Вращал ли ты когда-нибудь мяч, привязанный к веревочке?

Тогда ты знаешь, что пока мяч вращается, он натягивает веревочку. Мяч будет натягивать веревочку до тех пор, пока будет продолжаться его вращательное движение.

Планеты двигаются совершенно так же, как твой мячик. Только они обладают намного большей массой. И кроме того, планеты вращаются вокруг Солнца.

Но где же веревочка, которая их удерживает?

На самом деле никакой веревочки не существует. Существует невидимая сила, которая заставляет планеты вращаться вокруг Солнца. Она называется силой земного притяжения.

Польский ученый Николай Коперник первым обнаружил, что орбиты планет образуют вокруг Солнца окружности.

Галилео Галилей согласился с этой гипотезой и доказал ее с помощью наблюдений.

В 1609 году Иоганн Кеплер рассчитал, что орбиты планет не круглые, а эллиптические, причем в одном из фокусов эллипса находится Солнце. Он установил и законы, по которым происходит это вращение. Позднее их назвали «Законы Кеплера».

Потом английский физик Исаак Ньютон открыл закон всемирного тяготения и на основании этого закона объяснил, как Солнечная система сохраняет постоянной свою форму. Каждая частица вещества, из которого состоят планеты, притягивает другие. Это явление называется гравитацией.

Благодаря гравитации каждая планета в Солнечной системе вращается по своей орбите вокруг Солнца и не может улететь в космическое пространство.

Орбиты имеют форму эллипса, поэтому планеты то приближаются к Солнцу, то удаляются от него.

Планеты не могут испускать свет. Солнце дает им свет, тепло и жизнь.

Еще в стародавние времена ученые мужи начали понимать, что не Солнце вращается вокруг нашей планеты, а все происходит с точностью наоборот. Точку в этом спорном для человечества факте поставил Николай Коперник. Польский астроном создал свою гелиоцентрическую систему, в которой убедительно доказал, что Земля не является центром Вселенной, а все планеты, по его твердому убеждению, вращаются по орбитам вокруг Солнца. Работа польского ученого «О вращении небесных сфер», была издана в немецком Нюрнберге в 1543 году.

Представления о том, как расположены планеты на небосводе первым в своем трактате «Великое математическое построение по астрономии», высказал древнегреческий астроном Птолемей. Он первым предположил, что они совершают свои движения по кругу. Но Птолемей ошибочно считал, что все планеты, а также Луна и Солнце движутся вокруг Земли. До работы Коперника его трактат считался общепринятым как в арабском, так и западном мире.

От Браге до Кеплера

После смерти Коперника его труды продолжил датчанин Тихо Браге. Астроном, являющийся весьма состоятельным человеком, оборудовал принадлежащий ему остров, внушительными бронзовыми кругами, на которые наносил результаты наблюдения за небесными телами. Результаты, полученные Браге, помогли в исследовании математику Иоганну Кеплеру. Движение планет Солнечной системы именно немец систематизировал и вывел три своих знаменитых закона.

От Кеплера до Ньютона

Кеплер впервые доказал, что все 6 известных к тому времени планет двигаются вокруг Солнца не по кругу, а по эллипсам. Англичанин Исаак Ньютон, открыв закон всемирного тяготения, существенно продвинул представления человечества об эллиптических орбитах небесных тел. Его объяснения, что приливы и отливы на Земле происходят под влиянием Луны, оказались убедительными для научного мира.

Вокруг Солнца

Сравнительные размеры крупнейших спутников Солнечной системы и планет Земной группы.

Срок, за который планеты совершают полный оборот вокруг Солнца, естественно различный. У Меркурия, самой ближней к звезде, он составляет 88 земных суток. Наша Земля проходит цикл за 365 дней и 6 часов. Самая крупная в Солнечной системе планета Юпитер завершает свой оборот за 11,9 земных лет. Ну а у Плутона, — наиболее удаленной от Солнца планеты оборот и вовсе составляет 247,7 года.

Следует также учесть, что все планеты в нашей Солнечной системе движутся, не вокруг светила, а вокруг так называемого центра масс. Каждая при этом, вращаясь вокруг своей оси, слегка раскачиваются (подобно юле). К тому же и сама ось может ненамного смещаться.

Сегодня нет ни малейших сомнений в том, что Земля вращается вокруг Солнца. Если еще не так давно, в масштабах истории Вселенной, люди были уверены, что центром нашей галактики является Земля, то сегодня нет никаких сомнений, что все происходит с точностью до наоборот.

И сегодня мы разберёмся с тем, почему Земля и все остальные планеты движутся вокруг Солнца.

