Почему зимой мы видим Большую Медведицу перевёрнутой?

Большая Медведица в средней полосе не заходит никогда — но осенним вечером она висит низко на севере чашей вверх, будто держит воду, весенним стоит почти в зените вверх дном, зимним опирается на ручку на северо-востоке, летним свисает ручкой вверх на северо-западе.

В один и тот же вечерний час за год ковш делает полный круг около Полярной. То есть это стрелка часов с периодом в год. А круг — след второго движения Земли: не суточного вращения, а годового обхода Солнца. Цена этого движения — четыре минуты в сутки.

Что сделать. Заметьте сегодня в десять вечера положение ковша относительно дерева или конька крыши. Через месяц в те же десять он уйдёт на тридцать градусов против часовой стрелки — это три ширины кулака на вытянутой руке. А суточное вращение видно за один вечер: 15 градусов в час, за два часа ковш заметно провернётся.

У Земли два вращения, и оба видны по ковшу. Суточное гонит его вокруг Полярной со скоростью 15° в час: 360 градусов за 24 часа. Годовое добавляет медленный сдвиг — и вот откуда он берётся.

Опыт со стрелкой на глобусе. Вообразите стрелку, воткнутую в глобус в вашем городе, и пусть сейчас полдень: стрелка смотрит точно на Солнце, а далеко за Солнцем, на той же линии, стоит какая-нибудь звезда.

Земля вращается, стрелка описывает круг. Вот она совершила ровно один оборот и снова смотрит на ту же далёкую звезду — звезда так далеко, что направление на неё одно и то же, откуда ни смотри. Но полдень ещё не наступил: пока Земля крутилась вокруг оси, она успела пройти по орбите примерно один градус, и направление на близкое Солнце уехало в сторону. Земле нужно довернуться.

Один градус стоит четырёх минут. При скорости 15° в час:

$$\frac{1^\circ}{15^\circ/\text{ч}}=\frac{1}{15}\ \text{ч}=4\ \text{мин}$$

модель

То есть оборот по звёздам занимает 23 часа 56 минут, а солнечные сутки, от полудня до полудня, — привычные 24 часа. Наши часы идут по Солнцу, поэтому звёзды каждый вечер приходят на прежнее место на четыре минуты раньше вчерашнего.

Ту же мысль можно сказать одной фразой: за год Земля делает относительно звёзд ровно на один оборот больше, чем относительно Солнца, — 366¼ против 365¼, и лишний оборот и есть годовой обход орбиты.

Четыре минуты в сутки — это градус в сутки, тридцать градусов в месяц, полный оборот за год. Вот и весь механизм годовой стрелки. Заметьте, это зеркальный близнец синодического месяца: там Луна догоняла повернувшуюся линию Солнце — Земля, здесь Земля доворачивается до Солнца.

Отсюда же сезонные созвездия. Любое из них видно ночью тогда, когда оказывается в стороне, противоположной Солнцу. Орион — зимняя фигура не потому, что зимой появляется, а потому, что зимой Земля повёрнута к нему ночной стороной; летом он стоит на дневном небе, утопленный в солнечном свете.

Ковш при этом остаётся указателем. Как бы он ни повернулся, линия через две крайние звезды чаши — Мерак и Дубхе — всегда ведёт к Полярной. Направление на север читается по нему в любое время года и в любой час ночи.

Ниже — текст, проверенный экспертом, без изменений. Формула восстановлена по числам этого же текста: в присланном документе она стояла картинкой.

Ковш Большой Медведицы в средней полосе не заходит никогда, но каждый сезон стоит по-своему. Осенним вечером — низко на севере, чашей вверх, будто держит воду. Весенним — почти в зените, вверх дном. Зимним — стоит на ручке на северо-востоке, летним — свисает ручкой вверх на северо-западе.

В один и тот же вечерний час за год он делает полный круг около Полярной. Ковш — стрелка часов с периодом в год, и этот круг — след второго движения Земли.

У Земли два вращения, и оба видны по ковшу. Суточное гонит его вокруг Полярной со скоростью 15° в час — это заметно даже за один вечер. Годовое добавляет медленный сдвиг. Чтобы увидеть, откуда он берётся, вообразите стрелку, воткнутую в глобус в вашем городе, и пусть сейчас полдень: стрелка смотрит точно на Солнце, а далеко-далеко за Солнцем, на той же линии, стоит какая-нибудь звезда.

Земля вращается, стрелка описывает круг. Вот она совершила ровно один оборот: снова смотрит на ту же далёкую звезду — звезда так далеко, что направление на неё одно и то же, откуда ни смотри. Но полдень ещё не наступил. Пока Земля крутилась вокруг оси, она успела пройти по орбите вокруг Солнца примерно один градус — 360° на 365 дней, — и направление на близкое Солнце уехало на этот градус в сторону. Земле нужно довернуться. При скорости 15° в час один градус стоит четырёх минут — они и отличают оборот от суток: оборот по звёздам занимает 23 часа 56 минут, а солнечные сутки, от полудня до полудня, — привычные 24 часа.

А наши часы идут по Солнцу. Поэтому звёзды каждый вечер приходят на прежнее место на четыре минуты раньше, чем вчера.

Можно сказать то же самое одной фразой: за год Земля делает относительно звёзд ровно на один оборот больше, чем относительно Солнца, — 366¼ оборота против 365¼, и лишний оборот — это годовой обход орбиты. Отсюда точная длина суток «по звёздам»:

$$\frac{24\ \text{ч}\times 365{,}25}{366{,}25}=23\ \text{ч}\ 56\ \text{мин}\ 4\ \text{с}$$

Четыре минуты в сутки — это градус в сутки, тридцать градусов в месяц, полный оборот за год: вот и весь механизм годовой стрелки. Заметьте, это зеркальный близнец синодического месяца из сюжета о фазах: там Луна догоняла повернувшуюся линию Солнце — Земля, здесь Земля доворачивается до Солнца.

Отсюда же сезонные созвездия: любое из них видно ночью тогда, когда оно оказывается в стороне, противоположной Солнцу. Орион — зимняя фигура не потому, что зимой «появляется», а потому, что зимой Земля повёрнута к нему ночной стороной; летом он стоит на дневном небе, утопленный в солнечном свете.

Проверьте сами. Сдвиг ловится за месяц. Заметьте сегодня в десять вечера положение ковша относительно дерева или конька крыши. Через месяц в те же десять он уйдёт на тридцать градусов против часовой стрелки — это три ширины кулака на вытянутой руке. А суточное вращение видно за один вечер: 15° в час, и за два часа между чаем и сном ковш заметно провернётся вокруг Полярной.

Тот же принцип. Этими четырьмя минутами люди пользовались тысячелетиями. Египтяне ловили утро, когда Сириус впервые показывается в рассветном небе после семидесяти дней невидимости — всё это время он стоял слишком близко к Солнцу и тонул в его свете. Возвращение Сириуса совпадало с разливом Нила и три тысячи лет держало египетский календарь. А обсерватории до сих пор живут по звёздному времени — по часам, которые честно спешат на четыре минуты в сутки: только они показывают, какие созвездия сейчас над телескопом.