Początkowo wyobrażenia ludzi na temat kształtu Ziemi były różne.
W szóstym wieku p.n.e. Ziemia w pojęciu Babilończyków była zupełnie nieruchoma i znajdowała się w środku świata. Miała ona wypukły kształt, a w jej wnętrzu znajdował się pałac zmarłych.
Rys. Babiloński obraz budowy świata
U Egipcjan, podobnie jak i u Babilończyków, pomimo wysokiego poziomu umiejętności obserwacyjnych i praktycznych obraz świata nie wyszedł poza normy prymitywu. Według egipskiej koncepcji, Ziemia była wielką, wydłużona i otoczoną górami niecką, której środkiem płynął Nil. W szóstym/ piątym wieku p.n.e. w Grecji, pomimo postępowych idei o budowie materii i świata, wyobrażenia o kształcie Ziemi pozostawały nadal prymitywne, a nawet wręcz fantastyczne i nieuzasadnione. Niektórzy uważali Ziemię za płaską (Anaksymenes i Empedokles), inni nadawali jej rozmaite kształty, jak walca czy bębna (Anaksymander i Leukippos), niecki (Heraklit i Demokryt), czy też gigantycznego korzenia zwężającego się ku dołowi (Ksenofanes). Powyższe poglądy nie utrzymywały się jednak, ustępując miejsca koncepcji kulistości Ziemi. Wysunięcie tej koncepcji wiąże się z osobą Pitagorasa, choć była ona raczej dziełem jego uczniów, zwanych pitagorejczykami. Poglądy naukowe Pitagorasa i jego uczniów odbiegały znacznie od poglądów Babilończyków. Uznając nadal centralne położenie Ziemi w środku świata, pitagorejczycy przypisywali jej kształt kuli, niczym jednak nie podpartej. Oryginalną koncepcję głosił Filaos z Tarentu, pitagorejczyk z piątego wieku p.n.e. Twierdził on, że Ziemia nie jest nieruchomą bryłą spoczywającą w środku świata, lecz że w środku tym znajduje się centralny ogień, który Ziemia okrąża raz na dobę, zwracając się do niego zawsze jedną, i to właśnie nie zamieszkaną stroną. Model Filaosa, choć niewątpliwie prymitywny, a w dodatku zabarwiony fantazją oraz niezgodny z rzeczywistością, był jednak pierwszym, w którym Ziemia nie tkwiła nieruchoma w środku świata, lecz go obiegała. I choć koncepcja Filaosa była błędna, to istotnym jej elementem było dopuszczenie możliwości ruchu Ziemi.
Niektórzy filozofowie np. pitagorejczyk Hicetos, byli podobnego zdania. Inny pitagorejczyk, Ekfantos, głosił, że Ziemia znajduje się w środku świata, przy czym obraca się raz na dobę wokół własnej osi. Poglądy dopuszczające jakikolwiek ruch Ziemi nie znalazły jednak uznania u ogółu greckich filozofów. Główny nurt greckiej astronomii wychodził z założenia o zupełnej nieruchomości Ziemi. Arystoteles ( czwarty wiek p.n.e.) przyjął podział materii ziemskiej na cztery elementy: ziemię, wodę, powietrze i ogień. Każdy z tych elementów miał swe naturalne położenie w świecie. Tak więc Ziemia jako najcięższa, znajdowała się w środku świata i z niej zbudowana była kula ziemska. Arystoteles w swoim systemie budowy świata stał na zdecydowanie geocentrycznej pozycji. Ziemię uważał za zupełnie nieruchoma kulę, przy czym na dowód kulistości przytaczał fakt, że widoczny w czasie zaćmienia Księżyca cień Ziemi ma kształt koła. Znany mu też był inny, równie ważny fakt, że w miarę poruszania się na południe ukazywały się na południowej części nieba nowe gwiazdozbiory, co też świadczyło o kulistości Ziemi.
