Земной шар имеет послойное строение. Внешний слой — оболочку — представляет земная кора. Ее верхний тонкий плодородный слой называют почвой. В центре Земли находится ядро. Между ним и земной корой расположена мантия. Лучше всего изучена земная кора. Трудно узнать что-нибудь о строении Земли в ее глубоких недрах. Каков химический состав, каковы физические условия в мантии и ядре? Самые глубокие шахты не превышают 10 — 15 км, а до центра Земного шара 6400 км. Как узнать, что там внутри?
На помощь ученым приходит наука о землетрясениях — сейсмология. На нашей планете каждый час в разных местах происходит несколько колебаний земной поверхности. Часто случаются землетрясения с катастрофическими последствиями.

Воздушной "шубой" нашей Земли называют атмосферу. Без нее жизнь на Земле невозможна. На тех планетах, где нет атмосферы, нет жизни. Атмосфера защищает планету от переохлаждения и перегрева. Бесит она 5 миллионов миллиардов тонн. Ее кислородом мы дышим, углекислый газ поглощают растения. 
"Шуба" оберегает все живые существа от губительного града космических осколков, которые сгорают на пути к Земле, от космических лучей нас спасает озоновый слой атмосферы. Наша планета окружена многослойной атмосферой, подобно тому как в яйце желток окружен белком. Самый нижний слой тропосфера (ее толщина до 15 км) — "кухня погоды", там все время перемещаются, перемешиваются теплые и холодные воздушные массы, образуются туманы, облака, тучи. 

В "воздушной шубе" нашей Земли — атмосфере — в конце 70-х годов специалисты с помощью спутников обнаружили нарушение озонового слоя. В атмосфере, в которой мы существуем — дышим, разговариваем, ходим, летаем, и которая состоит в основном из азота и кислорода, есть еще так называемые малые газы, роль которых отнюдь не мала. 
Один из важнейших малых газов атмосферы — озон. Его молекула состоит из таких же атомов, как и молекулы кислорода, но в отличие от кислорода, у озона атомов не два, а три. После грозы, в хвойном лесу этим газом легко и приятно пахнет (озон как раз и означает в переводе с греческого "пахнущий"). На высоте 20—25 км над поверхностью Земли расположен тонкий слой озона, который играет роль экрана, защищающего нас от ультрафиолетового излучения, в больших дозах вредного для здоровья.

По удаленности от Солнца планета Земля третья, после Меркурия и Венеры. Интересно, как бы выглядела Земля для наблюдателя, находящегося на другой планете, например, на Луне? Земля так же, как и Луна, проходит смену фаз, так как ночная сторона Земли — темная, а дневная — светлая. По времени "земные фазы" точно противоположны лунным. 

Когда мы видим полную Луну, к Луне обращена темная сторона Земли, т.е. наблюдателю на Луне в этот момент будет "новоземелие". Когда для нас новолуние, на Луне наступает "полноземелие", и Земля с Луны видна как полностью освещенный диск. Земля освещает поверхность Луны значительно сильнее, чем полная  Луна освещает поверхность Земли, так как Земля крупнее и лучше отражает солнечные лучи.

Солнце, Луна, большие планеты, их достаточно крупные спутники и подавляющее число далеких звезд имеют форму шара. Во всех случаях причина этого — гравитация. Силы тяготения действуют на все тела во Вселенной.

 Любая масса притягивает к себе другую массу тем сильнее, чем меньше расстояние между ними, причем никаким способом нельзя изменить (усилить или ослабить) это притяжение. Поэтому разные части достаточно большого и массивного тела первоначально произвольной формы стремятся занять такие положения, при которых они находились бы как можно ближе друг к другу. Это стремление и приводит к тому, что тело принимает форму, близкую к форме шара. К телам привычных для нас размеров это не относится, так как действуют другие силы иной природы, более мощные, чем гравитационные.

Известно, что ученые древности для геодезических измерений прибегали к помощи небесных светил. Так, древнегреческий ученый Эратосфеп (III—II века до н.э.) впервые определил длину земной окружности с помощью Солнца. Он заметил, что когда в Сиене в полдень 22 июня Солнце находится точно в зените, в Александрии оно расположено ниже зенита на 1/50 часть окружности, что соответствует 7°12'. Тогда ученый написал простую пропорцию, которую в наши дни составит любой семиклассник: "Расстояние от Александрии до Сиены так относится к длине окружности земного шара, как 712' относится к 360°". Но для решения задачи Эратосфену надо было еще измерить расстояние между выбранными городами, кстати, разделенными пустыней. И тут уже пришлось прибегнуть к чисто земным средствам. Ученый нашел остроумный выход.

