На экваторе поверхность Земли движется со скоростью около 1670 км/ч. Это примерно 1,4 скорости звука, вдвое быстрее пассажирского лайнера в крейсерском полёте. При этом чашка кофе на вашем столе не расплёскивается, а ветра в лицо нет. Почему так?

Ответ короткий: организм и физические приборы реагируют не на скорость, а на её изменение. Остальная статья про то, где именно проходит граница между «чувствуется» и «не чувствуется» и как вращение Земли всё таки удалось поймать за руку.

Откуда взялось 1670

Экватор имеет длину около 40 075 км. Земля делает оборот относительно звёзд за 23 часа 56 минут, и деление даёт те самые 1670 км/ч, или 465 м/с.

Но это цифра для одной точки планеты. Скорость зависит от широты: чем ближе к полюсу, тем меньше круг, который вы описываете за сутки. В Москве это примерно 940 км/ч, в Санкт Петербурге около 840, а на самом полюсе ноль: там вы просто медленно поворачиваетесь на месте, как на патефонной пластинке. «Скорость вращения Земли» существует только применительно к конкретному месту и только относительно земной оси.

Корабль Галилея и его наследники

Против вращения Земли когда то выдвигали вполне разумные возражения. Если под ногами всё несётся с такой скоростью, брошенный вверх камень должен упасть далеко к западу, птицы не смогут догнать свои деревья, а выстрел на запад полетит дальше, чем на восток. Ничего такого никто не наблюдал.

В 1632 году Галилей ответил на это знаменитым мысленным экспериментом. Запритесь в каюте большого корабля без окон, пустите туда бабочек и поставьте аквариум с рыбками. Пока корабль идёт ровно, без качки, вы не отличите его ход от стоянки: капли падают в подставленный сосуд отвесно, бабочки летают во все стороны одинаково, прыжок на любое расстояние получается одинаковым в любом направлении.

Позже Ньютон превратил это наблюдение в закон. Тело, на которое не действуют силы, сохраняет скорость, а значит, силы возникают из-за ускорения, а не из-за самой скорости. Поэтому в самолёте на высоте 10 км при 900 км/ч вам спокойно наливают чай, а при торможении в машине с 50 до 0 вас вдавливает в ремень.

К тому же вместе с Землёй движется всё сразу: воздух, вода, ваш камень, птицы и даже ваша чашка. Атмосфера не «стоит», пока под ней проносится поверхность, она вовлечена во вращение целиком. Ветер возникает от разницы скоростей воздуха и земли, а разницы здесь нет.

Что в вращении всё же ускоряется

Строго говоря, равномерное движение по кругу ускоренное: направление скорости постоянно меняется. Значит, что-то мы должны чувствовать. И мы чувствуем, только очень слабо.

Центростремительное ускорение на экваторе выходит около 0,034 м/с², то есть 0,34 % от ускорения свободного падения. Ощутить такое невозможно. Зато это можно взвесить: человек массой 70 кг на экваторе весит на весах на 240 г меньше, чем мог бы, если бы Земля стояла. Добавьте к этому то, что сама планета из-за вращения слегка сплюснута, и разница между весом на полюсе и на экваторе достигает уже примерно полпроцента, то есть 300–400 граммов на 70 кг.

Есть и вторая причина «слепоты». Вестибулярный аппарат в ухе реагирует на угловое ускорение, а порог чувствительности к вращению порядка градуса в секунду. Земля поворачивается на 15 градусов в час, то есть на 0,004° в секунду. Это в сотни раз ниже порога. Даже на быстрой карусели через полминуты жидкость в полукружных каналах выравнивается вместе с вами, и ощущение вращения исчезает. Остаётся только выталкивающая сила на стенку, и та у Земли мизерна.

Годовой полёт ещё стремительнее

Вращение вокруг оси на этом фоне выглядит прогулкой. Вокруг Солнца Земля мчится со скоростью около 30 км/с, или 107 000 км/ч. Само Солнце тянет нас вокруг центра Галактики со скоростью порядка 220 км/с, а относительно реликтового излучения вся наша группа галактик движется ещё быстрее, около 370 км/с.

Любопытно, что ускорение от орбитального движения Земли (около 0,006 м/с²) в шесть раз меньше, чем от суточного вращения. Орбита огромна, поворот по ней очень плавный, а Солнце компенсирует его притяжением. Вы не ощущаете этого по той же причине, по которой невесомы космонавты на МКС: всё вокруг падает вместе с вами.

Как всё-таки поймали вращение

Раз внутри «каюты» разницы нет, для доказательства вращения нужны либо очень большие масштабы, либо очень чувствительные приборы.

Отклонение при падении. Камень, брошенный с высокой башни, падает не строго отвесно: пока он летит, основание башни, которое ближе к оси вращения, чем вершина, движется по окружности медленнее, чем сам камень на высоте. Получается небольшое смещение на восток. Со 100 метров оно составляет на экваторе около 2 см. Первые надёжные измерения сделал в 1831 году Фердинанд Райх в шахте близ Фрайберга: при падении с высоты примерно 158 м шарики отклонялись примерно на 28 мм.

Маятник Фуко. В 1851 году Леон Фуко подвесил на 67 метровой проволоке шар в парижском Пантеоне. Плоскость его качаний медленно поворачивалась относительно пола, причём тем быстрее, чем ближе к полюсу: в Париже полный оборот занимает около 32 часов, на полюсе ровно сутки, на экваторе поворота нет. Публика могла сама убедиться, что пол под маятником уезжает.

Циклоны. В Северном полушарии воздух, стремящийся заполнить область низкого давления, закручивается против часовой стрелки, в Южном по часовой. Это тот же эффект (сила Кориолиса), только в масштабе тысяч километров. Раковина в ванной, вопреки расхожей байке, к нему безразлична: ей слишком мало места, и на форму воронки влияет форма слива.

Лазерные гироскопы. Сегодня вращение измеряют без всякого взгляда на небо. В Баварии, в обсерватории Веттцелль, в подвале стоит кольцо со стороной 4 метра, по которому в противоположные стороны бегут два лазерных луча. Из-за вращения Земли время пробега у них чуть-чуть разное, и по интерференции определяют скорость вращения планеты с точностью до долей процента, вплоть до колебаний, вызванных приливами и землетрясениями.

Что было бы, если бы вращение резко остановилось

Здесь и проявляется главный смысл всего сказанного. Если бы Земля внезапно замерла, атмосфера, океаны и всё, что не приросло к коре, по инерции продолжило бы движение на восток со скоростью до 465 м/с. Ураганы, цунами высотой с горы и стёртый с лица земли рельеф были бы платой за нарушение единственного условия: мы не ощущали вращения, пока оно было равномерным. Опасно не движение, а его прерывание.

В действительности этого ждать не приходится. Приливное трение постепенно тормозит планету, но сутки за век удлиняются всего на пару миллисекунд. Такому торможению невозможно не подстроиться, и мы подстраиваемся, ничего не замечая.