Почему ночью темно а днем светло. Ученые о галактическом вращении
В самом деле, почему ночью небо темное? Попробуйте-ка ответить! Оказывается, нельзя просто сказать: ночью темно потому, что не светит . Такой ответ неверен. Даже без Солнца небо, казалось бы, «не имеет права» быть темным. Судите сами.
«ЗАПРЕТ» НА ТЬМУ
Это солнца. Одни - близкие и потому яркие, другие - невообразимо удаленные от нас, почти невидимые, а то и совсем недоступные нашему глазу. Но каждая излучает свет. И если звезд бесчисленно много, то все вместе они дают бесконечно много света. Не важно, что по отдельности иные звезды незаметны. Раз уж над любым, даже самым крошечным, уголочком небосвода их бесконечно много, они всюду должны сливаться, а сплошной фон, сверкающий ослепительным блеском, исторгающий бесконечно много лучистой энергии. Короче говоря, всему небу предписано иметь яркость, не меньшую, чем у поверхности Солнца. И так как свет звезд вызван их высокой температурой, небо должно изливать такой же нестерпимый жар.
А раз так, то в мире не должно быть места ни для , ни для людей. В нестерпимом свете и жаре немыслима жизнь. Любой листочек, любая букашка мгновенно испепелились бы в такой . Вещество привычных нам состояний - твердого, жидкого - стало бы невозможно. Всюду было бы так же жарко, как в недрах Солнца. Неожиданный вывод. И, конечно же, совершенно неверный.
Опровергнуть его наука пытается уже больше ста лет. Попыток сделано масса. Может быть, свет поглощается межзвездной средой - газом, темной пылью, холодными планетами, остывшими «трупами» звезд? Нет, сколько бы ни поглотилось света, его все равно останется бесконечно много. Расчет простой: как бы велика ни была доля несветящейся материи, светящейся все равно останется бесконечно много. Разделите бесконечность пополам, на десять, сто, тысячу частей - любая часть все равно будет бесконечно велика. Кроме того, атомы межзвездной среды не «поедают» свет без остатка. Они просто глотают его, чтобы «выплюнуть» потом в другом направлении. Они лишь рассеивают, как бы разбрызгивают энергию по всему миру.
Тогда, может быть, в нашем мироздании есть гигантские непрозрачные оболочки? Кто-то из чеховских героев философствовал: «Быть может, вся наша вселенная спрятана в дупле зуба какого-то громадного чудовища». И эта «гипотеза», сколь серьезно ее ни обставить, не решает задачу, а лишь отодвигает ее. Ведь любое «дупло», любая темная оболочка в бесконечно светлом и горячем мире неминуемо расплавилась бы и испарилась.
Остается высказать еще одно, весьма рискованное предположение: снять запрет ночной тьмы путем отказа от основной его причины - от звездной бесконечности. Признайте, что в беспредельном пространстве мироздания существует лишь «горстка» звезд и галактик - и все встанет на место, не так ли?
Нет, не так. В подобном выводе - философское шулерство и физическое недомыслие. Еще великий классик естествознания Исаак Ньютон говорил о том, что звезд не может не быть бесконечно много. Если бы их набралась всего «горсть», пусть громадная, благодаря они слиплись бы в одно-единственное гигантское небесное тело. Позднее, правда, физика внесла поправку: «горсть» звезд не слиплась бы, а, наоборот, разбрелась по бесконечному пространству. И тогда Вселенная опустела бы, из нее исчезло бы фактически все вещество.
Но вещество есть! Как бы далеко ни заглянули телескопы, они всюду находят материю. Значит звезд бесконечно много? Выходит так. Тогда почему же все-таки ночью темно? Видите, как все запуталось! Пытаясь осмыслить вид неба, мы заблудились в дебрях противоречий, столкнулись с мировоззренческими вопросами, коснулись величайшей проблемы устройства всей Вселенной - науки, которая именуется космологией.
ИЕРАРХИЯ СИСТЕМ
Вы получили на экзамене задачу и ужаснулись ее трудности. Но в экзаменационных билетах не принято задавать задач неразрешимых. Поэтому вы упрямо морщите лоб, мучительно думаете и наконец решаете задачу! А потом разыскиваете и другой, и третий способ, и общий метод решения. Нечто похожее происходит и в космологии. Зная, что загадка ночной темноты наверняка разрешима (небо-то темное!), астрономы, физики, философы упорно ищут решение. И мало-помалу ночная тьма начинает получать право на существование.
