Движение Земли вокруг Солнца
Почему бывает лето и зима? По какой причине они не на всей Земле сменяют друг друга: на экваторе всегда тепло, а в Арктике и Антарктике никогда не тает лёд? Почему на экваторе день всегда имеет одинаковую продолжительность, при движении к полюсам его длительность изменяется, а на полюсах он длится полгода? Узнать это нам поможет тема сегодняшнего урока: движение Земли вокруг Солнца.
Другое название этого типа перемещения Земли – орбитальное. Орбиты – это траектории, по которым движутся в космическом пространстве Солнце, все другие звёзды, планеты, кометы, а также искусственные космические аппараты (последнее относится только к пассивному движению аппаратов, с выключенным двигателем). Большинство тел Солнечной системы движется по эллиптическим орбитам, только кометы обращаются по параболическим или гиперболическим орбитам.
Орбита землиОрбита Земли тоже в первом приближении имеет форму эллипса, она удалена от Солнца в среднем на 150 млн. км, в астрономии эта величина принята в качестве единицы длины (астрономической единицы – а.е.). Если принять то, что орбита эллиптическая, тогда она описывается законами Кеплера. В ближайшей к Солнцу точке орбиты (перигелии, со 2 по 5 января) расстояние от Земли до Солнца равно 147 млн. км, в наиболее удалённой точке орбиты (в афелии, с 1 по 5 июля) расстояние увеличивается до 152 млн. км.
На самом деле расстояние до Солнца меняется не только в течение года, но и периодами в десятки тысяч лет и форма орбиты несколько отходит от эллипса. Длина орбиты Земли составляет 934 млн. км, движение Земли вокруг Солнца совершается со средней скоростью в 29,8 км/с, чем ближе Земля подходит к Солнцу, тем быстрее она движется. Полный оборот Земля совершает за 365 сут. 6 ч 9 мин., 9,6 сек. Этот промежуток времени называется звёздным сидерическим годом.
Орбита каметы ГаллеяАвтор: Rursus
Движение Земли вокруг Солнца совершается против часовой стрелки, в том же направление происходит и вращение Земли вокруг своей оси. Ось вращения Земли длительное время сохраняет практически неизменное направление в пространстве – на Полярную звезду (Северный полюс мира). Но примерно через 13 тыс. лет Северный полюс мира будет смотреть на другую звезду – Вегу. И лето в Северном полушарии будет приходиться на декабрь, январь и февраль.
Доказательства движения Земли вокруг Солнца
Впервые предположение о том, что Земля движется вокруг Солнца по орбите высказал древнегреческий астроном Аристарх Самосский в III в. до н. э. Но этой идее не дали развиться контраргументы слишком влиятельных соперников: Аристотеля, Птолемея и Платона. Долгие столетия господствовала геоцентрическая система мира, вплоть до работ Коперника 1534 года. С этого периода стали укореняться мысли о наличии орбитального движения Земли.
Сравнение геоцентрической и гелиоцентрической системАвтр: Оригинальный образ Нико Ланга
Доказательствами того, что движение Земли вокруг Солнца существует являются:
- параллактическое смещение звёзд дважды в год на один и тот же угол;
- годичное аберрационное смещение звёзд;
- непрерывное изменение положения Солнца на небе: изменяется полуденная высота Солнца, азимутальный угол восхода и заката.
Параллактическое смещение звёзд
Годичные параллаксы звёзд – изменение местоположения наблюдаемой звезды, объясняющееся изменением положения наблюдателя вследствие вращения Земли вокруг Солнца. Это смещение незаметно невооружённому глазу, так как звёзды удалены от нас на очень большие расстояния.
Параллакс близких звёзд на фоне далёкихАвтор: Rasbak CC BY-SA 3.0
Для наблюдения за этим явлениям ранее использовали прибор гелиометр. В начале XX в. Фрэнком Шлезингером была разработана стандартная методика определения параллаксов способом фотографирования.
Современные способы измерения координат звёзд – космические телескопы и сверхдальная радиоинтерферометрия.
Франгоферовский гелиометрАвтор: Артур от Auwers
Движение Земли вокруг Солнца доказывает годичное аберрационное смещение звёзд
Аберрация
– угол между наблюдаемым (видимым) и истинным направлением на светило. Годичное аберрационное смещение звёзд было открыто в 1728 году английским астрономом Дж. Брадлеем.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.
Звёздная аберрацияАвтор: Варит ohare CC BY-SA 3.0
Эклиптика
Нам кажется, что Солнце перемещается по небосводу, на самом деле это Земля вращается вокруг своей оси. Путь, который Солнце за год проходит по видимой части атмосферы, называют эклиптикой. Эклиптика – это сечение небесной сферы плоскостью земной орбиты. Небесный экватор – линия пересечения плоскости земного экватора с небесной сферой.
Эклиптика с небесным экватором в современную эпоху образует угол 23°27′. Места их пересечения называются точками весеннего и осеннего равноденствий. В этих точках Солнце бывает 20 либо 21 марта и 23 сентября.
Автор: S.fonsi, Soued031 — Globus von Globe Atlantic.svg, sonst eigene Arbeit, CC BY-SA 3.0
Промежуток времени между двумя прохождениями Солнца через точку весеннего равноденствия называется тропическим годом. Тропический год на 20 мин. 24 сек. короче звёздного, т. к. точка весеннего равноденствия движется навстречу годовому движению Солнца.
Географические следствия движения Земли вокруг Солнца
Географическими следствиями годового движения Земли являются:
- смена сезонов года;
- изменение продолжительности дня и ночи;
- образование поясов освещения;
- годовой ритм в географической оболочке.
Высота Солнца над горизонтом меняется в течение года, высшая точка солнцестояния называется зенитом. Зенит – это положение Солнца под прямым углом к месту наблюдения.
Солнечный зенитАвтор: Kirill Borisenko, CC BY-SA 4.0 Положение Солнца на небосводе позволило выделить на Земле важные параллели:
- тропики – это параллели с широтой 23,5°, на карте и глобусе они расположены по обе стороны от экватора и обозначены пунктирной линией. Над тропиками Солнце бывает в зените один раз в году – 22 июня и 22 декабря. 22 июня Солнце в зените над Северным тропиком, Земля находится в точке перигелия своей орбиты, Северное полушарие освещено и нагрето, здесь наступает лето, а в Южном полушарии – зима. 22 июня в Северном полушарии самый длинный день в году, его называют днём летнего солнцестояния.
22 декабря Солнце в зените на Южном тропике и лето наступает в Южном полушарии, а в Северном полушарии – зима. 22 декабря в Северном полушарии бывает самый короткий день, поэтому его называют днём зимнего солнцестояния. День зимнего солнцестояния – начало астрономической зимы в Северном полушарии. Область около Южного полюса, ограниченная Южным полярным кругом, освещается незаходящим Солнцем.
В Северном полушарии за Северным полярным кругом начинается полярная ночь. Продолжительность её разная на разных широтах и увеличивается от полярного круга до полюса от одного дня до полугода. День в Северном полушарии теперь короче ночи. Например, продолжительность дня в Москве равна 7 часам.
Движение Солнца в дни равноденствий и солнцестояний- полярные круги, находятся на широте 56,5° и служат границей зоны полярного дня и полярной ночи. В Северном полушарии полярная ночь наступает 22 декабря. Полярный день – это явление когда Солнце не садится за горизонт от полугода на Полюсе до одних суток на полярных кругах. В Северном полушарии полярный день наступает 22 июня. В Северном и Южном полушарии наблюдается явление белых ночей, когда вечерняя и дневная зори смыкаются, и сумерки почти не наступают. Явление белых ночей характерно, например, для Санкт-Петербурга.
- экватор – параллель, на которой Солнце бывает в зените 2 раза в год – 20 либо 21 марта и 23 сентября. В это время Северное и Южное полушария освещены одинаково, в обоих полушариях день равен ночи, поэтому эти даты называют днями весеннего и осеннего равноденствий. Светораздельная линия (терминатор) в эти дни проходит через географические полюса. 20 либо 21 марта и 23 сентября – начало астрономических весны и осени.
Движение Земли вокруг Солнца — одна из причин появления тепловых поясов, или поясов освещения
По высоте Солнца над горизонтом и продолжительности освещения на Земле выделяют пояса освещённости, или астрономические тепловые пояса, их 5:
- жаркий;
- два умеренных;
- два холодных.
Границей между ними служат полярные круги и тропики. В жарком поясе, расположенном между тропиками Солнце всегда высоко стоит над горизонтом, а дважды в год оно бывает в зените и нагревает земную поверхность, поэтому температура воздуха там всегда высокая. Продолжительность дня в жарком поясе изменяется мало (от 11 до 13 часов). На линии тропиков Солнце стоит в зените только один раз в году: на Северном тропике (тропике Рака) 22 июня, на Южном тропике (тропике Козерога) – 22 декабря.
Между тропиками и полярными кругами расположены умеренные пояса. В умеренных поясах Солнце никогда не бывает в зените, но угол падения солнечных лучей зимой и летом очень отличается, поэтому чётко выражена смена времён года. Однако в течение суток обязательно бывает смена дня и ночи.
Между полярными кругами и полюсами расположены два холодных пояса. В холодных поясах температуры всегда низкие и наблюдаются явления полярного дня и полярной ночи.
Таблица 1. Продолжительность полярного дня и полярной ночи на разных широтах Северного полушария (в сутках)
| Широта | Продолжительность полярного дня | Продолжительность полярной ночи |
| 66,5° | 1 | 1 |
| 70° | 64 | 60 |
| 80° | 133 | 126 |
| 90° | 186 | 179 |
Положение тропиков и полярных кругов не остаётся постоянным, оно изменяется в зависимости от смещения плоскости наклона орбиты Земли. Плоскость земной орбиты колеблется в пространстве и за 40 000 лет наклон к экватору изменяется от 24°36′ до 21°58′. Это сопровождается расширением и сужением поясов освещения. Если бы ось Земли была перпендикулярна плоскости орбиты, то пояса не выделялись бы вовсе. Если бы ось Земли была вертикальной, то в каждой точке Земли было бы одно и то же время года, один сезон: на экваторе всегда лето, на полюсах лютая зима, а в умеренных широтах весна или осень.
Движение Земли вокруг Солнца и смена времен года
Движение Земли вокруг Солнца – важная причина смены времён года, вторая важная причина – это угол наклона оси вращения Земли к её орбите. Если бы наклона небыло, времена года в каждой точке Земли были бы постоянными.
Продолжительность светового дня и смена времён года тесно связаны. Чем длиннее день, тем больше солнечного тепла получает поверхность Земли. В природе изменение количества солнечного тепла вызывает смену времён года.
Наклон земной оси — главная причина смены времён годаАвтор: North_season.jpg: Tauʻolunga derivative work: Q Valda (talk) — North_season.jpg, CC BY-SA 2.5
Времена года – четыре периода, отличающиеся погодными условиями: весна, лето, осень и зима. Причиной сезонных изменений погоды является наклон оси вращения Земли к плоскости её орбиты, в результате чего Земля в течение года наклоняется к Солнцу то Северным полушарием, то Южным. Поэтому деление года на четыре сезона имеет строгую астрономическую основу.
За начало весны в Северном полушарии Земли астрономы принимают момент весеннего равноденствия, т. е. момент, когда Солнце, двигаясь по эклиптике, переходит из южного полушария небесной сферы в северное, пересекая небесный экватор в точке весеннего равноденствия. По современному календарю это случается 20, либо 21 марта.
В день весеннего равноденствия, так же как и в день осеннего равноденствия, по всей Земле продолжительность дня равна продолжительности ночи. Весна в Северном полушарии длится до 21, либо до 22 июня (день летнего солнцестояния), когда Солнце достигает высшей точки эклиптики, проходя в полдень через зенит на широте Северного тропика и на широте Северного полярного круга единственный в году раз не заходит под горизонт. В это время в Северном полушарии Земли самый длинный день. По астрономическому календарю в Северном полушарии наступает лето, которое продолжается до 23 сентября – дня осеннего равноденствия. Затем лето сменяется осенью.
Концом осени в Северном полушарии астрономы считают 21, либо 22 декабря – день зимнего солнцестояния, когда Солнце опускается на эклиптике в самую нижнюю её точку. В день зимнего солнцестояния Солнце в полдень проходит через зенит на широте Южного тропика и единственный раз в году не заходит на широте Южного полярного круга. С этого момента до дня весеннего равноденствия в северном полушарии Земли стоит зима.
Долгота дня на экваторе Земли в течение всего года постоянна и равна продолжительности ночи. Здесь сезонные изменения погоды не связаны непосредственно с изменением склонения Солнца.
В Южном полушарии Земли сезоны сдвинуты на полгода: приход лета в северном полушарии знаменует наступление зимы в южном, осень северного полушария приходится на весну южного.
Эллиптичность орбиты Земли и неравномерность её обращения вокруг Солнца оказывает некоторое влияние на продолжительность времён года. Поскольку Земля подходит ближе всего к Солнцу в начале января и движется в это время быстрее всего, астрономическая зима в Северном полушарии длится 89 сут., а лето – 93,6 сут. В Южном полушарии соответственно зима оказывается несколько длиннее лета.
Гораздо более сильное влияние на сезонные изменения погоды оказывают не эллиптичность орбиты Земли, а тёплые и холодные течения, горы, преобладающие ветры. Поэтому в повседневной жизни чаще говорят о смене времён года не по астрономическим, а по природным признакам, пользуясь среднесуточными температурами.
Движение Земли вокруг Солнца и календарь
Календарь – это система исчисления промежутков времени, основанная на периодичности таких явлений природы, как смена дня и ночи, смена фаз Луны, смена времён года. Первое из этих явлений определяет меру времени – сутки; второе – синодический месяц, средняя продолжительность которого составляет 29,5306 сут.; третье – тропический год, равный в среднем 365,2422 сут.
Синодический месяц и тропический год не содержат целого числа средних солнечных суток. Таким образом, все эти три меры времени несоизмеримы, и невозможно достаточно просто выразить одну из них через другую. Трудно, например, подобрать некоторое точное число тропических годов, в которых бы содержалось целое число лунных месяцев и целое число суток.
Стремление хотя бы до некоторой степени согласовать между собой сутки, месяц и год привело к тому, что в разные эпохи, разными народами было создано много различных календарей, которые можно разделить на три главных типа:
- лунные;
- солнечные;
- лунно-солнечные.
В основе лунных календарей лежит продолжительность синодического месяца, в основе солнечных – продолжительность тропического года, а лунно-солнечные основаны на обоих этих периодах.
Лунный календарь
Родина лунного календаря – Вавилония. Год в этом календаре состоял из 12 лунных месяцев по 29 или по 30 дней. Мусульманский (магометанский) лунный календарь существует и в наше время в ряде арабских стран. Количество дней в месяцах в этом календаре меняется с таким расчетом, чтобы первое число месяца начиналось с появления на небе «нового месяца», т. е. в новолуние.
Продолжительность года – 354 или 355 средних солнечных суток, т. е. он короче солнечного года на 10 суток.
Лунно-солнечный календарь
Лунно-солнечный календарь более совершенный. В нём лунные месяцы приблизительно согласуются с солнечным годом. Один из первых таких календарей появился в начале I тысячелетия до новой эры, в Древней Греции. Год делился на 12 месяцев, каждый из которых начинался с новолуния. Для связи же с временами года (солнечным годом) периодически вставлялся дополнительный 13-й месяц. В настоящее время такая система сохранилась в еврейском календаре.
Солнечный календарь
Его основа – движение Земли вокруг Солнца. Один из первых солнечных календарей зародился в Древнем Египте за несколько тысячелетий до новой эры. Египтяне заметили, что наступление летнего солнцестояния связано с первым предутренним восходом Сириуса (созвездие Большого Пса), самой яркой звезды неба. Было замечено также, что предутренние восходы Сириуса приблизительно совпадают с началом разлива Нила. А для египтян разливы Нила имели исключительно важное значение, так как от них зависел урожай важнейших злаковых культур.
Древнеегипетский календарь из гробницыАвтор: NebMaatRa
Наблюдения появления Сириуса позволили определить продолжительность года, которая сначала была принята равной 360, а затем 365 сут.
На основе этих наблюдений был разработан календарь. Год делился на 12 месяцев по 30 дней в каждом. Год был разделён на 3 сезона по 4 месяца в каждом:
- время разлива Нила;
- время сева;
- время сбора урожая.
После уточнения продолжительности солнечного года дополнительные 5 дней добавлялись в конце года.
Солнечный календарь, которым пользуются большинство стран мира, ведёт свою родословную от календаря древних римлян. Точных сведений о зарождении римского календаря нет. Однако известно, что около VIII в. до н. э. римляне использовали календарь, в котором год состоял из 10 месяцев и содержал 304 дня. В VII в. до н. э. была произведена реформа римского календаря: к календарному году добавили ещё 2 месяца, а число дней увеличилось до 355. Но всё же календарный год был короче тропического более чем на 10 суток и календарные числа с каждым годом всё менее соответствовали явлениям природы.