Почему планеты вращаются вокруг Солнца

Как Земля, так и все остальные планеты нашей солнечной системы движутся по своей траектории вокруг Солнца. Скорость их движения и траектория могут быть разными, однако все они держатся у нашего естественного светила.

Наша задача заключается в том, чтобы максимально просто и доступно разобраться с тем, почему именно Солнце стало центром вселенной, притягивающим к себе все остальные небесные тела.

Начнем мы с того, что Солнце является самым крупным объектом в нашей галактике. Масса нашего светила в разы превышает массу всех остальных тел в совокупности. А в физике, как известно, действует сила всемирного тяготения, которую никто не отменял, в том числе, и для Космоса. Ее закон гласит, что тела с меньшей массой притягиваются к телам с большей массой. Именно поэтому все планеты, спутники и другие космические объекты и притягиваются к Солнцу, самому крупному из них.

Сила тяготения, к слову, аналогичным образом работает и на Земле. Вспомните, например, что происходит с теннисным мячиком, брошенным в воздух. Он падает, притягиваясь к поверхности нашей планеты.

Понимая принцип стремления планет к Солнцу, возникает очевидный вопрос: почему они не падают на поверхность звезды, а движутся вокруг нее по собственной траектории.

И этому также имеется вполне доступное объяснение. Все дело в том, что Земля и другие планеты пребывают в постоянном движении. И, чтобы не вдаваться в формулы и научные разглагольствования, приведем еще один простой пример. Вновь возьмем теннисный мяч и представим, что вы смогли бросить его вперед с такой силой, которая недоступна никому из людей. Этот мяч будет лететь вперед, продолжая падать вниз, притягиваясь к Земле. Однако Земля, как вы помните, имеет форму шара. Таким образом, мяч сможет летать вокруг нашей планеты по определенной траектории бесконечно, притягиваясь к поверхности, но двигаясь так быстро, что траектория его движения будет постоянно огибать окружность земного шара.

Аналогичная ситуация происходит и в Космосе, где всё и все вращаются вокруг Солнца. Что же касается орбиты каждого из объектов, то траектория их движения зависит от скорости и массы. А эти показатели у всех объектов, как вы понимаете, разные.

Вот почему Земля и другие планеты движутся вокруг Солнца, и никак иначе.

Наше планета пребывает в постоянном движении, она вращается вокруг Солнца и собственной оси. Земная ось - воображаемая линия, проведенная от Северного к Южному полюсу(они при вращении остаются без движения) под углом в 66 0 33 ꞌ по отношению к плоскости Земли. Люди не могут заметить момент вращения, потому что все предметы движутся параллельно, их скорость такая же. Это выглядело бы точно также, как если бы мы плыли на корабле и не замечали движение предметов и объектов на нем находящихся.

Полный оборот вокруг оси завершается в течении одних звездных суток, состоящих из 23 часов 56 минут и 4 секунд. За этот промежуток то одна, то другая сторона планеты поворачивается к Солнцу, получая от него различное количество тепла и света. Помимо этого вращение Земли вокруг оси влияет на её форму (приплюснутые полюса - результат вращения планеты вокруг оси) и на отклонение при движении тел в горизонтальной плоскости (реки, течения и ветра Южного полушария отклоняются влево, Северного - вправо).

Линейная и угловая скорость вращения

(Вращение Земли )

Линейная скорость вращения Земли вокруг оси - 465 м/с или 1674 км/час в зоне экватора, по мере отдаления от него скорость постепенно замедляется, на Северном и Южном полюсах она равна нулю. Например, для граждан экваториального города Кито (столица Эквадора в Южной Америке) скорость вращения как раз 465 м/с, а для москвичей, живущих на 55-ой параллели к северу от экватора, - 260 м/с (почти в два раза меньше).

Ежегодно скорость вращения вокруг оси снижается на 4 миллисекунды, что связано с влиянием Луны на силу морских и океанических отливов и приливов. Притяжение Луны «тянет» воду в направлении, противоположном к осевому вращению Земли, образуя незначительную силу трения, замедляющую скорость вращения на 4 миллисекунды. Скорость углового вращения остается везде одинаковой, её значение - 15 градусов в час.

Почему день сменяется ночью

(Смена дня и ночи )

Время полного оборота Земли вокруг оси - одни звездные сутки (23 часа 56 минут 4 секунды), за этот временной промежуток освещенная Солнцем сторона сначала находится «во власти» дня, теневая - ночи, а затем наоборот.

