолжаться еще около 3 миллиардов лет. Однако оно начнет быстро терять массу и расширяться – примерно до пределов орбиты Земли, а затем превратится в туманность с крохотной белой звездочкой в центре.
Солнце действительно такое горячее?
Температура на поверхности Солнца +5500 °C. Это в пять раз выше, чем нужно для того, чтобы расплавилась самая прочная сталь. А температура солнечного ядра просто невообразима – 13 500 000 °C. Всего за секунду наше светило вырабатывает в 100 тысяч раз больше энергии, чем человечество произвело за всю свою историю.
Что такое Солнечная система?
Наша звезда – Солнце. Все космические тела, которые она притягивает, вращаются вокруг нее. Солнце и семейство связанных с ним космических тел называются Солнечной системой. В «солнечную семью» входят восемь крупных планет и их спутники, четыре карликовые планеты, множество астероидов, кометы и космическая пыль.
Солнечная система
Кометы – небесные тела, которые, в отличие от планет, движутся по очень сильно вытянутым орбитам вокруг Солнца. Когда комета находится далеко от Солнца, она похожа на слабо светящееся пятнышко овальной формы. При приближении к Солнцу у нее появляются «голова» и «хвост» – так действует на комету солнечное излучение. Центральная часть головы кометы – ядро, состоящее изо льда и частиц космической пыли, его диаметр иногда достигает 20 километров. Хвост кометы может раскинуться на несколько миллионов километров.
Комета на ночном небе
Почему планеты не разлетаются?
Планеты удерживает возле Солнца гравитация – сила всемирного тяготения. Чем больше масса тела, тем с большей силой оно притягивает к себе другие тела. Самое массивное тело Солнечной системы – это, конечно же, Солнце. Его масса составляет 99,87 % всего вещества в Солнечной системе, а значит, его гравитационное поле огромно. Планеты не могут покинуть пределы Солнечной системы, потому что Солнце удерживает их своим гравитационным полем.
Все планеты движутся по своим орбитам на определенном расстоянии от Солнца, а кроме того, вращаются вокруг собственной оси. Сама же Солнечная система движется вокруг центра нашей галактики со скоростью 250 километров в секунду. Ученые подсчитали: для того чтобы Солнце и его «семья» совершили полный «галактический оборот», понадобится примерно 200 миллионов лет.
Какие существуют планеты?
Планеты Солнечной системы обычно разделяют на две группы: внешние и внутренние. Внешние планеты отличаются огромными размерами, малой плотностью вещества и низкой температурой. К ним относятся Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Все они находятся за орбитой Марса.
Внутренняя, или земная, группа планет – это Меркурий, Венера, Земля, Марс.
Меркурий – самая маленькая и горячая планета, которая движется по своей орбите всего в 58 миллионах километров от поверхности Солнца. Год на Меркурии длится 88 суток – за это время он совершает полный оборот вокруг Солнца. Зато вокруг своей оси эта планета вращается очень медленно, поэтому «день» на Меркурии длится почти два меркурианских года. Поверхность Меркурия покрыта кратерами, как поверхность Луны. У Меркурия есть атмосфера – она состоит из разреженного газа гелия.
Прохождение Меркурия по диску Солнца. Меркурий – маленькая точка чуть ниже центра картинки
Плотная атмосфера Венеры состоит в основном из углекислого газа. Температура у поверхности Венеры достигает 380 °C. Год на Венере длится 225 земных суток, а венерианские «сутки» – 116 дней. Космические зонды обнаружили на поверхности Венеры горные породы, похожие на земные, и большое количество метеоритных кратеров и вулканов.
А что там, за орбитой Марса?
Там располагаются внешние планеты. Их четыре, и они совсем не похожи на планеты земной группы. Эти планеты гораздо больше и находятся далеко за орбитой Марса. Разрыв между Марсом и Юпитером настолько велик, что в нем могла бы поместиться орбита еще одной планеты (именно так и считали астрономы прошлого). На самом деле никакой планеты там не было, а разрыв между Марсом и Юпитером стал своего рода «свалкой» для вещества, которое не вошло в состав планет. Из этого вещества и сформировался пояс астероидов – маленьких планеток с размерами более 50 метров в диаметре.
Из всех планет только Марс отдаленно похож на Землю. Год на Марсе длится 687 дней, а сутки равны нашим. На Марсе есть в небольших количествах вода и разреженная атмосфера, состоящая из углекислого газа и азота. У этой планеты два спутника: Фобос и Деймос. Ученые не теряют надежды найти на Марсе следы жизни, оставшиеся от тех времен, когда условия здесь были совсем иными. Но сейчас климат Марса – это климат холодной и невероятно сухой высокогорной пустыни. Космические зонды обнаружили на поверхности Марса гигантские древние вулканы и высохшие русла, напоминающие те, которые образуют потоки воды.
Венера – самое яркое светило на ночном небосклоне, не считая Луны. Иногда ее можно увидеть даже днем или с наступлением сумерек
У Урана есть 27 спутников и система тонких колец, состоящих из твердых частиц. Ученые считают, что под атмосферой Урана находится поверхность из льдов и скал (это самая холодная планета –224 °C) Планета находится на расстоянии 2871 миллион километров от Солнца. Год на Уране длится 84 земных года, а вращается он вокруг своей оси совершенно необычно – лежа «на боку». Открыл Уран астроном Уильям Гершель в 1781 году.
Панорама Марса, снятая космическим зондом «Викинг»
Юпитер – самая большая планета Солнечной системы. Он в 11 раз больше и в 318 раз массивнее Земли. Год на Юпитере длится целых 12 земных лет. У Юпитера 67 спутников, ученые считают, что их даже больше сотни, но далеко не все они имеют собственные имена. Четыре самых крупных спутника планеты – Ио, Европа, Ганимед и Каллисто – были открыты еще в 1610 году Галилео Галилеем. По размерам их можно сравнить с Меркурием и Луной. У Юпитера есть ряд тонких колец, которые не видны с Земли даже в мощные телескопы. Эти кольца состоят из вулканических пород, выброшенных извержениями вулканов на «галилеевых» спутниках. На диске Юпитера в телескоп видны темные полосы и пятна различных цветов – это облака и вихревые потоки в верхних слоях атмосферы. Скорость ветров на Юпитере достигает 600 километров в час.
Юпитер с расстояния в 2 миллиона километров. Фото космического зонда «Вояджер»
Сатурн заметно меньше Юпитера, но это тоже планета-гигант. Год на Сатурне продолжается 29,5 земных лет. Сатурн окружен системой из четырех колец, состоящих из замерзших газов, твердых частиц и мелких астероидов. Интересно, что кольца отражают больше солнечного света, чем диск самой планеты. У Сатурна 62 спутника, большинство из них состоит из льда и скальных пород. Самый крупный спутник Сатурна – малая планета Титан – достигает в диаметре 5150 километров и окружен плотной атмосферой. Ученые не исключают возможности развития некоторых форм жизни на Титане.