Римский календарьАвтор: jacinta lluch valero, CC BY-SA 2.0
Чтобы устранить это несоответствие, каждые два года вставляли добавочный месяц, который содержал попеременно то 22, то 23 дня. Таким образом, каждое четырёхлетие состояло из двух годов по 355 дней и двух удлинённых годов (по 377 и по 378 дней). Средняя продолжительность календарного года за четырёхлетие составляла 366,25 сут., что больше продолжительности тропического года на сутки с лишним.
Чтобы избежать расхождения между календарными числами и явлениями природы, надо было время от времени изменять продолжительность добавочных месяцев. Это было обязанностью жрецов, которые часто злоупотребляли своей властью, произвольно удлиняя или укорачивая год. В результате календарная система оказалась настолько запутанной, что, например, праздник жатвы по календарю иногда приходилось отмечать не летом, а зимой.
Новая реформа римского календаря была произведена в 46 г. до новой эры – юлианский календарь. В нём три года подряд содержат по 365 суток (простой), а четвёртый – 366 сут. (високосный). Високосными считаются те годы, номера которых делятся на 4 без остатка. В високосном году в феврале 29 дней, в простом – 28. Продолжительность года в юлианском календаре в среднем за 4 года равна 365,25 средних солнечных суток, т.е. календарный год длинее тропического всего лишь на 0,0078 сут. За 128 лет это даёт расхождение в 1 сутки, а за 400 лет – около 3 суток. С течением времени календарь запаздывал всё больше и больше.
Весеннее равноденствие каждые 128 лет отступало по юлианскому календарю на 1 сут. и XVI в. перекочевало уже на 11 марта. Это осложняло расчеты церковных праздников, и тогдашний глава католической церкви Григорий XIII создал специальную комиссию. Она должна была исправить календарь так, чтобы весеннее равноденствие вернулось к 21 марта и больше не отставало от этой даты.
В 1582 г. было решено после четверга 4 октября пропустить в счету 10 суток и следующий день считать пятницей 15 октября, а в будущем соблюдать «правило високосов». Согласно этому правилу, «вековые» годы, оканчивающиеся на 2 нуля, являются високосными только в случае, если они делятся на 400. В противном случае, в отличие от юлианского календаря, они должны быть простыми. Так, 1600-й год – високосный, а 1700, 1800 и 1900-й – простые. Вот и получится, что за 400 лет из календаря исключается 3 сут.
Новая система календаря стала называться григорианским календарём или новым стилем. Григорианский календарь был введён в большинстве европейских стран в течение XVI – XVII вв.
В России на новый стиль перешли в 1918 г. В этом году по декрету Советского правительства вместо 1 февраля стали считать 14 февраля, так как расхождение юлианского и григорианского календарей к 1918 г. составило 13 сут.
Юлианский календарный год длиннее солнечного года почти на 11 ¼ мин., а григорианский – всего на 26 с. Лишние сутки накопятся только в 50-м веке новой эры. Для практических надобностей большей точности и не нужно.
Начало календарного года (Новый год) – понятие условное. В прошлом в некоторых странах Новый год начинался и 25 марта, и 25 декабря, и в другие дни. В Древней Руси год по языческим обычаям начинался весной, с тёплых мартовских дней, когда приступали к полевым работам. С введением христианства православная церковь приняла юлианский календарь и эру «от сотворения мира» («сотворение мира» христианская церковь приурочила к 5508 г. до рождества Христова), а начало года перенесли на 1 сентября.
По старинному обычаю и царь Пётр I встречал Новый год (7208 г. от «сотворения мира») 1 сентября. Но 19 декабря 7208 г. объявили царский указ: впредь лета считать не с 1 сентября, а с 1 января и не от «сотворения мира», а от рождества Христова.
Такая система счёта лет теперь принята большинством государств и называется нашей или новой эрой (н. э.).
Установление 12 месяцев в году и 7 дней в неделе имеет астрономическое обоснование, но, по сути дела, также является условным и сохраняется по традиции.
Это интересно
Служба времени – комплекс работ, связанных с определением, хранением и распространением точного времени. Службами времени также называют специальные лаборатории научно-исследовательских институтов, обсерваторий и других учреждений, которые выполняют эти работы. Возникла она в глубокой древности и существует по настоящее время. В России сегодня работает служба точного времени, в которую можно позвонить по номеру «100».
Зодиак
В своём годовом движении среди звёзд Солнце описывает на небесной сфере полную окружность – эклиптику. Перемещаясь по эклиптике, Солнце последовательно переходит из одного созвездия в другое, таких созвездий 13, они образуют так называемый пояс зодиака и называются зодиакальными. «Зодиак» – имеющий тот же корень, что нынешний «зоопарк»; по-русски его переводят как «круг животных». Большинство из зодиакальных созвездий действительно носят названия животных, остальным народная фантазия дала символические названия.
Знаки зодиака- В марте Солнце находится в созвездии Рыб. Все звёзды этого созвездия слабые, не ярче 3-й звёздной величины. В созвездии рыб расположена точка весеннего равноденствия, в которой Солнце переходит из Южного полушария в Северное.
- В апреле Солнце вступает в созвездие Овна (Овен – вышедшее из употребления слово, соответствующее мужскому роду от слова «овца»). Около 2 тыс. лет назад в этом созвездии находилась точка весеннего равноденствия. Сейчас, вследствие прецессии, она сместилась в созвездие Рыб.
- В мае – Солнце в созвездии Тельца. В этом созвездии около сотни звёзд, видимых невооружённым глазом. Наиболее яркая – Альдебаран – красный гигант. В 1054 году в созвездии Тельца произошла вспышка сверхновой звезды. В настоящее время на месте этой вспышки находится возникшая Крабовидная туманность.
- В июне Солнце приходит в созвездие Близнецов. Наиболее яркие звёзды этого созвездия – Поллукс и Кастор. В этом созвездии расположена точка летнего солнцестояния.
- В июле – Солнце в созвездии Рака. В этом созвездии нет ни одной яркой звезды.
- В двадцатых числах августа Солнце вступает в созвездие Льва. В нём несколько десятков звёзд. Наиболее яркие – Регул и Денебола.
- В сентябре дневное светило – в созвездии Девы. Наиболее яркая звезда этого созвездия – Спика. В созвездии Девы был обнаружен один из первых квазаров. В нём расположена точка осеннего равноденствия.
- В октябре Солнце проходит созвездие Весов – небольшое созвездие, в котором невооружённым глазом видны всего три звезды.
- В ноябре Солнце – в созвездии Скорпиона. Самая яркая звезда этого созвездия – красноватый Анторес. Интересна звезда Дзета Скорпиона – её светимость превосходит светимость Солнца в 400 000 раз.
- В ноябре же Солнце движется по созвездию Стрельца. В направлении этого созвездия находится центр нашей галактики.
- В ноябре-декабре – светило проходит в области созвездия Змееносец (в астрологии он не учитывается, но видимый путь Солнца проходит и по нему).
- В январе – Солнце в созвездии Козерога, не содержащем ярких звёзд.
- В феврале Солнце в созвездии Водолея.
Ещё в древности все зодиакальные созвездия получили символические обозначения, которые употребляются до нашего времени. Символа нет только у созвездия Змееносец.
Вам будет интересно
Сравнения годичного и суточного движения земли. Годовое и суточное вращение земли
Наша планета находится в постоянном движении. Вместе с Солнцем она перемещается в космосе вокруг центра Галактики. А та, в свою очередь, движется во Вселенной. Но наибольшее значение для всего живого играет вращение Земли вокруг Солнца и собственной оси. Без этого движения условия на планете были бы непригодными для поддержания жизни.
Солнечная система
Земля как планета Солнечной системы по расчетам ученых сформировалась более 4,5 млрд лет назад. За это время расстояние от светила практически не изменялось. Скорость движения планеты и сила притяжения Солнца уравновесили ее орбиту. Она не идеально круглая, но стабильная. Если бы сила притяжения светила была сильнее или скорость Земли заметно уменьшилась, то она бы упала на Солнце. В противном случае она рано или поздно улетела бы в космос, перестав быть частью системы.
Расстояние от Солнца до Земли делает возможным поддержание оптимальной температуры на ее поверхности. В этом немаловажную роль играет и атмосфера. Во время вращения Земли вокруг Солнца меняются времена года. Природа приспособилась к таким циклам. Но если бы наша планета была отдалена на большее расстояние, то температура на ней стала бы отрицательной. Очутись она ближе — вся вода бы испарилась, так как столбик термометра превысил бы точку кипения.
Путь планеты вокруг светила называется орбитой. Траектория этого полета не идеально круглая. Она имеет эллипсность. Максимальная разница составляет 5 млн км. Самая близкая точка орбиты к Солнцу находится на расстоянии 147 км. Она называется перигелием. Земля ее проходит в январе. В июле планета находится от светила на максимальном отдалении. Наибольшее расстояние — 152 млн км. Эта точка называется афелием.
Вращение Земли вокруг своей оси и Солнца обеспечивает соответственно смену суточных режимов и годовых периодов.
Для человека движение планеты вокруг центра системы незаметно. Это из-за того, что масса Земли огромна. Тем не менее каждую секунду мы пролетаем в пространстве около 30 км. Это кажется нереальным, но таковы расчеты. В среднем считается, что Земля находится от Солнца на расстоянии около 150 млн км. Один полный оборот вокруг светила она делает за 365 дней. Пройденное расстояние за год составляет почти миллиард километров.
Точное расстояние, которое наша планета проходит за год, двигаясь вокруг светила, составляет 942 млн км. Мы вместе с ней движемся в пространстве по эллиптической орбите со скоростью 107 000 км/час. Направление вращения — с запада на восток, то есть против условной часовой стрелки.
Полный оборот планета завершает не ровно за 365 дней, как принято считать. При этом проходит еще около шести часов. Но для удобства летоисчисления это время учитывают суммарно за 4 года. В итоге «набегает» один дополнительный день, его добавляют в феврале. Такой год считается високосным.
Скорость вращения Земли вокруг Солнца непостоянна. Она имеет отклонения от среднего значения. Это связано с эллиптической орбитой. Разница между значениями наиболее проявляется в точках перигелия и афелия и составляет 1 км/сек. Эти изменения незаметны, так как мы и все окружающие нас предметы двигаются в системе координат одинаково.
Смена сезонов
Вращение Земли вокруг Солнца и наклон оси планеты делает возможным смену времен года. Это меньше заметно на экваторе. Но ближе к полюсам годовая цикличность проявляется больше. Северное и Южное полушария планеты обогреваются энергией Солнца неравномерно.
Двигаясь вокруг светила, они проходят четыре условные точки орбиты. При этом поочередно два раза в течение полугодичного цикла они оказываются к нему дальше или ближе (в декабре и июне — дни солнцестояний). Соответственно в месте, где поверхность планеты прогревается лучше, там температура окружающей среды выше. Период на такой территории принято называть летом. В другом полушарии в это время заметно холоднее — там зима.
Спустя три месяца такого движения с периодичностью в полгода планетарная ось располагается таким образом, что оба полушария находятся в одинаковых условиях для обогрева. В это время (в марте и сентябре — дни равноденствия) температурные режимы приблизительно равны. Тогда, в зависимости от полушария, наступают осень и весна.
Земная ось
Наша планета — это вращающийся шар. Движение ее осуществляется вокруг условной оси и происходит по принципу волчка. Опираясь основанием в плоскость в раскрученном состоянии, он будет удерживать равновесие. Когда скорость вращения ослабевает, волчок падает.
Земля упора не имеет. На планету действуют силы притяжения Солнца, Луны и других объектов системы и Вселенной. Тем не менее она выдерживает постоянное положение в пространстве. Скорость ее вращения, полученная еще при формировании ядра, достаточна для поддержания относительного равновесия.
Земная ось проходит через шар планеты не перпендикулярно. Она наклонена под углом 66°33´. Вращение Земли вокруг своей оси и Солнца делает возможным смену сезонов года. Планета «кувыркалась» бы в пространстве, если бы у нее не было строгой ориентации. Ни о каком постоянстве условий среды и жизненных процессов на ее поверхности не было бы речи.
Осевое вращение Земли
Вращение Земли вокруг Солнца (один оборот) происходит в течение года. За день на ней сменяются день и ночь. Если посмотреть на Северный полюс Земли с космоса, то можно увидеть, как она вращается против часовой стрелки. Полный оборот она совершает приблизительно за 24 часа. Этот период называют сутками.
Скорость вращения определяет быстроту смены дня и ночи. За один час планета оборачивается приблизительно на 15 градусов. Скорость вращения в разных точках ее поверхности различна. Это происходит из-за того, что она имеет шарообразную форму. На экваторе линейная скорость составляет 1669 км/час, или 464 м/сек. Ближе к полюсам этот показатель уменьшается. На тридцатой широте линейная скорость уже будет составлять 1445 км/час (400 м/сек).
Из-за осевого вращения планета имеет несколько сжатую с полюсов форму. Также это движение «заставляет» отклоняться перемещающиеся предметы (в том числе воздушные и водные потоки) от первоначального направления (сила Кориолиса). Еще одним важным следствием такого вращения являются приливы и отливы.
Смена дня и ночи
Шарообразный объект единственным источником света в определенный момент освещается только наполовину. Применительно к нашей планете в одной ее части в этот момент будет день. Неосвещенная часть будет скрыта от Солнца — там ночь. Осевое вращение дает возможность сменяться этим периодам.
Кроме светового режима изменяются условия обогрева поверхности планеты энергией светила. Такая цикличность имеет важное значение. Скорость смены световых и тепловых режимов осуществляется сравнительно быстро. За 24 часа поверхность не успевает ни чрезмерно нагреться, ни остыть ниже оптимального показателя.
Вращение Земли вокруг Солнца и своей оси с относительно постоянной скоростью имеет определяющее для животного мира значение. Без постоянства орбиты планета не удержалась бы в зоне оптимального обогрева. Без осевого вращения день и ночь длились бы по полгода. Ни то ни другое не способствовало бы зарождению и сохранению жизни.
Неравномерность вращения
Человечество за свою историю привыкло к тому, что смена дня и ночи происходит постоянно. Это служило неким эталоном времени и символом равномерности жизненных процессов. На период вращения Земли вокруг Солнца до определенной степени оказывает влияние эллипсность орбиты и другие планеты системы.
Другая особенность — изменение продолжительности суток. Осевое вращение Земли происходит неравномерно. Выделяют несколько основных причин. Значение имеют сезонные колебания, связанные с динамикой атмосферы и распределением осадков. Кроме того, приливная волна, направленная против хода движения планеты, постоянно его тормозит. Этот показатель ничтожен (за 40 тыс. лет на 1 секунду). Но за 1 млрд лет под действием этого продолжительность суток увеличилась на 7 часов (с 17 до 24).
Следствия вращения Земли вокруг Солнца и своей оси изучаются. Данные исследования имеют большое практическое и научное значение. Их используют не только для точности определения звездных координат, но и для выявления закономерностей, которые могут влиять на процессы жизнедеятельности человека и природные явления в гидрометеорологии и других областях.
Земля совершает мало различных движений: вместе с Галактикой в сторону созвездий Лиры и Геркулеса со скоростью 20км/сек., вращательное движение относительно Центра Галактики со V=250-280км/сек., вокруг солнца со скоростью 30км/сек., вокруг своей оси со скоростью 0,5км/сек. и др. Эта сложная система движений вызывает целый ряд явлений на земле, формулируя природные условия. Рассмотрим только 2 движения, которые имеют важное значение для окружающей среды и человека.
Суточное вращение.
При наблюдении с Земли за солнцем и планетами кажется, что Земля неподвижна, а солнце и планеты вращаются вокруг неё (эффект движущего вокзала). Именно такая модель (геоцентрическая), автором которой является Птоломей (2в. до н.э.) просуществовала вплоть до 16в. Однако по мере накопления фактов эта модель стала подвергаться сомнениям. Первым кто публично выступил против неё, был поляк Николай Коперник. После его смерти идеи Коперника развивал итальянец Джордано Бруно, который был сожжен на костре, т.к. отказывался сотрудничать с инквизицией. Его соотечественник Галилей продолжал развивать идеи Коперника, Бруно и с помощью изобретенного им телескопа подтвердил правоту своих.
Таким образом, уже в начале 17в. было доказано вращение Земли вокруг своей оси. В настоящее время этот факт не вызывает не у кого сомнения и мы располагаем многими доказательствами осевого вращения.
Одним из наиболее простых и убедительных является опыт с маятником Фуко. В 1851г. француз Л. Фуко с помощью огромного маятника показал, что плоскость маятника все время смещается по часовой стрелке (если смотреть сверху). Если бы Земля не вращалась с запада на восток (против часовой стрелки), то такого эффекта с маятником не было бы.
Вторым убедительным доказательством осевого вращения Земли является отклонение падающих тел к востоку, т. е. если сбросить груз с высокой башни, то он упадёт на Землю, отклоняясь от вертикали на несколько мм. или см. в зависимости от высоты.
Земной шар вращается вокруг своей оси — как все планеты вращаются вокруг своих осей. Причем все почти вращаются в том же направлении, что и вокруг Солнца. Те места, где ось вращения планет пересекается с их поверхностью, называют полюсами (у Земли — географическими полюсами, Южным и Северным). А линию, проходящую по поверхности планеты на равном расстоянии от обоих полюсов, называют экватор.
