Очень многие привычные нам с детства особенности жизни являются результатом процессов космического масштаба. Смена дня и ночи, времен года, продолжительность периода, в течение которого Солнце находится над горизонтом, связаны с тем, как и с какой скоростью вращается Земля, с особенностями ее передвижения в космосе.
Воображаемая линия
Ось любой планеты — конструкция умозрительная, созданная для удобства описания движения. Если мысленно провести линию через полюса, это и будет ось Земли. Вращение вокруг нее — одно из двух основных движений планеты.
Ось не составляет с плоскостью эклиптики (плоскостью вокруг Солнца) 90º, а отклоняется от перпендикуляра на 23º27". Считается, что планета вращается с запада на восток, то есть против часовой стрелки. Именно таким выглядит ее движение вокруг оси, если наблюдать его на Северном полюсе.
Неопровержимое доказательство
Когда-то считалась, что наша планета неподвижна, а звезды, закрепленные на небе, вращаются вокруг нее. Достаточно длительное время в истории никого не интересовало, с какой скоростью Земля обращается по орбите или вокруг оси, поскольку сами понятия «ось» и «орбита» не укладывались в научные познания того периода. Экспериментальное доказательство факта постоянного движения Земли вокруг оси было получено в 1851 году Жаном Фуко. Оно окончательно убедило всех, кто в позапрошлом веке еще сомневался в этом.
Опыт был проведен в под куполом которого разместили маятник и круг с делениями. Раскачиваясь, маятник при каждом новом движении смещался на несколько делений. Подобное возможно только при условии вращения планеты.
Скорость
Насколько быстро вращается Земля вокруг своей оси? Однозначный ответ на этот вопрос дать довольно трудно, поскольку скорость различных географических точек неодинакова. Чем ближе местность к экватору, тем она выше. В районе Италии значение скорости, например, оценивается в 1200 км/ч. В среднем же планета за час преодолевает 15º.
Со скоростью вращения Земли связана продолжительность суток. Отрезок времени, за который наша планета делает один оборот вокруг оси, определяется двумя способами. Для определения так называемых звездных или сидерических суток в качестве системы отсчета выбирается любая звезда, кроме Солнца. Они длятся 23 часа 56 минут и 4 секунды. Если же за отправную точку берется наше светило, то сутки называют солнечными. Их величина в среднем составляет 24 часа. Она несколько меняется в зависимости от положения планеты относительно светила, которое влияет и на скорость вращения вокруг оси и на то, с какой скоростью Земля обращается по орбите.
Вокруг центра
Второе важнейшее движение планеты — это ее «кружение» по орбите. Неизменное перемещение по слегка вытянутой траектории ощущается людьми чаще всего по смене времен года. То, с какой скоростью Земля движется вокруг Солнца, выражается для нас в первую очередь в единицах измерения времени: один оборот занимает 365 дней 5 часов 48 минут 46 секунд, то есть астрономический год. Точная цифра наглядно объясняет, почему каждые четыре года в феврале появляется дополнительный день. Он представляет собой сумму накопленных за это время часов, не вошедших в принятые 365 суток года.
Особенности траектории
Как уже отмечалось, то, с какой скоростью Земля обращается по орбите, связано с характеристиками последней. Траектория движения планеты отличается от идеальной окружности, она слегка вытянута. В результате Земля то приближается к светилу, то удаляется от него. Когда планету и Солнце разделяет минимальное расстояние, такое положение называется перигелием. Максимальное удаление соответствует афелию. Первое приходится на 3 января, второе — на 5 июля. И для каждой из этих точек вопрос: «С какой скоростью вращается Земля по орбите?» - имеет свой ответ. Для афелия это 29,27 км/с, для перигелия — 30,27 км/с.
Продолжительность дня
То, с какой скоростью вращается Земля по орбите, и в целом движение планеты вокруг Солнца имеют ряд следствий, определяющих многие нюансы нашей жизни. Например, эти перемещения сказываются на продолжительности дня. Солнце постоянно изменяет свое положение на небе: смещаются точки восхода и захода, становится несколько иной высота светила над горизонтом в полдень. В результате изменяется продолжительность дня и ночи.
Совпадают эти две величины лишь в равноденствие, когда центр Солнца пересекает небесный экватор. Наклон оси при этом оказывается нейтральным по отношению к светилу, и его лучи отвесно падают на экватор. Весеннее равноденствие приходится на 20-21 марта, осеннее — на 22-23 сентября.
Солнцестояние
Один раз в году день достигает своего максимума по продолжительности, а через полгода — минимума. Эти даты принято называть солнцестоянием. Летнее приходится на 21-22 июня, а зимнее — на 21-22 декабря. В первом случае наша планета так располагается по отношению к светилу, что северный край оси смотрит в направлении Солнца. В результате лучи отвесно падают на и освещают всю область за Полярным кругом. В Южном полушарии при этом, наоборот, солнечные лучи достигают лишь области между экватором и Полярным кругом.