Днем воздух так же прозрачен, как и ночью, однако звезды не видны. Все дело в том, что в дневное время атмосфера рассеивает солнечный свет.

Попробуйте вечером из хорошо освещенной комнаты посмотреть на улицу. Сквозь оконное стекло яркие фонари, расположенные снаружи, видны достаточно хорошо, а слабо освещенные предметы разглядеть почти невозможно. Но стоит только выключить свет в комнате, как стекло перестанет служить препятствием для нашего зрения.

 Похожее происходит и при наблюдении неба: днем атмосфера ярко освещена и сквозь нее видно Солнце, однако не может пробиться слабый свет далеких звезд. Но после того, как Солнце погружается за горизонт и солнечный свет (а с ним и свет, рассеянный воздухом) "выключается", атмосфера становится "прозрачной" я можно наблюдать звезды.

Мы не раз обращали внимание на то, что Солнце и Луна у горизонта кажутся крупнее, а когда поднимутся на свое самое высокое положение на небосводе, становятся в 3—4 раза меньше. Точно так же и созвездия у горизонта кажутся больше, чем в верхней кульминации. Угловые размеры всех объектов кажутся увеличенными у горизонта. Подобно этому мы также переоцениваем количество облаков у горизонта, и недооцениваем их, если они расположены в околозенитной части неба. 
Эти оптические обманы были замечены и описаны еще Аристотелем. Объяснять эту иллюзию можно, вспомнив о явлении под названием "перспектива". Чем дальше от наблюдателя на земной поверхности находится предмет, тем под меньшим углом мы его видим.

Астрономия — наиболее удивительная из всех остальных наук. Вероятно, что это и самая старая из всех наук.

Люди всегда интересовались погодой, переменами климата и Солнцем. Астрономические знания необходимы были людям и в Древнем Египте, и в Вавилоне, и в Индии, и в Китае, везде, где люди жили, сеяли, собирали урожай, где они занимались охотой, рыболовством, скотоводством, совершали путешествия через пустыни и моря. Всем им необходимо было ориентироваться во времени и в пространстве. В то время не было еще хороших карт, а компас был известен только в Древнем Китае. Небо же было почти всегда ясным, и звезды могли всегда направлять путешественника к его местоназначению. Так как передвижение Полярной звезды по небу почти незаметно, люди поняли, что она может служить путеводительницей и на море.

Попробуйте представить себя в роли древнего наблюдателя Вселенной, полностью лишенного каких-либо инструментов. Днем обратит на себя внимание движение Солнца, ночью — картины звездного неба, Луна с ее изменчивой внешностью, а также более редкие явления: вспышка "новой" яркой звезды, появление хвостатой кометы или яркого болида, или, наконец, "падение звезд". 

Кто первый подметил цикличность, т.е. повторяемость небесных явлений и по этим циклам составил первые календари? По-видимому, первыми это сделали египетские жрецы, когда примерно за 6000 лет до наших дней подметили, что предутреннее появление Сириуса в лучах зари совпадает с разливом Нила. Медленно проходили века.

Немного есть научных трудов в истории человечества, которые сохраняли бы свою ценность на протяжении многих веков, изучались бы десятками поколений ученых. К числу таких трудов относится "Альмагест" греческого ученого Клавдия Птолемея (ок. 90—160).

Он долго жил в Александрии, которая хоть и расположена в Африке, в устье Нила, но в течение нескольких столетий служила центром греческой культуры. Там Птолемей производил астрономические наблюдения, там написал свой "Альмагест" (так переделали на арабский лад заглавие его труда "Великое построение").

Простейшие астрономические явления совершаются "на небе". По небу движутся Солнце и Луна, на чистом небе видны тысячи звезд, а нередко, к досаде астрономов, небо бывает пасмурным, и тогда наблюдения невозможны. Как приступить к наблюдениям, если условия видимости хорошие, небо ясное, без облаков? С чего следует начать? Где и когда вести наблюдения?

Вид звездного неба — эта бриллиантовая россыпь множества звезд - всегда привлекал, завораживал человека. Когда-то очень давно один философ сказал, что если бы звездное небо было видно только в каком-нибудь одном месте Земли, то к этому месту непрерывно двигались бы толпы людей, чтобы полюбоваться великолепным зрелищем.

В Древней Греции и Древнем Риме видимый небесный купол считали твердым сводом, закрывающим Землю сверху, представляли небосвод, состоящим из семи кристаллических сфер, по которым вращаются светила: Луна, Меркурий, Венера, Солнце, Марс, Юпитер и Сатурн. Позднее, в средние века, ученые спорили, из чего сделан небесный свод: из стекла, хрусталя или драгоценных камней синего цвета, например, сапфира?

Правильное объяснение того, что же представляет собой небесный свод, дал в XV веке великий итальянец Леонардо да Винчи. В книге "О живописи" он писал: "Синева неба происходил благодаря толще освещенных частиц воздуха, которая расположена между Землей и находящейся наверху чернотой".

Днем по небосводу движется Солнце. Оно восходит, поднимается все выше и выше, потом начинает опускаться и заходит. Перемещаются ли звезды? Одни и те же звезды видны всю ночь на небе или нет? Это можно узнать. Нужно выбрать для наблюдения такое место, откуда небо хорошо видно, заметить, над какими местами горизонта (домами или деревьями) Солнце видно утром, днем и вечером. После захода Солнца заметить какую-либо яркую звезду, отметить время по часам. Если прийти и посмотреть на то же место на небе через 1—2 часа, то можно заметить, что выбранная звезда переместилась слева направо. Переместились и другие звезды. Звезды в стороне утреннего Солнца поднимаются выше, а в стороне вечернего Солнца опускаются ниже.

Почему же звездное небо как будто вращается и почему именно Полярная звезда почти неподвижна? Оказывается, причина этого кажущегося движения звезд заключается во вращении Земли. Подобно тому, как человеку, кружащемуся по комнате, представляется, будто вся комната кружится вокруг него, так и мы, находящиеся на вращающейся Земле, видим, будто бы движущиеся звезды.

Наша Земля имеет ось вращения — воображаемую линию, вокруг которой вращается земной шар. Ось вращения Земли пересекает земную поверхность в двух точках — это Северный и Южный географические полюса. Если направление земной оси продолжить, то оно пройдет вблизи Полярной звезды. Вот почему Полярная звезда кажется неподвижной, а небесная сфера кажется вращающейся вокруг воображаемой оси. 

Сегодня ученые могут целым рядом опытов подтвердить вращение Земли вокруг своей оси. Самый знаменитый опыт был проведен в 1851 году французским физиком Жаном Фуко.

Установка представляла собой тяжелый маятник на длинном подвесе. Чем длиннее подвес, тем лучше проходил опыт. Поэтому обычно такой маятник устанавливают в высоких соборах. Маятник Фуко имеется и в Московском планетарии.

Если маятник вывести из положения равновесия, то он обязательно будет колебаться в некоторой плоскости, проходящей через начальную точку, в которую был отведен груз, и положение равновесия.

Долгое время люди считали, что Земля плоская, как блин, держится на трех китах (или трех слонах). Заметить движение Земли, находясь на ее поверхности, человеку невозможно. Слишком мал человек по сравнению с огромным земным шаром. С развитием науки представления людей о Земле менялись. Теперь мы знаем, что Земля участвует одновременно в двух движениях: движении по орбите вокруг Солнца и вращении вокруг собственной оси.

Мы не замечаем вращения Земли, зато наблюдаем и чувствуем его последствия — смену дня и ночи. Если бы Земля не вращалась, то на той стороне, которая обращена к свету, всегда был бы день, а противоположная сторона всегда находилась бы в темноте.

В безлунные вечера на звездном небе можно увидеть широкую белесоватую полосу. Это Млечный Путь — гигантская арка, протянувшаяся через все небо. Древние думали, что это молоко, пролитое богиней Герой. Согласно другим мифам — это дорога с горы Олимп (на которой жили боги) на Землю. "Небесной рекой" называется Млечный Путь в китайских сказаниях.

Но даже в древности догадывались и о том, что Млечный Путь — это множество звезд, неразличимых невооруженным глазом. Телескоп дал возможность выяснить природу Млечного Пути.

Чтобы не заблудиться на Земле, люди придумали способы ориентирования по сторонам света. Для определения местоположения на поверхности Земли используют географические координаты — широту и долготу. Астрономы придумали небесные координаты, характеризующие положение светил на небесной сфере.
Северный и Южный полюсы мира (Р и Р') находятся как бы в точках пересечения продолжения оси вращения Земли с небесной сферой, а небесный экватор — перпендикулярен оси мира РР'и делит небесную сферу на два полушария — северное и южное. Мы живем в северном полушарии Земли и наблюдаем северное полушарие небесной сферы. Точка над головой наблюдателя называется зенитом. Линия, вдоль которой движется любое тело, поднятое над землей и выпущенное из рук, называется отвесной линией. А направление отвесной линии называют вертикальным. Вертикальное направление принимает нить, к которой подвешен какой-нибудь груз. Отвесная линия как бы пересекает небо в точке зенита, т.е. над головой наблюдателя. 

Время непрерывно течет, и все в мире изменяется со временем. Потребность измерять время у людей появилась очень давно, жизнь повседневная связана со сменой дня и ночи. В древности положение Солнца на небе служило человеку указателем времени.

По Солнцу ориентировались и в пространстве и во времени. Видимое движение Солнца по небу позволило человеку отмерять почти равные промежутки времени. Сама природа дала основные меры времени: сутки — период вращения Земли вокруг своей оси, год — период обращения Земли вокруг Солнца. С движениями Земли связано изменение вида звездного неба в течение суток и в течение года.

Полный оборот вокруг своей оси, т.е. поворот на 360°, Земной шар совершает за 23 часа 56 минут 4,1 секунды, т.е. приблизительно за~ 24 часа, или за сутки. С таким же периодом происходит восход Солнца, его кульминация, заход. Долгое время астрономы считали, что скорость вращения Земли постоянна, однако с применением более точных приборов обнаружили небольшие отклонения. В связи с трением, возникающим при морских приливах и с изменениями в земной коре, скорость вращения Земли уменьшается. Наш день каждые 100 лет удлиняется на 1/1000 секунды. Это ничтожное изменение, однако ученые следят за ним.

На Земле происходит смена времен года. Человек с давних пор искал ответ на вопрос: почему летом тепло и день длиннее ночи, а зимой холодно и дни короче. Мы знаем, что Земля вращается вокруг Солнца и одновременно вращается вокруг своей оси (от чего происходит на Земле смена дня и ночи). Земная ось (воображаемая линия от Северного полюса к Южному) наклонена к плоскости орбиты Земли под углом 23,5° и направлена всегда в одну точку — на Полярную звезду. Наклонное положение оси Земли сохраняется в течение всего года, поэтому Солнце освещает поверхность Земли по-разному. Часть года Северный полюс повернут к Солнцу, а вторую часть года к Солнцу наклонен Южный полюс. Из-за этого наклона прямые лучи Солнца иногда освещают участок поверхности Земли к северу от экватора, иногда к югу от экватора.

Обычай измерять время семидневной неделей пришел к нам из Древнего Вавилона и был связан с изменением фаз Луны. Число "семь" считалось исключительным, священным. В свое время древневавилонские астрономы обнаружили, что, кроме неподвижных звезд, на небе видны семь блуждающих светил, которые были названы планетами.

Древневавилонские астрономы считали, что каждый час суток находится под покровительством определенной планеты.

Дни недели получили свои названия от имен богов. Затем эти названия перешли к римлянам, а потом и в календари многих народов Западной Европы. Понедельник считался днем Луны, вторник — днем Марса, среда — днем Меркурия, четверг — днем Юпитера, пятница — днем Венеры, суббота — днем Сатурна, воскресенье — днем Солнца. Названиями планет пользуются для обозначения дней недели и многие азиатские народы.

Потребность измерять время возникла у людей уже в глубокой древности. Первые календари появились много тысяч лет назад на заре человеческой цивилизации. Люди научились измерять промежутки времени, сопоставлять их с явлениями, которые повторялись периодически (смена дня и ночи, смена фаз Луны, смена времен года). Без использования единиц измерения времени люди не могли жить, общаться между собой, торговать, заниматься земледелием. В начале счет времени был примитивным, но по мере развития человеческой культуры, с возрастанием практической потребности людей, календари совершенствовались, появились такие понятия, как год, месяц, неделя.

Римский император Юлий Цезарь в 46 году до н.э. провел реформу календаря. Разработку нового календаря осуществила группа александрийских астрономов во главе с Созигеном.

В основу календаря, позже получившего название юлианского, положен солнечный год, продолжительность которого была принята равной 365,25 суток. Но в календарном году может быть лишь целое число суток. Поэтому условились считать в течение трех из каждых четырех годов по 365 дней, в четвертом — 366 дней. Добавочный день решили поместить между 24 и 25 февраля и назвать его "дважды шестой до мартовских календ" (по-латыни "секстус — шестой, биссекстус — дважды шестой.) Дополненный год позже был назван "аннус биссекстус", откуда и пошло слово високосный.

История созвездий очень интересна. Еще очень давно наблюдатели неба объединили наиболее яркие и заметные группы звезд в созвездия и дали им различные наименования. Это были имена различных мифических героев или животных, персонажей легенд и сказаний — Геркулес, Центавр, Телец, Цефей, Кассиопея, Андромеда, Пегас и др.

В названиях созвездий Павлин, Тукан, Индеец, Южный Крест, Райская птица была отражена эпоха Великих географических открытий.

Созвездий очень много — 88. Но не все из них яркие и заметные. Наиболее богато яркими звездами зимнее небо.

Одна из легенд гласит, что титан Атлас был осужден Зевсом держать на плечах небесный свод. Именно в честь этого греческого титана еще в средние века сборники небесных или земных карт стали называться атласами.

Но первые изображения созвездий, найденные археологами, относятся чуть ли не к каменному веку. Звездные карты средневековья указывали лишь приблизительное расположение звезд, чаще изображались фигуры, соответствующие созвездиям. Старинные изображения созвездий подчас представляют собой совершенные произведения искусства. Например, первая печатная карта неба с фигурами созвездий, выполненная немецким художником Альбрехтом Дюрером.

Обитательницы безграничного космоса — звезды — давным-давно сосчитаны, записаны в каталоги - и не только те, что видны невооруженным глазом, но и множество других, наблюдаемых в телескоп.

Есть сведения, что в IV в. до н.э. китайский астроном Ши Шен составил первый звездный каталог, первую перепись звезд.

Великая честь и огромный труд составления звездного каталога принадлежат древнегреческому астроному Гиппарху (II век до н.э.). Этот ученый был удивительно изобретателен, придумывал остроумные эксперименты, позволившие ему без телескопа, с помощью только длительных наблюдений совершить значительные открытия.

В средних широтах основные незаходящие созвездия — Большая и Малая Медведицы, Кассиопея и Дракон. Они всегда доступны наблюдению. Наиболее важной группой северных созвездий являются Большая и Малая Медведицы. Они хорошо заметны на небе, эти созвездия отмечают направление на Север и поэтому еще с древнейших времен имели практическое значение. Самые яркие звезды обеих Медведиц образуют фигуры, похожие на ковш, поэтому их легко найти на небе.

Осенними и зимними вечерами ковш четко виден в северной стороне неба. Весной и летом по вечерам этот ковш расположен гораздо выше и тогда его следует отыскивать в окрестностях зенита, т.е. над головой.

О Большой и Малой Медведицах существует много легенд. Вот одна из них. Когда-то в незапамятные времена, у царя Ликаона, правившего страной Аркадией, была дочь по имени Каллисто. Красота ее была столь необыкновенной, что она рискнула соперничать с Герой — богиней и супругой всемогущего верховного бога Зевса. Ревнивая Гера в конце концов отомстила Каллисто: пользуясь своим сверхъестественным могуществом, она превратила ее в безобразную медведицу. Когда сын Каллисто, юный Аркад, однажды возвратившись с охоты, увидел у дверей своего дома дикого зверя, он ничего не подозревая, чуть не убил свою мать — медведицу. Этому помешал Зевс — он удержал руку Аркада, а Каллисто навсегда взял к себе на небо, превратив в красивое созвездие — Большую Медведицу.