траектория, скорость вращения, влияние на нашу жизнь

Орбита Земли — путь, по которому небесное тело движется вокруг Солнца. Впервые наличие орбиты доказал Николай Коперник. До его открытия считалось, что наша планета неподвижна в космическом пространстве.

Орбита Земли вокруг Солнца. Credit: sc-os.ru.

Как открыли земную орбиту

В античные времена Птолемей, Аристотель и их последователи считали модель построения Вселенной геоцентрической. Согласно ей, в центре располагалась Земля, а все космические тела вращались вокруг планеты. Впервые сомневаться в этом начал древнегреческий ученый Аристарх Самосский. Наблюдая в III в. до н. э. лунное затмение, он сделал вывод, что Луна не является самостоятельным светилом, а только отражает солнечный свет, и она меньше Солнца по диаметру во много раз. И будет странным, что такой большой небесный объект, как наша звезда, вращается вокруг маленькой Земли.

Геоцентрическая система мира Птолемея. В предложенной системе мира шарообразная Земля покоится в центре Вселенной. Credit: infourok.ru.

Окончательно геоцентрическая теория была развенчана в 1534 г. польским астрономом Н. Коперником, автором гелиоцентрического учения, доказавшим, что Солнце обращаться вокруг Земли не может.

Первым, кто доказал эллиптическую форму орбиты нашей планеты, был немецкий ученый И. Кеплер. Наблюдая за движением Земли и Марса, он понял, что планеты периодически замедляются, а затем снова ускоряются, что было бы невозможно, будь орбита круговой.

Расстояние от Солнца до Земли

Этот параметр зависит от точки нахождения нашей планеты в пространстве. Расстояние равно:

• в перигелии (ближайшей точке к Солнцу) — 147,1 млн км;
• в афелии (самой удаленной от светила позиции, называемой также апогелием) — 152,1 млн км.

Для приблизительных расчетов принято среднее значение удаленности (орбитальной полуоси) — 149,6 млн. км. Эта величина является основной мерой измерения расстояний в космосе — 1 астрономической единицей (а.е.). С ее помощью определять длину чего угодно в космическом пространстве проще, чем высчитывать абсолютные значения.

Среднее расстояние от Земли до Солнца равняется 0,000004848 парсеков, или примерно 150 млн км. Credit: telegramfor.me. 

Эта мера была принята еще в Средние века, но поначалу не имела никакого численного значения — все линейные расстояния выражались в условной дистанции между Землей и Солнцем. Только в 1672 г. европейский ученый Дж. Кассини впервые оценил орбитальный радиус Земли в 140 млн км. Это значение было уточнено только советскими астрономами в 1961 г. Полученное ими значение — 149,5993 млн км с погрешностью +/- 2000 км.

Расстояние до светила не влияет на смену сезонов, которая зависит лишь от осевого наклона тела.

Точку перигелия наша планета проходит в промежутке с 2 до 5 января каждого года. И хотя солнечного тепла на поверхность планеты в этот период попадает больше, в северном полушарии в это время длится зима. В афелии Земля оказывается между 3 и 7 июля, минимум света и тепла от центральной звезды не мешает продолжаться лету во всех регионах севернее экватора.

Траектория движения планеты вокруг Солнца.
Credit: wikiwand.com.

Форма траектории движения Земли по орбите

Орбита Земли выглядит более круглой, чем траектории движения большинства планет нашей системы, но это не идеальный круг: вокруг солнца мы движемся по слегка вытянутому эллипсу.

Основная характеристика орбит — эксцентриситет Е, коэффициент их сжатости. Его значение лежит в интервале от 0 (идеальный круг) до 1 (максимально узкий эллипс, вытянутый почти в прямую линию). Для Земли величина Е невелика, всего 0,017. После Венеры с эксцентриситетом 0,007 и Нептуна (Е=0,011) земной результат — третий в Солнечной системе среди объектов планетарного типа.

Незначительное изменение орбитального диаметра нашей планеты играет важную роль в обеспечении возникновения и развития жизни здесь: так поддерживаются стабильные значения средней земной температуры. Для сравнения — эксцентриситет Меркурия составляет 0,2, что вызывает экстремальную смену температуры в течение дня и ночи. Меркурианская орбита — самая вытянутая в нашей системе.

Длина земной орбиты оценивается в 930-940 млн км.

Скорость движения нашей планеты

Движение Земли по орбите осуществляется со средней скоростью около 30 км/с. Любое тело, согласно законам физики, будет двигаться по эллиптической орбите неравномерно: быстрее в перигелии (наша планета в этой точке ускоряется до 30,2 км/с) и медленнее в афелии (земное значение — 29,2 км/с).

На 1 полный оборот вокруг Солнца планета тратит 365,24 суток. Для удобства расчетов этот период принят равным 365 дней, но каждые 4 года земной календарь корректируется — в него вводится 1 дополнительный день.

Плоскость орбиты

Точки любой орбиты всегда лежат в одной плоскости. Для Земли такая космическая «поверхность» называется эклиптикой, все остальные планеты системы движутся в плоскостях, близких к нашей.

Центральное светило тоже вращается вокруг своей оси, в том же направлении, что и все соседние планетарные объекты. Это косвенное доказательство того, что оно и все остальные тела системы образовались из единого газопылевого протооблака. Но одному явлению объяснение до сих пор не найдено: Солнце вращается с существенным отклонением от эклиптики. Не исключено, что в непосредственной близости от нас существуют крупные неоткрытые планеты, чье гравитационное воздействие так влияет на нашу звезду.

 Плоскость эклиптики — это плоскость обращения Земли вокруг Солнца (земной орбиты). Credit: spacegid.com.

Эклиптика участвует в оценке наклона оси небесного тела. Для нас он составляет 23°, что является причиной неравномерного годового нагрева южного и северного полушарий, когда Земля находится на разных участках орбиты и смены времен года.

Отклонение орбиты от идеальной формы

И. Кеплер вывел несколько законов, описывающих принципы движения небесных тел, и поводов сомневаться в них ученым XVII в. не было. Но с повышением точности измерений начали обнаруживаться отклонения от кеплеровского учения. Немецкий астроном построил свою модель на 2 упрощениях:

• вес любой планеты принимался пренебрежимо малым относительно веса Солнца;
• было учтено только взаимное гравитационное влияние светила и планеты, а воздействие соседних небесных тел не принималось во внимание.