Кольца Сатурна
Нептун – самая дальняя планета Солнечной системы. Его очень трудно обнаружить с Земли, несмотря на то что Нептун в 17,2 раза массивнее Земли. Эта планета была открыта астрономами Джоном Адамсом и Урбеном Леверье буквально «на кончике пера» – проанализировав в 1843–1845 годах отклонения в движении Урана, ученые пришли к выводу о существовании восьмой планеты и предположили, на каком участке неба ее можно наблюдать. В результате 23 сентября 1846 года астрономы Берлинской обсерватории обнаружили Нептун примерно там, где и предполагали Адамс и Леверье.
Уран – планета цвета моря
Год на Нептуне длится почти 165 земных лет. У Нептуна один крупный спутник – Тритон – и 13 значительно более мелких. На Тритоне с помощью космического аппарата «Вояджер-2» было обнаружено уникальное геологическое явление – мощные газовые гейзеры. В атмосфере Нептуна скорость ветров порой достигает чудовищных величин – до 2100 километров в час!
Нептун
Масса Плутона в пять раз меньше массы Луны. Он был открыт с помощью вычислений в начале ХХ века астрономами Персивалем Лоуэллом и Уильямом Пикерингом. В 1930 году астроному Клайду Томбо удалось увидеть это отдаленное небесное тело в телескоп. Плутон движется по сильно вытянутой орбите и иногда оказывается ближе к Солнцу, чем Нептун. Ранее Плутон считался полноправной планетой, но с августа 2006 года Международный астрономический союз принял решение считать его карликовой планетой. У Плутона пять естественных спутников, самый крупный из них – Харон, его диаметр больше половины диаметра самого Плутона.
Существует ли жизнь на других планетах?
Мы пока не знаем, существует ли жизнь на планетах других звездных систем. Поиски жизни на Марсе с помощью роботов-марсоходов результатов не принесли. Скорее всего, в Солнечной системе условия для развития жизни есть только на планете Земля.
Спутник Плутона Харон не намного меньше своего «хозяина», поэтому многие ученые считают Плутон «двойной системой»
Откуда у звезд и планет такие имена?
Уже 6 тысяч лет назад математики и астрономы шумерской цивилизации знали о существовании шести из восьми планет Солнечной системы. Астрономы Вавилонии и Ассирии умели предсказывать солнечные затмения, наблюдали за движением Луны, Венеры и Меркурия. Планетам они давали имена своих богов. Уже тогда они пришли к выводу, что смена времен года на Земле каким-то образом связана с появлением на небе различных светил. Отсюда возникла вера в то, что светила влияют на все, что происходит на Земле, в том числе и на историю. Так возникла астрология – предшественница современной астрономии.
Древние греки и римляне учились у астрологов Вавилона и Финикии, постепенно прибавляя к их знаниям собственные. Они называли планеты и звезды именами своих богов и мифических героев. Этими именами мы пользуемся до сих пор.
Звезды и планеты кажутся маленькими, почему же Луна такая большая?
Луна – естественный спутник Земли, причем единственный. Она гораздо ближе к нам, чем другие планеты, не говоря уже о звездах. Расстояние от Земли до Луны по космическим меркам крошечное – около 300 тысяч километров. Луна всегда обращена к Земле одной стороной. Луна входит в семерку спутников-гигантов, крупнейших в Солнечной системе. Ее диаметр составляет 3474 километра.
Изображение Луны, сделанное рукой Галилея
Первым взглянул на наш спутник в телескоп прославленный итальянский ученый Галилео Галилей в 1608 году. Несмотря на то что линзы его телескопа давали небольшое увеличение, Галилею удалось увидеть на поверхности Луны горы, кратеры, глубокие впадины и равнины, которые он назвал морями.
Обратная сторона Луны
В наши дни Луна – самый исследованный после Земли объект Солнечной системы. В 60-х годах прошлого столетия Луна, в том числе и ее обратная сторона, была изучена автоматическими космическими станциями. Двенадцать американских астронавтов на шести кораблях «Аполлон» (с 1969 по 1972 год) побывали на поверхности Луны, установили там научные приборы и доставили на Землю образцы горных пород. Возраст Луны оказался близким к возрасту самой Земли.
Значит, Земля и Луна возникли одновременно?
Да, примерно в одно и то же время – 4,54 миллиарда лет назад. С возникновением Луны связано множество гипотез, кое-кто считает, что наша ночная спутница образовалась в результате грандиозной космической катастрофы, оторвавшей от Земли часть ее вещества, располагавшуюся там, где сейчас находится Тихий океан. Подтвердить это или опровергнуть трудно: заглянуть так далеко в прошлое Солнечной системы едва ли когда-нибудь удастся.
Без Луны мы не могли бы наблюдать солнечных и лунных затмений, а земные океаны лишились бы суточных колебаний уровня – приливов и отливов.
Почему Луна бывает «ущербной»?
Луна – единственный природный спутник Земли. Сама по себе она не светится. Сияние Луны, которое мы видим, – это свет Солнца, отраженный от ее поверхности. Луна совершает полный оборот вокруг Земли за 27 дней и 7 часов. В это время Солнце по-разному освещает различные участки ее поверхности, и мы видим Луну в разных фазах – полную, в три четверти, в одну вторую и в одну четвертую.
Почему происходят лунные затмения?
Когда Луна, Земля и Солнце «выстраиваются» на одной линии, тень от Земли полностью закрывает Луну – «затмевает» ее. При этом солнечный свет на Луну не попадает, и она становится почти невидимой. Это – полное лунное затмение. Если тень от Земли закрывает Луну не полностью, происходит частичное лунное затмение.
А чем солнечные затмения отличаются от лунных?
Солнечные затмения происходят намного реже, чем лунные. Это случается, когда диск Луны закрывает от нас Солнце и какое-то время мы его не видим. При этом на поверхность Земли падает тень от Луны. Лунная тень на земной поверхности имеет в диаметре 270 километров, поэтому солнечное затмение можно наблюдать только в узкой полосе – на пути «бегущей» по Земле тени. В год может происходить от двух до пяти солнечных затмений, из которых полных – не больше двух.
Схема лунного затмения
Как представляли себе мир в далеком прошлом?
Люди с давних пор пристально всматривались в звездное небо и старались разгадать его тайны. Уже в каменном веке они заметили связь между различными астрономическими явлениями, движением светил и сменой времен года. В их наскальных рисунках появились особые знаки и символы, связанные со звездным небом. Немало древнейших астрономических наблюдений донесли до нас мифы народов Ближнего Востока, Индии и Китая.
Фазы Луны:
1 – новолуние; 2 – растущий месяц; 3 – первая четверть; 4 – растущая Луна; 5 – полнолуние; 6 – убывающая Луна; 7 – третья четверть; 8 – спадающий месяц
Пять тысяч лет назад египетские жрецы-астрономы представляли себе небо в виде огромных часов. По положению Луны и звезд они определяли время религиозных праздников и наступления ежегодных разливов Нила, приносивших на поля плодородный ил. Именно египтяне создали первые календари.
Простейший гномон
У них не было ни телескопов, ни точных измерительных приборов, поэтому они наблюдали, размышляли и пытались проверить свои догадки. Так накапливались знания, которые передавались из поколения в поколение.
