– Да, между этими городами существует лишь разница в широте. Кстати, ты можешь определить по карте расстояние между Валенсией и Лондоном?
Галатея с помощью линейки и Андрея измерила расстояние между английским Лондоном и испанской Валенсией:
– 1335 километров!
– Отлично! – обрадовался Майкл. – А вот теперь догадайтесь, как можно определить длину окружности Земли, зная, что между широтами Лондона и Валенсии разница в 12 градусов, а расстояние между этими городами составляет 1335 километров? Такую задачку в своё время решил Эратосфен – для двух египетских городов, расположенных примерно на одной долготе.
Дети задумались. Первым сообразил Андрей:
– 12 градусов – это одна тридцатая окружности в 360 градусов! Значит, длина земной окружности в 30 раз больше, чем расстояние между Лондоном и Валенсией. Это будет… 1335 умножить на 30… это будет 40 тысяч километров и ещё… ещё 50 километров!
Майкл восхитился:
– Прекрасный, очень точный результат!
Галатея немедленно надулась на Андрея. А тот сказал:
– Оказывается столько интересного можно узнать, всего лишь измеряя длину тени!
Майкл, кивнув, сказал:
– Астрономическая обсерватория необязательно должна оснащаться телескопом. Даже с помощью простейших приборов можно сделать ценные астрономические измерения. Если определять длину тени на земле в течение года, как это делали древние, то можно вычислить важнейшие астрономические параметры Земли – например, узнать наклон её оси вращения.
– Как это сделать? – заинтересованно спросила Галатея.
– Зимой верхний угол тени от зонтика будет самым большим, летом – самым маленьким. Половина разницы между большим и маленьким углом будет равна углу наклона земной оси.
Галатея была потрясена:
– Я замерю половину угла между зимней и летней тенями от своего зонтика, и это и будет наклон всей нашей огромной Земли? Вот какой я угол найду, таким и будет наклон всей планеты?!
– Да, планета послушается тебя беспрекословно, – улыбнувшись, подтвердил Майкл.
Галатея так и села, распахнув голубые глаза шире некуда.
– А что ещё можно определить по тени?
– Тень – ценнейший астрономический инструмент. С её помощью можно вычислить и период обращения Земли вокруг Солнца.
– То есть – определить длину года? – переспросил Андрей.
Майкл кивнул.
– А зачем её определять? – поинтересовалась Галатея. – Календарь же есть – в году 365 дней.
– Но ведь кто-то составил ПЕРВЫЙ календарь на земле – и этот кто-то был астрономом, наблюдающим за движением Солнца и теней от предметов. Кстати, точная длина года НЕ РАВНА 365 дням, и в этом-то и заключается вся трудность составления календаря. Наблюдая за местом восхода и захода солнца – то есть отмечая направления тени на рассвете и закате, можно определить и дату равноденствия, когда день равен ночи.
– Что ещё? – вошла во вкус Галатея.
Майкл задумался.
– Теоретически, научившись ОЧЕНЬ точно определять длину тени, можно находить и небольшие колебания оси Земли – так называемые колебания Чандлера. Тень – или наклон солнечного луча – может дать информацию и об изменении расстояния Солнце – Земля, то есть об эксцентриситете – или несферичности – земной орбиты. Но я тут не специалист и не уверен, что можно с такой точностью измерить длину расплывчатой тени от Солнца.
– Мама, мы должны забрать наш обеденный стол под астрономические наблюдения с тенью! – решительно заявила Галатея, повернувшись к матери.
– Не отдам! – не менее решительно потрясла головой Дзинтара. – Это мой любимый стол. Я лучше вам покажу ровную бетонную площадку возле фонтана, где вы сможете установить свое оборудование и ловить уползающую тень в своё удовольствие. Но если вы хотите отмечать тень каждые четыре минуты, то вам придется проводить на площадке весь день. А уроки и школа?
– Действительно! – огорчилась Галатея. – Что же делать?
– Не волнуйся, – сказал Андрей. – Я установлю возле зонтика фотоаппарат и запрограммирую его на фотографирование тени каждые полминуты. А после уроков мы просмотрим эти фотографии. Их можно даже превратить в фильм про движение тени. А с процессором в фотоаппарате я договорюсь – и он сам будет измерять нужные углы.
– Молодец! – одобрила изобретательность сына Дзинтара.
Потом Майкл спросил у Галатеи:
– Теперь тебе понятно, как аккуратные часы, которые ходят одинаково в разных точках мира, могут помочь в определении широты и долготы?
– Ну зачем ты спрашиваешь, Майкл! – укоризненно сказала Галатея. – Это же так просто! Проще может быть только тангенс.