Представим себе такое: мир бесконечен, звезд в нем бесчисленно много, но, тем не менее, плотность материи в бесконечном объеме Вселенной равна нулю. Невозможно? Оказывается, возможно. Нужно лишь, чтобы при увеличении объема космического пространства плотность материи в нем уменьшалась.
Плотность вещества есть масса, деленная на объем. В каждой звезде плотность очень велика, ибо весь ее объем заполнен веществом. А вот в объеме, включающем две соседние звезды, средняя плотность материи меньше (ведь космическая материя между звездами практически ничего не весит). Еще гораздо меньше плотность вещества в объеме Галактики. А дальше? Что если в предельном случае - для бесконечно большого объема - мы формально получим нулевую плотность материи? Ведь тогда запрет ночной темноты снимается! Глядя вдаль, мы практически не увидим вещества - ни светящегося, ни темного. И это несмотря на то, что звезд и прочих небесных тел останется бесчисленно много.
Такая идея легла в основу любопытных схем размещения звезд, которые построил в начале прошлого века бельгийский космолог Шарлье. Главную их особенность Шарлье заимствовал у астронома XVIII века Ламберта. Особенность эта - иерархичность строения мира. Небесные тела образуют системы, сложность которых с увеличением размеров возрастает, а средняя плотность материи падает. Мир, устроенный по таким правилам, вполне свободен не только от запрета ночной тьмы, но и от некоторых других парадоксов, вставших в космологии.
В свое время схемы Шарлье казались откровением. В них чудилась разгадка строения Вселенной. Однако потом энтузиазм остыл. Прямых доказательств идеям Шарлье не нашлось. Системы его остались всего-навсего предположением. И все же труд Шарлье был очень полезен. Он показал, что выходы из тупиков космологии существуют.
А тем временем на научную арену вышла знаменитая теория относительности . Но об этом читайте уже в следующей нашей статье.
Каждый человек хотя бы раз в жизни задумывался над причиной темноты в ночное время суток. В основном подобными вопросами задаются дети, хотя и взрослым наверняка интересен ответ.
Наиболее простое объяснение
Вряд ли ребенок захочет выслушивать длительную лекцию о том, что наша Вселенная состоит из множества звезд, которые отдалены с разной силой от Земли и т.д. и т.п. Лучший ответ будет коротким.
В связи с тем, что Земля постоянно вращается вокруг своей оси, она с определенной периодичностью бывает повернута к солнцу либо одной, либо другой стороной. Та сторона, которая обращена к сияющей звезде “лицом”, будет освещаться. Соответственно на ней будет день. Другая же сторона, которая в этот момент скрыта от лучей солнца будет находиться под покровом ночи. На ней будет темно.
А что на самом деле?
Каждое мгновение солнце освещает своими лучами как раз ту сторону планеты Земля, которая в этот момент обращена к нему. За время в 24 часа (сутки) наша планета совершает вокруг своей оси полный оборот. Именно поэтому всем кажется, что солнце совершает движение по небосводу, а постепенно скрываясь за горизонтом оно вызывает наступление вечера, а потом и ночи.
Кроме солнца во вселенной есть множество других светил. Например, те же звезды. Днем их не видно, потому что светит солнце и заглушает их свечение. Но что мешает им ночью, когда солнце спряталось за горизонт, освещать Землю? Каждая звезда представляет собой раскаленный шар внушительных размеров. Да, неоспорим тот факт, что звезды располагаются намного дальше, чем солнце, которое является самой близкой к нашей планете сияющей звездой. За счет большой отдаленности огромное количество звезд людям кажутся чрезмерно маленькими, а то и вовсе не заметными.
С другой стороны, если считать, что наша Вселенная заполнена звездами равномерно, то взгляд человека (независимо от того, в какую точку он направлен) должен обязательно натолкнуться на какую-нибудь звезду. Из этого следует, что темных мест или пустот на небе быть не должно. Однако, световая энергия, которая исходит от звезды, с расстоянием уменьшается и та площадь, которую занимает непосредственно каждая звезда на небе, уменьшается в пропорциональных величинах. Соответственно, яркость звезды независимо от ее удаленности от Земли сохраняется.
