§ 9. Місце планети Земля та людини у Всесвіті

Система відліку, пов’язана з Землею. Геоцентрична та геліоцентрична системи Світу. Земля як центр пізнання Всесвіту

У безмежних просторах Всесвіту стрімко мчить прекрасна блакитна планета – наша рідна Земля. Зірок і планет у Космосі мільярди. Та наша планета унікальна вже тим, що вона є нашою домівкою. Кожна людина – це цілий світ, центром якого є особистість. Тисячоліттями допитливий розум людини прагне знайти відповідь на запитання: хто ми і яке наше місце у Всесвіті?

Система відліку, пов’язана з Землею. У салоні пасажирського реактивного літака, який рухається зі сталою швидкістю 1000 км/год ми можемо спокійно читати або пити каву і не відчувати руху. Це можливо тому, що літак рухається прямолінійно й рівномірно і пов’язана з ним система відліку буде інерціальною. Для неї виконуватиметься перший закон Ньютона. Чи можна вважати інерціальною систему відліку, пов’язану з Землею, яка рухається навколо Сонця зі швидкістю 1800 км/год і при цьому обертається навколо своєї осі?

Як ви вже знаєте, інерціальність системи відліку не можна вивести із логічних міркувань. Вона підтверджується лише застосуванням на практиці. Своєрідну відповідь на це запитання дали ще давні люди. Видається логічним, що не відчуваючи руху Землі, яка в космічному просторі насправді здійснює досить складні рухи, наші пращури вважали її нерухомою і розташували в центрі Світу «змусивши» обертатися навколо неї Місяць, Сонце і планети.

В історії людства існували різні уявлення про світобудову й місце нашої Землі в ньому. Одні народи вважали, що велична і нерухома Земля знаходиться у центрі Світу і тримається на трьох китах, інші – на трьох слонах тощо (число три, на думку сучасних учених, символізує тривимірність нашого Всесвіту).

Прадавні слов’яни уявляли Всесвіт як Світове дерево, у якого крона – це «Верх» (напрям росту та розвитку), коріння – «Низ» (напрям згасання), «Середина» – стовбур (основа життя). Спостерігаючи за річним рухом зірок, визначали час збирання врожаю: Віз (Велика Ведмедиця) перекинувся (змінилося розташування сузір’я на видимій частині неба) – час збирати врожай. В епоху Київської Русі мали місце уявлення про світобудову як з кулястою Землею у центрі, так і з Землею у формі плоского прямокутника, що переходить в гору, за яку ховається Сонце. Спільним у всіх цих уявленнях було те, що в центрі розташована нерухома Земля, а навколо неї обертаються планети та світила.

Відгомін тисячолітнього досвіду дійшов до нашого часу. Ми говоримо, що Сонце сходить та заходить, адже й зараз важко уявити, що коли ви читаєте цю книжку, зручно вмостившись на стільці, Земля рухається швидше, ніж реактивний літак!

Справді, багатовіковий досвід людини та численні справдження на практиці закону інерції дають змогу з великою точністю вважати систему відліку, пов’язану з Землею, інерціальною (мал. 2.9).

Для різноманітних рухів тіл, що нас оточують, система відліку з Землею у центрі є інерціальною. Разом із тим, для дослідження деяких рухів (політ ракети, рух течій й повітряних мас) потрібно враховувати обертальний рух Землі. Ви вже знаєте, що системи відліку, які рухаються по колу або обертаються, є неінерціальними. Земля рухається навколо Сонця з доцентровим прискоренням 0,006 м/с², а прискорення точок земної поверхні внаслідок добового обертання становить 0,034 м/с², тому система відліку, пов’язана з нею не є цілком інерціальною. Проте зміни швидкості тіл на Землі, викликані прискоренням системи відліку, пов’язаної з нею, незначні, оскільки малими є самі прискорення. Відповідно незначними є і порушення інерціальності, що дає можливість вважати систему відліку Земля інерціальною, в якій для різних механічних рухів тіл на її поверхні виконується закон інерції.

Точнішою та зручнішою, особливо для вивчення рухів планет, є інерціальна система, пов’язана з Сонцем та далекими зорями (мал. 2.10.). Адже в такій системі відліку всі планети рухаються по орбітах, подібних до колових.

Історично склалося, що саме ці дві системи відліку, пов’язані з Землею та Сонцем, широко використовувалися і використовуються, а деякий час навіть протиставлялися одна одній.

Геоцентрична та геліоцентрична системи Світу. Використання системи відліку відносно Землі тривалий час задовольняло людину. У цій системі можна з високою точністю досліджувати різноманітні рухи тіл навколишнього світу. Так виникла система Світу, яка отримала назву геоцентричної (від грецького гео – Земля).

Геоцентрична система Світу – це система світосприйняття, згідно якої в центрі Світу знаходиться нерухома Земля.