Географические полюса не остаются на одном месте, а перемещаются по поверхности планеты. К счастью для нас не очень далеко и не очень быстро.
Наблюдения на станциях Международной службы движения полюсов Земли (до 1961г. она называлась Международной службой широты; а создана была в 1899г.), а также двадцатилетние измерения с помощью геодезических спутников указывают на то, что географические полюса смещаются со скоростью 10см. в год.
Какие же следствия связаны с суточным вращением Земли?
Во-первых, это смена дня и ночи. Причем из-за сравнительного промежутка днем и ночью атмосфера и поверхность Земли не успевает переохладиться и нагреться. Смена дня и ночи в свою очередь вызывает ритмичность многих процессов в природе (биоритмы).
Во-вторых, важным следствием вращения являются отклонение горизонтально движущихся тел вправо в северном полушарии и влево в южном. Отклоняющая сила или сила Кориолиса — связана со смещением во времени направления меридианов и параллелей. На полюсе, где параллели и меридианы друг к другу почти параллельны, эта сила равна нулю, а у экватора, где они находятся под наибольшим углом, сила максимальна.
Эффект Кориолиса имеет большое значение для объектов, долгое время движущимися в меридиональном направлении (водами рек, воздушными массами и т. п.) этот эффект становится ощутим: реки подмывают один из берегов сильнее, чем другой. И ветры, долго дующие в одну сторону, заметно смещаются. Самое важное проявление такого смещения — закручивание ветров в зонах повышенного (антициклонах) и пониженного (циклонах) атмосферного давления.
В-третьих, важным следствием являются приливы и отливы. Вращаясь, Земля периодически попадает под притяжение Луны, в связи с чем возникает приливообразующая волна. Во время новолунья и полнолунья приливы максимальны, во время 1/4 фазы Луны они минимальны.
Вращение Земли издавна используется для счета времени. Полный оборот Земли вокруг оси происходит за разные промежутки времени в зависимости от точки отсчета. Относительно звёзд полный оборот происходит за 23ч. 56мин.4сек. (звездные сутки). А относительно солнца — за 24ч. (солнечные сутки). Однако это средние солнечные сутки, так как ясные солнечные сутки меняются в течении года.
Кроме местного времени (средние солнечные сутки), которое зависит от положения местного меридиана относительно солнца, существует система поясного времени. В связи с этим, весь земной шар разбит на 24 пояса, с нулевым, который проходит через Гринвичский меридиан. Каждый пояс отличается по времени от соседнего на 1 час. На востоке, на 1час больше, а на западе на 1час меньше.
Как и другие планеты Солнечной системы, совершает 2 основных движения: вокруг собственной оси и вокруг Солнца. С древнейших времён именно на этих двух регулярных движениях основывались расчёты времени и способность составлять календари.
Сутки – это время вращения вокруг собственной оси. Год – обращения вокруг Солнца. Деление на месяцы также находится в прямой связи с астрономическими феноменами – их продолжительность связана с фазами Луны.
Вращение Земли вокруг собственной оси
Наша планета вращается вокруг собственной оси с запада на восток, то есть против часовой стрелки (если смотреть со стороны Северного полюса.) Ось – это виртуальная прямая линия, пересекающая земной шар в районе Северного и Южного полюсов, т.е. полюса имеют фиксированное положение и не участвуют во вращательном движении, в то время как все другие точки расположения на земной поверхности вращаются, причём скорость вращения не идентична и зависит от их положения по отношению к экватору – чем ближе к экватору, тем скорость вращения выше.
Например, в районе Италии скорость вращения составляет примерно 1200 км\ч. Следствиями вращения Земли вокруг своей оси являются смена дня и ночи и видимое движение небесной сферы.
Действительно, создаётся впечатление, что звёзды и другие небесные тела ночного неба движутся в противоположном нашему с планетой движению направлении (то есть с востока на запад).
Кажется, что звёзды находятся вокруг Полярной звезды, которая расположена на воображаемой линии – продолжении земной оси в северном направлении. Движение звёзд не является доказательством того, что Земля вращается вокруг своей оси, ведь это движение могло бы быть следствием вращения небесной сферы, если считать, что планета занимает фиксированное, неподвижное положение в пространстве.
Маятник Фуко
Неопровержимое доказательство того, что Земля вращается вокруг собственной оси, было представлено в 1851 г. Фуко, который провёл известнейший эксперимент с маятником.
Представим, что, находясь на Северном полюсе, мы привели в колебательное движение маятник. Силой извне, действующей на маятник, является гравитация, при этом она не влияет на изменение направления колебаний. Если подготовить виртуальный маятник, оставляющий следы на поверхности, мы сможем удостоверится, что через некоторое время следы переместятся в направлении часовой стрелки.
Это вращение может быть связано с двумя факторами: или с вращением плоскости, на которой совершает колебательные движения маятник, или с вращением всей поверхности.
Первую гипотезу можно отбросить, принимая во внимание, что на маятнике нет сил, способных изменить плоскость колебательных движений. Отсюда следует, что вращается именно Земля, причём она совершает движения вокруг собственной оси. Этот эксперимент был проведён в Париже Фуко, он использовал огромный маятник в виде сферы из бронзы весом около 30 кг, подвешенный к 67-метровому тросу. На поверхности пола Пантеона была зафиксирована отправная точка колебательных движений.
Итак, вращается именно Земля, а не небесная сфера. Люди, ведущие с нашей планеты наблюдение за небом, фиксируют движение и Солнца, и планет, т.е. во Вселенной движутся все объекты.
Критерий времени – сутки
Сутки – это отрезок времени, за который Земля совершает полный оборот вокруг собственной оси. Существует два определения понятия “сутки”. “Солнечный сутки” – это промежуток времени вращения Земли, при котором за отправную точку берётся . Другое понятие – “сидерические сутки” – подразумевает другую отправную точку – любую звезду. Продолжительность двух видов суток неидентична. Долгота сидерических суток составляет 23 ч 56 мин 4 с, долгота же солнечных суток равна 24 часам.
Различная продолжительность связана с тем, что Земля, вращаясь вокруг собственной оси, совершает и орбитальное вращение вокруг Солнца.
В принципе, продолжительность солнечных суток (хотя и принимается за 24 часа) – величина непостоянная. Это связано с тем, что движение Земли по орбите происходит с переменной скоростью. Когда Земля находится ближе к Солнцу, скорость её движения по орбите выше, по мере удаления от светила скорость понижается. В связи с этим введено такое понятие, как “средние солнечные сутки”, именно их продолжительность 24 часа.
Обращение вокруг Солнца со скоростью 107 000 км/ч
Скорость обращения Земли вокруг Солнца – второе основное движение нашей планеты. Земля движется по эллиптической орбите, т.е. орбита имеет форму эллипса. Когда находится в непосредственной близости от Земли и попадает в её тень, случаются затмения. Среднее расстояние между Землёй и Солнцем составляет примерно 150 миллионов километров. В астрономии используется единица измерения расстояний внутри Солнечной системы; её называют “астрономическая единица” (а.е.).
Скорость с которой Земля движется по орбите, равна примерно 107 000 км/ч.
Угол, образованный земной осью и плоскостью эллипса, составляет примерно 66°33’, это величина постоянная.
Если наблюдать за Солнцем с Земли, создаётся впечатление, что именно оно движется по небосклону в течении года, проходя через звёзды и , составляющие Зодиак. На самом деле Солнце также проходит и через созвездие Змееносца, но оно не относится к Зодиакальному кругу.
Земля вращается вокруг Солнца по эллиптической орбите со скоростью 29,8 км\с, делая полный оборот за 365 сут. 6 час. 9 мин. 9,6 сек. Это звездный, или сидерический, год – промежуток времени между двумя последовательными прохождениями Земли через одну и ту же точку орбиты. По истечении звездного года наблюдатель увидит Солнце около той же звезды, где оно было год назад. Однако деятельность людей связано не с звездным временем: она подчинена солнечному времени. Промежуток времени между двумя последовательными прохождениями Солнца через точку весеннего равноденствия называют тропическим годом, продолжительность которого равна 365 сут. 5 час. 48 мин. 46сек.
Длина орбиты – 940 млн. км. Солнце расположено в одном из фокусов орбиты Земли, вследствие чего расстояние между Землей и Солнцем в течение года меняется от 152 (афелий – 5 июля) до 149 (перигелий – 3 января) млн. км.
Ось Земли наклонена к плоскости орбиты под углом 66 30 . В процессе движения ось перемещается поступательно и параллельно самой себе, поэтому Земля занимает 4 характерных положения: равноденствий и солнцестояний . В дни равноденствий, 21 марта и 23 сентября, зенитальный луч Солнца падает на экватор, граница света и тени проходит через полюсы и делит каждую параллель на равные части, поэтому день равен ночи на всех широтах. При этом северное и южное полушария получают тепло и свет поровну.
В день летнего солнцестояния, 22 июня, Солнце в зените над северным тропиком, граница света и тени является касательной к линиям полярных кругов. Свет и тепло получает большая часть северного полушария, поэтому здесь лето, а все заполярье его освещено, поэтому – полярный день. Южное полушарие получает минимум тепла и света, поэтому там зима, а его заполярье находится в положении полярной ночи.
В день зимнего солнцестояния, 22 декабря, Солнце в зените над южным тропиком и освещение полушарий меняется противоположно.
Таким образом, смена времен года обусловлена вращением Земли вокруг Солнца при наклонном положении оси. Со сменой времен года связана сезонная ритмика процессов и явлений в географической оболочке.
Савцова Т.М. Общее землеведение, М.,2003, стр. 45-50
Мильков Ф.Н. «Общее землеведение», М., 1990, стр. 59-62
Любушкина С.Г Общее землеведение, М.,2004, стр. 19-22
ЛЗ 7-8. Планетарные факторы формирования ГО. Осевое вращение Земли
1. Доказательства осевого вращения Земли
2. Следствия осевого вращения Земли
1. Доказательства осевого вращения Земли
Земля вращается вокруг оси с запада на восток, совершая полный оборот за 23 ч. 56 мин. 4 с. (звездные сутки). Угловая скорость всех точек Земли одинакова: 15ч (360 ч.). Линейная скорость их зависит от того расстояния, которое точки должны пройти за период суточного вращения. Максимальная линейная скорость на экваторе – 464 м/с, на полюсах –0, на других широтах вычисляется по формуле:
V cos м/с, где — широта места
Одним из доказательств суточного вращения Земли служит опыт Фуко, позволяющий наблюдать вращение Земли и определять угловую скорость
W sin ( — широта места)
Наблюдающееся опытным путем отклонение падающих тел к востоку также свидетельствует о вращении Земли вокруг своей оси.
Наша планета постоянно находится в движении:
- вращение вокруг собственной оси, движение вокруг Солнца;
- вращение вместе с Солнцем вокруг центра нашей галактики;
- движение относительно центра Местной группы галактик и другие.
Движение Земли вокруг собственной оси
Вращение Земли вокруг оси (рис. 1). За земную ось принимают воображаемую линию, вокруг которой вращается . Эта ось отклонена на 23°27″ от перпендикуляра к плоскости эклиптики. Земная ось пересекается с земной поверхностью в двух точках — полюсах — Северном и Южном. Если смотреть с Северного полюса, то вращение Земли происходит против часовой стрелки или, как принято считать, с запада на восток. Полный оборот вокруг оси планета совершает за одни сутки.
Рис. 1. Вращение Земли вокруг своей оси
Сутки — единица измерения времени. Выделяют звездные и солнечные сутки.
Звездные сутки — это промежуток времени, в течение которого Земля обернется вокруг оси по отношению к звездам. Они равны 23 ч 56 мин 4 с.
Солнечные сутки — это промежуток времени, в течение которого Земля обернется вокруг своей оси по отношению к Солнцу.
Угол поворота нашей планеты вокруг своей оси на всех широтах одинаков. За один час каждая точка на поверхности Земли передвигается на 15° от ее первоначального положения. Но при этом скорость движения находится в обратно пропорциональной зависимости от географической широты: на экваторе она равна 464 м/с, а на широте 65° -только 195 м/с.
Вращение Земли вокруг оси в 1851 г. доказал в своем опыте Ж. Фуко. В Париже — в Пантеоне под куполом повесили маятник, а под ним круг с делениями. При каждом следующем движении маятник оказывался на новых делениях. Это может произойти только в том случае, если поверхность Земли под маятником поворачивается. Положение плоскости качания маятника на экваторе не изменяется, потому что плоскость совпадает с меридианом. Осевое вращение Земли имеет важные географические следствия.
При вращении Земли возникает центробежная сила, которая играет важную роль в формировании формы планеты и уменьшает силу притяжения.
Еще одним из важнейших следствий осевого вращения является образование поворотной силы — силы Кориолиса. В XIX в. она была впервые рассчитана французским ученым в области механики Г. Кориолисом (1792-1843) . Это одна из сил инерции, вводимых для учета влияния вращения подвижной системы отсчета на относительное движение материальной точки. Ее эффект кратко можно выразить так: всякое движущееся тело в Северном полушарии отклоняется вправо, а в Южном — влево. На экваторе сила Кориолиса равна нулю (рис. 3).
Рис. 3. Действие силы Кориолиса
Действие силы Кориолиса распространяется на многие явления географической оболочки. Ее отклоняющий эффект особенно заметен в направлении движения воздушных масс. Под влиянием отклоняющей силы вращения Земли ветры умеренных широт обоих полушарий принимают преимущественно западное направление, а в тропических широтах — восточное. Аналогичное проявление силы Кориолиса обнаруживается в направлении движения океанических вод. С этой силой связана и асимметрия речных долин (правый берег обычно высокий в Севером полушарии, в Южном — левый).
Вращение Земли вокруг своей оси приводит также к перемещению солнечного освещения по земной поверхности с востока на запад, т. е. к смене дня и ночи.
Смена дня и ночи создает суточную ритмичность в живой и неживой природе. Суточный ритм тесно связан со световыми и температурными условиями. Хорошо известен суточный ход температуры, дневной и ночной бризы и т. д. Суточные ритмы происходят и в живой природе — фотосинтез возможен только днем, большинство растений раскрывают свои цветки в разные часы; одни животные активны днем, другие — ночью. Жизнь человека тоже протекает в суточном ритме.
Еще одно следствие вращения Земли вокруг своей оси — разница во времени в разных точках нашей планеты.
С 1884 г. был принят поясной счет времени, т. е. всю поверхность Земли разделили а 24 часовых пояса по 15° каждый. За поясное время принимают местное время среднего меридиана каждого пояса. Время соседних часовых поясов отличается на один час. Границы поясов проведены с учетом политических, административных и хозяйственных границ.
Нулевым поясом считается Гринвичский (по названию Гринвичской обсерватории под Лондоном), который проходит по обе стороны от нулевого меридиана. Время нулевого, или начального, меридиана считается Всемирным временем.
Меридиан 180° принят за международную линию измерения дат — условная линия на поверхности земного шара, по обе стороны от которой часы и минуты совпадают, а календарные даты отличаются на одни сутки.
Для более рационального использования летом дневного света в 1930 г. в нашей стране было введено декретное время, опережающее поясное на один час. Для этого стрелки часов были переведены на один час вперед. В связи с этим Москва, находясь во втором часовом поясе, живет по времени третьего часового пояса.
С 1981 г. в период с апреля по октябрь время переводят на один час вперед. Это так называемое летнее время. Оно вводится для экономии электроэнергии. Летом Москва опережает поясное время на два часа.
Время часового пояса, в котором расположена Москва, — московское.
Движение Земли вокруг Солнца
Вращаясь вокруг своей оси, Земля одновременно движется вокруг Солнца, обходя круг за 365 суток 5 ч 48 мин 46 с. Этот период называется астрономический год. Для удобства считается, что в году 365 дней, а через каждые четыре года, когда из шести часов «накопятся» 24 часа, в году бывает не 365, а 366 дней. Такой год называется високосным, а один день прибавляют к февралю.
Путь в пространстве, по которому Земля движется вокруг Солнца, называется орбитой (рис. 4). Орбита Земли имеет форму эллипса, поэтому расстояние от Земли до Солнца не постоянно. При нахождении Земли в перигелии (от греч.peri — возле, около иhelios — Солнце) — ближайшей к Солнцу точке орбиты — 3 января расстояние равно 147 млн км. В Северном полушарии в это время зима. Самое большое расстояние от Солнца в афелии (от греч. аро — вдали от иhelios — Солнце) — наибольшем расстоянии от Солнца — 5 июля. Оно равно 152 млн км. В это время в Северном полушарии лето.
Рис. 4. Движение Земли вокруг Солнца
Годовое движение Земли вокруг Солнца наблюдают по непрерывному изменению положения Солнца на небе — изменяются полуденная высота Солнца и положение его восхода и захода, меняется продолжительность светлой и темной частей суток.
При движении по орбите направление земной оси не меняется, она всегда направлена в сторону Полярной звезды.
В результате изменения расстояния от Земли до Солнца, а также благодаря наклону земной оси к плоскости ее движения вокруг Солнца на Земле наблюдается неравномерное распределение солнечной радиации в течение года. Так происходит смена времен года, которая характерна для всех планет, у которых наклон оси вращения к плоскости ее орбиты (эклиптики) отличается от 90°. Орбитальная скорость планеты в Северном полушарии выше в зимнее время и меньше в летнее. Поэтому зимнее полугодие длится 179, а летнее — 186 суток.
В результате движения Земли вокруг Солнца и наклона земной оси к плоскости ее орбиты на 66,5° на нашей планете наблюдается не только смена времен года, но и изменение продолжительности дня и ночи.
Вращение Земли вокруг Солнца и смена времен года на Земле показаны на рис. 81 (дни равноденствия и солнцестояния в соответствии с временами года в Северном полушарии).
Только два раза в год — в дни равноденствия продолжительность дня и ночи на всей Земле практически одинакова.
Равноденствие — момент времени, в который центр Солнца при своем видимом годичном перемещении по эклиптике пересекает небесный экватор. Выделяют весеннее и осеннее равноденствия.
Наклон оси вращения Земли вокруг Солнца в дни равноденствий 20-21 марта и 22-23 сентября оказывается нейтральным по отношению к Солнцу, а обращенные к нему участки планеты равномерно освещены от полюса до полюса (рис. 5). Солнечные лучи на экваторе падают отвесно.
Самый длинный день и самая короткая ночь наблюдаются в день летнего солнцестояния.
Рис. 5. Освещение Земли Солнцем в дни равноденствия
Солнцестояние — момент прохождения центром Солнца точек эклиптики, наиболее удаленных от экватора (точек солнцестояния). Различают летнее и зимнее солнцестояния.
В день летнего солнцестояния 21-22 июня Земля занимает такое положение, при котором северный конец ее оси наклонен в сторону Солнца. И лучи падают отвесно не на экватор, а на северный тропик, широта которого равна 23°27″ Круглые сутки освещенными оказываются не только приполюсные районы, но и пространство за ними до широты 66°33″ (Полярный круг). В Южном полушарии в это время освещенной оказывается лишь та его часть, которая лежит между экватором и южным Полярным кругом (66°33″). За ним в этот день земная поверхность не освещается.
В день зимнего солнцестояния 21-22 декабря все происходит наоборот (рис. 6). Солнечные лучи уже отвесно падают на южный тропик. Освещенными в Южном полушарии оказываются участки, лежащие не только между экватором и тропиком, но и вокруг Южного полюса. Такое положение продолжается до дня весеннего равноденствия.
Рис. 6. Освещение Земли в день зимнего солнцестояния
На двух параллелях Земли в дни солнцестояния Солнце в полдень находится прямо над головой наблюдателя, т. е. в зените. Такие параллели называются тропиками. На Северном тропике (23° с.ш.) Солнце стоит в зените 22 июня, на Южном тропике (23° ю.ш.) — 22 декабря.
На экваторе день всегда равен ночи. Угол падения солнечных лучей на земную поверхность и продолжительность дня там изменяются мало, поэтому смена времен года не выражена.
Полярные круги замечательны тем, что являются границами областей, где бывают полярные дни и ночи.
Полярный день — период, когда Солнце не опускается за горизонт. Чем дальше от Полярного круга у полюсу, тем длиннее полярный день. На широте Полярного круга (66,5°) он длится всего одни сутки, а на полюсе — 189 суток. В Северном полушарии на широте северного Полярного круга полярный день наблюдается 22 июня — в день летнего солнцестояния, а в Южном полушарии на широте южного Полярного круга — 22 декабря.
Полярная ночь длится от одних суток на широте Полярных кругов до 176 суток на полюсах. Во время полярной ночи Солнце не появляется над горизонтом. В Северном полушарии на широте северного Полярного круга это явление наблюдается 22 декабря.
Нельзя не отметить такое чудесное явление природы, как белые ночи. Белые ночи — это светлые ночи в начале лета, когда вечерняя заря сходится с утренней и всю ночь длятся сумерки. Наблюдаются они в обоих полушариях на широтах, превышающих 60°, когда центр Солнца в полночь опускается за горизонт не более чем на 7°. В Санкт-Петербурге (около 60° с.ш.) белые ночи продолжаются с 11 июня по 2 июля, в Архангельске (64° с.ш.) — с 13 мая по 30 июля.
Сезонный ритм в связи с годовым движением прежде всего сказывается на освещенности земной поверхности. В зависимости от изменения высоты Солнца над горизонтом на Земле выделяют пять поясов освещенности. Жаркий пояс лежит между Северным и Южным тропиками (тропиком Рака и тропиком Козерога), занимает 40 % земной поверхности и отличается наибольшим количеством приходящего от Солнца тепла. Между тропиками и Полярными кругами в Южном и Северном полушариях находятся умеренные пояса освещенности. Здесь уже выражены сезоны года: чем дальше от тропиков, тем короче и прохладнее лето, тем длиннее и холоднее зима. Полярные пояса в Северном и Южном полушариях ограничены Полярными кругами. Здесь высота Солнца над горизонтом в течение года низкая, поэтому количество солнечного тепла минимально. Для полярных поясов характерны полярные дни и ночи.
В зависимости от годового движения Земли вокруг Солнца находятся не только смена времен года и связанная с ними неравномерность освещенности земной поверхности по широтам, но и значительная часть процессов в географической оболочке: сезонная смена погоды, режим рек и озер, ритмика в жизни растений и животных, виды и сроки сельскохозяйственных работ.
Календарь. Календарь — система исчисления длительных промежутков времени. В основе этой системы лежат периодические явления природы, связанные с движением небесных светил. В календаре используют астрономические явления — смену времен года, дня и ночи, изменение лунных фаз. Первый календарь был египетский, созданный в IV в. до н. э. С 1 января 45 г. Юлий Цезарь ввел Юлианский календарь, которым пользуется до сих пор Русская Православная Церковь. Вследствие того что продолжительность юлианского года больше астрономического на 11 мин 14 с, к XVI в. накопилась «ошибка» в 10 суток — день весеннего равноденствия наступал не 21 марта, а 11 марта. Эта ошибка была исправлена в 1582 г. указом Папы Римского Григория XIII. Счет дней был передвинут на 10 суток вперед, и день после 4 октября предписывалось считать пятницей, но не 5, а 15 октября. День весеннего равноденствия вновь был возвращен на 21 марта, и календарь стал называться Григорианским. Он был введен в России в 1918 г. Однако он тоже имеет ряд недостатков: неодинаковая продолжительность месяцев (28, 29, 30, 31 день), неравенство кварталов (90, 91, 92 дня), несогласованность чисел месяцев по дням недели.
Вращение Земли
Еще с давних времен человечеству известны два основных вида движения Земли — вращение вокруг своей оси и вокруг Солнца.
Обороты вокруг своей оси
Установлено, что Земля вращается вокруг своей оси против часовой стрелки, то есть с запада на восток. Полный оборот вокруг своей оси Земля совершает за 23 часа 56 минут и 4,091 секунды. Этот период называется звездными сутками. Ось, вокруг которой происходит вращение Земли, мнимая. Она наклонена к плоскости ее орбиты на 23,5°. Этот угол во время движения Земли не изменяется. Северный конец мнимой оси всегда направлен в сторону Полярной звезды.
Вращаясь, Земля подставляет к Солнцу то одну сторону, то другую. На освещенной Солнцем стороне Земли день, а на противоположной — ночь. Таким образом, изменение дня и ночи является следствием вращения Земли вокруг своей оси.
Теллурий — прибор, наглядно показывающий годовое движение Земли вокруг Солнца и суточное вращение Земли вокруг своей оси
Точки пересечения воображаемой земной оси с поверхностью Земли называются географическими полюсами. Таких полюсов два — Северный и Южный. На одинаковом расстоянии от полюсов на поверхности земного шара проведен мнимый круг — экватор. К северу от экватора расположено Северное полушарие Земли, к югу — Южное.
Поскольку ось вращения Земли наклонена но отношению к плоскости эклиптики на 23,5°, в близких к полюсам районах летом Солнце почти не заходит, и несколько месяцев длится полярный день. Зимой же Солнце почти не восходит, и несколько месяцев длится полярная ночь.
Почему Бывает високосный год
Земля делает полный оборот вокруг Солнца за 365 суток и 6 часов, то есть за год. Для удобства считается, что в году ровно 365 суток, а через каждые четыре года, когда из оставшегося времени «собирается» еще 24 часа, в году добавляются еще одни сутки и в нем становится 366 дней. Такой год называется високосным, а сутки добавляют в феврале — и вместо привычных 28 в нем 29 дней.
Солнцестояния и равноденствия
Изменение дня и ночи происходит на Земле непрерывно. Но два раза в год в дни весеннего и осеннего равноденствия — 21 марта и 23 сентября — их продолжительность одинакова во всех точках земного шара.
Самый длинный день и кратчайшая ночь бывает в день летнего солнцестояния, который в Северном полушарии приходится на 21—22 июня. В это время земная ось наклонена северным концом к Солнцу. Северное полушарие получает больше тепла, чем Южное, а потому в первом из них — лето, во втором — зима. А 21—22 декабря, наоборот, к Солнцу наклонен южный конец земной оси. В Южном полушарии в это время лето, а в Северном — зима. Это — день зимнего солнцестояния, кратчайший в Северном полушарии.
Поделиться ссылкой
Как вращается Земля вокруг Солнца
Вращение Земли вокруг Солнца является одним из самых удивительных явлений – оно обеспечивает не только смену времен года, но и само существование жизни на нашей планете. Знание особенностей годового вращения Земли дает возможность лучше понимать суть сезонных изменений.Суточное вращение Земли
Для наблюдателя, находящегося в Северном полушарии, например, в европейской части России, Солнце привычно восходит на востоке и поднимается к югу, занимая в полдень самую высокую позицию на небосклоне, затем клонится к западу и скрывается за линией горизонта. Данное движение Солнца является лишь видимым и вызвано вращением Земли вокруг своей оси. Если смотреть на Землю сверху в направлении Северного полюса, то она будет вращаться против часовой стрелки. Солнце при этом находится на месте, видимость его движения создается за счет вращения Земли.
Годовое вращение Земли
Вокруг Солнца Земля также вращается против часовой стрелки: если смотреть на планету сверху, со стороны Северного полюса. Так как земная ось имеет наклон относительно плоскости вращения, по мере вращения Земли вокруг Солнца она освещает ее неравномерно. На одни области солнечного света попадает больше, на другие – меньше. Благодаря этому происходит смена времен года и изменение продолжительности дня.
Весеннее и осеннее равноденствие
Дважды в год, 21 марта и 23 сентября, Солнце одинаково освещает Северное и Южное полушария. Эти моменты известны как весеннее и осеннее равноденствие. В марте в Северном полушарии начинается весна, в Южном – осень. В сентябре, наоборот, в Северное полушарие приходит осень, а в Южное – весна.
Летнее и зимнее солнцестояние
В Северном полушарии 22 июня Солнце выше всего поднимается над горизонтом. День имеет самую большую продолжительность, а ночь в эти сутки самая короткая. Зимнее солнцестояние происходит 22 декабря – день имеет самую короткую продолжительность, а ночь максимально длинная. В Южном полушарии все происходит наоборот.
Полярная ночь
Из-за наклона земной оси полярные и приполярные области Северного полушария в зимние месяцы оказываются без солнечного света – Солнце вообще не поднимается над горизонтом. Это явление известно как полярная ночь. Аналогичная полярная ночь существует и для приполярных областей Южного полушария, разница между ними составляет ровно полгода.
Что дает Земле ее вращение вокруг Солнца
Планеты не могут не вращаться вокруг своих светил – в противном случае они бы просто были притянуты и сгорели. Уникальность Земли заключается в том, что наклон ее оси в 23,44о оказался оптимален для возникновения всего многообразия жизни на планете.
Именно благодаря наклону оси происходит смена времен года, существуют разные климатические зоны, обеспечившие многообразие земной флоры и фауны. Изменение нагрева земной поверхности обеспечивает движение воздушных масс, а значит, и выпадение осадков в виде дождя и снега.
Расстояние от Земли до Солнца в 149 600 000 км также оказалось оптимальным. Немного дальше, и вода бы на Земле находилась только в виде льда. Немного ближе, и температура была бы уже слишком высока. Само возникновение жизни на Земле и многообразие ее форм стало возможно именно благодаря уникальному совпадению такого множества факторов.
ТЕЛЛУРИЙ — это… Что такое ТЕЛЛУРИЙ?
ТЕЛЛУРИЙ — (ново лат. tellurium, от лат. Tellus, Telluris земля, богиня земли). Прибор для наглядного объяснения движений земли вокруг оси и вокруг солнца, а также луны вокруг земли. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н.,… … Словарь иностранных слов русского языка
ТЕЛЛУРИЙ — ТЕЛЛУРИЙ, теллурия, муж. (от лат. tellus земля) (астр.). Прибор, наглядно изображающий движение земли вокруг солнца. Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков. 1935 1940 … Толковый словарь Ушакова
теллурий — сущ., кол во синонимов: 1 • теллур (8) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 … Словарь синонимов
ТЕЛЛУРИЙ — астрономический прибор для наглядной демонстрации годового движения Земли вокруг Солнца и суточного вращения Земли вокруг своей оси, а также солнечного и лунного затмений … Большая политехническая энциклопедия
Теллурий — Эта статья об астрономическом инструменте. О химическом элементе см. Теллур … Википедия
Теллурий — (от лат. tellus. родительный падеж telluris Земля) прибор для наглядной демонстрации годового движения Земли вокруг Солнца и суточного вращения Земли вокруг своей оси. В Т. меньший шарик, изображающий Землю, движется вокруг большего… … Большая советская энциклопедия
Теллурий — м. Прибор, изображающий годовое движение Земли и планет вокруг Солнца и суточное вращение Земли вокруг своей оси. Толковый словарь Ефремовой. Т. Ф. Ефремова. 2000 … Современный толковый словарь русского языка Ефремовой
теллурий — теллурий, теллурии, теллурия, теллуриев, теллурию, теллуриям, теллурий, теллурии, теллурием, теллуриями, теллурии, теллуриях (Источник: «Полная акцентуированная парадигма по А. А. Зализняку») … Формы слов
теллурий — телл урий, я (астр.) … Русский орфографический словарь
теллурий — (2 м), Пр. о теллу/рии; мн. теллу/рии, Р. теллу/риев … Орфографический словарь русского языка
Самолетовождение
САМОЛЕТОВОЖДЕНИЕ
Тема № 1. Краткие сведения по картографии
Вопросы:
Форма и размеры Земли.
Система координат на земной поверхности.
Единицы измерения расстояний.
Линии пути и линии положения самолета на поверхности земного шара.
Карты и картографические проекции.
Классификация картографических проекций по характеру искажений и по способу построения.
Карты в равноугольной конической проекции.
Карты в видоизмененной поликонической проекции.
Карты в равноугольной цилиндрической проекции.
Классификация и назначение авиационных карт.
Содержание и оформление карты.
Разграфка и номенклатура карт.
Тема № 2. Измерение времени
Вопросы:
Годовое движение и суточное вращение Земли.
Истинное солнечное, среднее солнечное и гражданское время.
Местное, поясное и декретное время.
Линия смены даты.
Условия естественного освещения.
Практическое определение моментов восхода и захода.
Солнца, наступления темноты и рассвета по графикам.
Служба времени.
Авиационные часы, устанавливаемые на самолете.
Тема № 3. Курс самолета. Авиационные магнитные компасы, курсовые системы и их применение
Вопросы:
Курсы самолета и зависимость между ними.
Краткие сведения о земном магнетизме.
Назначение, принцип действия и устройство совмещенного магнитного компаса КИ-13.
Курсовая система ГМК-1А.
Основные данные и агрегаты ГМК-1А.
Принцип действия ГМК-1А.
Проверка работоспособности курсовой системы.
Девиация магнитных компасов и методика ее устранения.
Тема № 4. Высота полета. Устройство и применение барометрических высотомеров
Вопросы:
Классификация высот полета по уровню начала отсчета.
Барометрический метод измерения высоты.
Назначение, устройство и использование барометрического высотомера ВД-10.
Инструментальные и методические ошибки барометрических высотомеров и методика их учета.
Определение истинной высоты полета по барометрическому высотомеру.
Определение приборной высоты для заданной истинной высоты полета.
Тема № 5. Воздушная скорость полета. Устройство и применение указателей воздушной скорости
Вопросы:
Аэродинамический метод измерения воздушной скорости.
Приемники воздушных давлений.
Назначение, устройство и использование указателя скорости УС-450.
Инструментальные и методические ошибки указателей воздушной скорости и методика их учета.
Расчет воздушной скорости полета.
Тема № 6. Влияние ветра на полет самолета
Вопросы:
Навигационный треугольник скоростей и его элементы.
Расчет элементов навигационного треугольника скоростей с помощью ветрочета, навигационной линейки НЛ-10М и приближенно в уме.
Зависимость навигационных элементов от изменения воздушной скорости, курса самолета, направления и скорости ветра.