Если Земля вращалась бы по другому и одна её сторона была постоянно повернута к Солнцу, то там бы была высокая температура (до 100 градусов Цельсия) и вся вода бы испарилась, на другой бы стороне - наоборот свирепствовали морозы и вода находилась под толстым слоем льда. И первые, и вторые условия были бы неприемлемы для развития жизни и существования человеческого вида.

Почему сменяются времена года

(Смена времен года на Земле )

Вследствие того что ось наклонена по отношению к земной поверхности под определенным углом, её участки получают в разное время различное количество тепла и света, что обуславливает смену времен года. По астрономическим параметрам, необходимым для определения времени года, за точки отсчета берут некоторые моменты времени: для лета и зимы это Дни солнцестояния (21 июня и 22 декабря), для весны и осени - Равноденствия (20 марта и 23 сентября). С сентября по март Северное полушарие повернуто к Солнцу меньшее количество времени и соответственно получает меньше тепла и света, здравствуй зимушка-зима, Южное полушарие в это время получает много тепла и света, да здравствует лето! Проходит 6 месяцев и Земля переходит на противоположную точку своей орбиты и уже Северное полушарие получает больше тепла и света, дни становятся длиннее, Солнце поднимается выше - наступает лето.

Если бы Земля располагалась по отношению к Солнцу исключительно в вертикальном положении, то времен года вообще бы не существовало, ведь все точки на освещенной Солнцем половине получали бы одинаковое и равномерное количество тепла и света.

Вряд ли стоит объяснять явление электромагнитной индукции. Суть закона Фарадея известна любому школьнику: при движении проводника в магнитном поле амперметр регистрирует ток (рис. А).

Но в природе существует еще одно явление индукции электрических токов. Чтобы зафиксировать его, проделаем несложный опыт, показанный на рисунке Б. Если перемешать проводник не в магнитном, а в неоднородном электрическом поле, в проводнике тоже возбуждается ток. ЭДС индукции в данном случае обусловлена скоростью изменения потока напряженности электрического поля. Если мы изменим форму проводника - возьмем, скажем, сферу и будем вращать ее в неоднородном электрическом поле,- то и в ней обнаружится электрический ток.

Следующий опыт. Пусть три токопроводящих сферы разного диаметра изолированно помещены друг в друга наподобие матрешек (рис. 4а). Если мы начнем вращать этот многослойный шар в неоднородном электрическом поле, то обнаружим ток не только во внешнем, но и во внутренних слоях! А ведь, по установившимся представлениям, электрического поля внутри токопроводящей сферы быть не должно! Однако приборы, регистрирующие эффект, беспристрастны! Причем при напряженности внешнего поля 40-50 В/см напряжение тока в сферах довольно высоко - 10-15 кВ.

Рис.Б-Е. Б - явление электрической индукции. (Оно в отличие от предыдущего вряд ли известно широкому кругу читателей. Эффект исследован А. Комаровым в 1977 году. Через пять лет была подана заявка во ВНИИГПЭ и получен приоритет на открытие). Е - неоднородное электрическое поле. В формуле использованы обозначения: ε - эдс электрической индукции, с - скорость света, N - поток напряженности электрического поля, t - время.

Отметим и такой результат опытов: при вращении шара в восточном направлении (то есть так же, как вращается наша планета ) у него появляются магнитные полюса, по расположению совпадающие с магнитными полюсами Земли (рис. За).

Суть следующего опыта показана на рисунке 2а. Токопроводящие кольца и сфера расположены так, что их оси вращения расцентрованы. При вращении обоих тел в одну и ту же сторону в них индуцируется электрический ток. Он существует и между кольцом и шаром, которые представляют собой безразрядный сферический конденсатор. Причем для появления токов никакого дополнительного внешнего электрического поля не требуется. Нельзя приписать этот эффект и внешнему магнитному полю, поскольку за счет его направление тока в сфере получилось бы перпендикулярным к тому, которое обнаруживается.

И последний опыт. Поместим токопроводящий шар между двумя электродами (рис. 1а). При подаче на них напряжения, достаточного для ионизации воздуха (5-10кВ), шар начинает вращаться и в нем возбуждается электрический ток. Вращающий момент в данном случае обусловлен кольцевым током ионов воздуха вокруг шара и переносным током - движением отдельных точечных зарядов, осевших на поверхности шара.

Все перечисленные опыты можно провести в школьном физическом кабинете на лабораторном столе.