Большинство астрономических открытий древности было сделано с помощью двух инструментов: гномона (шеста для измерения высоты Солнца по длине отбрасываемой тени) и календаря. И только в III–IV веках до нашей эры появились устройства, позволявшие измерять угол между горизонтом и высотой какого-либо светила.
Вавилоняне представляли мир в виде плоского диска, плавающего в океане
В Центральной Америке много веков назад жили народы майя (III век до нашей эры – X век) и ацтеков (XII–XVI века). Они делили мир на четыре части, каждой из которых соответствовали особое дерево и птица, и верили, что Земля покоится на спине гигантского крокодила, плавающего в необъятном озере. Майя создали календарь, который был даже точнее египетского, им пользовались также и ацтеки.
Календарь майя
В Древнем Китае Землю представляли в виде четырехугольника, над которым нависает выпуклое небо, опирающееся на четыре столба.
В Древней Индии считали, что плоская Земля опирается на спины трех слонов, а слоны стоят на спине гигантской черепахи.
Славяне верили, что Землю держат на своих спинах три кита, плавающие в Мировом океане.
Древнегреческий философ, математик и астроном Фалес из Милета (624–546 годы до нашей эры) полагал, что в основе всех тел и вещей лежит вода, а Земля – это громадный твердый диск, плавающий в океане.
Такой представлялась Вселенная Птолемею
Философ и математик Пифагор (ок. 570–500 годы до нашей эры), также живший в Древней Греции, первым начал утверждать, что звезды на небосводе расположены в строгом порядке и подчиняются определенным законам. С помощью математики движение каждой звезды или планеты можно вычислить и предсказать. Ведь недаром слово «космос» в переводе с греческого означает «порядок». Пифагор считал, что планеты движутся по круговым орбитам, а небо и земля имеют форму сферы, то есть шара.
Древнегреческий философ и ученый Аристотель (384–322 годы до нашей эры) считал, что боги предопределили постоянное положение для всех тел – небесных и земных. Вселенная, по мнению Аристотеля, состоит из нескольких хрустальных сфер, расположенных одна в другой и вращающихся вокруг шарообразной Земли. Больше тысячи лет европейские ученые считали, что Аристотель совершенно прав.
В 310–230 годы до нашей эры в Греции жил философ, математик и астроном Аристарх Самосский. Он первым высказал догадку, что центром нашего мира является не Земля, а Солнце, причем Земля вращается вокруг Солнца и вокруг своей оси. Это навлекло на философа обвинения в оскорблении богов, и ему пришлось бежать из Афин. Догадка греческого мудреца была забыта на многие века.
До XVI столетия в научном мире была принята система древнегреческого географа и астронома Клавдия Птолемея, жившего во II веке. Птолемей первым понял, что планеты вращаются в пустоте. И хотя он ошибался, считая, что в центре мироздания находится Земля, с помощью его системы можно было довольно точно вычислять движение планет.
Что у нас под ногами?
Земля, как и другие планеты Солнечной системы, сформировалась из вращающегося облака пыли и газа, окружавшего вспыхнувшую в его недрах молодую звезду – Солнце. Все планеты когда-то были почти такими же горячими, как и звезды, а потом постепенно остыли. И наша Земля «прохладная» только снаружи. Внутри, под твердой корой, она все еще раскалена. В самом центре Земли находится очень твердое, тяжелое и плотное ядро. Его температура близка к температуре поверхности Солнца. Между ядром и земной корой расположена мантия – слой горячего тягучего вещества.
Диаграмма, отражающая продолжительность эпох в истории Земли
Земная суша не всегда была такой, как сегодня. Поверхность планеты постоянно изменялась в течение сотен миллионов лет, материки появлялись и разрушались, перемещались по земной поверхности, а иногда собирались вместе, образуя единый «сверхконтинент». Продолжает она меняться и в наши дни.
Внутреннее строение нашей планеты
Когда возникла наша планета?
Земля возникла 4,5 миллиарда лет назад. Частицы пыли и газа под воздействием сил тяготения начали собираться в плотное облако, все сильнее разогреваясь, и в конце концов превратились в подобие шара из горячего вещества. На протяжении сотен миллионов лет Земля постепенно остывала, ее поверхность покрывалась твердой корой. Планету окутали сплошные облака, состоящие из водяного пара и различных газов. Когда температура опустилась еще ниже, из этих облаков хлынули ливни невообразимой силы, затопившие впадины на поверхности суши.
В самых глубоких впадинах океанского дна толщина земной коры составляет около 5 километров. В других местах ее толщина – от 12 до 70 километров. Температура вещества мантии достигает 2500 °C. Там происходят сложные процессы, с которыми связаны перемещения участков земной коры, извержения вулканов, землетрясения.
Есть ли день рождения у Земли?
Если бы мы знали точную дату, когда возникла Земля, то она наверняка стала бы общим праздником для всех ее жителей. Но «день рождения» Земли растянулся на сотни миллионов лет. Столько потребовалось, чтобы островки легких горных пород, плававших на поверхности жидкого шара из раскаленного вещества, соединились и образовали земную кору, а вода начала постепенно сгущаться и выпадать на поверхность планеты. Как только Земля немного остыла, в водах первичных морей появились крохотные комочки белковой жизни, которые начали завоевывать все новые пространства.
Откуда взялись горы и моря?
Земная кора состоит из отдельных участков, которые называют плитами. Эти плиты медленно плавают по поверхности мантии, иногда соприкасаясь друг с другом.
Там, где миллионы лет назад плиты сталкивались и «наползали» одна на другую, возникали горы. Когда одна плита «подминала» другую, образовывались углубления, которые заполнялись водой. Так появились моря и океаны.
Когда плиты земной коры начинают перемещаться, нередко происходят землетрясения.
Вулкан Этна в Италии
Там, где расплавленные горные породы из земных глубин пробивали земную кору и выходили на поверхность, возникали вулканы. Большинство вулканов находится на дне морей и океанов – и это не удивительно. Во-первых, земная кора там самая тонкая, а во-вторых – океаны и моря занимают 70 % поверхности Земли. На долю суши остается всего 30 %.
А что на Земле самое-самое?
Самая высокая точка нашей планеты – гора Джомолунгма, или Эверест, в Гималаях. Ее высота – 8848 метров.
Самое глубокое место на Земле – Марианская впадина в Тихом океане. Ее глубина составляет 11 022 метра.
Самый высокий водопад – Анхель в Венесуэле. Его высота – 1010 метров. Но самым большим все равно считается водопад Виктория на реке Замбези в Африке. Вода с уступа длиной 1800 метров обрушивается в узкое ущелье глубиной 120 метров. Однако по мощности Виктория уступает Ниагарскому водопаду, расположенному на границе США и Канады. Здесь каждую секунду с высоты 50 метров низвергается более 6 тысяч тонн воды.
А самая полноводная река в мире – Амазонка. Она имеет длину свыше 7 тысяч километров и в сезон дождей каждую секунду выносит в море 300 тысяч тонн пресной воды – больше, чем все африканские реки, вместе взятые.