rys. Schemat budowy świata według Arystotalesa
W trzecim wieku p.n.e. jeden z najsławniejszych uczonych aleksandryjskich, Eratostenes, dokonał pierwszego pomiaru wielkości promienia Ziemi - 6200 km . Uwzględniając kulisty kształt Ziemi, przy prostych założeniach geometrycznych osiągnął zdumiewająco dokładny wynik obliczeń obwodu Ziemi ok. 40000 km . W średniowieczu, silny zwrot ku sprawom religijnym spowodować, że przy zachowanych w zasadzie osiągnięć astronomii greckiej nie obyło się bez nawrotu do prymitywnych i nienaukowych poglądów. Aleksandryjski mnich Kosmos Indikopleustes napisał dzieło pod bardzo znamiennym tytułem „ Chrześcijańska topografia świata oparta na świadectwie Pisma św., w które nie wolno chrześcijaninowi wątpić „. Wyłożoną tam naukę oparł na Biblii, twierdząc, że nie można wierzyć świeckiej nauce, która wyobraża sobie, iż rozumem można objaśnić świat. Poziom nauki obniżył się znacznie, ponownie pojawiły się prymitywne opisy budowy Wszechświata. Jako przykład może służyć model z wczesnego Średniowiecza, stworzony na podstawie Biblii przez mnicha aleksandryjskiego Kosmasa Indikopleustesa. Wyobrażał on sobie Wszechświat w postaci gigantycznej skrzyni, na której dnie miała leżeć płaska Ziemia. Na północy wznosiła się niebotyczna góra i za nią pod koniec dnia kryło się Słońce, a nad ranem pozostałe ciała niebieskie. Były one oczywiście przymocowane do poruszanych mięśniami aniołów sfer.
Powyższy opis budowy Wszechświata najlepiej obrazuje wsteczną postawę nauki w pierwszym tysiącleciu naszej ery. Na jej rozwój w owym czasie duży wpływ miały klasztory i zakony, które zajmowały się zbieraniem godnych pod względem teologicznym wiadomości o otaczającej przyrodzie. Nie ominęło to naturalnie i astronomii, chociaż wśród innych nauk przyrodniczych zajmowała ona wyjątkowo korzystną pozycję, na co złożyło się wiele różnych czynników. Przede wszystkim nie można się było obejść bez obserwacji nieba, ponieważ były one niezbędne do prowadzenia kalendarza. A od daty świąt wielkanocnych zależny jest przecież rozkład pozostałych nabożeństw w ciągu roku.
Pod względem teoretycznym stan badań astronomicznych był w tym czasie bardzo zaniedbany. Sytuacja uległa poprawie dopiero w XII wieku, kiedy uczeni europejscy za pośrednictwem Arabów zaczęli zapoznawać się z dorobkiem greckich myślicieli. W następnym zaś stuleciu dominikanin Albert Wielki (ok. 1206-1280) i jego uczeń Tomasz z Akwinu (1225 -1274) dostosowali filozofię Arystotelesa do teologii chrześcijańskiej. Kościół uznał arystotelesowski podział Wszechświata na dwie odmienne części (ziemską i niebieską), ale odrzucił jego teorię sfer homocentrycznych, gdyż teoria epicykli i deferentów Ptolemeusza lepiej tłumaczyła obserwowane ruchy planet na niebie.
Teoria geocentryczna Ptolemeusza odpowiadała religijnemu wyobrażeniu, że Bóg stworzył Słońce, Księżyc i inne ciała niebieskie jedynie po to, aby oświetlały naszą planetę i wyznaczały ludziom czas.
Uprzywilejowana pozycja Ziemi wśród innych planet i gwiazd doskonale zgadzała się z twierdzeniem, jakoby na siedzibę stworzonego na obraz i podobieństwo boskie człowieka zostało wybrane najdogodniejsze miejsce we Wszechświecie. Dlatego też Kościół swą wszechmocną wówczas potęgą popierał teorię aleksandryjskiego astronoma.