Диаграмма, показывающая, как барицентр Солнечной системы менялся с течением времени. Credit: Wikimedia Commons.

Сегодня ученые при вычислении орбитальных характеристик учитывают еще один важный фактор. Они принимают во внимание, что не только планета вращается вокруг светила, но и связка «небесное тело — звезда» выполняет собственное вращение вокруг барицентра — условной точки в космосе, центра масс. В силу значимости солнечных габаритов барицентр нашей системы находится внутри Солнца, и он несколько меняет свое расположение.

Сейчас ежегодно расстояние между Землей и нашей звездой увеличивается на 15 см, и разница с сегодняшним значением полуоси достигнет километра уже через 67 тысяч лет — пустяк с точки зрения космического времени. Но постоянно отдаляться мы не будем: раз в 100 тыс. лет удаление будет сменяться сближением и наоборот.

Такая цикличность наблюдается на планете уже миллионы лет. Она стала причиной множества глобальных катаклизмов, например, ледниковых периодов.

Вместе с расстоянием до Солнца постоянно изменяется эксцентриситет нашей орбиты. Его величина в разные годы отличалась от сегодняшней и составляла от 0,05 до 0,005.

Насколько устойчива орбита Земли

Согласно кеплеровским законам, планеты Солнечной системы и местные непланетарные объекты способны вращаться вокруг своего светила бесконечно долго. На практике возможны случаи, когда небесные тела покидают орбиту и улетают в космическое пространство либо притягиваются Солнцем и погибают, врезавшись в него.

Предсказать аналитическим путем это невозможно, но и компьютерное моделирование не дает точного представления о будущей судьбе нашей системы. Самым нестабильным выглядит Меркурий — он может упасть на звезду либо начать критически удаляться от нее до момента столкновения с Венерой или нашей планетой. Прогнозы для Земли более благоприятны. Даже через миллиарды лет она все еще будет оставаться на своей орбите.

o-kosmose.ru

Орбита Земли вокруг Солнца

Орбитой Земли называют траекторию её вращения вокруг Солнца, её форма — эллипс, она размещена в среднем на расстоянии 150 миллионов километров от Солнца (максимальное удаленное расстояние называют афелием — 152 миллиона км, минимальное — перигелием, 147 миллионов км).

Полный оборот вокруг Солнца длиной в 940 миллионов км Земля, двигаясь с запада на восток со средней скоростью 108000 км/ч, совершает за 365 суток 6 часов 9 минут и 9 секунд или за один звездный год.

Движение планеты по орбите вокруг Солнца и угол наклона оси вращения к плоскости, где движутся небесные тела, напрямую влияют на смену времен года и неравенство дня и ночи.

Особенности вращения Земли вокруг Солнца

(Строение Солнечной системы)

В античную эпоху ученые астрономы считали, что Земля располагается в центре Вселенной и все небесные тела вращаются вокруг неё, эта теория носила название геоцентрической. Её развенчал польский астроном Николай Коперник в 1534 году, создавший гелиоцентрическую модель мира, доказывавшую, что Солнце не может вращаться вокруг Земли, как бы это не хотелось Птолемею, Аристотелю и их последователям.

Земля вращается вокруг Солнца по эллиптической траектории, называемой орбитой, её длина около 940 миллионов км и это расстояние планета проходит за 365 суток 6 часов 9 минут и 9 секунд. По прошествию четырех лет эти шесть часов накопляются в сутки, они добавляются к году как еще один день (29 февраля), такой год високосный.

(Перигелий и афелий)

В период движения по заданной траектории расстояние от Земли до Солнца может быть максимальным (данное явление происходит 3 июля и носит название афелий или апогелий) – 152 милл. км или минимальным – 147 милл. км (имеет место 3 января, называют перигелием), но не это является, как ошибочно можно предположить, следствием смены сезонов.

Смена времен года

Вследствие наклона земной оси к плоскости её орбиты вокруг Солнца в 66,5º, земная поверхность получает неодинаковое количество тепла и света, что становится причиной смены времен года и изменения продолжительности дневного и ночного времени суток.

Примечание:

•  Угол наклона земной оси от оси эклиптики = 23,44º градуса (наклон оси вращения Земли)
•  Угол наклона земной оси к плоскости её орбиты вокруг Солнца = 66,56º градусов (определяет климатические изменения сезонов в течение года )

Экваториальные дни и ночи всегда одинаково продолжительны, они длятся 12 часов.

Скорость Земли, движущейся по орбите

Оборот вокруг Солнца Земли: 365 суток 6 часов 9 минут и 9 секунд

Средняя скорость движения Земли по орбите вокруг Солнца: 30 км/с или 108 000 км/час (это 1/10000 часть скорости света)

Для сравнения диаметр нашей планеты составляет 12700 км, с этой скоростью можно покрыть данное расстояние за 7 минут, а расстояние от Земли до Луны (384 тыс. км) за четыре часа. Удаляясь от Солнца в период афелия скорость движения Земли замедляется до 29,3 км/с, в период перигелия ускоряется до 30,3 км/с.

Весеннее и осеннее равноденствия

• 20 марта — весенне равноденствие
• 22 сентября — осеннее равноденствие
• 21 июня летнее солнцестояние
• 22 декабря — зимнее солнцестояние

Места, где плоскость небесного экватора пересекается плоскостью эклиптики, обозначаются точками весеннего (20 марта) и осеннего равноденствия (22 сентября), дни и ночи одинаково продолжительны, и участки полушарий, обращенные к Солнцу, равномерно освещены и согреты, лучи Солнца падают на линию экватора под углом 90º. По датам весеннего и осеннего равноденствия отсчитывают астрономическое начало весны и осени в соответствующих полушариях.

Еще выделяют точки летнего (

21 июня) и зимнего (22 декабря) солнцестояния, лучи Солнца становятся перпендикулярными не линии экватора, а Южному и Северному тропику (южная и северная параллель 23,5º). В день летнего солнцестояния 21 июня в Северном полушарии до 66,5 параллели день длиннее ночи, в Южном полушарии – ночь длиннее дня, эта дата — астрономическое начало лета в северных широтах и зимы в южных.