Тема № 7. Визуальная ориентировка
Вопросы:
Отличительные признаки ориентиров.
Правила ведения визуальной ориентировки.
Способы определения места самолета по земным ориентирам.
Ориентирование полетной карты в полете по компасу и земным ориентирам.
Порядок ведения визуальной ориентировки.
Чтение карты и распределение своего внимания при ведении визуальной ориентировки.
Счисление и прокладка пути.
Глазомерное определение направлений и расстояний.
Определение с самолета дистанции до ориентира по вертикальному углу визирования.
Приближенный расчет истинной и приборной воздушной скорости.
Определение путевой скорости, пройденного расстояния и времени полета подсчетом в уме.
Определение обратного курса следования.
Тема № 8. Применение радиотехнических средств самолетовождения
Вопросы:
Угломерные радиотехнические системы.
Основные радионавигационные элементы: курсовой угол радиостанции (КУР), отсчет радиокомпаса (ОРК), радиодевиация (Dр), пеленг радиостанции (ПР), пеленг самолета (ПС) и зависимость между ними.
Автоматический радиокомпас АРК-15 и его данные.
Порядок включения и настройки АРК-15.
Полет на радиостанцию пассивным, курсовым и активным способами.
Полет на радиопеленгатор курсовым способом.
Полет от радиостанции с использованием АРК-15.
Вывод самолета на линию предвычисленного радиопеленга.
Определение места самолета пеленгованием двух радиостанций.
Методика выполнения радиодевиационных работ на самолете.
Спутниковые системы навигации GPS и ГЛОНАСС.
Тема № 9. Штурманская подготовка к полету
Вопросы:
Общая, предварительная и предполетная штурманская подготовка летного состава и ее содержание.
Изучение района полетов.
Общая подготовка полетной и бортовой карты.
Прокладка маршрута на полетной карте.
Предварительный и окончательный расчет полета.
Инженерно-штурманский расчет полета.
Изучение маршрута полета, средств РТО и метеорологических условий.
Разработка штурманского плана полета.
Штурманская проверка готовности летчика (экипажа) к полету.
Тема № 10. Штурманские правила выполнения полета по маршруту
Вопросы:
Общие правила и основной порядок самолетовождения.
Способы выхода на исходный пункт маршрута (ИПМ).
Способы выхода на линию заданного пути (ЛЗП): с курсом, рассчитанным перед полетом по известному ветру; подбором курса следования (Ксл) по створу; ориентиров; подбором курса следования по линейному ориентиру; исправление курса по боковому уклонению у первого контрольного ориентира.
Контроль пути по направлению и дальности.
Полный контроль пути.
Исправление пути.
Выход на цель в заданное время изменением скорости полета.
Погашение избытка времени отворотом от маршрута на 60°.
Погашение избытка времени на замкнутой петле.
Тема № 11. Безопасность самолетовождения
Вопросы:
Действия летчика (экипажа) при потере ориентировки.
Восстановление ориентировки выходом на радионавигационную точку (РНТ) и на линейный или характерный крупный ориентир.
Безопасная высота полета.
Методика расчета приборной безопасной высоты полета.
Методика расчета приборной безопасной высоты полета (Нпр.без) при установке на барометрическом высотомере давления аэродрома взлета.
Предотвращение случаев попаданий самолетов в зоны опасных для полетов метеоявлений.
Вертикальное, продольное и боковое эшелонирование летательных аппаратов в воздушном пространстве СССР.
КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ ПО КАРТОГРАФИИ
Достарыңызбен бөлісу:
Основные движения Земли в пространстве
Подробно:
© Владимир Каланов,
сайт «Знания-сила».
Наша планета вращается вокруг собственной оси с запада на восток, то есть против часовой стрелки (если смотреть со стороны Северного полюса). Ось — это условная прямая линия, пересекающая земной шар в районе Северного и Южного полюсо́в, то есть полюса́ имеют фиксированное положение и «не участвуют» во вращательном движении, в то время как все другие точки расположения на земной поверхности вращаются, причём линейная скорость вращения на поверхности земного шара зависит от положения по отношению к экватору — чем ближе к экватору, тем линейная скорость вращения выше (поясним, что угловая скорость вращения любого шара одинакова в различных его точках и измеряется в рад/сек, мы обсуждаем скорость перемещения объекта, находящегося на поверхности Земли и она тем выше, чем более объект удалён от оси вращения).
Например, на средних широтах Италии скорость вращения составляет примерно 1200 км/ч, на экваторе она максимальна и составляет 1670 км/ч, тогда как на полюса́х она равна нулю. Следствиями вращения Земли вокруг своей оси являются смена дня и ночи и видимое движение небесной сферы.
Действительно, создается впечатление, что звёзды и другие небесные тела ночного неба движутся в противоположном нашему с планетой движению направлении (то есть с востока на запад). Кажется, что звёзды находятся вокруг Полярной звезды, которая расположена на воображаемой линии — продолжении земной оси в северном направлении. Движение звёзд не является доказательством того, что Земля вращается вокруг своей оси, ведь это движение могло бы быть следствием вращения небесной сферы, если считать, что планета занимает фиксированное, неподвижное положение в пространстве, как думали раньше.
Сутки. Что такое сидери́ческие и солнечные сутки?
Сутки — это отрезок времени, за который Земля совершает полный оборот вокруг собственной оси. Существуют два определения понятия «сутки». «Солнечные сутки» — это промежуток времени вращения Земли, при котором за отправную точку берется Солнце. Другое понятие — «сидери́ческие сутки» (от лат. sidus — родительный падеж sideris — звезда, небесное светило) — подразумевает другую отправную точку — «зафиксированную» звезду, расстояние до которой устремлено к бесконечности, в связи с чем мы допускаем, что её лучи взаимопаралле́льны. Продолжительность двух видов суток отличается друг от друга. Сидери́ческие сутки составляют 23 ч 56 мин 4 с, длительность же солнечных суток чуть дольше и равна 24 часам. Разница связана с тем, что Земля, вращаясь вокруг собственной оси, совершает и орбитальное вращение вокруг Солнца. Разобраться с этим проще с помощью рисунка.
Солнечные и сидерические сутки. Пояснение.
Рассмотрим два положения (см. рис.), которые Земля занимает, совершая продвижение по своей орбите вокруг Солнца, «А» — место наблюдателя на земной поверхности. 1 — положение, которое занимает Земля (при начале отсчета суток) либо от Солнца, либо от какой-либо звезды́, которую мы определим как точку отсчета. 2 — положение нашей планеты после совершения оборота вокруг собственной оси относительно этой звезды: свет этой звезды, а она находится на большом удалении, дойдёт до нас параллельно направлению 1. Когда Земля займёт положение 2, можно говорить о «сидери́ческих сутках», т.к. Земля совершила полный оборот вокруг своей оси относительно дальней звезды, но пока ещё не относительно Солнца. Направление наблюдения за Солнцем несколько изменилось из-за обращения Земли. Для того чтобы Земля совершила полный оборот вокруг собственной оси относительно Солнца («солнечные сутки»), нужно подождать, когда она «довернё́тся» ещё примерно на 1° (эквивалент ежедневного перемещения Земли под углом — она проходит 360° за 365 суток), это займёт как раз приблизительно четыре минуты.
В принципе, продолжительность солнечных суток (хотя и принимается за 24 часа) — величина непостоянная. Это связано с тем, что движение Земли по орбите фактически происходит с переменной скоростью. Когда Земля находится ближе к Солнцу, скорость её движения по орбите выше, по мере удаления от светила скорость понижается. В связи́ с этим введено такое понятие, как «средние солнечные сутки», именно их продолжительность двадцать четыре часа́.
Кроме того, сейчас достоверно установлено, что период вращения Земли увеличивается под влиянием смены морских приливов и отливов, вызванных Луной. Замедление составляет примерно 0,002 с за столетие. Накапливание таких, на первый взгляд незаметных отклонений, означает, однако, что с начала нашей эры до сегодняшнего дня суммарное замедление уже составляет около 3,5 часов.
Обращение Земли вокруг Солнца
Обращение вокруг Солнца — второе основное движение нашей планеты. Земля движется по эллиптической орбите, т.е. орбита имеет форму эллипса. Когда Луна находится в непосредственной близости от Земли и попадает в её тень, происходят затмения. Среднее расстояние между Землей и Солнцем составляет примерно 149,6 миллионов километров. В астрономии используется единица измерения расстояний внутри Солнечной системы; её называют «астрономическая единица» (а.е.). Скорость, с которой Земля движется по орбите, составляет примерно 107 000 км/ч. Угол, образованный земной осью и плоскостью эллипса, составляет примерно 66°33′, и сохраняется на всей орбите.
Обращение Земли вокруг Солнца
С точки зрения находящегося на Земле наблюдателя обращение приводит к видимому движению Солнца по эклиптике через звёзды и созвездия, представленные в Зодиаке. На самом деле Солнце также проходит и через созвездие Змееносца, но оно не относится к Зодиакальному кругу.
Времена года
Смена времен года — следствие обращения Земли вокруг Солнца. Причиной сезонных изменений является наклон оси вращения Земли к плоскости её орбиты. Двигаясь по эллиптической орбите, Земля в январе находится в самой близкой к Солнцу точке (перигелий), а в июле в самой отдалённой от него точке — афелий. Причина смены времен года — наклон орбиты, в результате чего Земля наклоняется к Солнцу то одним полушарием, то другим и, соответственно, получает разное количество солнечных лучей. Летом Солнце достигает высшей точки эклиптики. Это означает, что Солнце осуществляет над горизонтом самое длинное движение за сутки, и продолжительность дня максимальна. Зимой, напротив, Солнце находится низко над горизонтом, солнечные лучи падают на Землю не прямо, а косо. Продолжительность дня короткая.
В зависимости от времени года разные части планеты находятся под действием солнечных лучей. Лучи перпендикулярны тропикам во время солнцестояния.
Времена года в северном полушарии
| Числа | Явления | Знак Зодиака | Восход Солнца | Деклинация Солнца |
| 21 марта (начало весны) | Весеннее равноденствие | Овен | 0 час | 0° |
| 21-22 июня (начало лета) | Летнее солнцестояние | Рак | 6 час | 23°27′ |
| 23 сентября (начало осени) | Осеннее равноденствие | Весы | 12 час | 0° |
| 22 декабря (начало зимы) | Зимнее солнцестояние | Козерог | 18 час | -23°27′ |
Годовое движение Земли
Определение года, основной календарной единицы времени, не так просто, как кажется на первый взгляд, и зависит от избранной системы отсчёта.
Интервал времени, за который наша планета совершает полный оборот по орбите вокруг Солнца, называется годом. Тем не менее продолжительность года различается в зависимости от того, берётся ли за точку отсчёта при его измерении бесконечно далёкая звезда или Солнце.
В первом случае имеется в виду «звёздный год» («сидерический год»). Он равен 365 суткам 6 часам 9 минутам и 10 секундам и представляет собой время, необходимое для полного обращения Земли вокруг Солнца.
Но если мы изме́рим время, необходимое для того, чтобы Солнце вновь оказалось в той же точке в системе небесных координат, например, в точке весеннего равноденствия, тогда мы получим продолжительность «солнечного года» 365 суток 5 часов 48 минут 46 секунд . Различие между звездным и солнечным годом происходит из-за прецессии точек равноденствия, каждый год дни равноденствия (и, соответственно, солнце стояний) наступают «раньше» приблизительно на 20 мин. по сравнению с предыдущим годом. Таким образом, Земля обходит свою орбиту чуть быстрее, чем Солнце в его видимом движении через звёзды возвращается в точку весеннего равноденствия.
Учитывая, что продолжительность времён года находится в тесной связи с Солнцем, при составлении календарей за основу берется именно «солнечный год».
Также в астрономии было введено вместо обычного астрономического времени, определяемого по периоду вращения Земли относительно звёзд, новое равномерно текущее время, не связанное с вращением Земли и названное эфемеридным временем.
• Читайте дополнительно про эфемеридное время в разделе: Теории движения Луны. Эфемеридное время.
Уважаемые посетители!
У вас отключена работа JavaScript. Включите пожалуйста скрипты в браузере, и вам откроется полный функционал сайта!движений Земли | Физическая география
Вращение Земли
Представьте себе линию, проходящую через центр Земли, которая проходит как через Северный полюс, так и через Южный полюс. Эта воображаемая линия называется осью . Земля вращается вокруг своей оси, как волчок вращается вокруг своего веретена. Это вращательное движение называется вращения Земли . В то же время, когда Земля вращается вокруг своей оси, она также вращается вокруг Солнца. Этот механизм называется Revolution .Приведенный в движение маятник не изменит своего движения, поэтому направление его качания не должно измениться. Однако Фуко заметил, что его маятник действительно меняет направление. Поскольку он знал, что маятник не может изменить свое движение, он пришел к выводу, что Земля под маятником движется. Наблюдатель в космосе увидит, что Земле требуется 23 часа 56 минут и 4 секунды, чтобы совершить один полный оборот вокруг своей оси. Но поскольку Земля движется вокруг Солнца одновременно с его вращением, планете нужно повернуться еще немного, чтобы достичь того же места относительно Солнца.Следовательно, на самом деле продолжительность суток на Земле составляет 24 часа. На экваторе Земля вращается со скоростью около 1700 км в час, а на полюсах скорость движения почти равна нулю.Earth’s Revolution
Земля совершит один полный оборот вокруг Солнца за 365,24 дня. Это количество времени — определение одного года. Гравитационное притяжение Солнца удерживает Землю и другие планеты на орбите вокруг звезды. Как и у других планет, орбитальный путь Земли представляет собой эллипс, поэтому иногда планета находится дальше от Солнца, чем в другое время.Ближайшая к Солнцу Земля каждый год находится в перигелии (147 миллионов км) примерно 3 января, а самая дальняя — в афелии (152 миллиона км) 4 июля. Эллиптическая орбита Земли не имеет ничего общего с временами года на Земле. За один оборот вокруг Солнца Земля проходит в среднем около 150 миллионов км. Земля вращается вокруг Солнца со средней скоростью около 27 км (17 миль) в секунду, но скорость не постоянна. Планета движется медленнее, когда она находится в афелии, и быстрее, когда она находится в перигелии.Причина, по которой на Земле (или на любой другой планете) есть времена года, заключается в том, что Земля наклонена на 23 1/2 относительно своей оси. Летом в Северном полушарии Северный полюс направлен к Солнцу, а зимой в Северном полушарии Северный полюс наклонен от Солнца.
С каждым новым годом Земля вращается вокруг Солнца медленнее?
Земля, двигаясь по своей орбите вокруг Солнца и вращаясь вокруг своей оси, кажется, движется по замкнутой, … [+] неизменной эллиптической орбите. Однако, если мы посмотрим на достаточно высокую точность, мы обнаружим, что наша планета на самом деле уходит от Солнца по спирали, из-за чего ее орбитальная скорость со временем очень незначительно уменьшается.
Ларри Макниш, RASC КалгариКаждый год планета Земля совершает один оборот вокруг Солнца, вращаясь вокруг своей оси. Из года в год наши орбитальные изменения настолько незначительны, что практически незаметны, поскольку продолжительность одного оборота (1 год) крошечная по сравнению с тем, как долго планета вращается вокруг Солнца (~ 4,5 миллиардов лет). И все же наши знания о Вселенной достаточно обширны, а наши современные инструменты достаточно чувствительны, чтобы мы не только знали, что орбита Земли слегка меняется со временем, но и можем количественно оценить и с уверенностью заявить, какими именно будут эти изменения.Что это означает для скорости Земли вокруг Солнца? Это то, что хочет знать Фрэнк Виртц, задавая вопрос:
«Я прочитал одну из ваших статей, в которой говорилось, что (пока) орбита Земли очень медленно удаляется от Солнца. Орбита вокруг Земли происходит быстрее или медленнее? Вы можете уточнить для меня? »
Это увлекательный вопрос для изучения, и краткий ответ — да. Каждый год Земля немного отходит от Солнца, а для завершения полного обращения требуется немного больше времени.Вот наука, стоящая за этим.
Точная модель того, как планеты вращаются вокруг Солнца, которое затем движется по галактике в … [+] другом направлении движения. Обратите внимание, что все планеты находятся в одной плоскости, не тянутся за Солнцем и не образуют следа любого типа. Планеты меняют положение относительно друг друга, заставляя их менять свое видимое положение и яркость на небе, если смотреть с Земли.
Рис ТейлорКогда мы думаем о Земле, вращающейся вокруг Солнца, мы обычно делаем несколько упрощающих предположений.Мы думаем о Земле, вращающейся вокруг своей оси и движущейся в пространстве, причем гравитация Солнца является единственной силой, действующей на нее. Мы считаем, что Солнце и Земля имеют свою фиксированную постоянную массу; мы думаем о пустоте пространства, через которое движется Земля; мы думаем, что Солнце остается на том же месте, в то время как Земля вращается вокруг него по эллипсу; мы пренебрегаем эффектами Луны, других планет и эффектами, присущими только Общей теории относительности; пр.
