20 põhjust, miks me teame, et maa on sfääriline

Foto autor AJ Colores saidil Unsplash

Püüdes katta kõiki antud õppekava teemasid, keskenduvad õpetajad sageli rohkem tulemuste ja teooriate visandamisele; selle asemel, et viia meid rännakule avastama, kuidas teadus loodi põliste ideede, katsete ja sageli elegantse matemaatika abil. Üks probleem, milleni see viib, on see, et saame lõpuks teada mitmeid fakte ja valemeid, meenutamata, kuidas need avastati või miks need tõeks peavad.

Juba mitu aastat eksisteerinud teadmisi peetakse iseenesestmõistetavaks. Üks selline näide on teadmine, et Maa on sfääriline, mitte lame. Selles artiklis kasutatakse sõna "sfääriline" kergelt; Maa täpne kuju on oblaatne sfääriline kilp, teatud tüüpi ellipsoid.

Meie suurus Maa suhtes on kõvera märkimiseks liiga väike. Pisikesele olendile, kes on just õppinud Maa väikesel alal ringi kõndima, poleks kohe märku, et Maa on ümmargune. Kuid meie esivanemad kogusid järk-järgult tõendeid, mis olid vastuolus primitiivse arusaamaga, et Maa on tasane. See artikkel on reis läbi kõigi ideede ja tähelepanekute, mis viitavad sellele, et Maa on sfääriline.

1. Laevad ja silmapiir

Horisont on joon, kus Maa pind ja taevas näivad kohtuvat. Kui ära sõitvad laevad silmapiirini kaovad, teevad nad seda alt-üles. Ülaosa kaob hiljem, mis loob illusiooni, et laev uppub. Sarnaselt, kui laevad ilmuvad silmapiirilt, ilmub kõigepealt ülemine ja seejärel ülejäänud laev.

2. Me ei näe väga kaugel

Ütleme nii, et seisate selgel päeval Põhja-Ameerika läänerannikul. Ehkki näete taevas päikest ja kuud, mis asuvad üsna kaugel, ei saa te Jaapanit lääne poole vaadates näha. Põhjus, miks te ei näe nii kaugel Maal, on see, et valgus liigub sirgjooneliselt ega saa seetõttu Maa kõverat jälgida.

3. Nähtavus ja kõrgendatud alad

Paljud meremehed on teadlikud asjaolust, et kõrgendatud maa-alad on nähtavad suuremate vahemaade tagant kui vähem kõrged. Veelgi enam, kui keegi seisab kõrgendatud alal, on nad võimelised kaugemale nägema, võrreldes sellega, kui nad seisaksid madalamal. Nende vaatluste eest vastutab Maa kumerus.

4. Muud planeedid on sfäärilised

Merkuuri, Veenust, Marsi, Jupiteri ja Saturni saab kõik näha palja silmaga. 1781. aastal kasutas William Hershel oma teleskoobi abil Uraani liikumise jälgimist ja avastas, et see oli planeet, mitte täht, nagu varem arvati. Uraani orbiidi väikeste häiringute põhjal ennustati siis, et eksisteerib ka kaugem planeet. 1846. aastal avastati Neptuun just selle planeedina (varem arvati, et see on ka täht). Kui meie päikesesüsteemi teised planeedid võivad olla kerakujulised, siis miks peaksid meie omad olema teistsugused?

5. Enamik asju on sfäärilised

Plaadid pole mitte ainult sfäärilised, vaid ka tähed ja kuud. Tegelikult on loodusjõud sellised, et objektid kipuvad moodustama sfääre, olgu need siis taevakehad või lihtsalt seebimullid. Seebimullide korral põhjustab sfäärilise kuju pindpinevus, mis soovib muuta mull igas suunas väiksemaks. Kosmiliste objektide puhul üritab gravitatsioon aines kõigis suundades kokku kukkuda, kuna kõik aatomid tõmmatakse ühise raskuskeskme poole.