Примечания для любопытныхГибралтар – заморская территория Англии, расположенная на берегу Гибралтарского пролива, отделяющего Европу от Африки.
Ла-Манш, или Английский канал, – пролив между Англией и Францией.
Карл II (1630–1685) – король Англии и Шотландии с 1660 года.
Людовик XIV (1638–1715) – французский король, прозванный «король-солнце». Царствовал 72 года – дольше всех европейских монархов.
Джон Флемстид (1646–1719) – королевский астроном, первый директор Гринвичской обсерватории.
Луиза де Керуаль (1649–1734) – фаворитка короля Карла II.
Клодсли Шовелл (1650–1707) – английский адмирал. Погиб при крушении флагманского корабля.
Джеймс Брэдли (1692–1762) – английский королевский астроном с 1742 года.
Джон Харрисон (1693–1776) – талантливый английский часовщик, который более пятидесяти лет потратил на создание точного морского хронометра.
Леонард Эйлер (1707–1783) – знаменитый математик. Родился в Швейцарии, работал в России и Берлине. Автор более 800 научных работ.
Алекси Клеро (1713–1765) – французский математик и астроном.
Тобиас Майер (1723–1762) – немецкий астроном, известный своими исследованиями Луны.
Невил Маскелайн (1732–1811) – английский астроном, с 1765 года – директор Гринвичской обсерватории. В 1766 году основал британский астрономический ежегодник, публикующий точные эфемериды планет и Луны.
Джеймс Кук (1728–1779) – английский капитан, совершивший два кругосветных путешествия. Открыл Гавайские острова и был убит туземцами в своём третьем плавании вокруг земного шара.
Сет Чендлер (1846–1913) – американский астроном, открывший колебания оси Земли с периодом в 430 дней и размахом в несколько метров. Причина существования таких колебаний до сих пор неизвестна.
Сказка о музыканте Гершеле, который расширил космос вдвое
Ньютон, основатель современной науки и её математических методов, умер в 1727 году, но джинн научного и технического прогресса, которого выпустил на волю фермер Ньютон, продолжал раскручивать маховик истории, всё ускоряя и ускоряя его. Каждый год приносил какое-нибудь яркое достижение в науке и технике:
1728 – английский часовщик Джон Харрисон (1693–1776) сконструировал пружинный маятник с частотой качания, не зависящей от температуры.
1729 – англичанин Джеймс Брэдли открыл аберрацию – смещение звёзд из-за движения Земли и конечности скорости света.
1730 – французский хирург Георг Мартин (1702–1741) сделал первую трахеотомию – операцию с разрезом дыхательного горла.
1731 – английский астроном Джон Бэвис (1695–1771) открыл звёздную туманность Краб (обозначенную позже как объект M1 в каталоге Мессье).
1733 – англичанин Джон Кей (1704–1764) запатентовал «летучий челнок», который революционизировал ткацкую промышленность.
1734 – французский учёный Рене Реомюр (1683–1757) опубликовал книгу о насекомых, основав тем самым науку энтомологию.
1735 – шведский химик Георг Брандт (1694–1768) впервые в истории открыл металл, ранее полностью неизвестный людям, – кобальт. В этом же году английский учёный Джордж Гадлей (1685–1768) догадался, что в земной атмосфере существуют две огромные ячейки циркуляции (ныне ячейки Гадлея): воздух, нагретый на экваторе, поднимается вверх и растекается на большой высоте на север и на юг. На северной и на южной широтах в 30 градусов остывший воздух снова опускается и возвращается к экватору – погреться.
1736 – француз Шарль Мари де ла Кондамин (1701–1774), математик и путешественник, во время своего путешествия по джунглям Амазонки увидел, как индейцы собирают и изготавливают каучук.
1738 – швейцарец Даниил Бернулли (1700–1782) заложил основы теории газов, предположив, что они состоят из мелких и быстрых частиц материи.
* * *1738 год был отмечен и тем, что у немецкого музыканта Гершеля, который увлекался звёздным небом, родился сын Вильгельм. Мальчик был музыкально одарён и к четырнадцати годам уже профессионально играл на скрипке и гобое. Вильгельм служил музыкантом в военном оркестре. Ему было всего девятнадцать, когда его полк послали в Англию. Его младшая сестра Каролина Лукреция Гершель была двенадцатью годами моложе Вильгельма и очень любила своего старшего брата. Когда он уезжал за море, в далёкую страну, девочка безутешно плакала. И Вильгельм поклялся сестре, что он обязательно вернётся за ней.
