4. Теперь, собственно, главная тема, вращение Торманса.
"Полушарие, обращенное вперед по бегу Торманса на орбите, назвали Северным, а заднее — Южным. Как выяснилось позднее, астрономы Торманса называли их соответственно полушариями головным и хвостовым".
О-хо-хо. Да, это уже разбирали много-много раз, этот пример даже висит в разделе "не в ладах с физикой" на posmotre.li, но только там дальше объяснение тоже не совсем корректное.
Очевидно, что никакого "головного и хвостового" полушария быть не может, ось планеты стремится сохранять свою ориентацию, именно поэтому северный полюс всегда смотрит на Полярную звезду, независимо от времени года. Именно постоянный наклон оси и определяет смену времён года во время вращения планеты вокруг светила. Ефремов этого не знал. Ту картину, которая была у него в голове, я условно назвал "глобус на рельсах". Представьте себе глобус, установленный на платформе, которая едет по закольцованным рельсам. Если мы положим глобус на движущуюся платформу северным полушарием вперёд, то это полушарие всегда будет обращено по направлению движения, "вперёд по бегу Торманса по орбите". Планеты так не работают, в космосе рельс нет, и во времена Ефремова это полагалось знать даже школьникам.
"Детская энциклопедия", т.1, "Земля"
"Физическая география", учебник для 5 класса
Как это должно быть:
Как это выглядело в голове Ефремова (глобус, тележка и рельсы):
Именно это такую картину мы бы наблюдали, если бы полушария сохраняли свою ориентацию относительно "тележки", а не относительно плоскости орбиты. В картине мира Ефремова Полярная звезда невозможна, и забавно было бы узнать, как он объяснял себе тот факт, что она всё-таки существует.
Нырнём глубже. Настоящие фанаты творчества Ефремова знают, что истоки Торманса надо искать в научно-популярной книге Ефремова "Дорога ветров" (1958), про советско-монгольскую палеонтологическую экспедицию второй половины сороковых годов. Именно там впервые прозвучала та самая фраза:
"Я вышел из юрты, стараясь не разбудить хозяев. Было самое глухое время — «час быка» (два часа ночи) — власти злых духов и черного (злого) шаманства, по старинным монгольским суевериям".
...На самом деле, следует нырнуть ещё глубже. Сейчас последует длинное отступление. Уже в 19 веке возникла необходимость как-то объяснить тот факт, что за полярным кругом находят залежи угля и окаменелости, явным образом представляющие теплолюбивую флору и фауну. Концепция палеоклимата тогда была в самом зародыше, о дрейфе материков почти никто не задумывался. Это рождало рассуждения, подобные тем, которые приводит советский задачник "300 вопросов по астрономии" 1967 (без ссылки на источник, сволочи!):
"Одна из маленьких планет в этой системе— Земля, несовершенная уже потому, что вертится вокруг своей оси наклонно, а не прямо и потому не получает от Солнца необходимой теплоты! Неизведанные, неизмеримые пространства полюсов недоступны людям. А было время, когда на Северном полюсе, согретом отвесными лучами Солнца, была такая роскошная растительность, какая встречается теперь только у экватора. Это было тогда, когда Земля вращалась вокруг оси вертикально, когда не было времен года и день равнялся ночи. Землю населяли те страшные по виду, но кроткие духом огромные животные, кости которых теперь находят в пластах каменного угля".
Имеется в виду следующая картина:
Она попала и в отечественную фантастику. Колпаков, "Гриада" (1959), цитируется в том же задачнике:
"— Это очень просто объясняется. Дело в том, что царь и венец творения — homo sapiens — тратит большую часть своих усилий на приобретение средств к существованию. По астрономическому положению Земля — не очень выгодная планета. Ось ее вращения наклонена к плоскости эклиптики под острым углом в двадцать три с половиной градуса, обусловливая резкую разницу в климатах. Это не совсем благоприятно для развития человечества...
— Чем продолжительнее годы и чем меньше отличаются друг от друга времена года, тем условия существования животных и растений более благоприятны, — продолжал он тоном лектора. — Если, например, ось вращения планеты перпендикулярна к плоскости орбиты ее движения вокруг звезды, — одно и то же время года будет царствовать везде. На каждой широте будет своя, постоянно одинаковая температура, а дни всегда равны ночи. Можно себе представить, как плодородна такая привилегированная планета, как удобна для материальной и нравственной жизни разумных существ! На такой планете жизнь должна проявляться в высших формах, согласно большим удобствам обстановки".