Niektórzy uczeni już w tym czasie wypowiadali krytyczne uwagi pod adresem teorii geocentrycznej Ptolemeusza. Nasiliły się one szczególnie w epoce Odrodzenia, kiedy myśl ludzka odzyskiwała dawno utraconą swobodę. Badania astronomiczne znów się ożywiły. Duże zasługi w tej dziedzinie oddali: astronom wiedeński Georg Peurbach (1423-1461) i Johann Muller, zwany powszechnie Regiomontanusem (1436-1476). Oni pierwsi w Europie dali jasny wykład geocentrycznej teorii Ptolemeusza i wykazali jej braki. Dzięki nim astronomia powoli zbliżała się do stanu wymagającego zasadniczej reformy, której w następnym stuleciu dokonać miał wielki astronom polski Mikołaj Kopernik (1473-1543).
Kopernik zastał Ziemię mocno osadzoną w środku Wszechświata. Konieczna więc była duża wnikliwość z jego strony i nie mniejsza odwaga, by uczynić ją jedną z planet, w jej zaś miejscu usadowić Słońce. Jeszcze za życia wielkiego astronoma krok ten spotkał się z ostrą oceną ze strony przywódców reformacji, a po latach potępił go także kościół katolicki. Tylko nieliczni uczeni od razu zdecydowanie opowiedzieli się za nowym poglądem na budowę Wszechświata.
Układ heliocentryczny Kopernika wychodzi z następujących założeń: środkiem Wszechświata nie jest Ziemia, lecz największe z wszystkich ciał niebieskich - Słońce. Dokoła niego krążą planety poruszające się w jednym i tym samym kierunku. Wśród nich jest także Ziemia, obracająca się w ciągu doby wokół swej osi i okrążająca raz na rok Słońce. W zasadzie był więc bardzo podobny do modelu Arystotelesa, do którego zresztą Kopernik z całą świadomością nawiązywał. Różnica polegała jednak na tym, że polski astronom wprowadził jeszcze trzeci ruch Ziemi. Jej oś obrotu nie jest bowiem stale skierowana w ten sam punkt sfery niebieskiej, ale wolno zatacza w przestrzeni niewielki krąg. Pociąga to za sobą zmianę położenia biegunów niebieskich oraz przesuwanie się punktów równonocy wiosennej i jesiennej.
Wszystko to w zasadniczy sposób zmieniało dotychczasowe wyobrażenia o budowie Wszechświata. Stwierdzenie bowiem, że Ziemia się porusza i wśród innych ciał niebieskich nie zajmuje centralnego położenia, godziło nie tylko w utwierdzone od wieków poglądy filozoficzne i teologiczne, ale i w ugruntowane podstawy astronomiczne i fizyczne. Do tej pory panowało przecież przekonanie, że obrotowy ruch sfery gwiazd stałych jest wynikiem działania płynącej z zewnątrz siły nadprzyrodzonej. Od tej właśnie sfery miały przejmować ruch sfery wewnętrzne, na obwodach których znajdowały się planety, Słońce i Księżyc. Tymczasem system Kopernika wymagał wytłumaczenia ruchu planet wewnątrz nieruchomej sfery gwiazd stałych.
rys. Heliocentryczny układ świata Kopernika według ryciny z XVIIw.
Kopernik wielce uprościł budowę Wszechświata, przenosząc jego środek z Ziemi na Słońce. Pozostał jednak wierny fałszywej tezie antycznej o doskonałości jednostajnego ruchu kołowego i dlatego w swym modelu musiał zastosować wiele niewielkich epicykli, które miały tłumaczyć inne odchylenia w ruchu planet. Pozostały one w teorii Kopernika jako ostatnie dziedzictwo starożytności i nieco ją zaciemniały. Z astronomii usunął je wybitny matematyk i astronom niemiecki Jan Kepler (1571-1630), odkrywając trzy znane prawa ruchu planet. Doszedł do nich w oparciu o analizę bogatego materiału obserwacyjnego, zebranego przez sławnego astronoma duńskiego Tychona Brache (1546-1601) w ciągu wielu lat żmudnej pracy.