Из чего состоит атмосфера?
Наша планета окружена слоем из смеси различных газов – воздуха. Это и есть наша атмосфера, воздухом мы все дышим. Воздушный слой простирается до высоты 1500 километров от поверхности планеты.
Воздух состоит в основном из азота и кислорода, а также из углекислого газа, аргона и небольших примесей других газов. Он не улетучивается и не рассеивается в космосе потому, что его удерживает притяжение Земли. Чем больше высота, тем меньше плотность воздуха.
Атмосфера днем защищает Землю от жгучих лучей Солнца, а ночью сохраняет тепло у поверхности Земли.
Строение атмосферы
Тропосфера – до высоты 10 километров. Здесь дуют ветры, выпадают осадки – дожди, снег, град – одним словом, формируется погода.
Озоновый слой – на высоте около 20 километров. Здесь расположен тонкий слой газа озона, который защищает Землю от ультрафиолетового излучения Солнца.
Стратосфера – до высоты 45 километров. В стратосфере всегда солнечно и морозно – до –40–80 °C. В этом слое совершают полеты высотные реактивные самолеты.
Ионосфера – до высоты 800 километров, подразделяется на мезосферу и термосферу. Воздух здесь очень разрежен. Отражаясь от ионосферы, вокруг Земли «путешествуют» радиоволны.
Почему днем светло, а ночью темно?
Обычный школьный глобус вращается вокруг оси, на которой он закреплен. Земля наша также вращается вокруг своей оси, только эта ось – воображаемая. Она проходит через Северный и Южный полюса нашей планеты. На той стороне Земли, которая обращена к Солнцу, наступает день, а на противоположной стороне в это время – ночь. Полный оборот вокруг своей оси Земля совершает за 24 часа, то есть за сутки.
Схема смены дня и ночи
И почему летом тепло, а зимой – холодно?
Земная ось расположена под углом к плоскости, в которой наша планета движется вокруг Солнца. При движении вокруг Солнца половина поверхности Земли оказывается ближе к Солнцу – здесь наступает лето, а на более отдаленной половине в это время начинается зима. Разные части Земли попеременно оказываются ближе или дальше от Солнца, изменяется и угол падения солнечных лучей на поверхность планеты, поэтому зиму сменяет весна, а лето – осень.
С периодами обращения Земли вокруг своей оси и Солнца связаны многие календари, известные человечеству. Самые древние календари были «лунными» – в них мерой времени служили циклы обращения Луны вокруг Земли.
Экватор – условная линия пересечения плоскости, перпендикулярной оси вращения Земли, которая проходит через ее центр. Длина экватора – примерно 40075 километров, а расстояние от экватора до Северного и Южного полюсов Земли повсюду одинаково.
Экватор делит земной шар на Северное и Южное полушария
Только на экваторе нет времен года, потому что он всегда находится на одном и том же расстоянии от Солнца. Чем ближе к экватору, тем длиннее лето и короче зима. На экваторе продолжительность дня всегда равна продолжительности ночи. В честь экватора получили свои названия Эквадор, Экваториальная Гвинея, Экваториальная Африка.
Зачем мы переводим часы, когда переезжаем на большие расстояния?
Часы переводят не всегда, а только если нам предстоит ехать с запада на восток или с востока на запад. Дело в том, что поверхность всего земного шара разделена на 24 часовых пояса. Когда мы пересекаем один часовой пояс, двигаясь на запад, часы нужно перевести на час назад. А если едем на восток, стрелки часов придется поставить на час вперед.
Двигаясь с юга на север или с севера на юг можно совершить половину кругосветного путешествия, оставаясь в одном и том же часовом поясе. Поэтому часы не придется ни разу переводить.
Часовые пояса на карте Европы
Зачем понадобилось всеобщее точное время?
В далеком прошлом люди вполне обходились без часов. Они просыпались на рассвете и ложились спать с наступлением темноты. Движение солнца по небосклону определяло порядок дня, а основной единицей времени служили сутки. Вот почему календари появились гораздо раньше, чем часы.
Древние египтяне первыми поняли то, что сегодня очевидно для всех: продолжительность часа не зависит от длины светового дня. Они же предложили делить сутки на 24 равных промежутка. Этой системой счета времени мы пользуемся до сих пор.
Биг Бен – знаменитые башенные часы на здании Британского парламента
Необходимость измерять небольшие промежутки времени – часы и минуты – появилась тогда, когда жизнь людей стала усложняться. Людям требовалось точно согласовывать свои действия. Ремесленникам и жрецам недостаточно было знать, утро сейчас, полдень или вечер. Технологии выплавки и обработки металла, различные религиозные обряды требовали точного отсчета времени. Подобных занятий становилось все больше, и часы начали играть все более заметную роль в жизни человечества.
Трудно представить нашу жизнь без информации о времени. Его ритму подчиняются все стороны жизни современной цивилизации – транспорт и связь, промышленность и научные исследования. Недаром даже в современные бытовые приборы встроены миниатюрные электронные устройства, отсчитывающие время.
Как устроены часы?
Человеческая мысль основательно поработала над тем, как создать инструмент, с помощью которого можно измерять время в частях суток – часах, минутах, секундах и даже долях секунд. За многие столетия были созданы самые разнообразные виды часов – солнечные и звездные, огненные, песочные и водяные, механические и кварцевые, электронные и атомные. Все они имели различную точность и разное назначение. Основная задача обычных часов – помогать нам ориентироваться в течение суток, планировать свои дела, измерять продолжительность различных событий и промежутков между ними. Без точных часов мореплаватели не смогли бы определять свое положение в открытом море, ученые – ставить эксперименты, машинисты – вести поезда. Без часов не так-то просто не опоздать в школу или не прийти туда гораздо раньше.
Настенные солнечные часы
Самые старые солнечные часы археологи обнаружили в Египте. Они созданы в XV веке до нашей эры. Время на солнечных часах определяют по движению тени по циферблату, на котором нанесены деления. Точность их не очень велика. Между прочим, на современных механических, кварцевых и электронных часах стрелки движутся в том же направлении, что и тень на древних солнечных часах, – «по солнцу».
Огненные часы изобрели в Китае. Они представляли собой спираль из медленно тлеющего материала, к которой были подвешены металлические шарики. Когда часть спирали сгорала, шарик отрывался и падал в фарфоровую чашу, издавая звон. В Европе использовали часы-свечи, на которые были нанесены деления: отрезок свечи сгорал за определенный промежуток времени.
Еще одни часы с применением огня – в масляной лампе огонь горел в носике, а в стеклянную емкость наливали масло, уровень которого понижался по мере горения фитиля и таким образом показывал время. Подобные лампы часто использовали шахтеры.
Огненные часы
Водяные часы использовали и в Египте, и в Древнем Риме, и в Древнем Китае. Вода вытекала из сосуда через небольшое отверстие, а время определяли по уровню воды и делениям на стенке сосуда.