Очевидная проблема с такой схемой заключается в том, что "вечная весна" и "постоянно одинаковая температура" в наших широтах означали бы вечный снежный март. Лето не пришло бы никогда, солнце никогда бы не поднялось к зениту. А если бы в умеренных широтах на подобной планете были нормальные условия, это означало бы, что на экваторе стоит невыносимая жара. Вертикальное положение оси означает резко выраженную широтную зональность, "на каждой широте своя, постоянно одинаковая температура". Наклон оси, в свою очередь, задаёт сезонность, чем больше наклон, тем ярче выражены времена года. Минимальный наклон: максимальная зональность, минимальная сезонность (но всё равно будут действовать дополнительные факторы, типа эксцентричности орбиты). Максимальный наклон, 90 градусов: максимальная сезонность, минимальная зональность в нашем смысле (тропики до полюсов, полярные ночи и дни почти до самого экватора, но разные климатические зоны всё равно будут).
И вот теперь возвращаемся к ефремовской "Дороге ветров":
"Находка нижнепермских отложений, состоящих из пород, обогащенных растительными остатками и темными солями железа с флорой южных материков конца палеозойской эры, здесь, в центре Азии, поднимала крупные научные вопросы. Рассматривая эти отложения (названные гондванскими — по стране гондов в Южной Индии) как отложения умеренных климатических поясов, приходилось признать, что климатические пояса нашей планеты в верхнем палеозое распределялись совершенно иначе, чем современные. Гондванские нижнепермские отложения южных материков связывались с Азией через Индию. Другая колоссальная область распространения гондванских отложений с такой же кордаитовой «тайгой» находилась в нашей Сибири, в Тунгусском (правобережье Енисея) и Кузнецком бассейнах, заполненных мощными материковыми отложениями. Развитие таких же отложений в Центральной Азии — Монголии — соединяло гондванские отложения Индии и Сибири, а следовательно, Сибири и южных материков. Получалась как бы гигантская полоса, протянувшаяся с севера на юг от Антарктики до Арктики. Если эта полоса означала климатический пояс, то, значит, климатические пояса верхнего палеозоя располагались перпендикулярно к современным и экватор пермского времени стоял «вертикально», как наш современный меридиан. Следовательно, ось нашей Земли лежала в плоскости эклиптики, в плоскости вращения планет вокруг Солнца, подобно тому, как вращается в настоящее время планета Уран. Само собой разумеется, что решение проблемы потребует еще длительной большой работы. Астрономы, пока упорно верящие в незыблемость планетных осей, будут находить всяческие возражения и авторитетно «опровергать» нас, геологов… Как бы то ни было, вопрос был очень интересен и открывал широкие горизонты".
Вот он, "северный полюс, согретый отвесными лучами Солнца", вот они, "страшные по виду, но кроткие духом огромные животные". И да, вот она, планета Торманс, "с мягким и равномерным климатом", где одно полушарие всегда обращено "вперёд по бегу планеты". Глобус на тележке:
Тут необходима некоторая распаковка. Ефремов говорит о мире, о древней Земле, где климатические зоны располагались "перпендикулярно" нынешним, и экватор стоял "вертикально", но при этом климатические зоны по-прежнему существовали и были чётко выделены (см. схему). Планета, вращаясь, всегда была повёрнута к солнцу "боком", и экватор всегда получал максимальное количество солнечного излучения, а древний северный полюс, надо полагать, всегда был развёрнут в направлении движения по орбите. Планета вращалась, как бусинка, нанизанная на нить.
При этом, Ефремов исходит из очень странной концепции, что расположение материков само по себе привязано к неким абсолютным, внешним координатам. Поэтому, если в древности климатические пояса располагались иначе, значит, в древности ось находилась в другом месте по отношению к плоскости орбиты (а не по отношению к земной коре). Если старый экватор проходил через нынешние полюса, значит, планета вращалась, лёжа на боку. Это ненормально даже с точки зрения гипотезы "катастрофического сдвига полюсов". Там подразумевалось, что поверхность планеты смещается, соскальзывает относительно глубинных слоёв мантии, старые полюса уезжают ("опрокидываются") на новый экватор под действием центробежной силы, но сама планета при этом продолжает вращаться, как вращалась, ось сохраняет своё положение относительно плоскости орбиты, потому что планета в целом — гигантский волчок, гироскоп. В этом и то больше логики.