22 декабря (день зимнего солнцестояния) в Южном полушарии до 66,5^{параллели продолжительность дня больше, в Северном севернее до той же параллели – меньше. Дата зимнего солнцестояния – астрономическое начало зимы в Северном полушарии и начало лета в Южном.}

xn—-8sbiecm6bhdx8i.xn--p1ai

Глава 3. Движение земли по орбите вокруг Солнца и его географические следствия

3.1. Следствия движения Земли. Земля, подобно другим планетам движется вокруг Солнца. Этот путь Земли называют орбитой (лат. оrbita -колея, дорога). Орбита Земли— эллипс, близкий к окружности, в одном из фокусов которого находится Солнце. Расстояние от Земли до Солнца изменяется в течение года, от 147 млн. км в перигелии (2 ян­варя) до 152 млн. км в афелии (5 июля) Длина орбиты более 930 млн. км. Земля движется по орбите с запада на восток со средней скоростью около 29,8 км/с и проходит весь путь за 365 суток 6 ч 9 мин 9 с. Этот промежуток времени называют звезд­ным (сидерическим) годом. Доказательством движения Земли вокруг Солнца является годичное аберрационное смеще­ние звезд, открытое в 1728 г. английским астрономом Дж. Брадлеем (1693—1762). Аберрация — угол между наблюдаемым (види­мым) и истинным направлением на светило. Дело в том, что пока свет от звезды доходит до окуляра прибора, наблюдатель вместе с прибором перемещается по орбите вокруг Солнца. Чтобы свет от звезды попал в объектив, нужно направить прибор не на истин­ное направление на звезду, а на расчетное. Годовое движение Земли вокруг Солнца можно наблюдать по непрерывному изменению положения Солнца на небе: изменяется полуденная высота Солн­ца, азимутальный угол восхода и заката.

Ось вращения Земли наклонена к плоскости орбиты под углом 66,5′ и перемещается в пространстве парал­лельно самой себе в течение года. Это приводит к смене времен года и неравенству дня и ночи — важнейшим следствиям обра­щения Земли вокруг Солнца.

Наклон земной оси к плоскости орбиты и сохранение ее ориентировки в пространстве обусловливают различный угол падения солнечных лучей и соответственно различия в по­ступлении тепла на земную поверхность, а также неодинако­вую продолжительность дня и ночи в течение года на всех широтах, кроме экватора.

22 июня земная ось северным концом обращена к Солнцу В этот день —

день летнего солнцестояния сол­нечные лучи в полдень отвесно падают на параллель 23,5° с.ш. — так называемый Северный тропик. Все параллели севернее эк­ватора до 66,5° с.ш. большую часть суток освещены — на этих широтах день длиннее ночи. Севернее 66,5° с.ш. в день летнего солнцестояния территория полностью освещена Солнцем — там полярный день. Параллель 66,5° с.ш. является границей, с кото­рой начинается полярный день, -это Северный полярный круг. В этот же день на всех параллелях южнее экватора до 66,5° ю.ш. день короче ночи. Южнее 66,5° ю.ш. территория не освещена со­всем — там полярная ночь. Параллель 66,5° ю.ш. — Южный по­лярный круг. 22 июня — начало астрономического лета в север­ном полушарии и астрономической зимы в южном полушарии.

22 декабря земная ось южным концом обращена к Солнцу .В этот день — день зимнего солнцестояния сол­нечные лучи в полдень отвесно падают на параллель 23,5° ю.ш. — так называемый

Южный тропик. На всех параллелях южнее экватора до 66,5° ю.ш, день длиннее ночи. Начиная с Южного велярного круга устанавливается полярный день. В этот день на всех параллелях севернее экватора до 66,5° с.ш. день короче ночи. За Северным полярным кругом — полярная ночь. 22 де­кабря — начало астрономического лета в южном полушарии и астрономической зимы в северном полушарии.

21 марта — в день весеннего равноденствия и 23 сентяб­ря в день осеннего равноденствия терминатор проходит через оба полюса Земли и делит все параллели пополам. Северное и южное полушария в эти дни освещены одинаково, день повсюду на Земле равен ночи .Солнечные лучи в полдень и зените над экватором. На Земле 21 марта и 23 сентября — начало астрономической весны и астрономичес­кой осени в соответствующих полушариях.

Со сменой времен года связана

сезонная ритмичность в природе. Она проявляется в изменении температуры, влаж­ности воздуха и других метеорологических показателей, в режиме водоемов, в жизни растений, животных.

Рис.3.3. Смена времен года

В результате годового движения Земли и наклона оси ее вращения к плоскости орбиты на Земле образовались пять — поясов освещения, ограниченных тропиками и полярными кругами. Они отличаются высотой полуденного стояния Сол­нца над горизонтом, продолжительностью дня и соответствен­но тепловыми условиями.

Жаркий пояс лежит между тропиками (греч. tropikos — круг поворота). В его пределах Солнце два раза в году бывает в зените, на тропиках — по одному разу в год в дни солнцестоя­ний (и этим они отличаются от всех остальных параллелей). Жаркий пояс занимает около 40% земной поверхности.

Умеренные пояса (их два) располагаются между тропика­ми и полярными кругами. Солнце в их пределах никогда не бывает в зените. В Северном умеренном поясе Солнце в полдень всегда находится на юге, в Южном — на севере. В течение суток обязательно происходит смена дня и ночи, причем продол­жительность их зависит от широты и времени года. Близ по­лярных кругов (с 60° до 66,5°ш) летом наблюдаются светлые, так называемые белые ночи с сумеречным освещением за счет слияния вечерней и утренней зорь, поскольку Солнце ненадол­го и неглубоко уходит под горизонт. Общая площадь умерен­ных поясов составляет 52 % земной поверхности.

Холодные пояса (их два) — к северу от Северного и к югу от Южного полярных кругов. Эти пояса отличаются наличи­ем полярных дней и ночей, продолжительность которых уве­личивается от одних суток на полярных кругах (и этим они отличаются от всех остальных параллелей) до полугода на полюсах. Во время полярного дня Солнце можно видеть на всех сторонах горизонта. Общая площадь холодных поясов составляет 8 % земной поверхности.

Пояса освещения — основа климатической зональности и природной зональности вообще. Время движения по орбите с различной скоростью : в точке перигелия скорость наибольшая, наименьшая скорость у Земли при прохождении точки афелия. Отсюда следует, что в Северном полушарии летний сезон самый продолжительный, зимний самый короткий. Более того, поскольку Северное полушарие зимой ближе к Солнцу, а летом немного дальше, температурный режим его более благоприятный, чем Южного полушария: лето (по аст­рономическим причинам) белее продолжительнее и немного про­хладнее, а зима короче и немного теплее.