Kui sfääriline objekt pöörleb, tasandab pöörlemine keskelt välja, muutes kera laiemaks üle ekvaatori ja kitsamaks pooluste vahel. Selle põhjuseks on asjaolu, et kiire pöörlemise korral ületab tsentripetaaljõud gravitatsioonilise külgetõmbe, püüdes luua sfäärilist kuju. Maa on selle näide, sellest tulenevalt on olaatse sfääri kuju. Jupiter on meie päikesesüsteemi kõige kiiremini pöörlev planeet ja seetõttu on see lamedam kui Maa. Päike pöörleb aeglaselt, kuid on ka teisi tähti, mis pöörlevad kiiresti ja millel on ka lamestatud kuju. Kiire ketrus on ka põhjuseks, miks musta augu akrüülkettad, päikesesüsteemid ja galaktikad näitavad lamedaid kettakujusid.

6. Temperatuuri kõikumine ekvaatorilt poolustele

Maa on päikese suhtes kallutatud 23,5 kraadi. Põhjapoolkera on 6 kuud päikese poole kallutatud, lõunapoolkera aga eemale ja vastupidi. Järelikult, kui ekvatoriaalpiirkonnad saavad otsest päikesevalgust aastaringselt, veedavad polaaralad pool aastat päikesest eemal. See päikesevalguse kokkupuute erinevus põhjustab kõrgemat temperatuuri ekvaatorile lähemal.

Maa kalle selgitab ka päeval ja öösel äärmuslikku pikkust polaarkohtades. Kui päeva pikkus ekvaatoril on peaaegu täpselt 12 tundi, kuna ekvaator saab alati otsest päikesevalgust, siis päeva ja öö pikkust poolustel mõjutab Maa asukoht päikese suhtes.

Maa kalle on ka põhjus, et seal on neli aastaaega ning ekvaatorile lähenedes väheneb aastaaegade intensiivsus, kuni ekvaatoril pole neid üldse.

7. Maa pöörleb ümber päikese

Idee, et Maa pöörleb ümber päikese, pakkus esmakordselt välja 3. sajandil eKr Samose Aristarchus. Muistsed kreeklased olid selleks ajaks juba välja mõelnud, et Maa on ümmargune, ja olid isegi arvutanud Maa suuruse ning selle kauguse Päikesest ja Kuust. Kuid asjaolu, et Maa tiirleb ümber Päikese, võimaldab meil mitmel viisil järeldada, et Maa peab olema sfääriline. Näiteks päike tõuseb ja loojub. Kuna päike ei liigu Maa suhtes palju, peab Maa ise pöörlema ​​ümber oma telje, et päeva- ja öötsükkel oleks võimalik. Selleks, et Maa sel viisil ketraks, peab see olema ümmargune.

8. Pulgade varjud

Kaugemates kohtades vertikaalselt maasse pandud pulgadel on erineva pikkusega varjud. Iidsed kreeklased võrdlesid esimesena pulkade varje erinevates kohtades. Näiteks avastasid nad, et kui päike oli ühes kohas otse pea kohal, ei heitnud seal olev kepp peaaegu varju. Samal ajal heitis sealne kepp varju. Kui Maa oleks tasane, siis näeksid mõlemad pulgad sama varju, kuna nad oleksid päikese suhtes sama nurga all. Muistsed kreeklased mitte ainult ei järeldanud, et Maa peab olema ümmargune, vaid kasutasid ka varjamõõtmisi Maa ümbermõõdu arvutamiseks korraliku täpsusega.

9. Looded

Kuu gravitatsiooniline külgetõmbejõud põhjustab ookeanide välja paiskumist Kuu suunas. Punn tekib mõlemal pool kuud ja vastaskülg. Ehkki ei pruugi kohe ilmne olla, miks Kuu vastasküljel on mõhk, on põhjus selles, et ka Maa ise tõmmatakse Kuu poole ja seega kaugemal asuvast veest eemale. Kuna see toimub Maa pöörlemisel, tekivad looded. Eelkõige viib see iga päev kahe (kõrge) loodeni. Muidugi võib see juhtuda ainult siis, kui Maa on sfääriline.