Как бы то ни было, легко заметить, что, как я уже сказал, с одной стороны схема древней Земли Ефремова функционально эквивалентна фантазиям 19 века про вечную весну за полярным кругом, а с другой, что именно эту свою тогдашнюю идею он использовал при создании Торманса: "алое солнце освещало вращавшуюся «лежа» планету, ось которой совпадала с линией орбиты, и ее бег вокруг светила был стремительнее, чем у Земли".
Когда Ефремов пишет: "Климат здесь вообще мягок и равномерен. Экватор Торманса стоит «вертикально» по сравнению с Земным, то есть перпендикулярно к плоскости орбиты, а ось вращения однозначна с линией орбиты. Это могло бы дать резкую зональность, но Торманс бежит по орбите раза в четыре быстрее Земли...", он, во-первых, неправ фактически: радикальный наклон оси должен в первую очередь давать резкую сезонность, а не резкую зональность. Во-вторых, он описывает свою невозможную древнюю Землю, где все климатические пояса располагались перпендикулярно плоскости орбиты, экватор был постоянно развёрнут в сторону солнца, а северное полушарие всегда было обращено по направлению движения по орбите, что и обеспечивало такому миру ту самую зональность с чёткими полосами климатических зон. В-третьих, получается, что Ефремов неправ даже в рамках собственного бреда про глобус на тележке! Если экватор всегда повёрнут к солнцу, то скорость движения планеты по орбите вообще ни на что не влияет. С какой бы скоростью мы не возили тележку по закольцованным рельсам, солнце никогда не взойдёт над северным или над южным полушарием. Там должно быть "равномерно" холодно. [Если там вообще тепло по другим причинам, например, из-за парникового эффекта, то орбитальная скорость Торманса, очевидно, к этому никакого отношения не имеет и иметь не может.]
Тут, как минимум, три слоя невежества:
1. Знания Ефремова в ряде областей не дотягивали даже до тогдашнего школьного уровня.
2. Он был не в состоянии осознать степень своего невежества, а потому и не пытался от него избавиться, а вместо этого пытался учить других.
3. Он был не в состоянии выстроить непротиворечивые логические связи даже между теми скудными и ошибочными знаниями, которые у него были.
И вот это просто сбивает с толку.
Вот как должны выглядеть сезоны на планете, ось вращения которой лежит в плоскости эклиптики:
Что это означает? Во время летнего солнцестояния в северном полушарии солнце стоит в зените над северным полюсом. Продолжительность летнего дня на 45 широте и севернее равна продолжительности лета, и четверть года солнца вообще не заходит. А ещё четверть года солнце не восходит, и зима — это зимняя ночь. При этом, в декабре и июне солнце на экваторе не отрывается от горизонта, и это экваториальная зима (возможно, даже снежная, если остальные параметры совпадают с земными). Весной и осенью на экваторе лето, то есть за год на экваторе сменяется восемь сезонов.
Если взять консервативный, "медленный" Торманс, где год равен одной четвёртой земного, то зимняя ночь в северном полушарии продолжается 25 местных суток (почти 23 земных дня), и столько же длится летний день. Воистину, "длинная ночь Торманса тянулась медленно". Таким образом, лето и зима, весна и осень должны быть чётко выделяться и отличаться друг от друга, даже если весь год укладывается в три земных месяца. Сложно не заметить полярную ночь! Если климат при этом ровный и мягкий, то это это связано с какими-то иными факторами, но уж точно не с орбитальной скоростью.
При этом, я сначала подумал, что у Ефремова речь вообще о другом. Я понял его так: "наклон оси, экватор стоит вертикально, бубубу, это могло быть дать резкую СЕЗОННОСТЬ, если бы не очень высокая орбитальная скорость (и малый период обращения". Я прочёл не то, что там написано, и не то, что Ефремов имел в виду.