Геоцентрична система світу (її ще називають Птоломеєвою – за ім’ям видатного давньогрецького філософа і вченого Клавдія Птоломея (II ст. н.е.)) (мал. 2.11), який у своєму трактаті «Велика побудова» докладно описав геоцентричну систему, за якою навколо нерухомої Землі рухаються Місяць, Меркурій, Венера, Сонце, Марс, Юпітер, Сатурн. Ця система панувала протягом античних часів і середньовіччя без суттєвих змін й офіційно визнавалася єдиною правильною системою світобудови. Хоч вона мала суттєві недоліки, проте була важливим кроком у розвитку природознавства, фізики, астрономії.

Суттєвим недоліком геоцентричної системи є складність її застосування для пояснення руху планет. У цій системі відліку рух планет був досить складним, петлеподібним, передбачав навіть зупинку планет та рух у зворотному напрямку. Щоб уникнути цих недоліків, у геоцентричній системі було введено систему епіциклів, за якою планета рухалася по коловій орбіті, центр якої, в свою чергу, описував коло навколо Землі.

Зазначені недоречності можна усунути і значно спростити дослідження руху небесних тіл, якщо розглядати його в геліоцентричній системі (від латинського геліос – Сонце).

Геліоцентрична система відліку – це система світобудови з Сонцем у центрі, навколо якого рухаються всі планети.

Геліоцентричну систему світу ще називають Коперніковою – за ім’ям Миколая Коперніка (1473 – 1543), який у трактаті «Про обертання небесних сфер» описав геліоцентричну систему світу з нерухомим Сонцем у центрі. Навколо Сонця обертаються планети, які можуть мати супутники, як Земля, наприклад, має Місяць.

Копернікова система світу не могла пояснити незмінність напряму земної осі, оскільки автор намагався кінематично описати рух небесних тіл, не розглядаючи питання динаміки. Щоб виправити цю неточність, М. Копернік (2.12) ввів додатковий, третій рух Землі. Планети у цій системі рухалися по колових орбітах, що не повністю відповідало дійсності (тепер відомо, що в Сонячній системі планети рухаються по еліптичних орбітах). Ці неточності не применшують ролі Коперніка в історії науки. З часом система світу удосконалювалася, але й сьогодні саме на геоцентричній системі М. Коперніка ґрунтуються уявлення про будову Сонячної системи (мал. 2.13).

Ще кілька століть після відкриття геліоцентричної системи світу вона офіційно не визнавалася, оскільки порушувала усталений порядок речей та світобудову. У Середньовіччі користувалися системою світу Птоломея. Варто зазначити, що Києво-Могилянська академія в Києві стала одним із перших європейських вищих навчальних закладів, де в XVII – XVIII ст. викладачі знайомили студентів з геліоцентричною системою світу Коперніка.

Введення геліоцентричної системи світу поклало початок революції у природознавстві й становленню наукового світогляду.

Земля як центр пізнання Всесвіт. Сучасна астрономія стверджує, що наша планета Земля у складі Сонячної системи розташована на околиці Галактики «Молочний Шлях». Для спостерігачів із Землі Молочний Шлях – яскрава сріблясто-біла смуга на нічному небі, яку давні греки називали «галактіос» – молочне коло. Його добре видно влітку та восени на наших широтах. Українці назвали його Чумацьким Шляхом (за легендою чумаки, що везли сіль, розсипали її і утворився білий слід) (мал.2. 14, а). Протяжність диска нашої Галактики складає 100 000 світових років. А від Землі до центру Галактики – майже 30 000 світлових років. Сонячна система разом з іншими зоряними системами обертається навколо центру Галактики зі швидкістю понад 200 км/с, здійснюючи повний оберт більш ніж за 200 мільйонів років. Таких Галактик навіть у видимій частині Всесвіту мільярди. В кожній з них мільярди зір, які можуть мати власні планетні системи. Думку про нескінченність Всесвіту і про можливість існування у ньому світів, подібних до Сонячної системи, відстоював ще один із перших послідовників М. Коперніка, видатний італійський мислитель Джордано Бруно (1548 – 1500) (мал. 2.15), якого за погляди інквізиція спалила на вогнищі в Римі.

З наукового погляду Земля як планета – одне з величезної кількості небесних тіл, що кружляють в Космічному просторі. Унікальність нашої голубої планети полягає в тому, що вона стала колискою розумного життя. Ймовірність того, що в іншій частині Всесвіту, навіть за умови його однорідності (однакових фізичних властивостей), складуться умови, сприятливі для виникнення специфічної та високоорганізованої форми матерії, надзвичайно мала. Дослідження показують, що в найближчій частині нашої Галактики – Молочного Шляху не виявлено життєвих форм матерії. Можливо, Земля – єдина планета, на якій існує розумне життя, людина, допитливий розум якої здатен пізнавати і досліджувати навколишній світ.

Видатний російський учений, один з основоположників теорії освоєння космічного простору К. Е. Ціолковський говорив про те, що незабаром людство залишить свою колиску і розпочне освоєння спочатку сусідніх небесних тіл, а згодом і далекого космосу. Саме з нашої планети силою людського розуму розпочинається дослідження неосяжного Всесвіту (2.14, б). У цьому сенсі Земля справді є центром, початком відліку пізнання Всесвіту.