Пояса освещения, или астрономические тепловые пояса, выде­ляются по высоте Солнца над горизонтом и продолжительности освещения. В жарком поясе, расположенном между тропиками, Солнце дважды в год в полдень бывает в зените. На линиях тропи­ков Солнце стоит в зените только один раз в году: на Северном тропике (тропик Рака) Солнце стоит в зените в полдень — 22 июня, на Южном тропике (тропик Козерога) — 22 декабря. Продолжительность дня в жарком поясе в течение года изменяет­ся мало (от 11 до 13 часов).

Между тропиками и полярными кругами выделяются два уме­ренных пояса. В них Солнце никогда не стоит в зените, продолжи­тельность дня и высота Солнца над горизонтом сильно меняются в течение года. Однако в течение суток обязательно бывает смена дня и ночи. Между полярными кругами к полюсами расположены два холодных пояса, здесь бывают полярные дни и ночи. Следовательно в году бывают дни, когда Солнце вообще не показывает­ся из-за горизонта или не опускается за горизонт.

Положение тропиков и полярных кругов не остается постоян­ным, оно изменяется в зависимости от изменения наклонения плоскости орбиты Земли. Плоскость земной орбиты колеблется в пространстве, и за 40 000 лег наклон к экватору изменяется от 24°36′ до 21° 58′. Это сопровождается расширением и сужением по­яса освещения. Если бы ось Земли была перпендикулярна к плос­кости орбиты, то пояса освещения не выделялись бы.

Смена времен года обусловливает годовой ритм в географиче­ской оболочке. В жарком поясе годовой ритм зависит главным об­разом от изменения увлажнения, в умеренном — от температуры, в холодном — от условий освещения.

3.2.Осевое вращение земли. Земля вращается запада на восток против часовой стрелки, совершая полный оборот за сутки. Средняя угловая скорость вращения, т.е угол, на который смещается точка на земной поверхности, для всех широт одинакова и составляет 15 ° за 1 час. Линейная скорость, т.е путь ,проходимый точкой в единице времени ,зависит от широты места. Географические полюсы не вращаются, там скорость равна нулю. На экваторе точка проходит наибольший путь и имеет наибольшую скорость 455м/с. Скорость на одном меридиане разная, на одной параллели одинаковая.

Доказательством вращения Земли является фигура самой планеты, нали­чие сжатия земного эллипсоида. Сжатие возникает при участии центробежной силы, развивающейся в свою очередь на вращающейся планете. Любая точка на Земле находится под воздействием зем­ного притяжения и центробежной силы. Равнодействующая этих сил направле­на к экватору, оттого Земля в экватори­альном поясе выпукла, у полюсов име­ет сжатие.

К географическим следствиям осево­го вращения Земли относятся возникно­вение силы Кориолиса,суточный ритм в географической оболочке.

Приливные выступы, образованные в теле Земли (в литосфере, океаносфере и атмосфере) притяжением Луны и Солнца, превращаются в приливную волну, ко­торая обходит кругом земного шара, перемещаясь на­встречу его вращению, т. е. с востока на запад. Прохож­дение гребня волны через какое-нибудь место создает здесь прилив, прохождение впадины — отлив. В течение лунных суток (24 час. 50 мин.) бывает два прилива и два отлива.

Наибольшее географическое значение имеют морские приливы и отливы: они приводят к правильно чередую­щимся затоплениям и осушениям низменных побережий, подпору воды в низовьях рек и возникновению приливо-отливных течений. Средняя высота прилива в открытом океане около 20 см, колебания уровня моря у берегов, зависящие от приливов и отливов, несколько больше, но обычно не превышают 2 м, хотя в отдельных случаях до­ходят до 13 м (Пенжинская губа) и даже до 18 м (залив Фанди).

Важным следствием осевого вращения Земли является кажу­щееся отклонение тел, движущихся в горизонтальном направле­нии, от направления их движения. По закону инерции, всякое движущееся тело стремится сохранить направление (и скорость) своего движения относительно Мирового пространства. Если движение происходит относительно перемещающейся по­верхности, например вращающейся Земли, наблюдателю на Зем­ле кажется, что тело отклонилось. В действительности тело про­должает двигаться в заданном направлении.

Сила Кориолиса возрастает от экватора к полюсам, она способствует образованию атмосферных вихрей, оказывает влияние на отклонение морских течений, благодаря ей подмываются правые берега рек в Северном полушарии левые берега –в Южном полушарии.

В районах, удаленных от экватора, наиболее важной для вполне установившегося движения воздуха является чаще всего сила Кориолиса. Рассмотрим частицу воздуха в северном полушарии, двигающуюся из области высокого давления в область низкого давления благодаря силе градиента давления. Предположим, что изобары представляют собой прямые линии, а трение отсутствует.

Рис.3.4. Движение частицы воздуха по силе Кориолиса

Сила Кориолиса будет поворачивать частицу воздуха вправо, а сумма силы градиента давления (СГД) и силы Кориолиса (СК) будет увеличивать скорость. По мере возрастания скорости частицы сила Кориолиса, пропорциональная скорости и, также будет возрастать, а значит, будет возрастать и ее отклоняющее действие. В точке, где частица начинает двигаться перпендикулярно СГД, СК и СГД действуют в противоположных направлениях, и результирующая сила будет зависеть от того, какая из них окажется больше. Если это СГД, ускорение будет направлено влево от движения, возрастет скорость и возрастет и сила Кориолиса, что заставит частицу сместиться в обратном направлении. Если большей окажется сила Кориолиса, она заставит частицу отклониться больше вправо, ее скорость уменьшится, а значит, уменьшится сила Кориолиса, что вынудит частицу вернуться назад. В результате может установиться равновесие, если СГД остается постоянной в течение всего времени, пока частица движется перпендикулярно ей, а СК в точности равна ей по величине и противоположна по направлению. В этом случае частица не испытывает ускорения, и движение называют геострофическим. Соответствующий ветер дует параллельно изобарам так что в северном полушарии область высокого давления остается справа от него. В южном полушарии, наоборот, область высокого давления остается слева. Эти утверждения составляют суть сформулированного в XIX в. закона Бейс-Балло, который гласит: если стать лицом к ветру в северном полушарии, то низкое давление будет справа от вас, в южном — слева от вас.

Суточное вращение Земли неравномерно: в августе оно быстрее, в марте — медленнее (разность в длине су­ток при этом около 0,0025 сек.). Периодические его изме­нения связаны с сезонными переменами циркуляции ат­мосферы, смещением центров высокого и низкого атмо­сферного давления; например, зимой избыточное давление холодных масс воздуха на Евразию составляет 5∙10 ¹² т, летом вся эта масса возвращается на океан. Колебания скачкообразные, нерегу­лярные (вследствие которых продолжительность суток может измениться до 0,0034 сек.) стимулируются переме­щением масс внутри Земли. Приближение масс к оси вра­щения или удаление их от оси влечет соответственно ус­корение или замедление суточного вращения. Пульсации скорости вращения Земли могут быть вызваны и клима­тическими изменениями, влекущими за собой перерас­пределение водных масс на поверхности, например пере­ход значительной части гидросферы в твердую фазу.

Наиболее интересен, однако, вековой ход изменения скорости вращения. Эффект торможения этой скорости приливной волной, бегущей навстречу вращению Земли, оказывается сильнее эффекта увеличения скорости от гравитационного сжатия и уплотнения внутренних частей планеты. В результате, продолжительность суток на Земле возрастает каждые 40 000 лет на 1 с. (по другим данным—на 0,64 с. за тот же период).

Эти величины следует иметь в виду при палеогеографических построениях. Если взять первое значение (1 с. в 40 000 лет), легко подсчитать, что 500 млн. лет назад, т. е. на рубеже кембрия и ордовика, сутки были немногим длиннее 20 час, а 1 млрд. лет назад (в протерозое) —17 час. В последнем случае субтропические максимумы атмосферного давле­ния, лежащие ныне на широтах ±32°, должны были рас­полагаться на параллелях ±22°, т. е. быть тропиче­ским максимумом, со всеми вытекающими отсюда последствиями для общего характера атмосферной циркуляции на Земле. Через 1 млрд лет продолжительность суток возрастет до 31 час (т.к в году останется только 283 дня). В конце концов вслед­ствие приливного торможения Земля окажется поверну­той к Луне всё время одной стороной, как это уже про­изошло с Луной по отношению к Земле, и земные сутки станут равными лунному месяцу.

Еще во II веке до н.э. греческий астроном Гиппарх обнаружил, что точка весеннего равноденствия медленно перемещается относительно звезд навстречу годичному движению Солнца. Благодаря тому, что равноденствие наступает раньше, чем Солнце совершает полный оборот по эклиптике, явление получило название предварения равноденствий или прецессии. Величина этого смещения за год называется постоянной прецессии и по современным данным составляет около 50″.

Прецессионное движение земной оси в основном вызвано притяжением Луны и Солнца. Если бы Земля была шаром, то он притягивался бы Луной и Солнцем силами, приложенными к его центру. Но поскольку Земля сплюснута к полюсам, то на экваториальную выпуклость будет действовать сила, стремящаяся повернуть Землю таким образом, чтобы ее экваториальная плоскость проходила через притягивающее тело. Из-за действия этой силы создается опрокидывающий момент. Солнце в течении года дважды отходит от плоскости земного экватора на угол ε ~ 23°26′, а удаление Луны дважды в месяц может достигать 28°36′. Однако сравнительно быстрое осевое вращение Земли создает гироскопический эффект, благодаря которому отклонение происходит в направлении, перпендикулярном действующей силе. Подобный эффект наблюдается у вращающегося гироскопа — при действии внешней силы его ось начинает описывать в пространстве конус, тем более узкий, чем быстрее вращение.

Рис.3.5.Схема образования опрокидывающего момента, действующего на Землю со стороны Солнца и Луны. Силы, действующие на экваториальную выпуклость (в точках А и В), разложены на компоненты, параллельные направлению на возмущающее тело из центра Земли О, и компоненты, перпендикулярные плоскости земного экватора (AA’ и BB’). Последние и выступают в роли опрокидывающих сил.

В отношении Земли в роли основной внешней силы выступает притяжение Солнца, которое и вызывает основную часть смещения земной оси с периодом 26 000 лет. Поскольку период вращения узлов орбиты Луны составляет 18.6 лет, то с таким же периодом меняются и пределы изменения угла отклонения Луны от плоскости земного экватора, что и проявляется в виде нутаций с тем же периодом. Величину прецессии и нутации можно было бы вычислить теоретически, но для этого не хватает данных о распределении масс внутри Земли, и поэтому ее приходится определять из наблюдений положений звезд в разные эпохи.

От угловой скорости вращения зависит «прочность» нашей планеты. Центробежная сила на экваторе составляет 1/289 силы земного притяжения. При ускорении вращения Земли в 17 раз центробежная сила увеличилась бы в 17² =289 раз, тела на экваторе потеряли бы свою тяжесть и мог бы произойти отрыв от Земли части вещества . Очевидно, Земля застрахована от подобной судьбы своим 17-кратным запасом прочности, которая к тому же постепенно растет из-за уменьшения скорости вращения и, следовательно, ослабления центробежной силы.

Смена дня и ночи создает суточный ритм в географической оболочке, он проявляется в живой и неживой природе: в суточном ходе всех метеорологических элементов — температуре, влаж­нели, давлении; таяние горных ледников происходит днем; фотосинтез происходит днем, на свету, многие растения раскрыва­ется в разные часы суток. Человек тоже живет по часам; в определенные часы у него падает работоспособность, Повышается температура тела и давление.

Период обращения Луны на орбите – около 28 дней, за это время она возвращается в прежнее место. А что при этом происходит у нас под ногами? Все знают о морских приливах и отливах. Вода притягивается гравитационной силой Луны, и такая волна следует по поверхности морей и океанов вслед за Луной. Но ведь гравитация действует отдельно на каждый атом и молекулу, притягивая их. Просто на воде это виднее из-за её однородности в огромных масштабах и текучести. Каждая частца нашего организма тоже испытывает приливы и отливы гравитационной силы. Жидкая кровь особенно. И все циклы жизнедеятельности организма привязаны к периоду обращения Луны. Предполагают, что Луна специфически влияет на состояние вегетативной нервной системы и на такие важные структуры головного мозга, как мозжечок, гипоталамус, эпифиз. Отмечают, что при полнолунии возрастают работоспособность человека и возбудимость его нервной системы, повышается раздражительность, а при новолунии наблюдается обратная картина (слабость, снижение активности, творческих сил и способностей) и как следствие этого прослеживается связь настроения людей со сменой лунных фаз.

