Реконструкция карты Гекатея, созданной на основе карты Анаксимандра. Это древнейшее из дошедших до нас изображений ойкумены - мира, известного древним.
* * *
ЗЕМЛЯ В КОСМОЛОГИЧЕСКИХ МИФАХ
Все древние народы (вавилоняне, египтяне, китайцы, греки, американские индейцы и другие) в своих мифах о происхождении мира представляли Землю более или менее плоской. По их верованиям, Земля покоилась в океане, висела в воздухе или находилась на спине огромного мифологического существа.
Для вавилонян Земля была плоским диском, который плавал на поверхности океана и был покрыт небесным сводом - металлической полусферой, на которой располагались звезды. Над небесным сводом находились высшие воды, которые иногда просачивались сквозь него, и тогда на Земле шел дождь. В африканских мифах Земля покоилась на змее, плавающей в океане.
Индусы считали, что Землю поддерживают четыре слона, стоящие на огромной черепахе, которая также плавает в океане. Египтяне и китайцы считали, что земля имеет прямоугольную форму и плавает в воде, а небесный свод покоится на двух горных цепях или четырех горах, находящихся в углах мира.
В мифах индейцев майя и других американских культурах мир изображался в виде плоского прямоугольного листа, над которым находилось небо, образованное тринадцатью наложенными друг на друга горизонтальными плоскостями. На вершине этой пирамидальной структуры восседало главное божество. Под землей находился подземный мир, состоявший из девяти горизонтальных слоев, расположенных в форме перевернутой пирамиды. Вертикально расположенные плоские миры, параллельные друг другу, описываются и в буддийской космологии.
* * *
Древнегреческому математику и философу Пифагору (ок. 570 года до н. э. - ок. 500 года до н. э.), пусть и не безоговорочно, приписывают авторство гипотезы о шарообразной форме Земли. Неизвестно, на чем была основана его гипотеза: на физических наблюдениях или философских рассуждениях (философы считали шар самой совершенной из фигур, следовательно, наша планета, населенная людьми и сотворенная богами, должна была иметь форму шара). Платон в своем диалоге "Федон, или О бессмертии души" также упоминает, что земля имеет форму шара. Но раньше всех эту гипотезу излагает Аристотель в трактате "О небе", приводя при этом некоторые физические и логические аргументы в ее пользу. Он же первым заговорил о радиусе Земли: "Все математики, которые пытаются вычислить размер окружности Земли, говорят, что он равен 400000 стадиев".
Впрочем, размеры земного шара мы обсудим в следующей главе.
Прямые доказательства сферической формы Земли
Так как приведенные Аристотелем аргументы в пользу того, что Земля имеет форму шара, верны и сегодня, мы можем с их помощью ответить на вопрос, заданный в начале главы: каковы же прямые доказательства того, что Земля круглая? Посмотрев на небо, мы, подобно древним грекам, обнаружим первое доказательство этому: небесные тела - Солнце, Луна и планеты - имеют круглую форму. Тень, которую отбрасывает Земля на Луну во время лунного затмения, также круглая.
Лунные затмения предоставляют еще одно доказательство, пусть и не столь очевидное: они наблюдаются во всех частях Земли в один и тот же день, но в разное время. Чем дальше на восток находится наблюдатель, тем позже он увидит затмение. Так, максимальная фаза полного лунного затмения, произошедшего ночью с 20 на 21 февраля 2008 года, наблюдалась в 3 часа 26 минут по мировому времени (то есть по времени Гринвичского меридиана). Следовательно, полное лунное затмение в Испании, Франции, Алжире и Ливии наблюдалось 21 февраля в 4:26, в Англии, Мавритании и Сенегале - в 3:26, в Гренландии, на Атлантическом побережье Бразилии и в Аргентине - в 0:26, на Атлантическом побережье США, в Колумбии и Эквадоре - в 22:46 днем раньше, а в Мексике и центральной части США - в 21:26. Если бы Земля была плоской, лунные затмения наблюдались бы во всех ее частях в одно и то же время, ведь в этом случае время во всех ее частях было бы одинаковым. Это связано с тем, что время на Земле определяется в зависимости от положения солнца на небе. Полдень, то есть период, когда Солнце находится выше всего над горизонтом, в разных частях Земли наступает в разное время, так как Земля круглая, но если бы наша планета была плоской, полдень везде наступал бы одновременно.