Китайские водяные часы
В наши дни часы с маятником – редкость. Мы пользуемся механическими, кварцевыми и электронными часами. В современных часах источником постоянных колебаний служит кристаллик кварца или электронный генератор. Они отличаются высокой точностью, но все равно им далеко до атомных часов, созданных в 1948 году. Атомные часы служат для сверхточных измерений времени и для хранения эталона времени – секунды. Они дают погрешность в одну секунду за шесть миллионов лет.
Карманные механические часы
Современные наручные механические часы
Первые механические часы появились в Европе в XIII веке. У них не было циферблата – о времени они сообщали звоном. Лишь в 1657 году голландский ученый Христиан Гюйгенс сконструировал часы с маятником и циферблатом со стрелками. Гюйгенс использовал наблюдение великого Галилео Галилея, заметившего, что маятник при небольших отклонениях совершает свои колебания за одинаковые промежутки времени.
Маятниковые часы
Песочные часы устроены почти так же, как и водяные. Ими пользовались для измерения небольших отрезков времени – не больше часа. Выглядели они как два стеклянных сосуда, соединенных узкой горловиной – диаметром в одну песчинку. Чтобы начать отсчет времени заново, песочные часы просто переворачивали. Во времена парусного флота песочные часы, отмерявшие полчаса, использовали для определения продолжительности вахты. Когда наступало время перевернуть часы, раздавался удар в судовой колокол. Это называлось «отбивать склянки».
Песочные часы
Электронные настольные часы показывают время, температуру в помещении и влажность воздуха. Многие из них умеют «говорить».
Электронные настольные часы
Когда появился календарный отсчет времени?
Календарный отсчет времени появился около 6 тысяч лет назад на землях между реками Тигр и Евфрат. Поначалу в основу отсчета времени были положены фазы Луны – цикл, который длится около 29 дней.
Однако лунный календарь был недостаточно точным – год в нем длился заметно меньше, чем на самом деле, поэтому время от времени приходилось вставлять дополнительные месяцы. На смену лунным календарям во 2 тысячелетии до нашей эры пришли солнечно-лунные, в которых год длился 354 дня, но они уступили первенство звездным календарям, основанным на наблюдении в течение года за положением самых ярких звезд на небосклоне. Такие календари, созданные индейскими цивилизациями на американском континенте, по точности не отличались от тех, которыми мы пользуемся сегодня.
Календари прошлого часто были монументальными сооружениями из камня или бронзы, обычно их устанавливали в храмах и святилищах и снабжали особыми устройствами, позволяющими точно определить две самые важные даты, которые почитались людьми прошлого, – день весеннего равноденствия и день летнего солнцестояния.
Стоунхендж
Самое известное в Европе мегалитическое сооружение – Стоунхендж – был одновременно и святилищем, и календарем. Он состоит из 30 огромных каменных блоков высотой более 5 метров, образующих окружность. Положение блоков и связывающих их камней позволяет точно определять день летнего солнцестояния с помощью специального «прицельного» камня. Стоунхендж, воздвигнутый в конце 2 тысячелетия до нашей эры, служил для совершения религиозных обрядов, в которых важнейшая роль отводилась Солнцу.
А по какому календарю мы живем?
Каждый народ использовал свои точки отсчета времени. Так, римляне считали годы от времени легендарного основания Рима (753 год до нашей эры), а египтяне – от начала правления фараонов каждой следующей династии. Свой календарь имела каждая мировая религия – христианство, ислам, буддизм.
Отсчитывать год с 1 января начали в Риме по распоряжению Юлия Цезаря в 45 году до нашей эры. Тогда же возник «юлианский календарь», согласно которому год продолжался 365,25 суток: обычные годы длились 365 дней, а один раз в четыре года – 366 дней. Такие годы назвали високосными.
Современный календарь, по которому мы живем, называется григорианским (он был введен 15 октября 1582 года при Папе Римском Григории XIII. В нем были исправлены некоторые недостатки юлианского календаря, отчего счет времени стал более точным.
Особым родом календарей были те, что отражали веру людей в высшие силы и животных – покровителей рода, племени и даже целого народа. В таких календарях годы образуют повторяющиеся циклы, причем каждый год посвящен тому или иному животному. Так, у древних ариев цикл продолжался 32 года, и соответственно людям покровительствовало столько же животных, у ацтеков цикл составлял 20 лет, а у ряда народов Юго-Восточной Азии до сих пор в ходу 12-летний цикл. Простые или сложные, бронзовые, каменные или деревянные, календари стали верными спутниками первых цивилизаций, возникших на Земле.
Какие единицы времени используют в календарях?
Самая маленькая единица отсчета времени в календарях – сутки. Это промежуток времени, за который наша планета совершает полный оборот вокруг своей оси. Из суток состоят недели, месяцы, годы. Неделя – единица времени, большая, чем день, и меньшая, чем месяц. В нашем календаре она длится 7 дней. Но у других народов использовались и 10-дневные, и 20-дневные «недели». Семидневная неделя появилась в Вавилоне, а с I века ею начали пользоваться в Риме, оттуда она распространилась по всей Европе.
Так выглядит календарь, обнаруженный в гробнице древнеегипетского архитектора Сененмута
Месяц – единица измерения времени, связанная с обращением Луны вокруг Земли. Однако Луна обращается вокруг Земли за 27,2—29,6 суток, а гораздо удобнее для счета времени иметь в месяце целое число дней. В григорианском календаре используется длина месяца, не связанная со сменой фаз Луны, – 30 или 31 день, и только в феврале всего 28 дней, к которым в високосные годы добавляется еще один день – 29-й.
Год – условная единица измерения времени. С глубокой древности годом считался полный цикл смены сезонов – весна, лето, осень, зима. Эта смена связана с полным оборотом Земли вокруг Солнца, который длится 365,2425 земных суток.
Век – единица измерения времени, равная 100 годам. Десять веков составляют тысячелетие.
Почему нашу планету называют «уникальной»?
Мы живем на единственной в Солнечной системе планете с уникальными условиями. Среди всех известных науке планет – а их открыто уже более 300 за пределами «солнечной семьи» – только на Земле могла возникнуть жизнь. Природа и человек – не просто соседи. Своеобразие человеческой цивилизации и культуры тесно связано со своеобразием климата, рельефа, природных богатств различных частей Земли. Люди до сих пор во многом зависят от щедрости или прихотей природы – от ветров и дождей, природных катастроф, извержений вулканов, изменений климата. Мы ищем и добываем полезные ископаемые, выращиваем урожаи, строим города. И не всегда задумываемся о том, чем может обернуться вмешательство в жизнь нашей планеты.
Тропический лес
Прошлое, настоящее и будущее людей немыслимы без планеты Земля, ее характера и особенностей. Мы по-прежнему остаемся частью земной природы. Поэтому главная проблема человечества – найти такие формы сосуществования с природой, которые не причиняли бы ей ущерба.
А что, если у нас не получится?
По прогнозам ученых, если мы будем по-прежнему расточительно пользоваться ресурсами планеты, через несколько десятилетий на Земле закончатся запасы нефти, природного газа, каменного угля и руд многих металлов. Человечество вынуждено будет искать новые источники энергии и сырья для производства, и найти их удастся далеко не сразу. Цивилизации придется пережить трудные времена и научиться по-иному распоряжаться тем, что, казалось бы, всегда под рукой – водой, землей, атмосферой и недрами Земли.