На самом деле, мы не только знаем, что все эти предположения ложны, но мы можем — если мы хотим быть достаточно точными — количественно оценить эти эффекты и определить, какие из них важны, насколько они важны и что меняет Причина в самом упрощенном приближении.Если бы все, что у нас было, это Земля и Солнце и рассматривать их как две неизменные точечные массы, Земля просто образовала бы замкнутый неизменный эллипс на своей орбите: в точности то, что предсказал Кеплер. Но если мы хотим быть более точными, нам нужно вникнуть в эти кровавые детали.
На этом разрезе показаны различные области поверхности и внутренней части Солнца, включая ядро … [+], которое является единственным местом, где происходит ядерный синтез. Со временем гелийсодержащая область в ядре расширяется, и максимальная температура увеличивается, что приводит к увеличению выхода энергии Солнца.
ОБЩИЙ ПОЛЬЗОВАТЕЛЬ ВИКИМЕДИА KELVINSONGПервый эффект, который мы должны принять во внимание, — это то, что светит Солнце. В этой Вселенной нет такой вещи, как свободная энергия, и это относится даже к чему-то вроде Солнца, которое излучает колоссальную непрерывную мощность 4 × 10 26 Вт. Откуда для этого берется энергия? От ядерного синтеза ядер водорода (начиная с протонов) до гелия-4 (с двумя протонами и двумя нейтронами), который происходит в цепной реакции с высвобождением энергии.
Каждый раз, когда четыре протона сливаются вместе, что приводит к образованию одного ядра гелия-4, выделяется в общей сложности 28 МэВ (где МэВ — один миллион электрон-вольт) энергии. Если мы преобразуем это в массу — что позволяет нам сделать самое известное уравнение Эйнштейна, E = mc 2 — мы узнаем, что Солнце теряет в общей сложности около 4 миллионов тонн массы из-за ядерного синтеза с каждым вторая что проходит. За время существования нашей Солнечной системы масса Солнца уменьшилась примерно на 95 масс Земли из-за ядерного синтеза, или примерно на массу Сатурна.2, когда вы думаете об этом, демонстрирует, насколько это энергично, поскольку масса Сатурна, умноженная на скорость света (большая постоянная) в квадрате, приводит к огромному количеству производимой энергии.
ОБСЕРВАТОРИЯ НАСА СОЛНЕЧНОЙ ДИНАМИКИ / GSFCВ дополнение к потере массы из-за энергетического излучения, покидающего Солнце, наша родительская звезда также испускает частицы: солнечный ветер. Частицы на самом краю Солнца очень слабо удерживаются на краю фотосферы. Частицы, такие как электроны, протоны и даже более тяжелые ядра, могут получить достаточно кинетической энергии, чтобы полностью выбрасываться из Солнца, создавая поток частиц, который мы называем солнечным ветром.Кроме того, периодически и нерегулярно происходят солнечные вспышки, корональные выбросы массы и другие интенсивные события, что еще больше способствует потере массы Солнца.
Они распространяются по всей Солнечной системе, и подавляющее большинство из них попадает в межзвездную среду, унося в настоящее время около 1,6 миллиона тонн массы каждую секунду. За время жизни Солнца это приводит к потере около 30 масс Земли из-за солнечного ветра. Когда мы объединяем потерю солнечного ветра с потерей массы ядерного синтеза, мы обнаруживаем, что сегодняшнее Солнце примерно на ~ 10 27 кг легче, чем Солнце было примерно на 4.5 миллиардов лет назад, сразу после рождения нашей Солнечной системы.
Марс, красная планета, не имеет магнитного поля, защищающего его от солнечного ветра, а это означает, что он теряет … [+] гораздо более значительные количества атмосферы, чем Земля. Однако влияние солнечного ветра, падающего на нашу планету, все еще имеет значение, поскольку воздействие ~ 18000 тонн вещества в год может в конечном итоге сложиться.
НАСА / GSFCКонечно, наличие солнечного ветра не только влияет на массу Солнца и гравитационную силу, связывающую Землю с нашим Солнцем, но и часть этих частиц также врезается в нашу планету, вызывая множество эффектов.Эти заряженные частицы направляются магнитным полем Земли вниз на наши полюса, где они создают полярные сияния при столкновении с атмосферой. Некоторые из частиц, которые сталкиваются с нашей планетой, могут выбрасывать атмосферные частицы в космос, заставляя их полностью улетать с Земли.
И, что касается проблемы изменения орбиты Земли, мы также можем заставить эти частицы солнечного ветра неупруго сталкиваться с планетой Земля, изменяя наше движение, массу и как линейный, так и угловой момент.Ежегодно на нашу планету попадает около 18 000 тонн материала, и путь от Солнца до Земли занимает около 3 дней. Как и два предыдущих эффекта — потеря массы Солнца из-за ядерного синтеза и испускание частиц — этот также очень незначительно меняет орбиту Земли с течением времени.
Планеты стабильно движутся по орбитам из-за сохранения углового … [+] импульса. Не имея возможности получить или потерять угловой момент, они сколь угодно долго остаются на своих эллиптических орбитах.Однако изменения, вызванные столкновениями частиц, гравитационными силами других планет или изменением массы Солнца, могут не только отодвинуть Землю на более дальние расстояния, но и на более медленные скорости.
НАСА / Лаборатория реактивного движенияЭти три эффекта — единственные, которые имеют значение на данный момент, поэтому мы можем рассчитать, что происходит с орбитой Земли в долгосрочной перспективе в результате них.
- Эффект столкновения солнечного ветра с Землей очень немного толкает нас наружу, но огромная масса Земли по сравнению с крошечным количеством солнечного ветра, который ударяет нас, гарантирует, что этот эффект невелик.В течение каждого миллиона лет он сдвигает орбиту Земли наружу примерно на ширину протона: 1 Å, или примерно полмикрона за время жизни нашей Солнечной системы.
- Однако две причины потери массы Солнца — ~ 30 масс Земли из-за образования солнечного ветра и ~ 95 масс Земли из-за излучения — более значительны. С каждым годом эта потеря массы означает, что Земля вращается по спирали наружу со скоростью примерно 1,5 см (около 0,6 дюйма) каждый год. За всю историю нашей Солнечной системы, с учетом того, как изменилось наше Солнце, мы находимся где-то на 50 000 км дальше от Солнца, а не на 4.5 миллиардов лет назад.
Если хотите, мы можем использовать это, чтобы вычислить, насколько изменилась наша орбитальная скорость.
Хотя орбита Земли претерпевает периодические колебательные изменения в различных временных масштабах, есть также … [+] очень небольшие долгосрочные изменения, которые складываются с течением времени. Хотя изменения формы орбиты Земли велики по сравнению с этими долгосрочными изменениями, последние являются кумулятивными и, следовательно, важны.
НАСА / Лаборатория реактивного движения — КалтехЗемля в среднем вращается вокруг Солнца со скоростью примерно 29.78 км / с (18,51 миль / с), или примерно 0,01% скорости света. На самом деле это немного варьируется, поскольку Земля движется по эллиптической орбите вокруг Солнца: быстрее движется в перигелии (ближайшем к Солнцу) и медленнее в афелии (дальше всего от Солнца). Разница небольшая, но вычислимая. В максимальной скорости мы движемся в пространстве со скоростью 30,29 км / с (18,83 миль / с), а в самой медленной — 29,29 км / с (18,20 миль / с).
Хотя у нас еще нет точности, чтобы измерить, как изменилась наша скорость в космосе, наше понимание действующей физики — орбитальной динамики, поведения углового момента и того, как работает гравитация, — позволяет нам вычислить, как меняется наша Солнечная Система повлияла (и продолжает влиять) на нашу скорость.С каждым годом Земля замедляется примерно на 3 нанометра в секунду по сравнению с тем, как быстро она двигалась в предыдущем году. За 4,5 миллиарда лет истории Солнечной системы, экстраполируя наши предыдущие вычисления, наша планета замедлялась примерно на 10 метров в секунду, или примерно на 22 мили в час.
Когда мы размещаем известные объекты в Солнечной системе по порядку, выделяются четыре внутренних каменных мира и четыре, … [+] внешних, гигантских мира. Тем не менее, каждый объект, вращающийся вокруг Солнца, удаляется по спирали от массивного центра нашей Солнечной системы, прожигая свое топливо и теряя массу.Хотя мы не наблюдали напрямую эту миграцию, предсказания физики предельно ясны.
НАСА КОСМИЧЕСКОЕ МЕСТОВот как меняется орбита Земли сегодня, заметьте, и как она менялась с течением времени. Тот же анализ применим как к нашему недавнему прошлому, так и к нашему ближайшему будущему. Но если мы смотрим на все более и более длительные временные рамки и очень далекое будущее нашей Солнечной системы, мы можем определить три будущих эффекта, которые могут кардинально изменить нашу орбиту, когда они, наконец, станут важными.
А их несколько. Со временем гравитационные эффекты притягивания планет друг к другу потенциально могут привести к тому, что наши орбиты станут хаотичными. Хотя, например, все внутренние планеты будут в безопасности в течение следующего миллиарда лет, существует примерно 1% шанс, что один из нас четверых — Меркурий, Венера, Земля или Марс — станет нестабильным на орбитах нашей Солнечной системы. Если это произойдет, орбита Земли может значительно измениться, возможно, даже швырнув нашу планету на Солнце или полностью выбросив ее из Солнечной системы.Это самый непредсказуемый компонент нашей планетной орбиты.
Когда Солнце станет настоящим красным гигантом, сама Земля может быть поглощена или поглощена, но … [+] определенно будет поджарена, как никогда раньше. Внешние слои Солнца увеличатся более чем в 100 раз по сравнению с их нынешним диаметром, но точные детали его эволюции и то, как эти изменения повлияют на орбиты планет, все еще имеют большую неопределенность.
ОБЩИЕ ВИКИМЕДИИ / FSGREGSКроме того, Солнце будет быстро эволюционировать к концу своей жизни, выбрасывая большое количество массы и превращаясь в красного гиганта.На этом этапе орбита Земли будет значительно расширяться по спирали, увеличиваясь примерно на 10-15%, в то время как наша орбитальная скорость уменьшается примерно на такой же процент. Между тем, Солнце расширяется, где, по прогнозам, оно поглотит Меркурий и Венеру, и станет больше, чем текущая орбита Земли, но ненамного. Окончательная судьба Земли остается неизвестной.
Есть случайные встречи, которые мы не можем предсказать в очень далеком будущем: прохождение звезд-изгоев, коричневых карликов и других масс через нашу Солнечную систему.Любой из них может выбросить Землю или нарушить нашу орбиту, но эти изменения непредсказуемы.
Наконец, гравитационные волны. Если ничего не помогает, Земля излучает свою орбитальную энергию в форме гравитационного излучения, заставляя нашу орбиту распадаться, а Земля вращается по спирали в то, что осталось от Солнца еще через ~ 10 26 лет. Это не актуально в сегодняшних временных масштабах, но достаточно далеко в будущем, это может быть единственным орбитальным эффектом с какими-либо последствиями.
Анимированный взгляд на то, как пространство-время реагирует на движение массы, помогает продемонстрировать, как … [+] качественно это не просто лист ткани. Вместо этого все трехмерное пространство искривляется присутствием и свойствами материи и энергии во Вселенной. Множественные массы на орбите друг друга вызовут излучение гравитационных волн.
LucasVBВ целом, Земля отклоняется от Солнца по спирали со скоростью примерно 1,5 см каждый год, в результате чего ее орбитальная скорость падает примерно на 3 нанометра в секунду за это время.Если вы сложите все крошечные изменения, которые произошли за историю нашей Солнечной системы, вы обнаружите, что сейчас мы примерно на 50 000 км дальше по нашей орбите, чем были 4,5 миллиарда лет назад, и движемся примерно на 10 метров. на секунду медленнее вокруг Солнца, чем когда-то. Со временем мы продолжим уноситься по спирали и замедляться, поскольку Солнце продолжает терять массу из-за ядерного синтеза и солнечного ветра.
Это может показаться нелогичным, но это будет иметь больше смысла, если вы подумаете о Земле, вращающейся вокруг Солнца, так же, как вы можете держать мяч на веревке и вращать его.Если ваша тетива короткая, а сила, которую вы прикладываете, большая, мяч будет вращаться очень быстро. Если у вас длинная струна и небольшая сила, мяч будет вращаться медленнее. По мере того, как мы удлиняем пресловутую струну, представляющую расстояние Земля-Солнце, сила гравитации становится немного слабее, и, следовательно, у Земли нет другого выбора, кроме как двигаться медленнее. Эффект может быть небольшим из года в год, но Вселенная, насколько мы можем судить, обладает бесконечным терпением. Наслаждайтесь своим последним путешествием вокруг Солнца, потому что у нас больше никогда не будет такого быстрого путешествия.
Присылайте свои вопросы «Задайте Итану» на номер startwithabang на gmail dot com !
Земля удаляется от Солнца, как и все планеты
Ларри Макниш, RASC Калгари3 января 2019 года Земля достигла точки на своей орбите, наиболее близкой к Солнцу: перигелия.Каждый объект, вращающийся вокруг одной массы (например, наше Солнце), образует эллипс, содержащий точку наибольшего сближения, уникальную для этой конкретной орбиты, известную как перицентр. Последние 4,5 миллиарда лет Земля вращалась вокруг Солнца по эллипсу, как и все другие планеты, вращающиеся вокруг своих звезд во всех других зрелых солнечных системах по всей галактике и Вселенной.
Но есть кое-что, чего вы, возможно, не ожидаете или не цените, что, тем не менее, происходит: орбитальный путь Земли не остается неизменным с течением времени, а изгибается по спирали наружу.В этом году, 2019, наш перигелий был на 1,5 сантиметра дальше, чем в прошлом году, который был дальше, чем годом ранее, и т. Д. Это не только Земля; каждая планета удаляется от своей родительской звезды. Вот почему.
Рис ТейлорСила, отвечающая за орбиты каждой планеты вокруг каждой солнечной системы во Вселенной, одинакова: универсальный закон тяготения. Смотрите ли вы на это с точки зрения Ньютона, где каждая масса притягивает любую другую массу во Вселенной, или с точки зрения Эйнштейна, где масса и энергия искривляют ткань пространства-времени, через которое перемещаются другие массы, наибольшая масса доминирует на орбите. всего, на что он влияет.
Если бы центральная масса была неизменной и была единственным действующим фактором, сила тяжести оставалась бы постоянной с течением времени. Каждая орбита будет вечно продолжаться по идеальному замкнутому эллипсу и никогда не изменится.
NCSA, UCLA / Keck, группа A. Ghez; Визуализация: С. Леви и Р. Паттерсон / UIUCКонечно, этого не происходит. В каждой солнечной системе присутствуют и другие массы: планеты, луны, астероиды, кентавры, объекты пояса Койпера, спутники и многое другое. Эти массы служат для возмущения орбит, вызывая их прецессию.Это означает, что точка наибольшего сближения — перицентр в целом или перигелий для орбиты относительно нашего Солнца — вращается во времени.
Орбитальная механика по-разному влияет на прецессию равноденствий. У Земли, например, перигелий и декабрьское солнцестояние совпали всего 800 лет назад, но они медленно отдаляются друг от друга. За период в 21000 лет наш перигелий прецессирует таким образом, что меняет не только точку наибольшего сближения на нашей орбите, но и положение наших полярных звезд.
Грег Бенсон на Wikimedia CommonsЕсть и другие факторы, которые изменяют нашу орбиту, в том числе:
- дополнительная кривизна пространства-времени из-за общей теории относительности, которая заставляет планеты, близкие к большой массе, претерпевать дополнительную прецессию,
- присутствие частиц материи в плоскости Солнечной системы, которое вызывает сопротивление планет и создает вдохновляющее явление,
- и создание гравитационных волн, что происходит, когда любая масса (например, планета) проходит через область, где кривизна пространства-времени изменяется (например, около звезды), что также вызывает инспираль.
Эти два последних эффекта, однако, важны только в экстремальных условиях, таких как очень близкая к большой компактной массе или на ранних стадиях формирования солнечной системы, когда протопланетные диски присутствуют и все еще массивны.
S. M. Andrews et al. и коллаборация DSHARP, arXiv: 1812.04040Сегодня Земля (и все планеты) так далеки от Солнца и окружены таким редким количеством материи, что в спиральной шкале времени в триллионы-квадриллионы раз больше, чем нынешний возраст Вселенной.Поскольку протопланетный диск полностью испарился около 4,5 миллиардов лет назад, почти не осталось ничего, что могло бы рассеять наш угловой момент. Самый большой эффект, влияющий на наш инспираль, — это излучение солнечного ветра, то есть частиц Солнца, которые ударяются о нашу планету и прилипают, заставляя нас немного терять угловой момент.
В целом, Земля даже не наклоняется к Солнцу; он уходит по спирали наружу, прочь от него. Таковы все планеты Солнечной системы.С каждым годом мы оказываемся совсем немного — на 1,5 сантиметра, или 0,00000000001% расстояния Земля-Солнце — дальше от Солнца, чем годом ранее.
Причина в самом Солнце.
