1. Времена года

Годовой круг явлений, зависящих от обращения Земли вокруг Солнца, известен каждому. Что Солнце два дня кряду не поднимается на одну и ту же высоту над горизонтом, что беспрерывно меняются точки горизонта, в которых оно восходит и заходит, что дни то прибывают, то убывают, — все это ощущает каждый, кто в своей жизни и работе соприкасается с внешней природой. Проследим эту годичную последовательность явлений более внимательно.

Отметим каким-либо образом, например по компасу, на месте наблюдения четыре основных направления на юг и на север, на восток и на запад; начнем наши наблюдения к марту месяцу.

Мы увидим, что в начале марта (все числа по новому стилю) Солнце будет восходить на юго-востоке, в какой-либо точке с горизонта и заходить на юго-западе в точке с' (рис. 1); с каждым следующим днем точки восхода и захода будут, видимо, смещаться к северу, в направлении линии В — 3; наконец, 20 — 21 марта восход придется именно на востоке в точке В, заход на западе в 3; продолжительность дня и ночи в эти дни будет одинаковой, и мы называем этот момент весенним равноденствием, считаем его за начало весны.

Дальше будет продолжаться отступление точек восхода и захода к северу, дни будут прибывать, ночи уменьшаться, высота Солнца над горизонтом увеличиваться — это идет весна, до тех пор пока продвижение восходов и заходов к северу не остановится у точек bb'. Простояв у этих точек два-три дня, Солнце повернет свой путь к югу; это стояние Солнца в точках bb' совпадает с наступлением длиннейшего дня и самой короткой ночи, с наибольшим полуденным подъемом Солнца над горизонтом. Этот момент, приходящийся на 22 июня, мы называем летним солнцестоянием. С него начинается лето. После солнцестояния видимое движение точек восхода и захода по горизонту происходит в обратном направлении; они начинают смещаться теперь к югу и к 22 — 23 сентября снова происходят в точках В — 3; тут день снова равен ночи — это осеннее равноденствие, начало осени.

После него восходы и заходы все время продвигаются к югу, дневная дуга Солнца над горизонтом укорачивается, его полуденная высота уменьшается, а ночи прибывают в длине; так продолжается, пока это движение не замедлится и не остановится вовсе, в дни 21 — 22 декабря, в самых южных точках аа'. Это зимнее солнцестояние, начало зимы. Здесь вновь поворот в движении точек восхода, они начинают отступать к северу, вновь проходят cc ', где мы начали их наблюдать, а 21 марта снова возвращаются к востоку и западу; и годовой круг солнечного года повторяется снова, а с ним обычное чередование тепла и холода, предопределяющее и жизнь природы и черед людских работ.

Таким образом, точки восхода и захода от зимы и до лета и затем обратно от лета к зиме как бы колеблются по дуге ab , дважды в году проходя через В и 3 в моменты равноденствия. Величина этой дуги тем меньше, чем южнее (в Северном полушарии) лежит место наблюдения; на самом экваторе дуга Bb или Вa составляет 23°. На средней широте России, например в Харькове (+ 50°), она равна приблизительно 38°. Таким образом, видно, что восходы Солнца в течение каждого из времен года проходят по одинаковой дуге; в этом отношении все четыре времени года подобны между собой. Но здесь возникает другой, весьма важный вопрос. Сколько же дней приходится на каждое из времен года? Иными словами, сколько раз взойдет Солнце, пока его восходы держатся в части bВ горизонта, и т. д.?

Тут следует заметить, что для подразделения солнечного года на четыре части и, следовательно, для более или менее точного определения длины каждой из них, данное выше описание годового круга Солнца еще совершенно недостаточно; невозможно с точностью установить самый момент наступления равноденствия или солнцестояния, наблюдая одни лишь восходы и заходы Солнца; для этого нужны иные приемы и методы. Астрономия учит — и мы ограничимся установлением этого факта — что явления равноденствий и солнцестояний соответствуют определенным положениям Земли в ее годичном обращении вокруг Солнца, и что соответствующие моменты можно определить вполне точно специальными наблюдениями; она показывает также, что если бы Земля двигалась вокруг Солнца по кругу, с постоянной скоростью, то между равноденствиями и солнцестояниями проходила бы ровно одна четвертая часть года, т. е. что все его времена были бы между собой равны. Значит, вопрос, поставленный нами несколько выше, равносилен другому вопросу: равномерно ли движение Земли вокруг Солнца, иными словами, видимо движение Солнца вокруг Земли или же нет?