Клятвы, данные детям, никто из взрослых не держит – чего только не скажешь второпях, чтобы ребёнок не плакал?
– Это неправда! Мама, ты всегда выполняешь свои обещания! – возмутилась Галатея.
– Я стараюсь, но так написано в сказке, которую я читаю, – улыбнулась Дзинтара и продолжила: – Война, сотрясавшая Европу, развеяла по разным странам всех братьев Каролины. Отец семейства умер, и повзрослевшую Каролину ждало безрадостное будущее. В восемнадцатом веке девушкам из бедных семей не полагалось думать о серьёзной профессии. Их обычным уделом были мечты о замужестве, кухня и шитьё.
– Р-р-р! – зарычала Галатея. Она не хотела прерывать маму, но не высказаться не могла.
– Такая судьба была не по сердцу Каролине, и девушка, которой уже исполнилось двадцать два, впала в отчаяние.
К тому времени Вильгельм стал Вильямом и известным музыкантом в английском городе Бате.
В ненастный, холодный день Каролина получила из далёкой Англии письмо от любимого брата. Девушка открыла конверт и не поверила своим глазам: брат звал её к себе! Вильям купил трёхэтажный дом в Бате и предлагал Каролине переехать к нему и начать карьеру певицы сопрано.
Никогда ещё Каролина не была так счастлива. Брат не забыл своего обещания, данного совсем маленькой девочке!
И вот Каролина стоит на палубе парусного корабля, плывущего в Англию. Плеск волн и хлопанье парусов наполняют девушку новой, неслыханной раньше музыкой.
На пристани, к которой причалил корабль, Каролину ждал её брат. Только увидев заплаканное и сияющее лицо сестры, Вильям понял до конца, какое правильное письмо он ей послал.
– Молодец! – одобрил Гершеля Андрей.
– Каролина стала вести хозяйство в доме холостого брата и с успехом выступать с его оркестром. Её начали приглашать оркестры других городов. Вильям стал не только известным музыкантом, но и композитором, написавшим за свою жизнь двадцать четыре симфонии.
Но звёзды имели другие виды на музыканта Вильяма Гершеля и певицу Каролину Гершель.
В детстве Вильям, кроме музыки, увлёкся сначала математикой, потом оптикой, а затем беспамятно влюбился в астрономию! Став взрослым, Вильям даёт уроки музыки днём, вечером отливает и шлифует бронзовые зеркала для телескопов системы Ньютона, а ночью наблюдает звёздное небо. «Когда он спит?» – спросите вы. Лучше не спрашивайте!
Часть дома была превращена в литейную мастерскую. Каролина ужасалась, глядя на усталого брата, который задыхался от едких испарений и жары: плавить медь в домашних условиях было делом не только грязным и трудным, но и опасным. Плавильная печь однажды лопнула, и расплавленная бронза хлынула на каменные плиты пола, которые стали трескаться с ужасным шумом.
Но Каролина была верным ассистентом Вильяма: она помогала ему в наблюдениях звёзд и даже кормила брата с ложечки, когда он не мог отвлечься от шлифовки бронзовых зеркал. Однажды Вильям шестнадцать часов не отрывал рук от полировки огромного зеркала.
– Никогда не думала, что астрономы могут быть такими героями! – сказала Галатея.
– Тридцатишестилетний Вильям Гершель построил телескоп с 500-кратным увеличением и начал систематические наблюдения неба – без зарплаты, просто по просьбе души, которая не могла жить без звёзд. Сестра ассистировала ему и вела записи.
Так прошло семь лет.
Ночью 13 марта 1781 года Гершель заметил среди ярких точечных звёзд туманное пятнышко.
«Какая необычная звезда!» – удивлённо подумал музыкант-астроном и записал координаты нового светила в журнал наблюдений, отметив, что обнаружил «или любопытную туманную звезду, или, возможно, комету».
Взволнованный Гершель оторвался от телескопа лишь тогда, когда небо посветлело, и новый объект стал невидим.
Следующая ночь была облачной, и, к досаде Вильяма, увидеть странную звезду не удалось.
15 марта развиднелось. Гершель поспешил к телескопу и, удивлённый, обнаружил, что новый объект за два дня сместился относительно звёзд.
«Значит, это комета!» – решил астроном и сообщил о своём открытии в Гринвичскую обсерваторию. Круг наблюдателей нового объекта значительно расширился, а королевский астроном Маскелайн высказал предположение, что, возможно, это новая планета.
