Рис. 5. Кривая, которую описывал бы маятник (отвес) в течение суток под влиянием притяжения Луны. Цифрами указаны часы.

Однако спустить отвес с высоты 120 километров практически невозможно. Взамен его учёные придумали очень чувствительный прибор, позволяющий наблюдать изменение положения воображаемого очень длинного отвеса. С помощью этого прибора русский астроном А. Я. Орлов производил наблюдения на обсерватории в г. Юрьеве (ныне Тарту). Он установил, что в течение суток положение отвеса на земной поверхности меняется, но меньше чем показывает расчёт для Земли, не поддающейся изменению формы. Значит, Земля — твёрдое тело, но всё же немного поддающееся изменению формы под действием притяжения Луны и Солнца.

Твёрдая земная кора слегка «коробится», образуя под Луной бугор «твёрдого» прилива. Высота «твёрдого» прилива по вычислению учёных равна примерно ¹/₃ высоты волны прилива в открытом океане.

Мы не замечаем поднятия и опускания земной коры, совершающихся приблизительно через каждые 6 часов, так же как команда судна в открытом море не замечает поднятия воды: судно поднимается и опускается вместе с ней, и это плавное движение незаметно.

Когда же приливная волна поднимается возле берега, она становится заметной, так как берег неподвижен и уровень воды относительно него повышается.

Но, как уже было сказано, берег и дно моря также немного поддаются приливообразующим силам и поднимаются, хотя и меньше, чем вода океана. Вследствие этого видимое поднятие приливной волны кажется нам меньше, чем оно есть в действительности.

Как показывает расчёт, поднятие уровня воды в открытом океане могло бы достигать почти 0,8–0,9 метра, а на самом деле оно на 0,20–0,25 метра меньше.

Это уменьшение поднятия уровня океана происходит потому, что на 0,20–0,25 метра поднимается твёрдая земная кора.

По высоте «твёрдого» прилива можно судить о твёрдости Земли в делом.

Земля сопротивляется изменению её формы, как закалённая сталь. При этом Земля проявляет не только твёрдость, но и большую упругость: бугор «прилива» в твёрдой земной коре следует за видимым движением Луны без опоздания и немедленно же спадает, как только прекращается действие на него приливных сил.

Земля постоянно меняет форму, вытягиваясь по направлению к Луне под действием приливных сил. Но как только эти силы прекращаются в определённом направлении, она «выпрямляется», как сжатый резиновый мяч.

8. Вращение Земли

Как мы уже говорили, вращение Земли было открыто ещё в XVI веке, но доказано оно на опыте только в XIX веке.

Казалось бы, что, находясь на Земле, мы никак не можем заметить её вращения по каким-либо явлениям, происходящим на земной поверхности.

На самом же деле вращение Земли отражается на движениях тел на её поверхности. Это можно заметить.

Например, если сбросить шарик с высокой башни, то он немного отклонится от вертикали к востоку. Это произойдёт потому, что, находясь наверху башни, шарик при вращении Земли с запада на восток движется быстрее, чем основание башни. Падая, он сохраняет по инерции большую скорость своего движения и немного перегоняет земную поверхность.

Поэтому шарик и упадёт с отклонением от вертикали к востоку. Это отклонение, однако, невелико. Например, при падении с высоты колокольни Ивана Великого в Московском Кремле отклонение шарика к востоку должно быть менее 9 миллиметров.

В самом начале прошлого века этот опыт помог наглядно доказать вращение Земли. Позднее, в середине того же века, было сделано ещё одно замечательное наблюдение.

Из опыта было известно, что маятник стремится сохранить направление своих колебаний. Этот опыт может повторить каждый.

Подвесьте на тонкой нитке гайку или свинцовую пулю на стойке, которая может поворачиваться вокруг оси, проходящей через точку подвеса этого маятника.

При вращении стойки направление колебаний маятника останется неизменным.