Приблизительно за 400 лет до н. э. греческие астрономы нашли, что видимое движение Солнца вокруг Земли происходит с неравномерной скоростью; это открытие составляет один из фундаментов дальнейшего развития астрономии. Они установили, что весна продолжается в среднем 94 дня, лето 92, осень 89 и зима 90; теплое время года длиннее холодного приблизительно на 7 дней. Почему же это так? Над этим вопросом астрономия древних напряженно работала; но прошло много веков, прежде чем эта загадка была раскрыта, и было показано на основании принципов, абсолютно чуждых науке греков, что такое неравномерное движение Земли вокруг Солнца объясняется как следствие общего закона природы, именно закона взаимного притяжения материи, в данном случае Солнца и Земли.

Но нас сейчас интересует другое. Допустим на минуту, что за весь исторический период, который примем в 6.000 лет, считая 4.000 лет до начала нашей эры и 2.000 лет (для округления счета) после него, существовали астрономы, обладавшие всем современным искусством наблюдения, и что они беспрерывно со всей точностью определяли наступление четырех основных моментов солнечного года, и соответственно этому выводили длину весны, лета, зимы и осени. Спрашивается следующее: нашли ли бы они, эти наблюдатели, на протяжении столетий своей работы, что весна продолжается 94 дня, лето 92 и т. д., как это установили греки, или же наоборот, не пришлось ли бы им признать, что времена года постоянно, хотя и весьма медленно, ме­нялись в своей продолжительности?

Ответ на этот вопрос дает табл. 1, в которой длина вре­мен года выведена через каждые 500 лет и показана в днях и десятых долях дня, от года –4.000 до +2000, считая годы до нашей эры отрицательными, последующие поло­жительными.

Таблица 1

Продолжительность времен года

Из приведенных здесь чисел1 можно сделать важные для дальнейшего выводы; они показывают прежде всего, что длина времен года беспрерывно меняется; это изменение очень медленное и совершенно плавное; так, если за 500 лет весна от 93^d,6 доходит до 93^d,8, то это происходит посте­пенным или, как говорят, непрерывным нарастанием ее длины. Любопытно проследить также, как весна увеличи­валась до своей наибольшей величины — 94^d,3, потом на­чала убывать, причем к нашей эпохе, в конце таблицы, это убывание идет быстрее, чем нарастание в ее начале; наобо­рот, лето все время удлиняется; зима непрерывно укорачивается. Кроме того, следует отметить, что продолжитель­ность теплого времени года за 4000 лет до нашей эры почти в точности равнялось холодной его половине (мы все время имеем в виду Северное полушарие); затем происходит уве­личение теплой части года за счет холодной; ко времени расцвета греческой астрономии (от –200 до +200) раз­ность между ними достигла величины 7^d,5, как мы уже от­метили выше; максимум этой разности наступил в 1250 г. (чего, впрочем, по нашей таблице выяснить нельзя). Пос­ле этого холодная часть года стала возрастать, а теплая убывать.

Откуда известны все эти числа? Ведь воображаемые аст­рономы в действительности не существовали, и ранее VI — VII вв. до нашей эры никаких точных наблюдений ниг­де и никем не было произведено; но дело в том, что в настоящее время теория движения Земли вокруг Солнца разра­ботана с такой полнотой, что мы сейчас с достаточной уверенностью можем разъяснять основные явления, как они происходили и будут происходить на взятом нами проме­жутке в шесть тысяч лет; и воображаемые астрономы, если бы они наблюдали достаточно искусно, к результатам, отличным от данных нашей таблицы, прийти бы не могли.

Те факты, которые мы установили до сих пор, пользуясь табл. 1, любопытны сами по себе, но сейчас надо отметить еще одно обстоятельство, гораздо более важное. Если сло­жить продолжительность всех четырех времен года на всех строках таблицы, то всюду получится либо 365^d,2, либо З65^d,3; на всем протяжении нашей таблицы длина года выходит, таким образом, равной приблизительно 365^d,2, и можно сказать, что за все протяжение исторического перио­да эта длина не изменилась ни на одну десятую дня.

Это приводит нас к основному выводу: хотя каждое из времен года в отдельности на протяжении тысячелетий под­вергается непрерывным и довольно значительным колеба­ниям, однако общая продолжительность всего года колеба­ний такого размера не испытывает и сохраняет почти в точ­ности свое исходное значение.

Небесполезно запомнить, что полученный результат является выражением одной из важнейших теорем мате­матической астрономии, так называемой теоремы об устой­чивости Солнечной системы; мы констатировали бы то же самое явление, если бы проследили движение Земли вок­руг Солнца на интервале в сотни тысяч лет. Оставаясь же в пределах 6000-летнего периода, легко будет получить сей­час результат гораздо большей численной точности.

• 1. Для обозначения дней, часов, минут и секунд приняты буквы d, h, m, s.