На небе можно увидеть еще одно, очень убедительное доказательство: когда путешественник движется на север, звезды и созвездия смещаются на юг и постепенно скрываются за горизонтом. При этом на севере постепенно появляются другие звезды, которые путешественник никогда не смог бы увидеть в начальной точке своего вояжа. Так, если мы находимся в Южном полушарии, Полярная звезда будет нам не видна. Но когда мы начнем двигаться на север и пересечем экватор, она появится над горизонтом и постепенно будет подниматься все выше и выше. Когда мы достигнем Северного полюса, Полярная звезда окажется точно у нас над головой.
В плоском мире этого бы не произошло - во всех его уголках на небе были бы видны одни и те же созвездия.
Путешественник, который находится в Южном полушарии, не сможет увидеть Полярную звезду (а). Если он начнет двигаться на север, то в момент пересечения экватора (b). Полярная звезда взойдет над горизонтом. Если путешественник продолжит двигаться на север, то увидит, как Полярная звезда поднимается все выше и выше. Так, над Северным тропиком, широта которого равна 23,5°, Полярная звезда расположена под углом 23,5° к горизонту (с). На Северном полюсе путешественник увидит Полярную звезду точно над головой (d).
Если мы опустим взгляд и сфокусируем его на горизонте, то также увидим доказательства того, что Земля круглая (лучше всего при этом находиться на побережье или на корабле в открытом море). Мы увидим, что линия горизонта искривляется к краям - в плоском мире она не была бы так искривлена.
Но вот вам и самое убедительное и неоспоримое доказательство того, что Земля круглая. Допустим, что мы стоим на пляже и смотрим, как парусник движется от нас в сторону горизонта. Если бы Земля была плоской, парус становился бы все меньше и меньше, пока не стал бы совершенно неразличимым. Но в действительности так не происходит: когда корабль уплывает вдаль, сначала из виду пропадает его корпус, затем - палуба, паруса и, наконец, вершина самой высокой мачты с маленьким флагом, развевающимся на ветру. Причина этому - кривизна земного шара. Мы наблюдаем подобную картину, когда смотрим, как путник скрывается за холмом: сначала из вида пропадают его ноги, затем - туловище и, наконец, голова. Более того, именно благодаря этому эффекту горизонт выглядит как тонкая линия между морем и небом - если бы Земля была плоской, зона между морем и небом была бы нечеткой, и различить линию горизонта было бы нельзя.
* * *
НА КАКОМ РАССТОЯНИИ НАХОДИТСЯ ГОРИЗОНТ?
Когда мы перестаем видеть флаг на вершине мачты корабля, уходящего в море? Ответить на этот и другие подобные вопросы поможет знаменитая теорема Пифагора: "В прямоугольном треугольнике с катетами а и b и гипотенузой с выполняется равенство с = а + Ь".
Сначала узнаем, на каком расстоянии от нас находится горизонт. Для этого предположим, что глаза наблюдателя, который смотрит на линию, разделяющую небо и море, находятся на высоте h = 1,70 м. Так как свет распространяется прямолинейно, то линия зрения, обращенная к горизонту, будет касательной к Земле. Учитывая, что, согласно простой теореме геометрии, "касательная к окружности перпендикулярна ее радиусу, проведенному в точку касания" (см. рис. на следующей странице), имеем прямоугольный треугольник, катетами которого будут линия зрения, направленная к горизонту (обозначим длину этого катета через d), и радиус Земли R (будем рассматривать радиус на экваторе, равный 6378137 м). Гипотенузой треугольника будет отрезок, соединяющий глаза наблюдателя с центром Земли. Длина гипотенузы равна R + h. По теореме Пифагора получим, что расстояние до горизонта равно почти 5 км:
