Астрономия на пальцах. Для детей и родителей, которые хотят объяснять детям

В общем, нет никакого «неба» как равноудаленного экрана. Но, несмотря на это, звездное небо, конечно, потрясает! Звездное южное небо, если вам повезет его увидеть во всей красе, то есть вдалеке от городов и поселков, мешающих разглядеть звезды (свет городских фонарей забивает слабый свет звезд), производит сильное впечатление… Вот так ляжешь на теплую землю или расстеленное одеяло, а над тобой… просто черт знает что творится! Безбрежное. Беспредельное. Черное. Усеянное неисчислимой бриллиантовой пылью, мириадами звезд, каждая из которых – как наше Солнце. Или побольше. Или поменьше. Звезд во Вселенной миллионы, миллиарды, триллионы, биллионы… Да нет, наверное, даже названия у такого числа, сколько есть звезд во Вселенной! И вокруг миллиардов, триллионов из них крутятся планеты. Причем, на некоторых планетах наверняка тоже есть жизнь. И оттуда на нас тоже кто-то смотрит, точно так же поражаясь безбрежности мироздания.

Оно подавляет и восхищает одновременно. Оно страшное и прекрасное. Глядя на звездное ночное небо, чувствуешь себя ничтожной песчинкой в пустыне, каплей в океане. Да есть ли вообще на свете более впечатляющее зрелище, чем ночное звездное небо?! Ну, кроме мультфильмов и компьютерных игр, конечно…

Короче, если вы ребенок, вы просто обязаны обратиться к родителям с непреложным требованием: обеспечить вам просмотр настоящего полноформатного звездного неба вдали от паразитных городских засветок. Где-нибудь в далекой южной степи, возле юрты. Вот так чтобы лечь на спину – и охренеть!..

Поверьте, дети мои, это одно из самых удивительных и прекрасных зрелищ в жизни, мамой клянусь!

Ладно, к звездам мы еще вернемся, а теперь поговорим о планетах. Но прежде сделаем небольшое уточнение – вопреки сказанному чуть ранее, не все планеты кружатся вокруг звезд! Некоторые маленькие планетки крутятся вокруг других планет, и их называют обычно не планетами, а спутниками. У Земли тоже есть такой спутник. Вы его прекрасно знаете. Спутник Земли называется Луна. Луна крутится вокруг Земли и радует нас по ночам своим прекрасным видом. Луна желтая, похожа на большую головку круглого сыра и прекрасно смотрится, не правда ли? Если нужно идти куда-то ночью, а фонарей нет и Луна тучками не закрыта, лунный свет нам подсветит дорогу.

Кстати, сразу вопрос!

А почему Луна, которая не звезда, а планетка, все равно светится, ведь светиться могут только звезды, а планеты твердые и холодные?

Сразу ответ!..

Планеты светятся отраженным светом. Свет от звезды падает на планету и отражается от нее так же, как солнечный луч от зеркала. Только похуже. Если от зеркальца отражается практически весь свет, который на него падает, то планеты никто специально отражающим слоем не покрывал.

В астрономии отражающая способность тела называется альбедо. Альбедо – это число, показывающее, какую часть падающего на него света отразило небесное тело. Альбедо Луны7 %, это значит, что всего7 % от падающего на нее света Луна отражает. Потому что лунный грунт,называемый реголитом,довольно темный. Но тем не менее этих 7 процентов отраженного света хватает, чтобы ночью нам дорожку осветить.

Земля в этом смысле более разнообразна, она не покрыта вся темным грунтом – за Земле есть моря, горы, льды, облака, зеленые леса, пустыни, черноземные пашни, снежные равнины… И у всего этого, как вы понимаете, разная отражающая способность. Чернозем плохо отражает свет, он потому и черный. А вот снег отлично отражает белый солнечный свет, оттого, собственно говоря, он и кажется нам белым. Альбедо снега, в зависимости от его чистоты – от 70 % до 90 %. У лесов и зеленеющих полей альбедо примерно 15–20 %… Ну, а в среднем наша планета обладает альбедо, равным 39 %. То есть отражает солнечный свет гораздо лучше, чем ее естественный спутник Луна. Поэтому ночью на Луне от Земли светлее, чем на Земле от Луны. На Земле все-таки темновато ночью, согласитесь, приходится фонари включать.

Но есть хорошая идея! Ее в свое время выдвинул мой добрый знакомый и веселый друг московский профессор Нурбей Гулиа. Он предложил с помощью ракет присыпать всю видимую поверхность Луны тончайшим слоем меловой пудры. Альбедо обычного школьного мела – 85 %. То есть вместо 7 % падающего на нее света Луна будет отражать 85 % – во много раз больше! Представляете, как светло станет ночью! В полнолуние и при безоблачной погоде можно будет экономить на городском освещении, отключая уличные фонари.

Кстати, а что такое полнолуние?

Правильный вопрос! Полнолуние – это когда мы видим полную Луну. То есть круглую. Она ведь таковой бывает не всегда. Порой Луну вообще не видно (этот период называют новолунием), а в другое время Луна представляет собой месяц – серпик или рогалик, повернутый в ту или иную сторону. Почему так?

Это зависит от положения Луны относительно Земли.

Когда Луна расположена между Землей и Солнцем (1), мы с Земли ее не видим, потому что освещена «спинка» Луны, а та часть, которая к нам повернута, не освещена. В случае (5) мы видим полную Луну. Остальные случаи – промежуточные, в них мы видим только часть Луны – ту, на которую попадает солнечный свет.

Теперь нам осталось пройти еще пару-тройку самых элементарных вещей, чтобы понять устройство мира в целом и далее уже приступить к рассмотрению подробностей мироустройства – удивительных и загадочных…

Почему бывают день и ночь? Потому что Земля вращается вокруг своей оси, как курица вокруг гриля, подставляя к Солнышку для прожарки то одну свою сторону, то другую. Та сторона, на которую проливается солнечный свет – дневная, а та, которая от звезды отвернулась – ночная. Ночью мы видим на небе другие солнца, очень далекие от нас, потому кажущиеся нам маленькими светящимися точечками. А днем мы звезд не видим, поскольку наше Солнце «заглушает» далекий и потому слабый свет других звезд. Помните, выше мы говорили, что свет городов ночью засвечивает звезды, делая их невидимыми? Тот же эффект!

Существует легенда, будто можно обхитрить Солнце, убрав с неба боковую засветку, и днем увидеть звезды, для чего нужно спуститься на дно пересохшего глубокого колодца и поднять голову кверху. И тогда, типа, вы увидите на небе звезды даже днем, правда, немного – ровно столько, сколько позволит далекое и маленькое колодезное устье. Увы! Это всего лишь миф. Кроме яркого пятнышка неба вы не увидите ничего. Придется вылезать из колодца и ждать ночи…

В общем, с днем и ночью мы прекрасно разобрались. Земля вращается вокруг себя, как волчок, совершая полный оборот за 24 часа (сутки) и поворачиваясь к «фонарю» то тем местом, где мы с вами живем, то Америкой. Когда у нас день, у американцев ночь и наоборот. Так им и надо!..

И вот тут внимательно наблюдающий за бытием правильный ребенок может спросить дядю-автора:

– Дядя!

– Что?

– Если зимой и летом продолжительность суток одинакова, то есть Земля совершает полный оборот вокруг своей оси за 24 часа, почему тогда зимой дни короткие, а ночи длинные, а летом наоборот – дни очень длинные, темнеет поздно, а уже в 4 утра совсем светло и можно сесть с родителями на машину пораньше, чтобы успеть совершить длинный перегон куда-нибудь поближе к югу или в деревню к бабушке? Ночи-то летом совсем короткие. А зимой – ужас: только занятия в школе закончатся, только домой вернулся, а уже за окном смеркается. Почему такое?

Круг (слева) и эллипс (справа). Все планеты вращаются вокруг Солнца по эллипсам. Латинскими буквами F показаны два фокуса эллипса. О них – в тексте.

А потому такое, дорогие мои пытливые друзья, что Земля вращается не только вокруг собственной оси, но и вокруг Солнца. Кстати, заодно признаюсь, что вращается она не по круговой орбите, а по эллипсу. Чем эллипс отличается от окружности, видно на рисунке.

Причем Солнце находится не в серединочке, а в одном из фокусов эллипса… Ой, стойте, а что такое фокус эллипса?!. Действительно, и на этот промежуточный вопрос придется ответить. Фокус, друзья мои, – та точка, куда линза или кривое зеркало в виде части эллипса направляет (фокусирует) падающие на него солнечные лучи. С линзой понятно. Кто в детстве не поджигал бумажки, фокусируя в одну яркую точку солнечные лучи через линзу? С зеркалом примерно то же самое! Если взять кусочек эллипсоида и направить на него параллельные лучи, он их сфокусирует в точку, как на рисунке выше.

Эллипс умеет показывать фокусы! Зеркало в виде половинки эллипса соберет падающие лучи в точку фокуса.

Понятно, что орбита планеты – это никакое не зеркало, это просто воображаемая линия, траектория движения и никаких лучей потому не собирает, и разговор о фокусе у нас тут чисто теоретический – просто для того, чтобы точнее обозначить ту точку внутри орбиты, вокруг которой происходит вращение планеты. Эта точка, в которой орбита концентрировала бы лучи, если бы она была зеркалом, как на рисунке выше.

То есть Земля, двигаясь по эллиптической орбите, то подлетает к Солнцу, находящемуся в точке F

, то удаляется от него. Вы, наверное, думаете, что, когда земной шар подлетает поближе к «печке», наступает лето, а когда улетает от обогревающей звезды подальше, получается зима? Идея красивая. Но неправильная! Если бы время года зависело от близости планеты к светилу, лето или зима наступали бы на всей планете одновременно. А у нас не так, у нас когда в северном полушарии лето, в южном зима. И наоборот.

Потому что зима и лето получаются по другой причине.

Дело в том, что Земля вращается «криво» – завалившись на бочок. Плоскость, в которой наша планета крутится вокруг Солнца, называется плоскостью эклиптики. Так вот, ось вращения Земли не перпендикулярна плоскости эклиптики. Она завалена на 23,5 градуса.

Вот так, как на первом рисунке, наверное, могла бы быть направлена ось вращения планеты. И тогда не было бы смены времен года. Но планетка наша маленечко завалилась на бочок и вертится как на втором рисунке.

Кстати, все остальные планеты вращаются вокруг Солнца в той же самой плоскости эклиптики, что и наша Земля, а не вразнобой. Почему так получилось, мы разберемся позднее.

Планеты, наверное, могли бы вращаться вокруг Солнца так, как показано на первом рисунке. Но на самом деле они вращаются как на втором – в одной плоскости, называемой плоскостью эклиптики.

Ну а почему же меняются времена года?

А потому, что любая юла стремится сохранить свою ось вращения в пространстве, Земля ее и сохраняет. То есть она то поворачивается к звезде своей макушкой, то отворачивается от нее. Макушка – это северное полушарие. Когда оно повернуто к Солнышку, в северном полушарии лето. А когда Земля больше повернута к Солнцу своей «нижней» стороной, то есть южным полушарием, лето случается там.

Таким образом, у нас, в Северном полушарии, лето в июне, июле, августе, а в Южном полушарии лето в декабре, январе, феврале.

Из рисунка все ясно и без объяснений: повернулась Земля к Солнцу макушкой, значит, больше обогревается макушка, там лето. А если попку подставила, значит, на попке лето!

Между прочим, у разных планет разные наклоны оси вращения по отношению к плоскости эклиптики, но об этом мы поговорим, когда начнем рассказ о планетах, метеоритах, астероидах и кометах.