Частицы твёрдой Земли тоже испытывают циклическое воздействие гравитационной силы. Если текучая вода притягивается к Луне на несколько метров, то твёрдая земля растягивается по направлению к Луне на полметра и на несколько сантиметров вбок.

На северном полюсе Земли Солнце приблизительно полгода бывает незаходящим, а полгода — невосходящим светилом. Около 21 марта Солнце здесь появляется над горизонтом (восходит) и вследствие суточного вращения небесной сферы описывает кривые, близкие к окружности и почти параллельные горизонту, поднимаясь с каждым днем все выше и выше. В день летнего солнцестояния (около 22 июня) Солнце .достигает максимальной высоты hmах = + 23° 27′. После этого Солнце начинает приближаться к горизонту, высота его постепенно уменьшается и после дня осеннего равноденствия (после 23 сентября) оно скрывается под горизонтом (заходит). День, длившийся полгода, кончается и начинается ночь, которая длится также полгода. Солнце, продолжая описывать кривые, почти параллельные горизонту, но под ним, опускается все ниже и ниже, В день зимнего солнцестояния (около 22 декабря) оно опустится под горизонт на высоту hmin = — 23° 27′, а затем снова начнет приближаться к горизонту, высота его будет увеличиваться, и перед днем весеннего равноденствия Солнце снова появится над горизонтом. Для наблюдателя на южном полюсе Земли (j = — 90°) суточное движение Солнца происходит подобным же образом. Только здесь Солнце восходит 23 сентября, а заходит после 21 марта, и поэтому когда на северном полюсе Земли ночь, на южном — день, и наоборот.

Форма Земли зависит от размеров планеты, распре­деления в ней плотностей и от скорости осевого враще­ния. Ни один из этих факторов нельзя назвать стабиль­ным.

Вследствие глубинного сжатия Земли радиус ее со­кращается примерно на 5 см в столетие, значит, делается меньше и объем Земли. Однако это вековое уменьшение носит пульсирующий характер, потому что его на время прерывают периоды расширения Земли, вызываемые ог­ромным количеством тепла, освобождаемого сокраще­нием радиуса.

Описанные выше процессы отражаются и на скорости вращения Земли: при укорочении радиуса эта скорость возрастает, при удлинении — замедляется. Следователь­но, при вековой тенденции к уменьшению объема плане­ты вековая тенденция изменения скорости ее вращения должна идти в сторону ускорения этого вращения. Но так как в дело вмешивается еще один (и притом весьма мощный) фактор — приливное торможение, то в конеч­ном итоге скорость вращения Земли систематически ста­новится меньше. А это означает ослабление в вековой перспективе полярного сжатия Земли.

studfile.net

Движение Земли по орбите вокруг Солнца

1. Главная
2. Астрономия
3. Движение Земли по орбите вокруг Солнца

Елена Голец13 Октябрь 2015 7591 Земля совершает не только суточное вращательное движение вокруг оси (подробнее: Ученые о вращении Земли), а обладает ещё поступательным движением по своей орбите вокруг Солнца, вместе с другими планетами чего мы, однако, не замечаем. Земля вокруг солнца. Нам кажется, что Земля находится в неподвижном состоянии, а Солнце обращается вокруг неё. Чтобы наиболее наглядно представить вращение Земли вокруг Солнца, вообразите, что ваш корабль бросил якорь и встал на рейд около какого-то портового города. Вы спустили шлюпку и пошли в устье небольшой реки. Стоит ясная и тихая погода. Шлюпка несётся по водной глади, и кажется, что берега реки быстро бегут вам навстречу, а шлюпка стоит неподвижно. Вот такой же неподвижной люди раньше считали Землю, наблюдая кажущееся движение Солнца по зодиакальным созвездиям.

Планеты солнечной системы

Всего в солнечной системе известно девять больших планет: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и Плутон. Собственного света планеты не имеют, и если иногда мы наблюдаем их в виде очень ярких звёзд, то это потому, что они отражают падающий на них свет Солнца. Планеты перемещаются по небу между звёздами, почему их и назвали планетами, то есть «блуждающими светилами».

Периоды вращения планет вокруг Солнца

Скорости и периоды вращения планет вокруг Солнца различны в зависимости от их расстояния до Солнца. Планеты, более близкие к Солнцу, вращаются с большей скоростью и совершают свои путь вокруг него в значительно более короткие промежутки времени, чем планеты, находящиеся дальше от Солнца. Так, например, Меркурий – ближайшая к Солнцу планета – совершает свой путь вокруг Солнца всего лишь в 88 суток. Плутон, находящийся по сравнению со всеми другими известными нам планетами на самом далеком расстоянии от Солнца, – в 249 земных лет.

Пути, по которым вращаются планеты вокруг Солнца

Пути, по которым вращаются планеты вокруг Солнца, называются их орбитами. Орбиты планет представляют собой эллипсы, или вытянутые окружности. Впервые это доказал гениальный математик и астроном Иоганн Кеплер. Степень вытянутости планетных орбит различна и сравнительно невелика. Наибольшей вытянутостью обладают орбиты Меркурия и Плутона. Что касается земной орбиты, то можно сказать, что она почти не отличается от окружности. Эллипс нетрудно нарисовать. Возьмём небольшой длины нить и свяжем её концы между собой. Наденем эту нить на две булавки, воткнутые в лист бумаги, плотно лежащий на столе, одна от другой на расстоянии, немного меньшем половины всей нити. Натянем карандашом нить и, сохраняя ее в этом положении, проведём им по листу бумаги, лежащему на столе. Получится эллипс. Точки, в которые воткнуты булавки, называются фокусами. Солнце находится в одном из фокусов эллипсов орбит Земли и всех других планет солнечной системы. Фокусы планетных орбит находятся очень близко к центрам эллипсов, которые лежат как раз посредине между фокусами.

Расстояние Земли от Солнца

Среднее расстояние Земли от Солнца составляет около 150 миллионов километров. Это расстояние почти в 3750 раз превышает длину окружности земного экватора. Чтобы покрыть расстояние от Земли до Солнца, поезд, движущийся со скоростью 50 километров в час, должен идти без остановок около 350 лет. Даже на самолёте, летящем со скоростью около 350 километров в час, нам потребовалось бы 50 лет, чтобы долететь до Солнца. Полный оборот вокруг Солнца Земля совершает за год, точнее в 365 ¼ суток. В это время наша планета покрывает в мировом пространстве расстояние около 900 миллионов километров. Более 20 тысяч лет должен безостановочно идти пешеход, проходя за каждый час 5 километров, чтобы пройти это расстояние. Самолёту, летящему со скоростью 350 километров в час, потребовалось бы около 300 лет, чтобы совершить беспосадочный перелёт на расстояние, равное годичному пути нашей Земли. Каждую секунду Земля перемещается по своей орбите почти на 30 километров. В час она проходит путь около 108 тысяч километров. Представляете т

libtime.ru

Движение Земли и солнечный свет. Видеоурок. География 5 Класс

С помощью данного видеоурока вы сможете самостоятельно изучить тему «Распределение солнечного света и тепла». Вначале обсудите, от чего зависит смена времен года, изучите схему годового вращения Земли вокруг Солнца, обратив особое внимание на наиболее примечательные по освещенности Солнцем четыре даты. Затем узнаете, от чего зависит распределение солнечного света и тепла на планете и почему это происходит неравномерно.

Цель урока: узнать, от чего зависит распределение солнечного тепла и света на Земле и почему это происходит неравномерно.

Смена времен года зависит от вращения Земли вокруг Солнца и от того, что ось вращения планеты наклонена. Таким образом, Солнце освещает Землю неравномерно, то одну ее половину, то другую в большей степени.

Рис. 1. Распределение солнечного света и тепла на Земле (Источник)

Рис. 2. Освещение Земли Солнцем (Источник)

Зимой лучше освещается южное полушарие Земли, летом – северное.

Рис. 3. Схема годового вращения  Земли вокруг Солнца

Солнцестояние (летнее солнцестояние и зимнее солнцестояние) –моменты, когда высота Солнца над горизонтом в полдень наибольшая (летнее солнцестояние, 22 июня) или наименьшая (зимнее солнцестояние, 22 декабря).В южном полушарии все наоборот. 22 июня в северном полушарии наблюдается наибольшая освещенность Солнцем, день длиннее ночи, за полярными кругами наблюдается полярный день. В южном полушарии, опять-таки, все наоборот (т.е. все это характерно для 22 декабря).

Полярные круги (Северный полярный круг и Южный полярный круг) – параллели соответственно с северной и южной широтой около 66,5 градусов. К северу от Северного полярного круга и к югу от Южного полярного круга наблюдаются полярный день (летом) и полярная ночь (зимой). Область от полярного круга до полюса в обоих полушариях называется Заполярье. Полярный день – период, когда Солнце в высоких широтах круглые сутки не опускается за горизонт.

Полярная ночь –  период, когда Солнце в высоких широтах круглые сутки не поднимается над горизонтом, – явление, противоположное полярному дню, наблюдается одновременно с ним на соответствующих широтах другого полушария.

Рис. 4. Схема освещенности Земли Солнцем по зонам (Источник)

Равноденствие (весеннее равноденствие и осеннее равноденствие) – моменты, когда солнечные лучи касаются обоих полюсов, и отвесно падают на экватор. Весеннее равноденствие бывает 21 марта, осеннее равноденствие – 23 сентября. В эти дни оба полушария освещены одинаково, день равен ночи,

Главная причина изменения температуры воздуха – изменение угла падения солнечных лучей: чем более отвесно они падают на земную поверхность, тем лучше прогревают ее.

Рис. 5. Углы падения солнечных лучей (при положении Солнца 2 лучи лучше прогревают земную поверхность, нежели при положении 1) (Источник)

22 июня солнечные лучи наиболее отвесно падают на северное полушарие Земли, тем самым в наибольшей степени прогревая его.

Тропики – Северный тропик и Южный тропик – параллели соответственно с северной и южной широтой около 23,5 градусов.В один из дней солнцестояния Солнце в полдень над ними стоит в зените.

Тропики и полярные круги разделяют Землю на пояса освещенности. Пояса освещенности – части поверхности Земли, ограниченные тропиками и полярными кругами и отличающиеся условиями освещенности.Самый теплый пояс освещенности – тропический, самый холодный – полярный.

Рис. 6. Пояса освещенности Земли (Источник)

Солнце – главное светило, от положения которого зависит погода на нашей планете. Луна и другие космические тела оказывают косвенное влияние.

Салехард расположен на линии северного полярного круга. В этом городе установлен обелиск полярному кругу.

Рис. 7. Обелиск полярному кругу (Источник)

Города, где можно наблюдать полярную ночь: Мурманск, Норильск, Мончегорск, Воркута, Североморск и др.

 

Домашнее задание

Параграф 44.

1. Назовите дни солнцестояния и дни равноденствия.

 

Список литературы

Основная

1. Начальный курс географии: учеб. для 6 кл. общеобразоват. учреждений / Т.П. Герасимова, Н.П. Неклюкова. – 10-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, 2010. – 176 с.

2. География. 6 кл.: атлас. – 3-е изд., стереотип. – М.: Дрофа; ДИК, 2011. – 32 с.

3. География. 6 кл.: атлас. – 4-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, ДИК, 2013. – 32 с.

4. География. 6 кл.: конт. карты: М.: ДИК, Дрофа, 2012. – 16 с.

Энциклопедии, словари, справочники и статистические сборники

1. География. Современная иллюстрированная энциклопедия / А.П. Горкин. – М.: Росмэн-Пресс, 2006. – 624 с.

Литература для подготовки к ГИА и ЕГЭ

1. География: Начальный курс: Тесты. Учеб. пособие для учащихся 6 кл. – М.: Гуманит. изд. центр ВЛАДОС, 2011. – 144 с.

2. Тесты. География. 6-10 кл.: Учебно-методическое пособие / А.А. Летягин. – М.: ООО «Агентство «КРПА «Олимп»: «Астрель», «АСТ», 2001. – 284 с.

 

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

1. Федеральный институт педагогических измерений (Источник).

2. Русское географическое общество (Источник).

3. Geografia.ru (Источник).

4. Журнал География (Источник).

interneturok.ru

Движение Земли вокруг Солнца — урок. География, 5 класс.

Земля, как и все планеты Солнечной системы, движется по своей орбите вокруг Солнца. Скорость движения составляет \(30\) км/с. Движется Земля в том же направлении, что и при вращении вокруг своей оси. Расстояние от Земли до Солнца составляет \(150\) млн км. За всё время существования Земли (\(4,6\) млрд лет) это расстояние оставалось практически неизменным.

 

Если бы Солнце не притягивало Землю, она бы улетела в космос. Если бы Земля двигалась по своей орбите медленнее, она бы упала на Солнце.

 

Если бы Земля находилась ближе к Солнцу, температура на ней была бы намного выше (на Венере температура — около \(+500°\)C). Если бы Земля находилась дальше от Солнца, температура на ней была бы отрицательной (температура поверхности Марса — \(–60°\)C).

Один оборот вокруг Солнца Земля совершает за год — \(365\) суток и \(6\) часов. Получается, что за \(4\) года набегают ещё одни сутки (\(4\) \(·\) \(6\) \(=\) \(24\)). Поэтому каждый четвёртый год в феврале не \(28\) суток, а \(29\).

 

Високосный год — год, продолжительность которого равна \(366\) суткам — на одни сутки больше продолжительности обычного, невисокосного, года. Високосными являются \(2000\), \(2004\), \(2008\), \(2012\), \(2016\), \(2020\) гг.

 

Николай Коперник (\(1473\)–\(1543\)) — польский астроном, автор гелиоцентрической системы мира, положившей начало первой научной революции.

 

В результате своих наблюдений за небесными телами Николай Коперник пришёл к выводу, что не Земля, как считалось раньше, а Солнце является неподвижным центром Вселенной. А планеты, в том числе и Земля, вращаются вокруг Солнца. Данная теория устройства мира была изложена им в труде «О вращении небесных тел».

 

www.yaklass.ru

Скорость вращения Земли вокруг Солнца и собственной оси, время полного оборота

Земля постоянно находится в движении, вращаясь вокруг собственной оси и вокруг Солнца. Это обуславливает происхождение разных явлений на ее поверхности: смена времен года, чередование дня и ночи. Благоприятные условия для жизни на Земле обусловлены этим движением и удачным расположением планеты относительно Солнца (примерно на удалении в 150 млн километров). Если бы планета была ближе, то с ее поверхности испарилась вода. Если дальше — все живое замерзло бы. Важную роль играет и атмосфера, защищающая от вредных космических лучей.

Остановимся подробнее на двух таких постоянных невидимых спутниках жизни, как движение Земли вокруг воображаемой линии (оси) и Солнца.

Скорость обращения Земли вокруг своей оси

Земля является третьей планетой от Солнца. Наряду со всеми остальными она вращается вокруг Солнца, а также имеет собственное вращение вокруг оси. Самыми быстрыми в Солнечной системе считаются планеты-гиганты:

• Юпитер.
• Сатурн.

Они завершают сутки за 10 часов.

Вращение Земли вокруг своей оси совершается за 23 часа 56 минут. Плюс дополнительные 4 минуты требуются на то, чтобы Солнце вернулось на исходную позицию. Скорость вращения на поверхности зависит от того, в какой точке наблюдается движение.

Если говорить об экваторе, то тут вращение Земли достигает 1670 километров в час или 465 метров в секунду. Расчеты проводятся с учетом того, что в районе экватора окружность планеты достигает свыше 40000 километров. Если планета резко перестанет двигаться, то люди и находящиеся предметы с такой же скоростью сорвутся с места и полетят вперед.

Ближе к 30-й широте вращение Земли вокруг оси снижается до 1440 километров в час, плавно опускаясь до 0 километров в час на полюсах (правило работает и в сторону Южного, и в сторону Северного полюсов). Это движение остается незаметным для людей из-за огромной массы планеты.

Из этого видео вы узнаете, почему мы не ощущаем вращения земли.

Значение для человечества

Различия в скорости движения имеют свое практическое значение. Страны предпочитают строить космодромы ближе к экватору. За счет скорости вращения планеты требуется меньшее количества топлива для выхода на орбиту, или же можно поднять большее количество полезного груза. При этом на старте у ракеты уже есть скорость в 1675 километров в час, так что ей проще разогнаться до орбитальной в 28 000 километров в час.

Луна своим воздействием постоянно стабилизирует наклон оси планеты. Из-за этого понемногу снижается скорость кручения планеты. Дважды в год, в ноябре и апреле, продолжительность суток увеличивается на 0,001 секунду.

Время полного оборота вокруг Солнца

Скорость вращения Земли вокруг Солнца составляет порядка 107 000 километров в час. Полный оборот планета делает за 365 суток, 5 часов 48 минут и 46 секунд, проходя за это время около миллиарда километров. Каждый год «набегают» лишние пять часов, которые астрономы складывают и раз в четыре года прибавляют 366 день — такой год называется високосным.

Если пересчитать, то окажется, что каждую секунду Земля пролетает в космическом пространстве около 30 километров. Даже скорость самого быстрого в мире гоночного автомобиля составляет всего около 300 километров в час — это в 350 раз меньше, чем скорость движения планеты по орбите. Человек не может адекватно представить себе таких огромных скоростей.

При вращении возникает сила, которая могла бы выбросить человека или предмет с поверхности Земли как объект, раскрученный на веревке. Но это вряд ли когда-то произойдет в обозримом будущем, поскольку эта сила практически полностью подавляется гравитацией и составляет всего лишь 0,03% от нее.

Как и вращение вокруг оси, это движение постепенно замедляется на незаметные обычным людям величины. Также ось по ходу движения понемногу отклоняется в течение года, так что попеременно меняются местами регионы, в которых:

• зима/лето;
• осень/весна.

Когда-то люди считали, что Земля является неподвижным телом, вокруг которого вращается Солнце и все прочие объекты. Многолетние наблюдения и совершенствование техники позволили постепенно разобраться в вопросе, и теперь почти все обитатели планеты знают, с какой скоростью вращается Земля, и что ей самой приходится немало трудиться, подставляя бока огромной звезде, чтобы обеспечить день/ночь и зиму/лето.

Видео

Из этого видео вы узнаете, как и с какой скоростью Земля вращается вокруг Солнца.

liveposts.ru