А теперь представьте, что вы гигант, соизмеримый с Солнечной системой, и наблюдаете опыт, длящийся уже миллиарды лет. Вокруг желтого светила летит по своей орбите наша голубая планета . Верхние слои ее атмосферы (ионосфера), начиная с высоты 50-80 км, насыщены ионами и свободными электронами. Они возникают под действием солнечной радиации и космического излучения. Но концентрация зарядов на дневной и ночной сторонах неодинакова. Она гораздо больше со стороны Солнца. Разная плотность зарядов между дневной и ночной полусферами есть не что иное, как разность электрических потенциалов.

Вот мы и подошли к разгадке: «Почему же вращается Земля?» Обычно самым распространенным ответом было: «Это ее свойство. В природе все вращается - электроны, планеты, галактики...». Но сравните рисунки 1а и 1б, и вы получите ответ более конкретный. Разность потенциалов между освещенной и неосвещенной частями атмосферы порождает токи: кольцевой ионосферный и переносной по поверхности Земли. Они-то и крутят нашу планету.

Кроме того, известно - атмосфера и Земля вращаются практически синхронно. Но их оси вращения не совпадают, потому что на дневной стороне ионосфера прижата к планете солнечным ветром. В результате Земля вращается в неоднородном электрическом поле ионосферы. Теперь сравним рисунки 2а и 2б: во внутренних слоях земной тверди должен течь ток, обратный по направлению ионосферному,- механическая энергия вращения Земли преобразуется в электрическую. Получается планетарный электрогенератор, который приводится в действие солнечной энергией.

Рисунки 3а и 3б подсказывают, что кольцевой ток в недрах Земли - главная причина ее магнитного поля. Кстати, теперь понятно, почему оно ослабевает во время магнитных бурь. Последние - следствие солнечной активности, которая увеличивает ионизацию атмосферы. Кольцевой ток ионосферы усиливается, его магнитное поле растет и компенсирует земное.

Наша модель позволяет ответить еще на один вопрос. Почему происходит западный дрейф мировых магнитных аномалий? Он составляет примерно 0,2° в год. Мы уже упоминали о синхронном вращении Земли и ионосферы. На самом деле это не совсем так: между ними есть некоторое проскальзывание. Наши расчеты показывают: если ионосфера за 2000 лет сделает на один оборот меньше, чем планета , мировые магнитные аномалии будут иметь существующий дрейф на запад. Если же на один оборот больше - сменится полярность геомагнитных полюсов, а магнитные аномалии начнут дрейфовать на восток. Направление тока в земле определяется положительным или отрицательным проскальзыванием между ионосферой и планетой.

Вообще, анализируя электрический механизм вращения Земли, обнаруживаем странное обстоятельство: тормозящие силы космоса ничтожно малы, «подшипников» у планеты нет, а по нашим расчетам, на ее вращение расходуется мощность порядка 10 16 Вт! Без нагрузки такая динамо-машина должна пойти вразнос! Но это не происходит. Почему? Ответ напрашивается один - из-за сопротивления пород земли, по которым идет электрический ток.

В каких же геосферах он в основном протекает и в чем, помимо геомагнитного поля, проявляется?

Заряды ионосферы взаимодействуют в первую очередь с ионами Мирового океана, и, как известно, в нем действительно есть соответствующие токи. Еще один результат такого взаимодействия - глобальная динамика гидросферы. Чтобы пояснить ее механизм, приведем пример. В промышленности применяются электромагнитные устройства для перекачки или перемешивания жидких расплавов. Это делают бегущие электромагнитные поля. Подобным образом перемешиваются и воды океана, но здесь работает не магнитное, а электрическое поле. Однако в своих работах академик В. В. Шулейкин доказал, что токи Мирового океана создавать геомагнитное поле не могут.

Значит, его причину надо искать глубже.

Океаническое дно, называемое литосферным слоем, слагается в основном из пород с большим электрическим сопротивлением. Здесь главный ток индуцироваться тоже не может.

А вот в следующем слое - в мантии, которая начинается с очень характерной границы Мохо и обладает хорошей электропроводимостью,- могут наводиться значительные токи (рис. 4б). Но тогда они должны сопровождаться термоэлектрическими процессами. Что же наблюдается в действительности?

Внешние слои Земли до половины ее радиуса находятся в твердом состоянии. Однако именно из них, а не из жидкого ядра Земли поступает расплавленная порода вулканических извержений. Есть основания полагать, что жидкие участки верхней мантии разогреты электрической энергией.

Перед извержением в вулканических районах происходит целая серия подземных толчков. Отмечаемые при этом электромагнитные аномалии подтверждают, что толчки имеют электрическую природу. Извержение сопровождается каскадом молний. Но самое главное график активности вулканов совпадает с графиком солнечной активности и коррелируется со скоростью вращения Земли, изменение которой автоматически приводит к увеличению индукционных токов.