Теории учёных о звёздном небе
Первым, кто обратил внимание на проблему ночной темноты, был Иоганн Кеплер. Он считал, что темнота по ночам является прямым доказательством того, что Вселенная не бесконечна и имеет определенные границы. Как говорил Кеплер, если бы Вселенная была бесконечной, то тогда все небо должно было быть полностью покрыто массой сияющих звезд, таких же ярких, как и само солнце.
В современном мире астрономии и физики такая проблема стала называться “парадокс Ольберса” в честь Генриха Ольберса, немецкого астронома. В 1823 году он вновь затронул дискуссию, которая разгорелась еще ранее вокруг этого вопроса. Ученый выдвинул свою теорию, которая заключалась в следующем. Энергия света, которую излучают звезды, не доходит в полной мере до нашей планеты по той причине, что ее поглощает космическая пыль. Эта идея, как считал Ольберс, оставляла право на существование теории о бесконечности Вселенной. И все-таки астроном заблуждался. По расчетам свет от звезды должен был бы настолько разогревать пыль в космосе, что она светилась бы не хуже самой звезды.
В свое время Кеплер настолько яростно выступал за идею конечности Вселенной, и выглядело это настолько убедительно, что астрономы практически до начала 20 столетия непоколебимо верили, что Млечный путь представляет собой своеобразный остров звезд, который окружен пустотой со всех сторон. Только в 20-х годах прошлого века обнаружили, что те слабые туманности, которые наблюдались раньше среди звезд в Млечном пути, есть не что иное, как отдаленные галактики, а не скопление пыли или газов. И эти галактики так же как и Млечный путь состоят из колоссального количества звезд. Значит, с наружной стороны Млечного пути пустоты нет, она заполнена другими космическими телами.
Поскольку Вселенная неравномерно заполнена звездами, то, очевидно, что в каких-то промежутках звезды будут располагаться плотнее и образовывать галактики. Последние, в свою очередь, формируют галактические скопления. Но если даже представить, что все звезды располагаются со средней плотностью по всему расстоянию Вселенной, то гипотеза Кеплера будет оставаться в силе. То есть, куда бы ни был направлен человеческий взгляд, он в любом случае наткнется на какую-нибудь звезду.
Хотя в этом случае следует учитывать одно ключевое обстоятельство. Звезды расположены от Земли на огромном расстоянии. И даже если взять средний показатель этого расстояния, то получится около 10 23 световых лет. Именно столько потребуется времени, чтобы звездный свет добрался до нашей планеты. В то же время Вселенная по представлениям современных астрономов существует только 14 млрд. лет. Это намного меньше, чем 10 23 лет. Так что исходя из этого можно говорить, что мы наблюдаем только те звезды на небе, которые располагаются от Земли не далее, чем за 14 млрд. световых лет, которые необходимы, чтобы свет успел дойти от них к нам в период существования Вселенной. Другие звезды, расположенные намного дальше, излучают свет, но он находится еще в стадии “путешествия”.
Вот и получается, что та часть Вселенной, которая доступна для наблюдения человеком, в десять биллионов раз меньше, нежели необходимо для того, чтобы она осветила ночной небосвод Земли в полной мере.
Если же кто-то спросит, будет ли , когда свет от невидимых нам еще звезд наконец-то дойдет до Земли, то ответ также будет отрицательным. К тому времени как это наступит, звезды нашей вселенной уже погаснут. Иными словами, для того, чтобы полностью осветить пространство на небосклоне, в космосе нет достаточного количества материи.
На вопрос, почему ночью темно , наверняка, многие смогут дать правильный ответ. Однако память может подвести каждого. Поэтому мы решили освежить в своей памяти школьный курс астрономии, а заодно и вам напомнить о том, как день сменяет ночь. Эти знания окажутся полезными, кому-то просто будет интересно блеснуть, так сказать, умом перед обществом, а у кого-то ребенок дорастет до возраста «почемучки» и будет задавать всевозможные вопросы, на которые нужно будет давать ответы доступные его пониманию.
Как известно всем, земля имеет круглую форму и вращается вокруг своей оси. Когда на одной половине земли светло, то на второй темно. Солнце может освещать только одно полушарие. Итак, чтобы понять, почему день сменяет ночь, нужно разобраться в двух процессах.
Процесс первый. Наша планета вращается по типу юлы и происходит это безостановочно и с огромной скоростью. Ученые высчитали скорость вращения земли, она составляет 1666 км/ч. Именно с такой скорость за сутки (24 часа) земля делает полный оборот вокруг своей оси. Не ощущаем мы этого движения потому, что площадь поверхности земли очень большая (немного больше 510 млн. км²).