Центр Чикаго
Как в нескольких словах описать Землю?
Земная суша состоит из материков. Это очень большие территории, разделенные водой океанов. Материки называются Евразия, Северная Америка, Южная Америка, Африка, Антарктида и Австралия. Евразия – материк, включающий две части света – Европу и Азию, он самый обширный. Азию от Европы отделяет условная граница, которая проходит по Уральским горам. Самый маленький материк – Австралия.
Участки суши поменьше называются островами. Острова могут быть огромными, как Гренландия, и совсем маленькими одиночными скалами в море. Группа островов называется архипелагом.
Материки Земли
Суша, на которой живут люди – а это целых 148 миллионов квадратных километров, – составляет небольшую часть поверхности Земли. При этом люди редко селятся в пустынях, в горах, в глубине тропических лесов, в тундре и на ледяных просторах Антарктиды.
Чем Земля отличается от других планет во Вселенной?
На Земле есть вода в свободном состоянии. Океаны – Тихий, Атлантический, Индийский и Северный Ледовитый – занимают более 70 % поверхности планеты. Некоторые участки океанов называют морями или заливами. Море – это часть океана, отделенная материковой сушей или островами. Залив – часть океана, вдающаяся в сушу.
Бенгальский, Мексиканский и Гудзонов заливы по площади больше таких морей, как Мраморное, Азовское, Черное и Белое.
Почему море соленое?
Запасы воды в морях и океанах пополняются пресными водами рек и осадками в виде дождей и снега. При этом вода из океанов никуда не стекает – только испаряется под действием солнечного тепла. Поэтому за многие миллионы лет в водах Мирового океана накопилось намного больше растворенных солей, чем в реках и озерах. Для своих нужд люди используют пресную воду рек, озер, ледников и подземных источников, а там, где их нет, приходится строить опреснительные установки, превращающие соленую морскую воду в обычную пресную. Правда, для этого требуется очень много энергии.
В чем различия рек и озер?
Озеро – природный водоем. Обычно вода в озерах пресная, но бывают озера с высоким содержанием минеральных солей в воде. Озера образуются в углублениях суши, где накапливаются воды дождей, рек и ручьев. На крупных реках люди создают искусственные озера – водохранилища.
Схема реки:
1 – исток; 3 – левый берег; 3 – главное русло; 4 – озеро;
5 – устье; 6 – приток; 7 – правый берег
Река, в отличие от озера, течет: к другой реке, к озеру, к морю или океану. Реки питают дожди и подземные воды, талая вода горных ледников. Стекая с возвышенностей, реки прокладывают для себя русло, вымывая из почвы все мягкие частицы до тех пор, пока под ее дном не окажется слой водонепроницаемых пород. Если русло переполняется из-за обильных дождей, река может выйти из берегов или даже поменять русло. Берега таких рек укрепляют дамбами, отводят воду в специальные каналы.
Есть и такие реки, которые никуда не впадают. У них есть исток и русло, но нет устья. Обычно воды таких рек теряются в песках пустынь или в обширных болотах.
Реки не только дают воду для питья. Энергия текущей воды вращает турбины гидроэлектростанций. Воды рек широко используют для орошения полей и нужд промышленности.
Где хранятся запасы пресной воды?
Больше всего пресной воды находится не в реках и озерах и даже не в подземных водоемах. Своего рода «неприкосновенный запас» драгоценной влаги хранится в ледниках. Нетающие льды покрывают 10 % поверхности Земли. Самые обширные ледники находятся в Гренландии и в Антарктиде. Они образовались сотни тысяч лет назад, в те времена, когда климат Земли был намного холоднее. Небольшие ледники сохраняются также на вершинах самых высоких гор. Вода ледников чище речной, потому что ледники образуются из атмосферных осадков – дождей и снега. Под действием силы земного притяжения ледники, находящиеся на склонах, могут приходить в движение – «ползти».
Айсберг в океане
На побережье Антарктиды и Гренландии огромные глыбы льда откалываются от ледников и сползают в океан. Их называют айсбергами. Айсберги достигают размеров в несколько квадратных километров и могут странствовать по волнам много месяцев и даже лет, представляя опасность для мореплавателей. В айсберге средних размеров содержится столько же пресной воды, сколько за год выносит в океан небольшая река.
В некоторых местах ледяной панцирь Антарктиды достигает толщины в 3,7 километра. Если растопить все ледники на планете, уровень Мирового океана поднимется на 55 метров. При этом большая часть населенной суши окажется под водой.
Какие моря самые-самые?
В Мировом океане насчитывается 54 моря. Некоторые из них входят в состав других морей. Например, в Средиземном море имеется целых семь внутренних морей.
«Абсолютным чемпионом» по размерам является Саргассово море, расположенное в центре Атлантического океана. Его площадь достигает 8,5 миллиона квадратных километров, а берегов у Саргассова моря вообще нет – его границами считаются океанские течения.
Самым прозрачным и чистым на Земле считается море Уэдделла у берегов Антарктиды: опущенный в него с борта корабля белый диск остается видимым до глубины около 79 метров.
Самое маленькое море на планете – Мраморное. Его площадь – всего 12 тысяч квадратных километров при ширине 80 километров и длине 280 километров. Азовскому морю, которое втрое больше Мраморного, принадлежит другой рекорд: оно самое мелководное. Его средняя глубина – всего 8 метров, а наибольшая – 15 метров.
Самое «пресное» море в Мировом океане – Балтийское. Его соленость в 4–5 раз ниже, чем в центре Атлантического океана. В это море впадают 250 рек, они-то и «опресняют» его воды.
Самым теплым и самым соленым на Земле считается Красное море. Средняя температура воды в нем колеблется в течение года от 22 до 32 °C, а «холодный» рекорд принадлежит морю Бофорта в Северном Ледовитом океане – в зимний период вода в нем имеет температуру –1,5 °C.
Самые высокие приливы на нашей планете наблюдаются в заливе Фанди на побережье Канады – их высота достигает 16–18 метров.
Самую высокую штормовую волну за всю историю наблюдали в 1933 году с борта американского судна «Рамапо» – ее высота достигала 34 метров. Еще выше была волна цунами, обрушившаяся на побережье Аляски 27 марта 1964 года. Высота ее достигала 66 метров, а скорость составляла почти 1000 километров в час.
Самые крупные айсберги на Земле родом из Антарктиды. В 1956 году с самолета был обнаружен айсберг-гигант длиной 350 километров и шириной 40 километров.
Говорят, что горы растут. Это правда?
Да, но не все. И очень медленно, почти незаметно для нас. «Подрастают» высочайшие горные системы мира – Гималаи, Анды, Альпы. Они возникли миллионы лет назад, когда плиты земной коры сталкивались друг с другом, и этот процесс продолжается и сегодня. Другие горы возникли после того, как поднялись большие участки морского дна. Они состоят из осадочных пород, образовавшихся из остатков живых организмов, которые в течение миллионов лет опускались на морское дно, и частиц, которые реки приносят с суши. Эти породы мягкие, их размывают дожди и разрушают ветры. Горы, в которых преобладают осадочные породы, например Доломитовые горы в Чехии, постепенно становятся все ниже.