Пользователь Wikimedia Commons KelvinsongГлубоко внутри Солнца происходит процесс ядерного синтеза. Каждую секунду Солнце излучает около 3,846 × 10 26 джоулей энергии, которые высвобождаются в результате преобразования массы в энергию в ядре. Коэффициент Эйнштейна E = mc 2 является основной причиной, ядерный синтез — это процесс, а результатом является непрерывное излучение энергии Солнцем. Эта энергия является основным процессом, который приводит в действие практически все интересные с биологической точки зрения процессы, происходящие на Земле.
Но что недооценивается, так это то, что со временем преобразование материи в энергию приводит к тому, что Солнце теряет значительное количество массы. За 4,5 миллиарда лет истории Солнечной системы наше Солнце из-за процесса ядерного синтеза потеряло примерно 0,03% своей первоначальной массы, что сопоставимо с массой Сатурна.
НАСАЕжегодно Солнце теряет около 4,7 миллиона тонн вещества, что снижает гравитационное воздействие на каждый объект в нашей Солнечной системе. Это гравитационное притяжение заставляет наши орбиты вести себя так, как мы их знаем.
Если бы притяжение осталось неизменным, была бы очень, очень медленная внутренняя спираль из-за эффектов трения, столкновений и гравитационного излучения. Но с изменениями, которые мы действительно переживаем, Земля, как и все планеты, вынуждена медленно дрейфовать и по спирали уходить от Солнца. Хотя эффект небольшой, это изменение на 1,5 сантиметра в год легко поддается расчету и однозначно.
Sovfoto / UIG через Getty ImagesОднако мы не смогли измерить это изменение расстояния напрямую. Мы знаем, что это должно произойти; мы знаем, какой должна быть его величина; мы знаем, что мы удаляемся от Солнца по спирали; мы знаем, что это происходит со всеми планетами.
Но что мы хотели бы сделать, так это измерить его напрямую, как еще одно испытание законов физики в том виде, в каком мы их знаем. Так продвигается физика:
- , предсказывая то, что мы ожидаем наблюдать, на основе всех накопленных нами знаний и наших лучших теорий,
- путем проведения эксперимента / наблюдения, позволяющего измерить результаты такого теста с требуемой точностью,
- и сравнить то, что мы видим, с тем, что мы ожидаем.
Когда все складывается, наши теории подтверждаются; когда они этого не делают, это признак того, что мы, возможно, находимся на пороге научной революции.
АЛМА (ESO / NAOJ / NRAO) / М. Maercker et al.В случае с Солнечной системой, однако, было бы шоком, если бы Земля и все планеты не уходили от Солнца по спирали. История того, почему мы должны удаляться от Солнца по спирали, настолько проста и убедительна, что ее невозможно игнорировать.
Солнце выделяет энергию, которую мы наблюдаем, что позволяет нам рассчитать скорость потери массы с помощью Эйнштейна E = mc 2 .
Масса Солнца, наряду с параметрами орбиты наших планет, определяет путь и форму их вращения вокруг Солнца.
Если мы изменим эту массу, орбиты изменятся на легко вычисляемую величину, даже с использованием простой физики Ньютона.
И когда мы сделаем эти вычисления, мы обнаружим, что Земля удаляется от Солнца со скоростью ~ 1,5 сантиметра в год.
Космическое пространство НАСАУменьшение массы Солнца из-за сжигания его ядерного топлива гарантирует, что каждая масса, вращающаяся по орбите в нашей Солнечной системе, с течением времени медленно расширяется наружу. Примерно 4,5 миллиарда лет назад наша планета была примерно на 50 000 километров ближе к Солнцу, чем сегодня, и будет удаляться еще быстрее по мере того, как Солнце продолжает развиваться.
С каждым проходом по орбите планеты становятся все менее привязанными к нашему Солнцу.Скорость, с которой Солнце сжигает свое топливо, увеличивается, увеличивая скорость, с которой все планеты вращаются по спирали наружу. Хотя это никогда не должно разъединять ни одну из планет, которые у нас есть сегодня, медленная, неуклонная миграция всех миров за границу неизбежна.
В этом году мы ближе к Солнцу, чем когда-либо снова. Это также верно для каждой планеты вокруг каждой установленной звезды во Вселенной, что дает нам еще одну причину оценить все, что у нас есть сегодня.
Почему на Земле есть времена года | Земля
Фото через Маниш Мамтани Фотография.Сегодняшнее равноденствие сигнализирует о смене сезона: с лета на осень в Северном полушарии и в Южном полушарии с зимы на весну. Но почему времена года на Земле меняются?
Сентябрьское равноденствие: все, что вам нужно знать
Некоторые предполагают, что изменение расстояния от нашей планеты до Солнца вызывает смену времен года. Это логично, но не в случае с Землей. Вместо этого у Земли есть сезоны, потому что ось вращения нашей планеты наклонена под углом 23,5 градуса относительно нашей орбитальной плоскости, то есть плоскости орбиты Земли вокруг Солнца.
Наклон оси Земли ученые называют ее наклоном.
Наклон. Изображение взято из Википедии.В течение года угол наклона не меняется . Другими словами, северная ось Земли всегда указывает в одном и том же направлении в космосе. В настоящее время это направление более или менее направлено к звезде, которую мы называем Полярной звездой, Полярной звездой. Но ориентация наклона Земли по отношению к Солнцу — нашему источнику света и тепла — действительно меняется, когда мы вращаемся вокруг Солнца.Другими словами, Северное полушарие ориентировано на к Солнцу в течение половины года и на от Солнца на в течение второй половины. То же самое и в Южном полушарии.
Когда северное полушарие ориентировано к Солнцу, эта область Земли нагревается из-за соответствующего увеличения солнечной радиации. Солнечные лучи падают на эту часть Земли под более прямым углом. Это лето.
Когда северное полушарие ориентировано от Солнца, солнечные лучи менее прямые, и эта часть Земли охлаждается.Сейчас зима.
Сезоны в Южном полушарии происходят в противоположное время года, чем в Северном полушарии. Северное лето = южная зима.
Осень в Пайнелэндс Нью-Джерси, авторство нашей подруги Жанетт Йорк. Она сказала, что это ее задний двор.Наклон земной оси сильно зависит от того, как масса распределена по планете. Огромные массивы суши и ледяные щиты в Северном полушарии делают Землю тяжелой. Аналогия с наклоном — это представить себе, что произошло бы, если бы вы вращали шар с кусочком жевательной резинки, застрявшим в верхней части.Из-за лишнего веса мяч может наклоняться при вращении.
За длительные периоды геологического времени угол наклона Земли колеблется от 21,1 до 24,5 градусов. Этот цикл длится приблизительно 41 000 лет и, как считается, играет ключевую роль в формировании ледниковых периодов — научная теория, предложенная Милютиным Миланковичем в 1930 году.
Земля в настоящее время наклоняется вниз. Уменьшение наклона может создать основу для более умеренных сезонов (более прохладное лето и более теплая зима), в то время как увеличение наклона создает более экстремальные сезоны (более жаркое лето и более холодная зима).Ледники имеют тенденцию расти, когда на Земле много прохладного лета, когда не удается растаять зимние снега. Помните, что здесь мы говорим о 41 000-летнем цикле, поэтому эти изменения наклона не являются основной движущей силой климата Земли в грядущем столетии. На температуру на Земле влияет не только наклон, но и многие другие факторы, которые определяют нашу сложную климатическую систему и глобальные температуры, которые мы испытываем из года в год.
Другие планеты в нашей солнечной системе также наклонены в разной степени.Уран вращается почти боком на 97 градусов и имеет экстремальные сезоны. Наклон оси Венеры составляет 177,3 градуса. Следовательно, на Венере очень мало времен года.
Расстояние между Землей и Солнцем меняется в течение года, и логично предположить, что увеличение или уменьшение расстояния между Солнцем и планетой может вызвать циклическое изменение времен года. Но — в случае нашей планеты — это изменение слишком мало, чтобы вызвать такое изменение.
Наши времена года меняются из-за угла наклона нашей планеты — 23.5 градусов — относительно нашей орбиты вокруг Солнца. Если бы Земля вообще не наклонялась, а вместо этого вращалась бы точно по вертикали по отношению к нашей орбите вокруг Солнца, в течение каждого года наблюдались бы незначительные колебания температуры, поскольку Земля двигалась бы немного ближе к Солнцу, а затем немного дальше. И будет разница температур от экваториальной области Земли до полюсов. Но без наклона Земли у нас не было бы чудесных сезонных изменений Земли и нашей ассоциации их с различными временами года — например, ассоциации ощущения свежего в воздухе с весной.
Легко представить себе планету, у которой более выраженное изменение расстояния от звезды происходит по мере того, как планета вращается вокруг звезды. Было обнаружено, что некоторые внесолнечные планеты — планеты, вращающиеся вокруг далеких звезд — имеют более экстремальные орбиты. И даже в нашей солнечной системе, например, планета Марс имеет более эллиптическую орбиту, чем Земля. Его расстояние от Солнца меняется в течение года более резко, чем Земля, а изменение расстояния Марса от Солнца действительно вызывает некоторые более выраженные циклические изменения в этом мире красной пустыни.
Изображение предоставлено Джеймсом Джорданом.Итог: логично предположить, что изменение расстояния нашей планеты от Солнца вызывает смену времен года. Но расстояние от Земли до Солнца меняется недостаточно, чтобы вызвать сезонные различия. Вместо этого наши времена года меняются, потому что Земля наклоняется вокруг своей оси, а угол наклона заставляет северное и южное полушария в течение года меняться местами, получая солнечный свет и тепло напрямую.
Дина Коннерс
Просмотр статейОб авторе:
Дина Коннерс — ученый-эколог, доктор наук.D. в токсикологии и M.S. в исследованиях окружающей среды. Ее интерес к токсикологии проистекает из того, что она выросла недалеко от суперфонда Love Canal в Нью-Йорке. Ее текущая работа заключается в предоставлении высококачественной научной информации общественности и лицам, принимающим решения, а также в создании междисциплинарных партнерств, которые помогают решать экологические проблемы. Она пишет о науках о Земле и охране природы для EarthSky.
Spacepedia | Прицел солнечной системы
Звездные сутки — это время, за которое Земля вращается вокруг своей оси, так что далекие звезды появляются в одном и том же месте на небе.Солнечный день — это время, за которое Земля вращается вокруг своей оси, так что Солнце появляется в том же месте на небе. Звездные сутки на ~ 4 минуты короче солнечных.Наша планета Земля вращается вокруг своей оси с запада на восток. Ось — это воображаемая линия, которая проходит от Северного полюса до Южного полюса. Если вы посмотрите на Землю из северного полушария, она вращается против часовой стрелки. Один полный оборот вокруг собственной оси относительно Солнца называется солнечными сутками и имеет продолжительность 24 часа.Наша Земля вращается не только вокруг своей оси, но она также вращается в том же направлении вокруг Солнца и немного перемещается по орбите каждый день. Таким образом, Земля занимает такое же положение относительно небесных звезд за более короткое время. Это называется звездным днем, продолжительность которого составляет 23 часа 56 минут 4,1 секунды. Это причина того, что звезды появляются на небе примерно на четыре минуты раньше каждый день. Сидерический день — это период, в течение которого Земля вращается вокруг своей оси, так что далекие звезды появляются в одном и том же месте на небе.
Вращение нашей планеты
Точка, в которой планета находится ближе всего к Солнцу, называется перигелием. Самая дальняя точка называется афелием.Вращение Земли вокруг своей оси приводит к чередованию дня и ночи. Земля также движется вокруг Солнца в плоскости эклиптики по эллиптической орбите. Это движение вместе с тем, что его ось наклонена к плоскости эклиптики, вызывает смену времен года. Но вращение и скорость Земли еще более сложны: существует длительное замедление ее вращения из-за приливных сил Луны и Солнца.В результате прецессии (медленное движение оси вращающегося тела вокруг другой оси из-за крутящего момента, такого как гравитационное влияние, вызывает изменение направления первой оси) и нутации (периодическое изменение наклона оси вращения). оси вращающегося объекта) происходит изменение направления оси вращения.
У нас четыре сезона
Длина траектории Земли вокруг Солнца составляет 940 миллионов км. Таким образом, Земля движется со скоростью 107 000 километров в час.Это означает, что наша планета движется вокруг Солнца со средней скоростью 30 километров в секунду. Скорость Земли не постоянна, поскольку Земля вращается по эллиптической орбите. Если Земля находится ближе всего к Солнцу (перигелий), она движется быстрее всего. С другой стороны, когда Земля находится дальше всего от Солнца (афелий), она движется медленнее всего.
В течение года ориентация оси остается фиксированной в пространстве, вызывая изменения в распределении солнечной радиации. ÂПроходит около 23 лет на планете Земля.9 часов на один оборот вокруг своей оси. Полный оборот вокруг Солнца занимает около 365,26 суток. Ось вращения Земли наклонена относительно воображаемой космической орбиты вокруг Солнца. Эта воображаемая плоскость называется плоскостью эклиптики. Положение северного и южного полушария по отношению к Солнцу меняется в зависимости от сезона. Эти движения планеты изменяют количество света, которое получает каждое полушарие, вызывая смену времен года. Все мы знаем, что в нашем календаре 365 дней в стандартном году.Дополнительная четверть дня представляет собой проблему для нашей календарной системы. Если мы хотим, чтобы наша годовая календарная система соответствовала орбите Земли вокруг Солнца, то каждые четыре года к стандартному году добавляется один день. Такой год называется високосным, а дополнительный день — високосным. Так что же на самом деле вызывает наш четырехлетний цикл? Это положение оси Земли, которая наклонена на 23,4 градуса относительно плоскости ее орбиты вокруг Солнца. Этот наклон вызывает наш годовой цикл времен года.Северное полушарие наклонено к Солнцу одну часть года, а в это время южное полушарие отклоняется. В это время солнечное нагревание больше на севере, поэтому у нас там лето, с другой стороны, меньше прямого солнечного нагрева вызывает зимний сезон в южной части нашей планеты. Погодные условия меняются каждые полгода. Бывает положение, когда оба полушария получают примерно одинаковое количество тепла. Это время, когда на нашей планете начинаются весна и осень.
ÂНекоторые характеристики Земли
| Среднее расстояние от Солнца | 149 598 262 км (1,0 а. | Орбитальный эксцентриситет | 0,007 |
| Орбитальная скорость | 107 244 км / ч | ||
| Наклон оси | 23.43697 ° | ||
| Одиночный период обращения вокруг Солнца | 365,26 земных суток (1,00 год) | ||
| Одиночный период вращения вокруг своей оси | 23,934 ч | ||
| Экваториальное наклонение к орбите | 23,439 |
Орбита нашей планеты не является идеальным кругом
Орбита — это регулярный и циклический путь, по которому объект в космосе вращается вокруг другого объекта. Отдельные объекты на орбите называются спутниками и могут быть естественными или искусственными.Планеты и луны — примеры естественных спутников. Примером искусственного спутника может быть Международная космическая станция. Наше Солнце, как доминирующая звезда в Солнечной системе, вращается рядом планет, комет, астероидов и других космических объектов. Большинство этих орбитальных объектов движутся вдоль или около воображаемой плоской поверхности, которая называется плоскостью эклиптики. Орбита планеты Земля не является идеальным кругом, а скорее имеет характер овального эллипса. Земля немного ближе к Солнцу в начале января и дальше в июле.Однако гораздо большее влияние на интенсивность нагрева или охлаждения нашей планеты оказывает наклонная ось Земли. Очень важным фактом является то, что Земля находится в так называемой «зоне Златовласки», где температура составляет просто приемлемо для поддержания жидкой воды на поверхности.
И, наконец, последнее движение
Наша планета Земля, как и другие планеты Солнечной системы, имеет три движения. Он вращается вокруг своей оси, он движется вокруг Солнца и движется через Галактику Млечный Путь вместе с остальной частью Солнечной системы.Третье и последнее движение Земли происходит вместе с Солнечной системой вокруг центра нашей Галактики Млечный Путь. Солнце вместе с другими звездами нашей галактики вращается вокруг своего центра. Солнечной системе требуется, чтобы вращаться вокруг центра около 220 миллионов лет, и он вращается со скоростью около 250 километров в секунду.
Авторы: Вилиам Оруruинскý, Андрей Фаунг
Sky Tellers — день и ночь
SkyTellers дневные и ночные развлечения для детей младшего возраста
О дне и ночи
Почему на Земле есть день и ночь?
Пока вы этого не чувствуете, Земля вращается.Раз в 24 часа Земля поворачивается — или вращается вокруг своей оси — забирая всех нас с собой. Когда мы находимся на той стороне Земли, которая обращена к Солнцу, у нас есть дневной свет. По мере того как Земля продолжает вращаться, мы перемещаемся в сторону, противоположную нашему Солнцу, и у нас наступает ночь. Если бы мы смотрели на Землю сверху над северным полюсом, мы могли бы увидеть, что Земля вращается против часовой стрелки, и мы бы наблюдали, как дневной свет и тьма охватывают наш земной шар с востока на запад.
Есть ли на других планетах день и ночь?