К лету накопилось значительное количество наблюдений новой «кометы». Петербургский академик Лексель провел расчёты орбиты нового светила и сообщил, что оно находится на почти круговой орбите с радиусом в девятнадцать раз большим, чем расстояние от Земли до Солнца и в два раз большим, чем орбита Сатурна. Период обращения нового тела вокруг Солнца был 84 года.
Значит, Гершель действительно обнаружил не комету, а целую новую планету?!
Это была сенсация!
Тысячелетиями люди видели пять планет, двигающихся по небу. Птолемей думал, что они вращаются вокруг Земли. Коперник доказал, что эти планеты вращаются вокруг Солнца, как и наша Земля. Поэтому Земля оказалась обычной планетой в Солнечной системе – одной из шести. Но во всех научных системах мира Сатурн, расположенный от нашего светила в девять с половиной раз дальше, чем Земля, был самой дальней планетой, краем Солнечной системы. В этом были уверены все – Аристотель и Платон, Птолемей и Коперник, Кеплер и Ньютон, астрономы и епископы. Все знали, что за Сатурном располагались лишь звёзды! Весть об открытии огромной планеты, в четыре раза большей, чем Земля, и почти в пятнадцать раз массивнее её, пронеслась по Европе и Америке, потрясая умы людей и меняя привычную картину мира.
Каролина была горда за своего брата и радовалась, что в его открытиях есть часть и её труда.
Новую планету Гершель открыл неожиданно, но было ли это открытие случайным? Он пишет: «Сложилось мнение, будто Уран привёл в поле зрения моего телескопа счастливый случай, но полагать так – явная ошибка. Ведь я последовательно рассматривал каждую звезду… а потому в ту ночь настал её черёд быть открытой. …Если бы в этот вечер мне помешало какое-нибудь дело, я нашёл бы её в следующий, а телескоп мой был так хорош, что при первом же взгляде на неё я различил диск планеты».
Действительно, открытие Урана было неожиданным, но закономерным итогом трудолюбивых и кропотливых наблюдений неба Гершелем.
В том же году Гершель был избран членом Королевского общества учёных, а годом позже английский король назначил музыканта Гершеля своим личным астрономом. Вильям вместе с Каролиной переезжают ближе к королю. Бывший музыкант, а ныне знаменитый астроном строит всё более и более крупные телескопы, самый большой из которых имеет диаметр зеркала в метр и двадцать сантиметров.
– Вот так музыкант! – восхитилась Галатея.
– Открытия следуют одно за другим: за несколько лет Гершель обнаруживает два спутника Урана: Титанию и Оберон, а потом и два новых спутника Сатурна: Энцелад и Мимас.
Гершель измерил период обращения Сатурна, определил направление движения Солнца среди соседних звёзд, заметил сезонные изменения полярных шапок Марса, открыл двойные звёзды и выпустил первый каталог таких звёзд с исследованием их орбит. Изучая солнечный спектр, Гершель открыл невидимое инфракрасное излучение.
– А как он это сделал? – спросил Андрей.
– С помощью призмы Гершель разложил в радугу солнечный свет, падающий на его стол. И вдруг заметил, что термометр, лежащий в тени, но рядом с пятном света, стал быстро нагреваться. Гершель понял, что за пределами видимого солнечного спектра есть невидимое излучение, которое нагрело градусник.
– Какой он был умный, этот Гершель! – сказала ревниво Галатея.
– С помощью своего телескопа Гершель обнаружил тысячи звёздных туманностей и галактик. Он первый понял, что наша Галактика – остров из звёзд, окружённый сравнительной пустотой, и оценил размер Млечного Пути в семь тысяч световых лет. Эта оценка, на самом деле занизившая реальный размер нашей Галактики больше чем в десять раз, потрясла современников Гершеля и показалась им чудовищно огромной.
Многие открытия музыканта-астронома были неожиданны, но случайными их, действительно, никак назвать нельзя – Гершель вел наблюдения неба каждую ясную ночь свыше тридцати лет.
Лишь тяжёлая болезнь заставила семидесятилетнего астронома наблюдать звёзды реже.
* * *Главным достижением Гершеля является, конечно, обнаружение новой планеты. Гершель доказал, что эпоха великих открытий в Солнечной системе ещё не закончилась, что в ней могут быть и другие планеты.
Вдохновлённые открытием Урана, астрономы бросились искать новые планеты в Солнечной системе. В первую очередь, они стали искать их между Юпитером и Марсом. Известно правило Тициуса – Боде, по которому радиус орбиты у каждой планеты в полтора-два раза больше, чем у её внутренней соседки. Новичок Уран подтвердил это правило, двигаясь вокруг Солнца ровно в два раза дальше Сатурна.