На posmotre.li висит следующее: "Ефремову был нужен климат без смены времён года, постоянное равноденствие. Поэтому планета Торманс постоянно развёрнута осью по касательной к орбите, да так и крутится. Из закона сохранения момента импульса очевидно, что не может такого быть. Как сделать это правильно: следовало развернуть ось планеты строго перпендикулярно плоскости орбиты, а саму орбиту сделать идеально круглой".
Я уже говорил, что это так не работает, полюса замёрзнут. Тем более, что с учётом "полярного сдвига" местных материков может образоваться шапка ледника на суше и пошло-поехало, см. Антарктиду, Гренландию и Европу ледникового периода. А вот что сказано в советском задачнике по астрономии: "Чтобы все места на Земле нагревались Солнцем одинаково, нужно было бы заставить ее вращаться вокруг двух взаимно перпендикулярных осей, и с достаточной быстротой".
Движения эквиваленты. Как мы знаем, с точки зрения земного наблюдателя, вращение Земли вокруг своей оси равнозначно вращению Солнца вокруг Земли. Точно так же годовое вращение Земли вокруг Солнца можно было бы заменить на вращение Солнца вокруг Земли — или на вращение Земли вокруг "годовой" оси. Теперь нам нужно сделать так, чтобы "годовая ось" (возникающая в результате вращения планеты вокруг светила) и суточная ось (результат вращения планеты вокруг своей оси) были перпендикулярны друг другу — чтобы планета вращалась, лёжа на боку. И нам нужно, чтобы продолжительность года была небольшой и сопоставимой с продолжительностью суток, для создания эффекта одновременного вращения вокруг двух разных осей, — то есть, планета должна вращаться вокруг тусклого красного карлика, с минимальным радиусом орбиты. Я думал, что Ефремов пишет именно об этом — максимальный наклон оси должен был бы вызывать резкую смену сезонов, причём различающихся в обоих полушариях и на экваторе ("зональность"), но за счёт экстремально малой продолжительности года действует эффект "вращения вокруг двух осей", и все точки на поверхности планеты последовательно и равномерно освещаются солнцем. Видимое движение светила на небе с точки зрения планетарного наблюдателя соответствует движению спутника, выведенного на полярную орбиту.
Это была бы спорная концепция, но это был бы концепция. В "Часе быка" ничего такого нет.
Да, помимо того, что условия рядом с красным карликом могут оказаться в принципе неблагоприятны, из-за радиации, солнечных вспышек и так далее, есть серьёзные опасения, что из-за действия приливных сил планета в обитаемой зоне красного карлика будет всегда повёрнута к родительской звезде одной стороной; местные сутки будут равны местному году. Когда-то мы так думали про Меркурий. Но теперь считается, что есть дополнительные факторы, которые могут помочь планете избежать подобной судьбы — вытянутость орбиты, изначальная скорость вращения, наклон оси и даже наличие атмосферы. Тот же Меркурий, например, находится в резонансе с Солнцем, в соотношении 3:2 (три вращения вокруг своей оси за два года). Возможны и другие соотношения, например, 5:2...
Короче, для фантазии про "две оси" нужно, чтобы суточное и годовое вращение были сопоставимы, но не синхронны. Потому что вот что было бы на "быстром" Тормансе, у которого продолжительность года совпадает с сутками, при экстремальном наклоне оси:
Как мы видим, в полярных областях это даёт нормальную смену дня и ночи, просто за счёт годового, а не суточного вращения (ночь = зима, день = лето). С другой стороны, на экваторе возникает полюс тепла (оранжевое пятно), где солнце никогда не заходит. Каждые 11 часов оно опускается к горизонту, а затем снова поднимается в зенит. На противоположной стороне экватора находится полюс холода, где солнце никогда не восходит, но раз в 11 часов начинается рассвет, который сразу перетекает в закат. Да, и обратите внимание, что с точки зрения жителя умеренных широт, солнце восходит и заходит на одной и той же стороне горизонта, по направлению к полюсу тепла.
При резонансном соотношении 3:2 (год равен 33 часам, за трое суток проходит два года) полюс тепла начнёт медленно вращаться вокруг экватора, т.е. на экваторе будут "солнечные сутки", неравные астрономическим, а равные двум годам — через два года (через 66 часов) солнце снова будет стоять в зените над тем же самым местом. И так далее. Возможны всякие интересные эффекты.
(и это даже ещё не всё, что я хотел сказать...)