Читать книгу "Магия реальности. Как мы узнаем истину - Ричард Докинз"

Косой взгляд на лето

Теперь, когда мы имеем понятие об орбитах, можно вернуться к вопросу о том, почему существуют зима и лето. Некоторые люди, как вы помните, неверно думают, что это из‑за того, что летом мы ближе к солнцу, а зимой — дальше. Это было бы неплохим объяснением, если бы орбита Земли была похожа на орбиту Плутона. Действительно, зима и лето на Плутоне (которые гораздо холоднее тех, что мы переживаем на Земле) вызваны именно этим.

Однако земная орбита является практически круговой, из‑за чего близость планеты к Солнцу не может стать причиной смены сезонов. Что ещё более интересно, Земля, на самом деле, ближе всего к Солнцу (находится в перигелии) в январе, а дальше всего от него (в афелии) — в июле, но эллиптическая орбита нашей планеты настолько близка к круговой, что это не имеет какой‑либо значимой разницы.

Но что же тогда вызывает такую разницу между зимой и летом? Нечто совершенно другое. Земля вращается вокруг своей оси, а ось имеет наклон. Этот наклон и является истинной причиной существования времён года. Давайте посмотрим, как это работает.

Как я сказал раньше, мы можем думать об оси как о вале, стержне, проходящем через весь земной шар, и выходящем наружу на Северном и Южном полюсах. Теперь представьте орбиту Земли вокруг Солнца как колесо гораздо больших размеров, со своей собственной осью, проходящей на этот раз через само Солнце и выходящей концами наружу на северном и южном полюсах Солнца. Если бы эти две оси (Земли и Солнца) были совершенно параллельны друг другу, то у Земли не было бы «наклона», и в этом случае в полдень на экваторе солнце всегда находилось прямо над головой, а день был бы равен ночи на всем земном шаре. И тогда не было бы времён года. На экваторе было бы всегда жарко, а при удалении от него к полюсам становилось бы все холоднее и холоднее. При удалении от экватора вам бы стало холодно, но вовсе не из‑за зимы, ведь тогда не было бы никакой зимы. Никакого лета, вообще никаких времён года.

На самом же деле, однако, эти две оси не параллельны. Ось собственного вращения Земли наклонена относительно оси нашей орбиты вокруг Солнца.

Этот наклон не особенно большой — около 23,5 градусов. Если бы он был 90 градусов (что примерно равно наклону орбиты Урана), Северный полюс был бы направлен прямо на Солнце один раз в году (это называется летним солнцестоянием), и прямо в противоположном направлении от Солнца в момент зимнего солнцестояния. Если бы Земля была подобна Урану, в летнее солнцестояние на северном полюсе солнце все время находилось бы прямо над головой (то есть там не было бы ночи), в то время как на южном полюсе в это время царили бы ледяной холод и тьма, без какого‑либо намёка на дневной свет. А шесть месяцев спустя все происходит наоборот.

Поскольку наша планета на самом деле наклонена только на 23,5 градуса вместо 90 градусов, мы находимся на четверти пути от крайности отсутствия сезонов, когда наклона нет, до крайности почти полностью наклонённого Урана. Этого достаточно, чтобы, как на Уране, Солнце никогда не заходило на земном Северном полюсе в летнее солнцестояние. Это бесконечный день, но, в отличие от Урана, солнце не находится прямо над головой. Солнце будто описывает круг по небу при вращении Земли, но никогда не опускается за горизонт. Это справедливо повсюду за полярным кругом. Если бы в день летнего солнцестояния вы встали прямо на полярном круге, скажем на северо — западной оконечности Исландии, вы бы увидели Солнце, скользящее по южной линии горизонта в полночь, но никогда не садящееся за него. Затем оно бы по дуге поднялось до своего самого высокого положения на небе (не очень высоко) в полдень.

В северной Шотландии, которая находится немного южнее полярного круга, солнце в летнее солнцестояние опускается ниже горизонта, достаточно, чтобы наступило подобие ночи — но не очень тёмная ночь, поскольку солнце в эти дни никогда не опускается очень далеко за горизонт.

Таким образом, наклон земной оси объясняет существование зимы (когда часть планеты, на которой мы находимся, наклонена в сторону от солнца) и лета (когда она повёрнута к солнцу), а также короткие дни зимой и длинные летом. Но объясняет ли это, почему так холодно зимой и так жарко летом? Почему солнце кажется горячее, когда оно находится прямо над головой, чем тогда, когда оно находится низко над горизонтом? Ведь это то то же самое солнце, а значит, не должно ли оно быть одинаково горячим независимо от угла, под которым мы его наблюдаем? Нет.

Вы можете забыть о том, что мы немного ближе к Солнцу, когда наклонены к нему. Это бесконечно малая разница (всего несколько тысяч километров) по сравнению с общим расстоянием до Солнца (около 93 миллионов миль), и по — прежнему незначительна по сравнению с разницей между расстоянием до Солнца в перигелии и расстоянием до Солнца в афелии (около 3 миллионов миль). Нет, что на самом деле имеет значение — это, отчасти, угол, под которым солнечные лучи падают на нас и, отчасти, тот факт что дни длиннее летом и короче зимой. Это тот угол, который делает солнечный свет теплее в полдень, нежели вечером, и это тот угол, который делает более важным нанесение солнцезащитного крема в полдень, нежели вечером.

Комбинация угла и продолжительности дня заставляет растения расти летом больше, чем зимой, со всем, что из этого вытекает.

Так почему же этот угол имеет такое значение? Вот один из способов объяснить это. Представьте, что вы загораете в полдень в середине лета, и солнце высоко над головой. На определённый квадратный сантиметр кожи посреди вашей спины попадают фотоны (крошечные частицы света) с интенсивностью, которую вы смогли бы рассчитать с экспонометром. Теперь, если вы загораете в полдень зимой, когда солнце относительно низко в небе из‑за наклона Земли, свет достигает Земли под более маленьким, более 'косым' углом: поэтому данное число фотонов 'делится' на большую области кожи. Это означает, что первоначальный квадратный сантиметр кожи получает меньшую долю имеющихся фотонов, чем это было в середине лета. То, что верно для вашей кожи, также верно для листьев растений, и это действительно имеет значение, потому что растения используют солнечный свет для собственного питания.

Ночь и день, зима и лето: они являются великими чередующимися ритмами, которые управляют нашими жизнями и жизнями всех живых существ — может быть лишь за исключением тех, что обитают в тёмных, холодных глубинах океана. Другую группу ритмов, которые не столь важны для нас, но имеют огромное значение для других существ, таких как те, что живут на морских побережьях, составляют ритмы, вызываемые движением Луны по орбите, проявляющиеся главным образом в приливах. Тема лунных циклов также затронута в древних волнующих мифах — об оборотнях и вампирах, например. Но сейчас я должен с неохотой оставить эту тему и перейти к самому Солнцу.