10. Coriolise efekt

Maa pöörleb ekvaatori kohal kiiremini kui pooluste korral. Selle põhjuseks on asjaolu, et Maa on ekvaatori kohal laiem, nii et ekvaatori punkt peab teatud aja jooksul liikuma kaugemale, kui poolusel keerlev punkt.

Oletame, et olete püstitanud põhjapooluse püstoli, mis on suunatud sihtpunktile kuskil ekvaatoril. Kui eeldame, et relv on täiesti täpne, genereerib kuuli ekvaatorile jõudmiseks piisavalt jõudu, kui teel pole takistusi ja tuult pole, kas kuul tabab sihtmärki? Ilmselt mitte. Kuna sihtmärk asub ekvaatoril, liigub see relvast kiiremini ja kuul maandub arvatavasti kavandatud sihtmärgi poole. See näiline läbipaine on Coriolise efekt.

Tuul on nagu kuul. Näib, et see paindub põhjapoolkeral paremale ja lõunapoolkeral vasakule. Seetõttu keerlevad põhjapoolkera orkaanid ja muud tormid vastupäeva, lõunapoolkeral aga päripäeva.

Piloodid on Coriolise efektist teadlikud ja arvestavad seda pikamaalendude kaardistamisel. See tähendab, et enamus lennukeid ei lenda lähtepunktist sihtkohta sirgjooneliselt.

Coriolise efekt mängib rolli ka Maa magnetvälja olemasolus. Maa tuumas vedela raua voolavuse tagajärjel tekkivad magnetväljad on Coriolise efekti tõttu ühtlaselt joondatud samas suunas, mis põhjustab ühe Maad läbistava suure magnetvälja tekke.

Seetõttu on Maa magnetväli ja muud Coriolise efekti tagajärjed, näiteks tuule süsteemide voolu suund põhja- ja lõunapoolkeral, kõik Maa sfäärilise kuju tunnistused.

11. Gravitatsioon

Kui Maa oleks tasapinnaline, oleks selle massi keskpunkt tasapind ja raskusjõud tõmbaks pinnal selles suunas midagi. See tähendab, et kui seisate tasapinna serva lähedal, tõmbab gravitatsioon teid külje poole tasapinna keskosa poole.

12. Maa gravitatsioonivälja variatsioonid

Maa gravitatsioon on ekvaatoril pisut nõrgem kui poolustel. Sellel on kaks põhjust. Esiteks, kuna ekvaatori punkt pöörleb kiiremini kui pooluse koht, on ekvaatori lähedal asuvatel laiuskraadidel väljapoole suunatud tsentripetaaljõud suurem ja see tasakaalustab Maa gravitatsiooni rohkem. Teine põhjus on see, et Maa ekvatoriaalne mõhk (iseenesest ka tsentripetaalse jõu poolt põhjustatud) põhjustab ekvaatori objektidel Maa keskpunktist kaugemal kui masti juures olevad objektid ja kahe objekti vaheline gravitatsiooniline tõmme on ruuduga pöördvõrdeline nende vahekaugusest.

Maa gravitatsioonilise atraktsiooni varieerumist saab mõõta ja see annab konkreetseid tõendeid Maa kuju kohta.

13. Maa vari

Kuuvarjutuse ajal on päike, Maa ja Kuu joondatud nii, et Maa vari kuule langeb. Maa vari on planeedil kõverdatud.

