Чтобы составить точное представление о движении небесных светил, воображают ось, проходящую через центр Земли и два полюса мира, вокруг которой вращается небесная сфера. Большой круг, перпендикулярный этой оси, называется экватором. Малые круги, описываемые звёздами параллельно экватору вследствие суточного движения, называются параллелями. Зенитом наблюдателя является точка, в которой отвесная линия пересекает небесную сферу, а надиром — диаметрально противоположная точка. Меридианом называется большой круг, проходящий через зенит и полюсы. Он делит на две равные части дуги, описываемые звёздами над горизонтом. Достигнув меридиана, они находятся на наибольшей или наименьшей высоте. Наконец, горизонт — это большой круг, перпендикулярный отвесной линии или параллельный поверхности стоячей воды в месте наблюдения.
Полюс занимает середину между наименьшей и наибольшей высотой незаходящих звёзд, что даёт лёгкий способ определения его высоты. Двигаясь прямо к полюсу, мы видим, как он поднимается почти в точности на величину, пропорциональную пройденному расстоянию. Следовательно, поверхность Земли выпуклая, и её форма мало отличается от сферы. Выпуклость Земли особенно заметна на поверхности морей: мореплаватель, приближаясь к берегам, видит сперва самые высокие точки, а уже затем постепенно открываются более низкие части, скрывавшиеся выпуклостью Земли. Ею же объясняется то, что Солнце при своём восходе, золотит вершины гор прежде, чем осветить равнины.
Глава II О СОЛНЦЕ И ЕГО ДВИЖЕНИЯХ
Все небесные светила участвуют в суточном движении небесной сферы, но некоторые имеют собственные движения, которые важно проследить, так как только они могут привести нас к истинному познанию системы мира. Подобно тому как для измерения удалённости предмета его наблюдают c двух разных точек, так и для раскрытия механизма природы её надо рассматривать с различных точек зрения и наблюдать развитие её законов в изменениях представляемой ею картины.
На Земле мы изменяем явления, ставя эксперименты; на небе мы тщательно изучаем те явления, которые доставляют нам небесные движения. Вопрошая таким образом природу и подвергая её ответы анализу, путём ряда правильно сделанных заключений мы можем подняться до её основных явлений, из которых вытекают все частные факты. Наши усилия должны быть направлены на раскрытие этих основных явлений и на сведение их к наименьшему возможному числу, поскольку первопричина и сокровенная сущность природы вечно будут нам неизвестны.
Солнце имеет собственное движение, направленное в сторону, противоположную суточному движению. Это движение обнаруживается при рассмотрении картины ночного неба, картины, которая меняется и вновь повторяется с временами года. Звёзды, расположенные на пути Солнца и заходящие немного позднее его, вскоре теряются в его свете и затем вновь появляются перед его восходом. Следовательно, это светило движется навстречу им — с запада на восток. Именно так долгое время наблюдали за его собственным движением, и теперь оно может быть с большой точностью определено путём ежедневных наблюдений меридианной высоты Солнца и определения времени, протекающего между его прохождением и прохождением звёзд через меридиан. Эти наблюдения дают собственное движение Солнца в направлении меридиана и по параллели. Результирующая этих движений и есть истинное движение этого светила вокруг Земли. Таким путём было найдено, что Солнце движется по орбите, называемой эклиптикой, которая в начале 1801 г. была наклонена к экватору на 26.g07315 [23.°46584].