А сейчас нам нужно завершить самый общий обзор мироздания.

Итак, весь космос заполнен звездами, вокруг некоторых из которых болтаются планеты… А что такое «космос», кстати? Космос – это пустота. Мы привыкли, что нас окружает воздух. Но атмосфера – тонюсенький слой газа, который окружает нашу планету и которым мы дышим, – есть не у всех планет. На Луне, например, атмосферы нет, дышать там нечем. А некоторые планеты, напротив, состоят практически из одной атмосферы – это так называемые газовые гиганты – Юпитер, например. До сих пор неизвестно, есть ли у Юпитера твердое ядро.

Так вот, в космосе атмосферы нет. Там ничего нет!.. Правда, иногда, кроме звезд и планет, в космосе встречаются газовые туманности – облака очень разреженного газа, о чем мы также еще поговорим. В общем же и целом космос в межзвездных просторах пуст. Такое состояние называется вакуумом. Вакуум можно создать и на Земле, если из какого-нибудь сосуда полностью откачать воздух. Что в нем останется? Да ничего в нем не останется! Вот это ничего и «наполняет» всю Вселенную. (Это пока все, что вам нужно знать о вакууме. Потом мы присмотримся к пустоте поближе и поймем, что природа не терпит пустоты.)

Однако, звезды не рассыпаны по космической пустоте равномерно, как мак, замешанный в тесте. Они сгруппированы в особые скопления, которые именуются галактиками. Галактики бывают шарообразными, но чаще они плоско-спиральные и напоминают красивые вихри. Эти вихри – овеществленный след былой истории, истории возникновения нашего мира.

Одна из типичных спиральных галактик. «Развевающиеся» звездные «ленты» называют рукавами галактики.

Наша с вами галактика называется Млечный путь. Откуда такое название? Млечным путем окрестили выделяющуюся на ночном небе толстую полосу звезд. Она словно дорожка из молока, разлитая по черному небу. Это звездное сгущение – часть рукава нашей галактики, на который мы смотрим изнутри и видим его в виде звездно-млечной полосы. Поэтому и всю нашу галактику назвали Млечным путем. Все видимые нами на небе звезды принадлежат нашей галактике, а звезды других галактик мы невооруженным глазом видеть не можем, они слишком далеко. Мы можем видеть только сами галактики в виде пятнышек.

Фигурально выражаясь, звездная система, то есть звезда и кружащиеся вокруг нее планеты – это дом. Между квартирами в доме расстояния небольшие. А вот между домами – расстояния на порядок больше, чем между квартирами. Дома, как известно, объединяются в города. И между городами расстояния на порядок больше, чем между домами внутри одного города. Города в нашем примере – это галактики. Настоящие звездные города! Расстояния между ними много больше, чем расстояния между звездами в одной галактике.

Наш звездный город – Млечный путь – классическая спиральная галактика, типа той, что изображена на картинке выше. В нашей галактике 200 миллиардов звезд, а в диаметре она примерно квинтиллион километров… Но вообще-то астрономы не меряют космические расстояния километрами. Эта единица в силу своей малости у них не в ходу. Даже астрономические единицы, о которых мы говорили ранее, и то у них редко в обиходе встречаются: слишком уж мизерны. (Напомню: одна астрономическая единица – это 150 миллионов километров – расстояние от Земли до Солнца.) Астрономы меряют расстояния световыми годами и парсеками.

Световой год – это не единица времени, а именно расстояние – то, которое свет проходит за год. Как известно каждому мальчику и каждой девочке с самого младенчества, скорость света равна 300 000 км/сек. То есть если бы свет мог бегать по кругу, за секунду он пробежал бы вокруг Земли по экватору семь с половиной раз. Расстояние от Луны до Земли (384 тысячи км) свет преодолевает за чуть больше секунды. Расстояние от Солнца до Земли свет преодолевает за 8 минут. То есть мы видим Солнце таким, каким оно было 8 минут назад. А Луну – такой, какой она была секунду назад.