Prawa te unowocześniły teorię heliocentryczną i nadały jej jeszcze bardziej zwartą formę. Nie odpowiadały jednak na pytanie, dlaczego planety poruszają się właśnie tak, a nie inaczej. Wyjaśnił to dopiero genialny fizyk angielski Izaak Newton (1642-1727), odkrywając prawo powszechnego ciążenia.
W rzeczywistości orbity planet nie są dokładnymi elipsami, ponieważ przeszkadza im w tym przyciąganie pozostałych planet. Wprawdzie ich masy w stosunku do masy Słońca są niewielkie, jednak przy ścisłych obliczeniach trzeba je uwzględnić.
Tak więc trzy prawa ruchu planet i prawo powszechnego ciążenia rozwinęły niedoskonałą jeszcze przecież myśl Kopernika, który mimo to słusznie uważany jest za twórcę współczesnej astronomii. On to bowiem twierdził, że Ziemia i pozostałe planety poruszają się po orbitach okołosłonecznych. Lecz dopiero Kepler określił ten ruch jakościowo, a Newton wskazał tego przyczyny i opracował matematycznie sposoby jego badania.
Najistotniejsze jest jednak to, iż prawa powyższe rządzą nie tylko w systemie planetarnym Słońca, ale i w najdalszych zakątkach Wszechświata.
Dzięki odkryciom wielu wybitnych astronomów wiemy , że Ziemia jest trzecią w kolejności planetą od Słońca. Obiega ona swą orbitę w ciągu roku, obracając się przy tym wokół osi raz na dobę. Dziś chyba nikt w to nie wątpi podobnie jak w kulisty kształt globu ziemskiego .
Ziemia jest najlepiej zbadaną planetą systemu słonecznego, co wcale jednak nie znaczy, że już wszystko o niej wiemy. Jej masa, wyznaczona w oparciu o prawo powszechnego ciążenia, wynosi 5987,4 tryliona t. natomiast średnia gęstość globu ziemskiego jest pięciokrotnie większa od gęstości wody, wynosi bowiem 5517 kg/m3. Lecz skorupa naszej planety ma dużo mniejszą gęstość od średniej, a z tego wynika, że jej wnętrze musi być znacznie gęściejsze. I tak też jest istotnie, co stwierdzono na podstawie rozchodzenia się fal sejsmicznych. Na głębokości około trzech tysięcy kilometrów gęstość Ziemi wzrasta nagle do 9400 kg/m3. Tu właśnie leża zewnętrzna granica jądra, zbudowanego głównie - jak się przypuszcza - z niklu i żelaza. Jego gęstość w odległości około tysiąca kilometrów od środka Ziemi wynosi aż 17 000 kg/m3.
Pomiary wykazały, że Ziemia nie ma dokładnie kulistego kształtu i raczej przypomina elipsoidę obrotową. Tym terminem nazywamy bryłę geometryczną, jaką otrzymujemy przez obrót elipsy wokół jej malej osi. A zatem kształt Ziemi określają dwa promienie-równikowy i biegunowy. Długość pierwszego wynosi 6 378 160, drugiego zaś - 6 356 845 m.
Lądy zajmują około 30% ogólnej powierzchni Ziemi. Nie są one jednak równomiernie rozłożone - koncentrują się głównie na północnej jej półkuli. W dalekiej przeszłości kontynenty na Ziemi były jeszcze bardziej ścieśnione, a początkowo nawet tworzyły jeden ogromny prakontynent. Później jednak kra kontynentalna zaczęła pękać i poszczególne lądy powoli odsunęły się od siebie. Pośrodku Atlantyku pozostał jedynie grzbiet górski wznoszący się ponad jego dno od 1000 do 3000m.Jest to ślad po dawnym połączeniu Afryki z Ameryką.
Atmosfera składa się głównie z azotu (około 78%) i tlenu (około 21~). Pary wodnej zawiera bardzo mało, ale jest jej wystarczająca ilość, by mogły się tworzyć chmury i występowały opady deszczu lub śniegu.
|