Открытие шарообразности Земли

Определения и обозначения

Шарообразность Земли — представление о Земле как о небесном теле, близком по форме к шару. Это не означает, что планета — идеальный шар: у полюсов она немного сплюснута. Такое представление помогает объяснять наблюдения и изображать Землю на глобусе.

Географический горизонт — видимая граница земной поверхности и неба, которая удаляется при движении наблюдателя. На ровной местности горизонт кажется кругом вокруг человека, но это не край Земли. Понятие горизонта нужно, чтобы описывать, как меняется обзор при движении и подъёме.

Лунное затмение — явление, при котором Земля оказывается между Солнцем и Луной и отбрасывает на Луну тень. Наблюдатель видит, как тень постепенно закрывает часть лунного диска. По её форме можно судить о форме Земли.

Кругосветное путешествие — путешествие вокруг Земли, подтверждающее возможность двигаться по её поверхности в одном общем направлении. Путешественники могут обогнуть планету и вернуться к исходной точке. Это понятие связывает знания о форме Земли с географическими открытиями.

Как это устроено

В древности люди видели вокруг себя ровную поверхность и не замечали её кривизны: Земля настолько велика, что небольшой участок выглядит почти плоским. Горизонт тоже казался границей мира, а не местом, за которым поверхность продолжает изгибаться. Однако наблюдения за движением небесных тел и удалёнными предметами постепенно заставили людей сомневаться в прежнем представлении. Чтобы проверить догадку, стали искать явления, которые можно объяснить формой Земли.

Если корабль просто удаляется по ровной плоскости, он становится всё меньше, но должен оставаться видимым целиком, пока его не перестанет различать зрение. В действительности у уходящего за горизонт корабля сначала исчезает нижняя часть — корпус, а затем мачты и паруса. Так происходит потому, что выпуклая земная поверхность закрывает корабль снизу. Подъём на высокое место позволяет увидеть его дольше, поскольку горизонт отодвигается и часть закрытой поверхности снова попадает в поле зрения.

При лунном затмении Земля проходит между Солнцем и Луной, поэтому солнечный свет не попадает на часть лунной поверхности. На Луне появляется тень Земли с округлым краем. Земное тело, которое при разных положениях даёт такую округлую тень, должно быть близко к шару. Это наблюдение было особенно убедительным, потому что затмение можно было увидеть и сравнить его форму.

Древнегреческие учёные использовали несколько наблюдений вместе. Они замечали, что высота одних и тех же небесных светил над горизонтом меняется при перемещении с севера на юг: на шарообразной поверхности положение наблюдателя меняется, поэтому меняется и направление взгляда на небо. Кроме того, при подъёме горизонт расширяется, а значит, наблюдаемая граница связана с кривизной поверхности. Сопоставление таких признаков помогало обосновать шарообразность не одним случайным примером, а целой системой наблюдений.

Плавание экспедиции Фернана Магеллана в XVI веке стало важной проверкой идеи на практике: корабли двигались всё время в общем направлении и вернулись к месту отправления. Сам Магеллан не завершил путешествие, но экспедиция продолжила путь и вернулась в Испанию под командованием Хуана Себастьяна Элькано. Позднее кругосветные путешествия и измерения в разных частях планеты подтвердили этот вывод. Наконец, наблюдения из космоса позволили увидеть Землю как округлое тело непосредственно.

Наблюдения и доказательства шарообразности Земли

Читайте таблицу как цепочку рассуждений: сначала фиксируется наблюдение, затем объясняется происходящее и формулируется вывод. Один признак можно проверить другими способами, поэтому доказательства дополняют друг друга. Особенно наглядно сопоставлять наблюдения с земли с изображениями Земли из космоса.

Разбор задач

Задача 1. Корабль удаляется от берега. В каком порядке он скроется из вида: корпус, мачты, паруса? Объясните наблюдение.

