Лунные затмения — явление довольно частое в природе. Многим приходилось видеть, как земная тень надвигается на светлый диск полной Луны. Край земной тени всегда круглый — такой же круглый, как, скажем, у тени, падающей от апельсина на стену. Ясно, что такую тень может отбрасывать только шарообразное тело.
Учёным, наблюдавшим лунное затмение, стало ясно, что Земля — шар. Однако люди долго не могли свыкнуться с этой мыслью. Не только в древности, но и в средние века большинство людей считало Землю плоской поверхностью, на которую опирается небесный свод.
Такой взгляд усиленно поддерживался церковниками.
Особенно упорно и непримиримо выступала против учения о шарообразности Земли католическая церковь. Наука о Земле объявлялась ересью, учёные подвергались всевозможным преследованиям, их книги запрещались и уничтожались.
Однако с течением времени научные данные о Земле получали всё большее подтверждение. Сама жизнь требовала изучения Земли. Развивалось торговое мореплавание. Испанские и португальские моряки открыли путь в Индию. Начались поиски нового, более короткого пути в эту страну. Возникла мысль плыть туда, не огибая материк Африки, а прямо на запад вокруг земного шара.
Первое кругосветное путешествие не удалось. Предпринявший его в конце XV века Христофор Колумб встретил американский материк, преградивший ему путь.
В начале XVI века в кругосветное путешествие отправился от берегов Испании другой мореплаватель — Фернандо Магеллан.
Плывя всё время на запад, он пересёк Атлантический океан, обогнул Южную Америку через пролив, названный впоследствии его именем, и вышел в Тихий океан.
После смерти Магеллана в 1521 году последний оставшийся от его эскадры корабль, продолжая путь на запад, пересёк Индийский океан и в 1522 году вышел к мысу Доброй Надежды на южной оконечности Африки.
Так, плывя в одном направлении, всё дальше на запад, и обогнув мыс Доброй Надежды, корабль вышел опять в Атлантический океан, то-есть совершил плавание вокруг земного шара.
После путешествия Магеллана стало очевидным, что Земля — шарообразное тело. Библейское представление о Земле, как «фундаменте» вселенной, было окончательно опровергнуто.
Правда, кругосветное путешествие ещё не доказывало, что Земля — шар. Ведь если бы она имела форму, подобную, скажем, огурцу, то также можно было бы объехать вокруг неё. Однако в том, что Земля по своей форме близка к шару, нас убеждает ещё одно наблюдение — круговая линия горизонта.
Если бы Земля не была по своей форме близка к шару, мы не могли бы наблюдать горизонт в виде правильного круга. Поэтому долгое время учёные и считали Землю совершенно правильным шаром, конечно, пренебрегая неровностями гор и впадин дна морей и океанов.
Шарообразность Земли позволяла сравнительно легко измерить и её величину.
С развитием торгового мореплавания, особенно после первого кругосветного путешествия, определение величины земного шара получило практическое значение. Чтобы пуститься в кругосветное плавание, нужно знать, сколько времени оно продолжится. От этого зависит, какое количество продовольствия и разных материалов необходимо взять с собой.
2. Величина земного шара
Всем известен школьный глобус. Это — модель Земли, на которой нанесены материки, моря, океаны, горные хребты, реки.
Определить длину окружности глобуса совсем нетрудно: стоит лишь обернуть его лентой, разделённой на сантиметры. Но обмерить Землю таким способом нельзя, нужно найти какой-то другой способ. Для этого обратимся опять к глобусу.
На глобусе нанесены линии — меридианы, проходящие через полюсы. Каждый меридиан разделён на 360 градусов. Если измерить длину градуса, то легко вычислить и длину всей окружности глобуса. Предположим, что часть меридиана на глобусе, равная 20 градусам, будет иметь длину 5 сантиметров, тогда один градус будет равен 1/4 сантиметра, а вся окружность глобуса — 1/4 · 360 = 90 сантиметрам. Таким образом, не обмеряя всей окружности глобуса, можно вычислить её длину.
Таким же путём можно вычислить и длину окружности земного шара.
Для этого нужно прежде всего найти способ наметить на поверхности Земли дугу меридиана в один или несколько градусов. А определив её длину, легко будет вычислить и окружность Земли.
Направление меридиана на земной поверхности наметить не трудно, наблюдая суточное движение Солнца.
Начиная с момента восхода, Солнце поднимается всё выше. Так продолжается до тех пор, пока оно не пересечёт воображаемую вертикальную плоскость, проходящую вдоль меридиана данного места.
Этот момент — полдень. Солнце находится в полдень на наибольшей высоте. Далее оно начнёт медленно спускаться к точке захода.
Наблюдая за движением Солнца по небу, можно определить направление на него в момент наибольшей высоты над горизонтом, то-есть направление меридиана.
Теперь представьте себе, что на одном и том же меридиане стоят два наблюдателя на расстоянии согни или более километров друг от друга.
Полдень для обоих наступит в один и тот же момент. Но высота Солнца над горизонтом или, другими словами, угол между солнечным лучом и плоскостью горизонта, будет различна: чем южнее стоит наблюдатель, тем она больше.
Например, пусть один наблюдатель находится в Ленинграде, а другой в Киеве. Эти города лежат почти точно на одном меридиане, дуга которого между ними равна примерно 10 градусам. Если оба наблюдателя измеряют в полдень одного и того же дня высоту Солнца над горизонтом, то окажется, что в Киеве оно будет приблизительно на 10 градусов выше.
В течение года высота Солнца, как известно, меняется. Но в какой бы день ни измерить высоту его в полдень в этих городах, разница будет одна — около 10 градусов.
Значит, разница высот полуденного Солнца в двух пунктах, лежащих на одном меридиане, равна числу градусов дуги меридиана между ними.
Этим и пользуются при определении размеров Земли.
В двух пунктах, лежащих на одном меридиане, измеряют в один и тот же день в полдень высоту Солнца. По разности его высоты находят, сколько градусов заключается в дуге меридиана между этими пунктами.
Теперь остаётся только измерить расстояние между ними в километрах. Но тут возникают большие затруднения.
Попробуйте точно измерить расстояние между двумя деревьями, находящимися даже в нескольких километрах одно от другого. Это очень трудно, так как между ними могут быть различные неровности почвы — холмы, долины, овраги. А длина дуги меридиана измеряется сотнями километров.
Как же выходят из этого затруднения учёные?
Первое определение размеров Земли было сделано ещё в древности греческим учёным Эратосфеном, жившим в III веке до нашей эры в египетском городе Александрии. Занимаясь астрономическими наблюдениями, он измерил летом, в 20-х числах июня, полуденную высоту Солнца.
Из рассказов водителей торговых караванов учёный знал, что в эти дни в более южном городе — Сиене — Солнце заглядывает в полдень на самое дно глубоких колодцев, то-есть стоит там прямо над