А какие еще горные породы существуют?
Есть три главных типа горных пород. Магматические породы возникают при остывании горячей магмы – жидкой смеси различных минералов. Магма образуется в глубинных областях земли. О том, как возникают осадочные породы, мы уже говорили. А когда осадочные породы при движении земной коры попадают в зону высоких температур и давлений, образуются метаморфические, или «превращенные», породы. Так, мягкий и хрупкий мел – осадочная порода, состоящая из раковинок микроскопических морских животных, – превращается в прочный мрамор.
На горы приходится 24 % земной поверхности, больше всего гор в Азии
Между прочим, гору Туз-Тюбе в Центральной Азии просто… съели. Дело в том, что она состояла из чистой поваренной соли, которую люди здесь добывали на протяжении столетий. Исчезают меловые и гипсовые горы – гипс и мел широко используются в строительстве. В земных недрах под Парижем, Римом, Одессой и некоторыми другими крупными городами долгое время добывали известняк, ракушечник, песчаник для строительства. Так возникли знаменитые катакомбы, являющиеся сложной системой подземных ходов и пещер.
Одесские катакомбы
Откуда берется песок?
Из-за колебаний температуры, дождей и ветров горные породы постепенно разрушаются. Этот процесс называется эрозией. Мелкие частицы – будущие песчинки – уносит вода: реки, ручьи, подземные воды. Впадая в моря, реки выносят к побережьям миллионы тонн песка, ила, глины, более крупных обломков. Тут за дело берутся волны: они промывают наносы, унося самые легкие и мелкие частицы осадочных пород, а более тяжелые зернышки кварца оставляют на берегу. Так образуются песчаные и песчано-галечные пляжи.
Что такое вулкан?
В мире около 600 вулканов. Большинство их находится на границах плит земной коры – на так называемых разломах. В таких местах раскаленная магма из земных глубин чаще всего вырывается на поверхность.
Вулкан – это холм в форме конуса, сложенный из вулканических горных пород, которые он выбрасывает во время извержений. В центре конуса находится жерло – канал, по которому из глубин Земли поднимаются к поверхности лава и вулканические газы. Лава – это смесь жидкой магмы и обломков горных пород, которые она захватывает по пути. Температура лавы достигает 600—1000 °C. Остывая на воздухе, лава покрывается коркой шлака. При извержениях вулканов главную опасность представляют не потоки огнедышащей лавы – они движутся медленно, а выбросы вулканического пепла и «лавовых бомб» – сгустков лавы, которые огромное давление горячих газов буквально «выстреливает» из жерла.
Конусы некоторых вулканов, расположенных на дне морей, вырастают настолько большими, что поднимаются над поверхностью и образуют новые острова. Например, вся Исландия – это вулканический остров. Он продолжает расти с каждым извержением многочисленных исландских вулканов.
Как узнать, «уснул» вулкан или нет?
Неожиданные мощные извержения вулкана Везувий в древности причинили немало бед Италии. Однако в 1944 году Везувий «уснул». Гора Арарат на Армянском нагорье – также «спящий» вулкан, состоящий из двух «сросшихся» основаниями конусов – Большого и Малого Арарата. А вот небольшой островок Кракатау в Индонезии до 1883 года был ничем не примечателен. Именно тогда там проснулись сразу три вулкана. Извержение было таким мощным, что газы и «вулканические бомбы» из их жерл взлетали на высоту более 17 километров! Конус одного из вулканов рухнул, в его жерло устремились морские воды, и грянул взрыв чудовищной силы, который погубил десятки тысяч людей. Волны гигантского цунами достигли берегов Индии, Южной Африки, Европы и Северной Америки. Грохот взрыва был слышен на всех континентах, а тучи пепла поднялись в верхние слои атмосферы, и на протяжении нескольких месяцев солнечный свет на всей Земле казался зеленоватым или голубоватым!
Островок Анак-Кракатау, образовавшийся на месте взлетевшего на воздух вулкана
Куда дует ветер?
Ветер дует из области высокого давления в область низкого давления.
Наша атмосфера постоянно находится в движении. По законам природы всякий газ, в том числе и воздух, стремится выравнять давление во всей своей массе – поэтому и перемещаются потоки воздуха. Эти движущиеся потоки и называют ветром.
Нагретый воздух, как известно, поднимается вверх. Но чем выше, тем слабее действует на его частицы притяжение Земли, они «разреживаются», то есть располагаются дальше друг от друга, чем у поверхности почвы. Плотность воздуха уменьшается, его давление становится ниже. И наоборот – охлажденный воздух опускается вниз, частицы его сближаются, давление возрастает.
Где климат мягче?
Конечно, у моря. Моря и океаны прогреваются медленнее суши, зато дольше сохраняют тепло. Зимой море теплее, чем суша, – и тогда с моря дуют теплые ветры. Океаны, как вы хорошо знаете, занимают большую часть поверхности Земли, вот они-то и «делают погоду» не только на побережьях, но и на всей планете.
Летом на морских побережьях дуют постоянные ветры – их называют бризами. Ночью бриз дует с быстрее остывающей суши на море, а днем – с моря на разогретую солнцем сушу. На земле есть области, где ветра дуют постоянно, меняя направление всего два раза в год. Такие ветры называют муссонами. В зоне муссонов всего два сезона – дождливое лето и сухая зима.
Как возникает разница в атмосферном давлении? Почему бы ему не быть везде одинаковым?
У экватора поверхность Земли нагревается сильнее, там формируется область постоянно низкого давления. У полюсов, где царит холод, давление высокое. Кроме того, в разных широтах существуют пояса низкого и высокого давления, где дуют постоянные ветры – западные ветры и пассаты. Рельеф местности, в особенности горные массивы, тоже играет важную роль. Горы задерживают холодные массы воздуха и служат границами, разделяющими области с различными климатическими условиями. Например, в большей части Крыма преобладает сухой климат, характерный для степной зоны, и только на южном берегу полуострова, отделенном Крымскими горами, господствует такой же климат, как на побережье Средиземного моря.
Очевидно, что разница в атмосферном давлении возникает из-за того, что поверхность нашей планеты неоднородна. Материки и океаны, горы и пустыни, ледники и озера постоянно влияют на температуру и плотность воздуха. Имеет значение также вращение Земли, смена дня и ночи, времен года, уровень солнечного освещения в той или иной местности.
А как течения в океане влияют на климат?
Ветры, постоянно дующие по всему земному шару, оказывают огромное влияние на климат и погоду. Ведь они увлекают за собой массы нагретой воды из тропических областей – так образуются теплые течения (Гольфстрим, Северо-Атлантическое течение), которые «обогревают» северо-запад Европы. Самым мощным холодным течением на Земле считается течение Западных Ветров (Антарктическое циркумполярное) – оно переносит за год в 200 раз больше воды, чем все реки суши. Словно гигантское кольцо, это течение окружает Антарктиду, в нем смешиваются приполярные воды трех океанов – Тихого, Индийского и Атлантического. Своим возникновением оно обязано устойчивым западным ветрам.