Наклонение эклиптики к экватору является причиной смены времён года. Когда Солнце в результате своего годичного движения достигает экватора, его суточное движение почти в точности проходит по экватору, и поскольку этот большой круг делится пополам всеми горизонтами, то на всей Земле день равен ночи. По этой причине точки пересечения экватора с эклиптикой были названы точками равноденствия. По мере того как Солнце движется от точки весеннего равноденствия по своей орбите, его меридианные высоты над нашим горизонтом всё больше и больше возрастают; видимые дуги параллелей, которые оно ежедневно описывает, непрерывно увеличиваются, что приводит к возрастанию продолжительности дня до тех пор, пока Солнце не достигает своей наибольшей высоты. В это время день оказывается самым длинным в году, и поскольку около максимума меридианная высота Солнца меняется несущественно, Солнце, если рассматривать только его высоту, от которой зависит продолжительность дня, представляется неподвижным. Поэтому эта точка максимальной высоты Солнца названа точкой летнего солнцестояния. Параллель, которую Солнце описывает в это время, называется летним тропиком. Затем светило опускается к экватору, вновь пересекает его в точке осеннего равноденствия и, наконец, достигает своей наименьшей высоты во время зимнего солнцестояния. Параллель, описываемая Солнцем в это время, называется зимним тропиком, и день, который соответствует этому, — самый короткий в году. Достигнув этой точки, Солнце вновь поднимается к экватору и возвращается к точке весеннего равноденствия, чтобы снова начать такой же путь.
Таково постоянное движение Солнца и смена времён года. Весна — это промежуток между весенним равноденствием и летним солнцестоянием; интервал времени от этого солнцестояния до осеннего равноденствия — лето; интервал от точки осеннего равноденствия до зимнего солнцестояния — осень; наконец, зима — это промежуток между зимним солнцестоянием и весенним равноденствием.
Поскольку присутствие Солнца над горизонтом является причиной тепла, может показаться, что летом температура должна быть такою же, как весной, и зимой — такой же, как осенью. Но температура не является мгновенным эффектом присутствия Солнца, а представляет результат его длительного воздействия. Дневная температура достигает максимума только после того, как это светило достигнет наибольшей высоты над горизонтом, годовая — лишь после летнего солнцестояния.
Климат имеет большие различия, которые мы проследим от экватора до полюсов. На экваторе горизонт делит на две равные части все параллели. Поэтому здесь день всегда равен ночи. Во время равноденствий в полдень Солнце поднимается до самого зенита. Во время солнцестояний меридианные высоты этого светила наименьшие и равны дополнению наклонности эклиптики к экватору; солнечные тени в эти периоды имеют противоположные направления, чего никогда не бывает в наших широтах, где в полдень они всегда направлены на север. Отсюда следует, что на экваторе, строго говоря, в каждом году бывает две зимы и два лета. То же имеет место во всех странах, где высота полюса меньше наклона эклиптики. Вне этих областей в году бывает только одна зима и одно лето, поскольку Солнце здесь никогда не поднимается до зенита; самый длинный день увеличивается и самый короткий уменьшается по мере приближения к полюсу, и если зенит удалён от него лишь на угол, равный наклону эклиптики, Солнце не заходит во время летнего солнцестояния и не восходит во время зимнего. Ещё ближе к полюсу время присутствия и отсутствия Солнца над горизонтом в периоды солнцестояний достигает многих дней и даже месяцев. Наконец, на самом полюсе, где горизонт является экватором, Солнце всегда над горизонтом, если оно с той же стороны от экватора, что и полюс, и неизменно под ним, если Солнце находится по другую сторону от экватора. Следовательно, в году бывает только один день и одна ночь.
Проследим более подробно движение Солнца. Прежде всего наблюдается неравенство интервалов времени, разделяющих равноденствия и солнцестояния: проходит приблизительно на 8 дней больше между весенним и осенним равноденствиями, чем между осенним и весенним. Следовательно, движение Солнца неравномерно. Точные и многократные наблюдения показали, что оно быстрее всего в точке солнечной орбиты, расположенной вблизи зимнего солнцестояния, и медленнее всего в противоположной точке орбиты — около летнего солнцестояния. В первом случае Солнце за сутки перемещается на l.g1327 [1.°0194] и только на l.g0591 [0.°9532] — во втором. Таким образом, в течение года суточное движение Солнца изменяется в сторону увеличения и уменьшения на триста тридцать восемь десятитысячных от его среднего значения.