Процесс второй. Единственный источник света и тепла на Земле (и на других восьми планетах) – это Солнце, которое посылает свои лучевые потоки на планеты. Именно потому, что Земля постоянно движется, солнечные лучи освещают всегда разные уголки земного шара. Люди наблюдают это явление, но выглядит это, как будто солнце перемещается по небу, т.е. в разное время дня находится разных местах. Однако это не Солнце движется, а Земля и свет попадает в новое место. Постепенно, в течении дня, Земля поворачивается к Солнцу другой стороной и в это же время первое полушарие уходит в тень. Когда это происходит, света становится все меньше и меньше, и в конечном итоге наступает ночь. А на противоположной стороне, на втором полушарии, наступает день. Вот так и происходит процесс смены дня на ночь и ночи на день.
Если у вас кто-то спросит, почему ночью темно , вы просто смело отвечайте ему, что Земля «отвернулась» от Солнца.
Почему ночью темно
Каждые сутки Земля совершает полный оборот вокруг своей оси. За этот период, который занимает по времени 24 часа, успевают смениться все 4 времени суток. Сначала наступает утро, затем день, вечер и ночь. Ночью темно, температура в это время суток падает, потому как Солнце остается за горизонтом. С наступлением утра Солнце восходит вновь, становится светлее и теплее. Почему это происходит, и по какой причине ночь бывает то длиннее, то короче? Повсеместно ли ночь меняется в своей продолжительности при смене времен года?
Это интересные вопросы, которые требуют ответа. Современная наука может разобрать их детально, дать ответы на все моменты, интересующие человека.
Вращение Земли вокруг своей оси и вокруг Солнца
Земля никогда не стоит на месте, она постоянно вращается – как вокруг Солнца, так и вокруг своей оси. Полный оборот вокруг своей оси отнимает у планеты приблизительно 23 часа, 56 минут и 3 секунды. Но это не абсолютно точное значение, так как длина суток может варьировать в пределах нескольких секунд – в этом плане Земля может как немного «замедляться», так и «ускоряться». Это едва заметные вариации, однако для удобства принято считать, что сутки – это 24 часа ровно.
Материалы по теме:
Что такое северное сияние?
При вращении планеты та ее зона, которая освещается ближайшей к нам звездой, постепенно перемещается из одной точки в другую. Так, солнечные лучи падают сначала в районе Японии, затем перемещаются к Владивостоку, и далее освещенная точка движется в западном направлении, пока не вернется на исходные позиции. В тот момент, когда она смещается со своей позиции, к примеру, уходит с территории Японии далее на запад, в этом месте начинается вечер, сумерки, а затем наступает ночь. Темное время суток будет продолжаться до тех пор, пока солнечный свет снова не обрушится на территории, пройдя полный круг по вращающейся планете.
Интересный факт : солнечные лучи движутся по планете с востока на запад. Отсюда и пошло слово восток – место, где Солнце восходит. Запад же – это территории, где оно западает за горизонт, исчезает. Японию называют «Страной восходящего Солнца», так как местные жители первыми наблюдают появление светила каждый новый день.
Но почему же летом день длиннее, а зимой он короткий? Это явление наблюдается практически по всей территории России, так как страна имеет северное расположение. Необходимо отметить, что помимо вращения планеты, роль играет еще один фактор – наклон земной оси. Чем ближе широты к полюсам, тем сильнее ощущается присутствие данного фактора. Наклон земной оси равен примерно 66 градусам, из-за этого создается эффект низко поднимающегося в зимнее время солнца, укороченного светового дня. Также благодаря этому летом на территории России ночи короткие, и удается наблюдать такое явление, как «белые ночи», когда полная темнота фактически не наступает.
Материалы по теме:
Почему Луна и Солнце меняют цвет?
На полярных территориях это явление выражено еще сильнее – на протяжении 3 летних месяцев Солнце не садится вообще. Оно совершает определенный путь по небосклону, едва касаясь горизонта, и поднимаясь затем снова. Зато в зимние месяцы солнце не восходит, и полярные территории погружаются в полную темноту.
Сутки на экваторе
На экваторе же отмечается противоположное явление. Здесь наклон земной оси фактически не играет никакой роли, в любое время года ночь и день равны, составляют по 12 часов. Эти территории освещаются солнечными лучами под углом в 90 градусов, потому освещение здесь интенсивнее, а световой день стабильнее.