Схема главных течений Мирового океана
Какая разница между торнадо и ураганом?
Ветер называют штормовым, когда его скорость достигает 63 километров в час (17 метров в секунду). Как правило, так разгоняются потоки воздуха над обширными равнинами или над морем. Но в ущельях между горами или в больших городах среди высоких зданий скорость штормового ветра может достичь ураганной силы. Ураган – это ветер, дующий со скоростью более 35 метров в секунду.
Разрушительный торнадо в Италии
Торнадо – разновидность атмосферного вихря. Это гигантский вращающийся столб воздуха, похожий на слоновий хобот, который чаще всего возникает над морем или на равнинах во время летних гроз. В центре торнадо давление исключительно низкое, поэтому он всасывает в себя все, что попадается на пути. Скорость движения «хобота» торнадо иногда достигает 400 километров в час. Порой торнадо и более мелкие смерчи «всасывают» камни, неглубоко зарытые клады, мелких животных или рыб и поднимают их на огромную высоту. После того как торнадо угомонится, выпадают «чудесные» дожди – вместо обычных капель из облаков сыплются рыбешки, головастики, мелкий гравий или старинные монетки. Такие дожди нередко выпадают за сотни километров от тех мест, где пронесся торнадо.
А чем циклон отличается от антициклона?
В атмосфере образуются и другие вихри, иногда достигающие нескольких тысяч километров в диаметре. Это циклоны и антициклоны – области пониженного и повышенного давления, в которых ветра мчатся «по кругу». Циклоны обычно приносят сырую и пасмурную погоду, антициклоны – малооблачную, сухую, летом жаркую, а зимой морозную погоду. В нашем Северном полушарии ветры циклонов дуют против часовой стрелки, в Южном – по часовой. Ветры антициклонов, наоборот, – в Северном полушарии движутся по часовой стрелке, а в Южном – в противоположном направлении.
Отчего бывает дождь?
В атмосфере Земли всегда присутствует водяной пар. Когда насыщенный паром теплый воздух поднимается в более высокие и холодные слои, пар охлаждается и собирается в крошечные капельки – это явление называется конденсация. Облака, которые мы видим в небе, – это и есть сконденсированный пар.
Дождь проливается на землю тогда, когда водяные капли становятся все более крупными, тяжелеют и потоки воздуха больше не могут их удерживать. Воду, которая выпадает на землю из атмосферы, называют осадками. Осадки бывают в виде дождя или росы, а при низкой температуре – в виде снега и града.
Снежинки – кристаллики замерзшей воды, имеющие поразительно красивую форму
В самых холодных местах Земли, там, где температура зимой достигает –50 °C и ниже, можно услышать «шепот звезд». Пар от дыхания человека мгновенно замерзает и превращается в кристаллики, которые издают характерный звук – шуршат и слегка позванивают.
Что такое «влажность воздуха»?
В телевизионных метеопрогнозах часто говорят об относительной влажности воздуха. Относительная влажность – это отношение количества водяного пара, содержащегося в одном кубическом метре воздуха, к тому количеству водяного пара, которое воздух может содержать при данной температуре. В тропических странах относительная влажность почти постоянно высокая, но из-за значительной температуры воздуха водяной пар не в состоянии сконденсироваться.
Где образуются облака?
Чаще всего облака образуются вдоль границ атмосферных фронтов – областей, где сталкиваются массы теплого и холодного воздуха. Иногда по форме облаков можно предсказывать погоду. Облака частично поглощают солнечные лучи, поэтому в облачный день воздух прохладнее. Зато ночью они сохраняют тепло, идущее от нагретой поверхности земли.
Перистые облака – высокие, легкие и тонкие. Они располагаются выше других (до высоты 9000 метров над уровнем моря). Высокие перистые облака – признак области пониженного давления.
Кучевые облака образуются низко и похожи на комья ваты. Кучевые облака летом – признак устойчивой хорошей погоды.
Слоистые облака не имеют определенных очертаний и располагаются однородным слоем.
Чаще в небе можно видеть облака нескольких типов: слоисто-кучевые, перисто-кучевые, высококучевые, высокослоистые. Слоисто-кучевые сулят снег или дождь, кучево-дождевые облака предвещают грозу или снегопад.
Градина – ледяной шарик, состоящий из тонких слоев льда
Как возникает гроза?
Гроза образуется в мощных кучево-дождевых облаках, ее сопровождают ливневые дожди, град, шквальный ветер. При этом внутри облаков или между облаком и земной поверхностью возникают электрические разряды – молнии, сопровождаемые мощным звуком – громом. Так как звук распространяется гораздо медленнее, чем свет, сначала мы видим вспышку молнии, и лишь затем слышим гром. Гроза – одно из самых опасных для человека природных явлений. На Земле одновременно происходит около 1,5 тысяч гроз, и каждую секунду вспыхивают 46 молний.
Метеорологические спутники системы «Метеор» уже более полувека помогают метеорологам составлять прогнозы погоды
Где находится центр грозы?
Сосчитайте, сколько секунд прошло между вспышкой молнии и ударом грома. Разделите это число на три. Результат укажет расстояние до центра грозы в километрах.
Где больше всего осадков?
В экваториальной зоне, где солнечные лучи падают на поверхность Земли почти отвесно, вода – пресная и морская – испаряется быстрее. Поэтому там выпадает намного больше дождей, чем в умеренном климате. Теплый влажный воздух стремительно поднимается вверх и, охлаждаясь, образует тяжелые грозовые тучи. В экваториальных лесах нередко случаются настоящие ливневые бури.
К северу и югу от экватора, в зоне саванн, дождливые сезоны чередуются с засушливыми.
Тропические пустыни находятся под влиянием жарких ветров с экватора. Проносящийся над ними воздух нагревается еще сильнее, поэтому здесь редко формируются облака и идут дожди. В некоторых районах пустыни Атакама на западном побережье Южной Америки настоящие дожди не выпадали в течение нескольких сотен лет, а годовое количество осадков в виде росы измеряется десятыми долями миллиметра.
Длина молнии достигает иногда 20 километров
В полярной зоне мало осадков – здесь слишком холодно для того, чтобы влага могла обильно испаряться.
Мы живем в зоне умеренного климата. В умеренной климатической зоне вблизи морских побережий всегда больше дождей – их приносят ветры с моря. Во внутренних областях континентов осадков несколько меньше, но они выпадают довольно часто.
В самом центре острова Кауаи, принадлежащего к группе Гавайских островов, находится гора Ваиалеале, восточные склоны которой – одно из самых дождливых мест на нашей планете. Дождь там идет практически беспрерывно, за год в среднем выпадает столько осадков, что, если бы вода не стекала вниз, гора бы покрылась слоем высотой с 4-этажный дом. В этой части «сверхмокрой горы» ничего не растет – из всех земных растений только водоросли могли бы выдержать такую сырость!