Да! Все планеты в нашей солнечной системе вращаются вокруг своих осей (как и наше Солнце!), Поэтому у них есть дневной и ночной циклы.Однако есть различия в продолжительности дня и ночи — циклы еще более усложняются из-за наклона оси планеты и скорости ее движения по орбите. Некоторые планеты вращаются быстрее Земли, а некоторые — медленнее. Марс имеет дневной и ночной цикл, аналогичный земному. Марс вращается вокруг своей оси каждые 24,6 часа. Венера поворачивается вокруг своей оси каждые 243 земных дня (что ненамного дольше, чем нужно Венере, чтобы обойти вокруг Солнца!). Дневной и ночной цикл Меркурия более сложен. Меркурий вращается полтора раза за каждый оборот вокруг Солнца.Из-за этого день Меркурия — от восхода до восхода — составляет 176 земных дней. Более крупные планеты вращаются намного быстрее. Юпитер вращается каждые 10 часов, Сатурн — каждые 11 часов, а Нептун совершает оборот за 16 часов. Плутон, находящийся в самых отдаленных уголках нашей Солнечной системы, вращается вокруг своей оси каждые 6,4 дня.
Над чем задуматься: есть ли у Плутона «день» и «ночь», как мы думаем на Земле? Плутон настолько удален от центра нашей солнечной системы, что наше Солнце выглядело бы как очень яркая звезда на его небе!
Почему продолжительность светового дня на Земле меняется в течение года?
Каждое место на Земле испытывает в среднем 12 часов света в день, но фактическое часов дневного света в любой конкретный день года варьируется от места к месту.Места вокруг экватора Земли получают около 12 часов света каждый день. Напротив, северный полюс получает 24 часа дневного света в течение нескольких месяцев летом и полную темноту в течение нескольких месяцев зимой. Эти два годовых периода светлого и темного времени разделены долгим восходом солнца и долгим закатом.
Земля вращается вокруг своей оси; это заставляет нас переживать день и ночь. Но ось Земли наклонена на 23,5 градуса (угол измеряется между экваториальной плоскостью Земли и плоскостью, в которой она вращается вокруг Солнца).Когда Земля вращается вокруг Солнца, ось указывает на то же место в космосе — почти прямо на Полярную звезду, Полярную звезду. Это означает, что во время ежегодного движения Земли вокруг нашего Солнца наши полярные регионы проводят очень долгие периоды, направленные к нашему Солнцу летом (например, июль в северном полушарии или декабрь в южном полушарии), а длительные периоды направлены в сторону от Солнца. зимой. На широтах выше 66,5 градусов (90 градусов минус 23,5 градуса, наклон оси), в регионах над полярным и антарктическим кругами на нашем земном шаре, происходят дни постоянной темноты или света.
Наклон Земли летом, весной, осенью и зимой вокруг Солнца,
ясно показывая полярные регионы при дневном свете и темные места зимой / летом.
Из-за этого наклона и движения Земли вокруг нашего Солнца бывает время, когда северный полюс Земли наклоняется на 23,5 градуса к нашему Солнцу. Это летнее солнцестояние, первый день лета в северном полушарии и самый длинный день в году в северном полушарии.21 или 22 декабря северный полюс Земли наклонен на 23,5 градуса от нашего Солнца, а южный полюс наклонен к нашему Солнцу. Это день зимнего солнцестояния, самый короткий день в году в северном полушарии. Дважды в год — во время равноденствий («равных ночей») ось Земли не направлена в сторону нашего Солнца. Весеннее равноденствие в марте знаменует начало перехода от 24 часов темноты к 24 часам дневного света на северном полюсе. Осеннее равноденствие в сентябре знаменует переход на северный полюс в 24 часа темноты.Во время равноденствий в каждой точке Земли (за исключением крайних полюсов) продолжительность светового дня составляет 12 часов.
Другие планеты также испытывают эти изменения в продолжительности дня и ночи, потому что они тоже наклонены по своим осям. Ось каждой планеты наклонена под разным углом. Юпитер наклонен всего на 3 градуса, поэтому его изменение длины дня и ночи при движении вокруг Солнца менее резкое, чем у Земли. Ось Нептуна наклонена на 30 градусов, поэтому дневные и ночные изменения на Нептуне будут более резкими, чем на Земле.Уран представляет собой интересный случай, потому что его осевой наклон еще более значительный — 98 градусов! Это означает, что северный полюс Урана направлен на Солнце во время северного полярного лета; южный полюс в полной темноте. Во время северной полярной зимы, примерно 42 земных года спустя, южная полярная ось указывает на Солнце, а северный полярный регион находится в полной темноте. Весной и осенью, когда его ось перпендикулярна падающим солнечным лучам, Уран испытывает 17-часовой цикл дня и ночи, когда он вращается вокруг своей оси.
Хорошие новости для тех, кто преуспевает: дни Земли становятся длиннее!
Исследователи, изучающие древние кораллы, отметили, что годовой график роста предполагает, что в далеком прошлом Земли было больше дней в году. Ископаемые кораллы девонского периода возрастом 380 миллионов лет зарегистрировали 400 дневных циклов. Около 290 миллионов лет назад, в Пенсильванский период, каждый год, по-видимому, было 390 дневных циклов. Если предположить, что вращение Земли вокруг нашего Солнца кардинально не изменилось, это означает, что количество часов в день увеличивается, а вращение Земли замедляется.Сегодняшний день — 24 часа. В период Пенсильвании день длился ~ 22,4 часа. В девонский период сутки длились ~ 21,8 часа. Вращение Земли замедляется примерно на 2 секунды каждые 100 000 лет. Почему дни Земли становятся длиннее? Некоторые ученые предполагают, что приливные циклы создают «сопротивление» на Земле, заставляя ее замедляться.
Что такое вращение Земли?
Что, если бы кто-нибудь сказал вам, что в любой момент вы двигаетесь со скоростью, значительно превышающей скорость звука? Вы могли подумать, что они сумасшедшие, учитывая, что — насколько вы могли судить — вы стояли на твердой земле, а не в кабине сверхзвукового реактивного самолета.Тем не менее утверждение верное. В любой момент мы все движемся со скоростью около 1674 километров в час благодаря вращению Земли,
По определению, вращение Земли — это время, которое требуется, чтобы один раз обернуться вокруг своей оси. Это, по-видимому, выполняется один раз в сутки, то есть каждые 24 часа. Однако на самом деле здесь необходимо учитывать два разных типа вращения. Во-первых, есть время, которое требуется Земле, чтобы один раз повернуться вокруг своей оси, чтобы она вернулась к той же ориентации, что и остальная часть Вселенной.Затем есть время, которое нужно Земле, чтобы повернуться так, чтобы Солнце вернулось в то же место на небе.
Солнечные и звездные сутки:
Как мы все знаем, Солнцу требуется ровно 24 часа, чтобы вернуться в то же место на небе, что может показаться очевидным. 24 часа — это то, что мы считаем полным днем, и время, необходимое для перехода от дня к ночи и обратно. Но на самом деле Земле требуется 23 часа 56 минут и 4,09 секунды, чтобы один раз повернуться вокруг своей оси по сравнению с фоновыми звездами.
Почему разница? Что ж, это было бы потому, что Земля вращается вокруг Солнца, совершая один оборот чуть более чем за 365 дней. Если разделить 24 часа на 365 дней, вы увидите, что у вас остается около 4 минут в день. Другими словами, Земля вращается вокруг своей оси, но она также вращается вокруг Солнца, поэтому положение Солнца на небе увеличивается на 4 минуты каждый день.
Ночное небо с 6-часовым вращением, снятое при большой выдержке. Предоставлено: Крис Шур.Время, которое требуется Земле, чтобы один раз повернуться вокруг своей оси, известно как звездных суток , то есть 23.9344696 часов. Поскольку этот тип дневных измерений основан на положении Земли относительно звезд, астрономы используют его в качестве системы отсчета времени, чтобы отслеживать, где звезды появятся в ночном небе, главным образом для того, чтобы знать, в каком направлении указывать их телескопы дюйм.
Время, необходимое Солнцу, чтобы вернуться в то же место на небе, называется солнечными сутками , что составляет 24 часа. Однако это значение меняется в течение года, и накопленный эффект приводит к сезонным отклонениям до 16 минут от среднего значения.Это вызвано двумя факторами, включая эллиптическую орбиту Земли вокруг Солнца и наклон ее оси.
Орбита и осевой наклон:
Как заявил Иоганн Кеплер в своей книге Astronomia Nova (1609), Земля и Солнечные планеты не вращаются вокруг Солнца по идеальным кругам. Это известно как Первый закон Кеплера, который гласит, что «орбита планеты вокруг Солнца представляет собой эллипс с центром масс Солнца в одном фокусе». В перигелии (т.е. ближайшем к нему) это 147 095 000 км (91 401 000 миль) от Солнца; тогда как в афелии это 152 100 000 км (94 500 000 миль).
Это изменение расстояния означает, что орбитальная скорость Земли увеличивается, когда она находится ближе всего к Солнцу. В то время как его скорость в среднем составляет около 29,8 км / с (18,5 м / с) или 107000 км / ч (66487 миль / ч), на самом деле он колеблется на целый км в секунду в течение года — от 30,29 до 29,29 км / с с (109 044 — 105 444 км / ч; 67 756,8 — 65 519,864 миль / ч).
Наклон (или наклон) оси Земли и его отношение к оси вращения и плоскости орбиты, если смотреть со стороны Солнца во время северного равноденствия.Предоставлено: NASA. При такой скорости Солнцу требуется эквивалент 24 часов, то есть один солнечный день, чтобы совершить полный оборот вокруг оси Земли и вернуться к меридиану (точке на земном шаре, которая проходит с севера на юг. через полюса). Если смотреть с выгодной позиции над северными полюсами Солнца и Земли, Земля вращается вокруг Солнца против часовой стрелки.
Вращение Земли вокруг Солнца или прецессия Солнца в периоды равноденствия является причиной того, что год длится примерно 365.2 дня. Также по этой причине каждые четыре года требуется дополнительный день (29 февраля каждого високосного года). Кроме того, вращение Земли вокруг Солнца подвержено небольшому эксцентриситету (0,0167 °), что означает, что она периодически находится ближе или дальше от Солнца в определенное время года.
Ось Земли также наклонена примерно на 23,439 ° к эклиптике. Это означает, что когда Солнце пересекает экватор во время обоих равноденствий, его дневное смещение относительно фоновых звезд находится под углом к экватору.В июне и декабре, когда Солнце находится дальше всего от небесного экватора, данное смещение по эклиптике соответствует большому смещению на экваторе.
Итак, видимые солнечные дни в марте и сентябре короче, чем в июне или декабре. В северных умеренных широтах Солнце восходит к северу от истинного востока во время летнего солнцестояния и садится к северу от истинного запада, а зимой меняет направление. Солнце восходит к югу от истинного востока летом для южной умеренной зоны и заходит к югу от истинного запада.
Скорость вращения:
Как было сказано ранее, Земля вращается довольно быстро. Фактически, ученые определили, что скорость вращения Земли на экваторе составляет 1674,4 км / ч. Это означает, что, просто стоя на экваторе, человек уже будет двигаться со скоростью, превышающей скорость звука по кругу. Но так же, как и в день, вращение Земли можно измерить одним из двух способов.
Период вращения Земли относительно неподвижных звезд известен как «звездный день», который равен 86 164.098
1 секунда среднего солнечного времени (или 23 часа 56 минут 4,0989 секунды). Между тем, период вращения Земли относительно прецессирующего или скользящего среднего весеннего равноденствия составляет 23 часа 56 минут и 4,0905 секунды среднего солнечного времени. Не большая разница, но все же разница.
Однако с течением времени планета немного замедляется из-за приливных эффектов, которые Луна оказывает на вращение Земли. Атомные часы показывают, что современный день длиннее примерно на 1,7 миллисекунды, чем столетие назад, медленно увеличивая скорость корректировки UTC на дополнительные секунды.Вращение Земли также идет с запада на восток, поэтому Солнце восходит на востоке и заходит на западе.
Визуализация звездных суток по сравнению с солнечными. Кредит: quora.comФормирование Земли:
Еще одна интересная вещь о вращении Земли — это то, с чего все началось. По сути, вращение планеты обусловлено угловым моментом всех частиц, которые собрались вместе, чтобы создать нашу планету 4,6 миллиарда лет назад. До этого Земля, Солнце и остальная часть Солнечной системы были частью гигантского молекулярного облака водорода, гелия и других более тяжелых элементов.
Когда облако схлопывалось, импульс всех частиц заставлял облако вращаться. Текущий период вращения Земли является результатом этого начального вращения и других факторов, в том числе приливного трения и гипотетического воздействия Тейи — столкновения с объектом размером с Марс, которое, как считается, произошло приблизительно. 4,5 миллиарда лет назад и образовала Луну.
Это быстрое вращение также придает Земле форму, превращая ее в сплющенный сфероид (или нечто похожее на сплющенный шар).Эта особая форма нашей планеты означает, что точки на экваторе на самом деле дальше от центра Земли, чем на полюсах.
Представление художника о том, как выглядела Солнечная система на ранних стадиях формирования, как облако пыли, вращающееся вокруг звезды. Предоставлено: JPL / NASA. История исследования:
.В древние времена астрономы, естественно, полагали, что Земля — это неподвижное тело в космосе, и что Солнце, Луна, планеты и звезды вращаются вокруг него.В классической древности философы и астрономы, такие как Аристотель и Птолемей, формализовали это в космологические системы, что позже стало известно как модель Вселенной Птолемея (или геоцентрическая модель).
Однако во времена античности были люди, которые ставили под сомнение эту конвенцию. Одним из спорных моментов был тот факт, что Земля не только была неподвижна, но и не вращалась. Например, Аристарх Самосский (ок. 310–230 до н. Э.) Опубликовал сочинения на эту тему, на которые ссылались его современники (например, Архимед).Согласно Архимеду, Аристарх считал, что Земля вращается вокруг Солнца и что Вселенная во много раз больше, чем считалось ранее.
. А потом был Селевкис Селевкийский (ок. 190–150 до н. Э.), Эллинистический астроном, живший в ближневосточной империи Селевкидов. Селевк был сторонником гелиоцентрической системы Аристарха и, возможно, даже доказал ее истинность, точно вычислив положения планет и вращение Земли вокруг «центра масс» Земля-Луна.
Иллюстрация геоцентрической системы Птолемея, сделанная португальским космографом и картографом Бартоломеу Велью, 1568 г. Предоставлено: Bibliothèque Nationale, Париж.Геоцентрическая модель Вселенной также подвергнется сомнению со стороны средневековых исламских и индийских ученых. Например, в 499 году нашей эры индийский астроном Аарьябхата опубликовал свой magnum opus Aryabhatiya , в котором он предложил модель, в которой Земля вращается вокруг своей оси, а периоды планет даны относительно Солнца.
Иранский астроном 10-го века Абу Саид ас-Сиджи противоречил модели Птолемея, утверждая, что Земля вращается вокруг своей оси, тем самым объясняя очевидный суточный цикл и вращение звезд относительно Земли. Примерно в то же время Абу Райхан Бируни (973-1048) обсуждал возможность вращения Земли вокруг своей оси и вокруг Солнца, хотя он считал это философским вопросом, а не математическим.
В Мараге и Улугбеке (ака.Самаркандской обсерватории, вращение Земли обсуждалось несколькими поколениями астрономов между 13 и 15 веками, и многие из выдвинутых аргументов и доказательств напоминали те, что использовал Коперник. Также в это время Нилаканта Сомаяджи опубликовал Aryabhatiyabhasya (комментарий к Aryabhatiya ) , в котором он отстаивал частично гелиоцентрическую планетарную модель. За этим последовал в 1500 году Тантрасанграха, , в котором Сомаяджи включил вращение Земли вокруг своей оси.
В 14 веке в Европе начали проявляться аспекты гелиоцентризма и движущейся Земли. Например, французский философ епископ Николь Орем (ок. 1320–1325–1382 гг. Н. Э.) Обсуждал возможность вращения Земли вокруг своей оси. Однако наибольшее влияние на современную астрономию оказал польский астроном Николай Коперник, когда в 1514 году опубликовал свои идеи о гелиоцентрической вселенной в коротком трактате под названием Commentariolus («Маленький комментарий»).
Сравнение геоцентрической и гелиоцентрической моделей Вселенной.Кредит: history.ucsb.eduКак и другие до него, Коперник опирался на работы греческого астронома Атистарха, а также отдавал дань уважения школе Мараги и нескольким известным философам исламского мира (см. Ниже). Для его модели было характерно то, что Земля и все другие планеты вращались вокруг Солнца, но также и то, что Земля вращалась вокруг своей оси и вращалась вокруг Луны.
Со временем и благодаря таким ученым, как Галилей и сэр Исаак Ньютон, движение и вращение нашей планеты станет общепринятым научным соглашением.С наступлением космической эры, развертыванием спутников и атомных часов мы не только подтвердили, что он находится в постоянном движении, но и смогли измерить его орбиту и вращение с невероятной точностью.
Короче говоря, мир вращается с момента его создания. И, вопреки тому, что некоторые могут сказать, на самом деле — это замедление, хотя и невероятно медленными темпами.