Теперь представьте себе, что длинный тяжёлый маятник, могущий колебаться в течение нескольких часов, подвешен на полюсе Земли. И в этом случае маятник будет сохранять плоскость своих колебаний, а земная поверхность под ним будет вращаться.

Наблюдателю же, стоящему на вращающейся Земле, будет казаться, что поворачивается плоскость колебаний маятника, следуя за видимым суточным движением звёзд.

В средних широтах этот опыт был проделан впервые французским физиком Фуко в середине XIX века.

В наше время в Ленинграде в здании Исаакиевского собора был подвешен маятник длиной 98 метров. Так как Ленинград гораздо ближе к полюсу, чем Париж, где производил свой опыт Фуко, то отклонение плоскости было большим, чем в его опыте.

Итак, не подлежит никакому сомнению, что Земля — вращающийся шар. В этом движении она подчиняется тем же законам, как и обыкновенный волчок.

Волчок имеет вид конуса. Через центр его основания и вершину проходит ось, вокруг которой он вращается.

Волчок вращается на столе, опираясь на него вершиной конуса.

Сила тяжести стремится повалить волчок на стол. Но, быстро вращаясь, он сохраняет направление своей оси в пространстве. Сила тяжести только заставляет ось волчка описывать поверхность конуса с вершиной в точке его опоры. При этом угол, составляемый осью волчка с плоскостью стола, не меняется, пока вращение его не ослабеет.

Подобное же движение может совершать и воображаемая ось вращения Земли, если только на неё действует какая-нибудь сила, стремящаяся изменить её положение в пространстве.

Такой силой является притяжение Земли Луной и Солнцем.

Земля, как мы уже говорили, сплющена у полюсов и вытянута в плоскости экватора. Её можно представить себе в виде правильного шара, опоясанного по экватору тяжёлым кольцом.

Если бы это кольцо лежало в плоскости лунной орбиты (орбита — путь, описываемый космическим телом), то Луна не влияла бы на направление земной оси вращения.

Но кольцо наклонено к плоскости лунной орбиты, а Луна стремится притянуть его в эту плоскость. При этом, конечно, ось Земли должна бы отклониться от своего направления в пространстве.

Но, как и вращающийся волчок, Земля сопротивляется изменению направления её оси. Поэтому Луна не может притянуть кольцо, а только заставляет земную ось описывать в пространстве поверхность конуса с вершиной в центре Земли.

Это движение земной оси давно замечено астрономами.

Мысленно продолженная ось вращения Земли упирается в полюс мира, вокруг которого совершают суточное круговое движение звёзды. Вследствие движения земной оси по поверхности конуса полюс мира совершает круговой путь по небу. В настоящее время он находится вблизи Полярной Звезды, но через 12 000 лет приблизится к самой яркой звезде северного полушария — Веге, а через 13 700 лет после того вновь вернётся к Полярной Звезде.

Земля — гигантский волчок.

Движение её оси по поверхности конуса, которое у волчка совершается несколько раз в течение одной секунды, завершается в продолжение 25 700 лет.

Это не единственное движение земной оси. Она подвержена и другим колебаниям, которые можно наблюдать у вращающегося волчка.

9. Строение земного шара

В чём же причина большой твёрдости Земли? Одета ли она чрезвычайно твёрдой и толстой корой? Или, может быть, она целиком — очень твёрдое тело?

Пока о состоянии вещества Земли мы можем судить только по тому, чтó наблюдаем на её поверхности.

Люди пробурили скважины на 5–6 километров вглубь Земли. Оказалось, что на такой глубине температура горных пород выше 100 градусов.

Поднятие температуры, наблюдающееся при углублении в земные недра, препятствует проведению шахт глубже 2,5 километра.

В верхних слоях земной коры температура обычно повышается на 1 градус через каждые 30–50 метров. Но в некоторых местностях, например на Камчатке и в районе Минеральных Вод на Северном Кавказе, она повышается гораздо быстрее, в других же местностях, например в западной части Донецкого бассейна, наоборот, — значительно медленней.