А вот что установил академик Азербайджанской АН Ш. Мехтиев: грязевые вулканы в различных регионах мира оживают и прекращают действие почти одновременно. И здесь активность солнца совпадает с вулканической.

Вулканологи знакомы и с таким фактом: если менять полярность на электродах прибора, замеряющего сопротивление вытекающей лавы, то его показания меняются. Это можно объяснить тем, что кратер вулкана обладает потенциалом, отличным от нуля,- опять проявляется электричество.

А сейчас коснемся еще одного катаклизма, который, как мы увидим, тоже имеет связь с предлагаемой гипотезой планетарной динамо-машины.

Известно, что непосредственно перед землетрясениями и во время них изменяется электрический потенциал атмосферы, однако механизм этих аномалий до сих пор не изучен. Зачастую перед толчками светится люминофор, искрят провода, выходят из строя электрические сооружения. Например, при ташкентском землетрясении сгорела изоляция кабеля, тянувшегося к электроду на глубине 500 м. Предполагается, что электрический потенциал грунта вдоль кабеля, вызвавший его пробой, был от 5 до 10 кВ. Кстати, геохимики свидетельствуют, что подземный гул, свечение неба, смена полярности электрического поля приземной атмосферы сопровождаются непрерывным выделением озона из недр. А это в сущности ионизированный газ, который возникает при электрических разрядах. Такие факты заставляют говорить о существовании подземных молний. И снова активность сейсмичности совпадает с графиком солнечной активности...

О существовании электрической энергии в недрах земли знали еще в прошлом веке, не придавая ей большого значения в геологической жизни планеты. Но вот несколько лет назад японский исследователь Сасаки пришел к выводу, что главная причина землетрясений не в подвижках тектонических плит, а в количестве электромагнитной энергии, которую земная кора аккумулирует от солнца. Толчки, по утверждениям Сасаки, возникают, когда накопленная энергия превышает критический уровень.

Что же, на наш взгляд, представляет собой подземная молния? Если ток идет по проводящему слою, плотность зарядов по его сечению примерно одинаковая. Когда же разряд пробивает диэлектрик, ток устремляется по очень узкому каналу и подчиняется не закону Ома, а имеет так называемую S-образную характеристику. Напряжение в канале остается постоянным, а ток достигает колоссальных величин. В момент пробоя все вещество, охваченное каналом, переходит в газообразное состояние - развивается сверхвысокое давление и происходит взрыв, ведущий к колебаниям и разрушениям пород.

Силу взрыва молнии можно наблюдать при ее попадании в дерево - ствол разлетается в щепки. Специалисты используют ее для создания электрогидравлического удара (эффект Юткина) в различных устройствах. Ими дробят крепкие породы, деформируют металлы. В принципе механизм землетрясения и электрогидравлического удара подобны. Разница же - в мощности разряда и в условиях выделения тепловой энергии. Массивы горных пород, имея складчатое строение, становятся исполинскими сверхвысоковольтными конденсаторами, которые могут несколько раз перезаряжаться, что и приводит к повторным потрясениям. Иногда заряды, пробиваясь на поверхность, ионизируют атмосферу - и возникает свечение неба, обжигают почву - и происходят пожары.

Теперь, когда в принципе генератор Земли определен, хотелось бы затронуть его возможности, полезные для людей.

Если вулкан работает на электрическом токе, то можно отыскать его электрическую цепь и переключить ток на свои нужды. По мощности один вулкан заменит примерно сотню крупных электростанций.

Если землетрясение обусловлено накоплением электрических зарядов, то их можно использовать как неисчерпаемый экологически чистый источник электроэнергии. А в результате ее «перепрофилирования» с зарядки подземных молний на мирный труд уменьшится сила и количество землетрясений.

Настало время комплексного, целенаправленного изучения электрического строения Земли. Упрятанные в ней энергии колоссальны, и они способны как осчастливить человечество, так и, в случае неведения, привести к катастрофе. Ведь при поисках полезных ископаемых уже активно применяют сверхглубокое бурение. В некоторых местах штанги буров могут пронзить наэлектризованные слои, произойдут короткие замыкания, нарушится естественный баланс электрических полей. Кто знает - каковы будут последствия? Возможно и такое: по металлической штанге пойдет огромный ток, который превратит скважину в искусственный вулкан. Было нечто подобное...

Не вдаваясь пока в подробности, заметим, что тайфуны и ураганы, засухи и наводнения, по нашему мнению, также связаны с электрическими полями, в расстановку сил которых все больше и больше вмешивается человек. Чем завершится такое вмешательство?