14. Erinevad tähtkujud erinevatel laiuskraadidel

Igal konkreetsel ajahetkel Maal on nähtav umbes pool võimalikust taevast. Kui asute täpselt põhja- või lõunapoolusel, pöördub taevas teie ümber ja te aja jooksul uusi tähti ei näe. Muude Maa punktide korral muutuvad nähtavad tähtkujud Maa pöörlemisel. Liiga kaugel põhjas või lõunas asuvaid tähtkujusid pole aga võimalik vastasküljest näha, kuna need asuksid alati horisondi all. Tähtkujud, mida võib näha nii ekvaatorist ülevalt kui ka alt, näiteks Orion, paistavad ekvaatori küljelt teisele ületades tagurpidi.

Esimene inimene, kes seda erinevust nähtavates tähtkujudes täheldas ja järeldas sellest, et Maa peab olema ümmargune, oli Aristoteles (384–322 eKr).

15. Topelt päikeseloojang

Samal päeval on päike loojunud. Üks võimalus selleks on lamada lagedal väljal, vaadata päikeseloojangut ja seejärel kiiresti tõusta ning märkad, et see polnud sellest kõrgemast kõrgusest täielikult loojunud. Võiks ka sõbra kaasa võtta. Üks teist asub pikali ja teine ​​seisab ning mõlemad proovivad päikeseloojangul aega jõuda. Seisev inimene oleks kella veidi hiljem kella saanud.

Dramaatilisema efekti saavutamiseks võiksite minna kõrge torni alusele, näiteks Dubaisse Burj Khalifa. Vaadake päikeseloojangut, seejärel viige lift kiiresti turistidele võimalikult kõrgele põrandale (liftid liiguvad kiirusega 10m / s). Peaksite saama taas päikeseloojangut vaadata.

See topelt päikeseloojang oleks muidugi võimalik ainult siis, kui Maa oleks kerakujuline. Pöördkatse võib läbi viia ka päikesetõusul.

16. Kaardid on 2D-projektsioonid

Apelsinikoort on võimatu tasandada, ilma et see mingil moel moonduks (rebimine, venitamine jne). Samamoodi on võimatu koostada Maa 2D-kaarti, moonutamata kuju, kaugust, suunda või maapinda. See on põhjus, miks Maa peal on mitu kaardiprojektsiooni, näiteks Mercatori, Gall-Petersi ja Robinsoni projektsioonid. Kui Maa oleks tasane, oleks maailmakaardi koostamine olnud palju lihtsam.

17. Saame reisida ümber maailma

Esimeseks ajalooliseks lennureisiks ajaloos oli Portugali maadeavastaja Magellani ja tema meeskonna ekspeditsioon, mis viidi lõpule 1522. Kuigi esialgsest 241 mehest, kes reisil osalesid, suri 223 inimest, sealhulgas Magellan ise, vähesed ülejäänud meeskonnaliikmed. pärast ümbermaailmareisi edukalt tagasi Hispaaniasse.

Tänapäeval on kiireimad sõjalennukid võimelised maakera ümber lennutama vähem kui 10 tunniga.

18. Meil ​​on fototõendeid

Esimesed kosmosepildid Maast on tehtud kõrgemal kui 160km kõrgusel 1947. aastal, kasutades II maailmasõjast pärit sakslaste V-2 rakette. NASA avaldas 2018. aastal pildi Maast ja Kuust, mis on tehtud enam kui 63 miljoni kilomeetri kauguselt, näidates Maa ja Kuu eraldatud eredate punktidena.

19. Tunnistused on usaldusväärsed

Me võime tugineda tõsiasjale, et ükski kartograaf, geograaf ega füüsik ei pea kunagi mõtlema, et Maa võib olla tasane. Tegelikult märgib Vogel, et alates 8. sajandist pole „ükski märkimist vääriv kosmograaf olnud Maa sfäärilisuse kahtluse alla seadnud”.

20. Füüsika valitseb kõike minu ümber

Lennud, GPS, satelliidid ja muud kaasaegsed tehnoloogiad töötavad tänu sellele, et mõistame Maa kuju ja suurust erakordse täpsuseni. Kui oleksime eksinud Maa mõõtmistes isegi minutiliste üksikasjade osas, oleksime sellest teada saanud.