1. Определяем, что меняется при удалении: выпуклая поверхность Земли всё сильнее закрывает нижнюю часть корабля.
2. Сначала за линию горизонта уходит самая низкая часть — корпус.
3. Затем скрываются расположенные выше мачты и паруса; значит, корабль исчезает снизу вверх.

Ответ: сначала скроется корпус, затем мачты и паруса. Такое последовательное исчезновение показывает кривизну земной поверхности.

Задача 2. Во время лунного затмения на поверхности Луны видна дугообразная тень. Чьей тенью она является и почему это подтверждает шарообразность Земли?

1. При лунном затмении Солнце, Земля и Луна располагаются так, что Земля оказывается между Солнцем и Луной.
2. Земля закрывает солнечный свет, поэтому её тень падает на лунную поверхность.
3. Край тени округлый, что согласуется с формой Земли, близкой к шару.

Ответ: это тень Земли. Её округлый край во время затмения служит одним из доказательств шарообразности планеты.

Задача 3. В двух городах, расположенных на одном меридиане, расстояние между которыми равно 800 км, в один момент измерили разницу высоты Солнца: 7,2°. Оцените длину окружности Земли.

1. Считаем, что разнице в 7,2° соответствует участок меридиана длиной 800 км.
2. Полный круг содержит 360°, поэтому находим, во сколько раз он больше измеренного угла: 360° / 7,2° = 50.
3. Умножаем длину участка на это число: 800 км × 50 = 40 000 км.

Ответ: длина окружности Земли составляет примерно 40 000 км. Это оценка, полученная из пропорции: 7,2° соответствуют 800 км, а 360° — полной окружности.

Типичные ошибки

Ошибка — объяснять исчезновение корабля только тем, что он удаляется и становится меньше. Так можно пропустить главное: части корабля скрываются снизу вверх, а не одновременно. Ошибку допускают, потому что расстояние действительно уменьшает видимый размер предмета. Проверьте себя: вспомните, какая часть исчезает первой, и сравните это с тем, что произошло бы на ровной поверхности.

Ошибка — называть Землю идеальным шаром. В школьных объяснениях часто используют простое слово «шар», но оно описывает лишь общую форму планеты. Земля немного сплюснута у полюсов, поэтому точнее говорить о форме, близкой к шарообразной. Проверка простая: уточните, говорится ли об общей форме или о совершенной геометрической фигуре.

Ошибка — считать, что при лунном затмении тень Луны падает на Землю. Это описание относится не к тому явлению: во время лунного затмения Земля находится между Солнцем и Луной. Путаница возникает из-за того, что в обоих видах затмений участвуют тени. Чтобы проверить ответ, назовите, какое тело закрывает солнечный свет и на какое тело падает тень.

Ошибка — считать кругосветное путешествие доказательством плоской формы Земли. Возвращение к исходной точке объясняется тем, что поверхность шара замкнута: двигаясь вокруг него, можно обойти его целиком. Путаница возникает, если представить маршрут как прямую линию на плоскости. Проверьте себя: представьте движение по поверхности глобуса в одном общем направлении.

Связь с другими темами

Чтобы понять эту тему, нужно знать, что такое горизонт, как сменяются день и ночь и как расположены Солнце, Земля и Луна. История шарообразности связана с географическими открытиями и первыми кругосветными путешествиями. Эти знания пригодятся при изучении глобуса, карт и географических координат, а также движения Земли и космических наблюдений. Они помогают сопоставлять схематичное изображение планеты с тем, что наблюдают путешественники и космонавты.

Что запомнить

• Земля имеет шарообразную, хотя и не идеально шаровую, форму.
• Корабль скрывается за горизонтом снизу вверх из-за кривизны Земли.
• С высоты горизонт расширяется.
• Круглая тень Земли на Луне во время затмения подтверждает её шарообразность.
• Кругосветное путешествие подтвердило возможность обойти Землю по поверхности.
• Наблюдения из космоса непосредственно показывают форму Земли.