Юрій Уланович
Щодня ми спостерігаємо за тим, як сонце піднімається на сході та, пройшовши свій денний шлях по небу, заходить на заході. Зараз ми знаємо: це відбувається внаслідок того, що Земля обертається.
Як у минулому люди уявляли рух небесних тіл
Наша планета обертається навколо своєї осі зі сходу на захід, і нам здається, що вдень сонце, а вночі місяць і зірки рухаються у зворотному напрямі – зі сходу на захід.
Зимовий краєвид з Карпатських гір
Про обертання інших небесних тіл ми можемо висновувати на підставі безпосередніх спостережень. Так, обертання Сонця можна виявити, наприклад, за переміщенням сонячних плям, обертання планети Марс – за зміщенням деталей, видимих на її поверхні.
Свою ж власну планету, Землю, люди не могли спостерігати здалеку.
Наша планета обертається плавно та дуже рівномірно, і атмосфера, що оповиває Землю з усіх боків, рухається разом із нею. Безпосередньо її обертання ми не відчуваємо. Виявити добове обертання Землі можна тільки побічним способом. Обертання планети викликає у природі певні наслідки, що можуть слугувати його побічним доказом. Однак подібні докази здебільшого пов’язані з доволі складними теоретичними розмірковуваннями й тому позбавлені наочності.
Ось чому експеримент, який зробив обертання нашої планети очевидним для всіх, справив величезний вплив на розвиток науки. Таким експериментом став дослід з маятником, який у подальшому дістав назву досліду Фуко.
Експеримент Фуко
Маятник, тобто вантаж, підвішений на нитку, являє собою один з найпростіших пристроїв, і водночас один з найдосконаліших фізичних приладів. Сили, що діють на маятник, який розгойдується, – сила земного тяжіння і сила натягування нитки – перебувають у площині його руху. Тому вільно підвішений маятник, що приводиться у рух буде протягом усього часу розгойдуватися в одній площині. Фізики формулюють цю властивість маятника таким чином: «Площина гойдання маятника зберігає незмінне становище у просторі».
Уявімо собі маятник, розміщений на одному з полюсів Землі, наприклад, на Північному полюсі. Відведемо вантаж маятника вбік від точки рівноваги й відпустимо. Маятник почне здійснювати вільні коливання в тому напрямі, в якому був відтягнутий вантаж. Якби наша Земля була нерухомою, то площина гойдання нашого маятника протягом усього часу зберігала б свій первісний напрям відносно місцевих предметів. В дійсності ж ми виявили б, що площина гойдання маятника постійно повертається відносно навколишніх предметів у напрямі руху годинникової стрілки, здійснюючи протягом доби один повний оберт.
Однак ми знаємо, що площина гойдання маятника є нерухомою. Значить, протягом доби один оберт, але у протилежному напрямі, зробили всі навколишні предмети, зробила сама Земля.
Дослід з маятником може бути здійснений не тільки на полюсі, а й у будь-яких куточках земної кулі. Перебіг явищ при цьому буде дещо більш складним, та сутність їх залишиться такою ж само: всюди можна буде спостерігати переміщення площини гойдання маятника в бік, протилежний напряму обертання Землі.
Рух маятника
Вперше дослід з маятником було поставлено на загальний огляд за ініціативою видатного французького фізика Фуко в будівлі паризького Пантеону в 1851 р. В подальшому, на початку ХХ століття цей дослід був відтворений в будівлі Ісаакіївського собору в Санкт-Петербурзі. В Україні сьогодні маятники Фуко демонструються у музеях багатьох міст: у музеї пізнання Всесвіту та освоєння космосу (м. Переяслав), у бібліотеці Київського політехнічного інституту, в Харківському національному університеті, в Харківському планетарії, в Ужгородському національному університеті, у Львівському музеї історії релігії (до 1990-х рр.), у Львівському національному університеті ім. Івана Франка, у Національному педагогічному університеті ім. М.П. Драгоманова та в СРК «Adrenalin City» (м. Луцьк).
Вияглядає маятник усюди однаково: важка металева куля з вістрям-вказівником підвішується на тонкому сталевому тросі. Під ним знаходиться біле коло, на якому прокреслені напрями «північ – південь» і «захід – схід». Маятник приводиться у стан гойдання у напрямі, наприклад, з півночі на південь. За кілька хвилин можна помітити, що маятник відхилився від первісного напряму у напрямі північного сходу та з плином часу продовжує рухатися в той самий бік, тобто назустріч обертанню Землі. Але ж площина гойдання маятника є нерухомою, відповідно, обертається разом із Землею і будівля, в якій виконується дослід.
Дослід Фуко допоміг усунути будь-які сумніви в добовому обертанні Землі навколо своєї власної осі, котре впродовж століть уперто заперечувала церква.
Рух штучного супутника
У теперішній час обертання Землі навколо своєї осі доведено спостереженнями за рухом штучних супутників Землі. На супутник, який рухається по навколоземній орбіті, практично діє тільки сила земного тяжіння, котра лежить у площині цієї орбіти. Завдяки цьому площина орбіти супутника практично не змінює свого розташування відносно зірок. І якби Земля не оберталася навколо своєї осі, то штучний супутник під час кожного оберту проходив би над одними й тими само точками земної поверхні. Але насправді траса супутника, тобто проекція його руху на поверхню Землі, безперервно зміщується у напрямі на захід.
Як відомо, штучний супутник під час руху на висотах близько 200 – 300 кілометрів витрачає на один повний оберт навколо земної кулі приблизно півтори години. Легко підрахувати, що за такий саме час Земля встигає повернутися на 22°,5. Довжина кола земного екватора складає близько 40 тисяч кілометрів. Обертання на 22°,5 відповідає 2500 кілометрам. Таким чином, під час кожного наступного оберту штучний супутник перетинає лінію екватора на 2500 кілометрів західніше, ніж під час попереднього оберту. Приблизно за добу, тобто за час, необхідний для повного оберту Землі навколо своєї осі, супутник, який зробивши 16 витків навколо Землі, пройде над районом його запуску.
Всі описані вище явища – прямі наслідки, що є найбільш наочним і переконливим доказом обертання Землі.