Во время зимнего солнцестояния события протекают точно так же, только полушарии меняются ролями: освещается Южный полюс.
Времена года
Положение на орбите влияет не только на то, с какой скоростью Земля движется вокруг Солнца. В результате изменения расстояния, отделяющего от светила, а также наклона оси планеты на протяжении года неравномерно распределяется солнечная радиация. А это, в свою очередь, становится причиной смены времен года. Причем длительность зимнего и летнего полугодия различна: первое составляет 179 суток, а второе — 186. К этому несовпадению приводит все тот же наклон оси относительно плоскости эклиптики.
Пояса освещенности
Кружение Земли по орбите имеет и еще одно последствие. Годовое движение приводит к изменению положения Солнца над горизонтом, в результате чего на планете образовались пояса освещенности:
Жаркие располагаются на 40 % территории Земли, между Южным и Северным тропиком. Как понятно из названия, сюда приходит больше всего тепла.
Умеренные пояса — между Полярным кругом и Тропиками — характеризуются выраженной сменой сезонов.
Полярные пояса, размещающиеся за Полярными кругами, отличаются низкой температурой в течение всего года.
Движение планет в целом и, в частности, то, с какой скоростью Земля обращается по орбите, влияют и на другие процессы. Среди них течение рек, смена сезонов, определенные ритмы жизни растений, животных и человека. Кроме того, вращение Земли в силу своего влияния на освещенность и температуру поверхности влияет на сельскохозяйственные работы.
Сегодня то, какая скорость вращения Земли, каково ее расстояние до Солнца, и прочие особенности, связанные с движением планеты, изучаются в школе. Однако, если задуматься, они совершенно неочевидны. Когда подобная мысль приходит в голову, хочется от души поблагодарить тех ученых и исследователей, которые во многом лишь благодаря своему незаурядному уму смогли открыть закономерности космической жизни Земли, описать их, а затем доказать и объяснить остальному миру.
Наша планета пребывает в непрерывном движении. Земля крутится вокруг своей оси и одновременно перемещается вокруг Солнца. Один оборот вокруг оси Земля делает за одни звездные сутки, продолжительность которых отличается от астрономических суток на 3 минуты 56 секунд в меньшую сторону. При этом скорость движения нашей планеты на разных широтах различается. На полюсах она выше, чем на экваторе, что вызвано увеличением центробежной силы на плюсах.
Многие считают, что траектория движения Земли относительно центра Солнечной системы представляет собой круг. Но это неверное представление. На самом деле, траектория движения Земли является эллиптической. Среднее расстояние от нашей планеты до Солнца составляет 149 597 870 километров. Перигелий, или ближайшая к Солнцу часть орбиты, располагается на расстоянии около 147 000 000 км, афелий (наиболее далекая от светила точка орбиты) – на расстоянии около 152 000 000 км.
Долгое время, официальной считалась геоцентрическая теория. Она гласит, что Солнце, а также все остальные небесные тела и светила движутся вокруг Земли. Первые противники этой теории появились уже в VI веке до нашей эры. Однако, их исследования не получили широкого распространения.
Первый серьезный труд, доказывающий движение Земли вокруг нашего светила, написал в XVI веке Николай Коперник. Его поддержали многие современники, среди которых были астрономы, физики, философы и богословы. Долгое время гелиоцентрическая (то есть, противоположная геоцентрической) теория отвергалась на официальном уровне. Основным ее противником была католическая церковь, представители которой считали, что заявление о вращении нашей планеты вокруг Солнца противоречит библейским канонам.
Постоянное изменение количества света и тепла, получаемого от Солнца, влечет за собой смену времен года. Земля делает оборот вокруг светила за 365,25 дней. При этом каждый день Солнце передвигается на 1 градус в день по отношению к звездам. Этот процесс можно легко наблюдать в любой точке Земли без каких-либо оптических приборов.
Солнце движется с запада на восток. И весной, к примеру, мы можем наблюдать, что солнце каждый день находится немного выше линии горизонта, чем накануне. В результате этого, на поверхность Земли в данной точке с каждым днем попадает все больше тепла. В результате, зима постепенно сменяется летом. Однако, в приполярной зоне есть участки, которые часть года вовсе не получают солнечного света, из-за чего там наступает так называемая полярная ночь. В другое же время Солнце, напротив, не опускается ниже линии горизонта. Это явление называют полярным днем.
Изменение продолжительности светового дня по мере перемещения Земли вокруг Солнца обусловлено тем, что ось нашей планеты наклонена по отношению к Солнцу. В те моменты, когда направление Солнца и направление земной оси находятся перпендикулярно друг другу, наступает равноденствие. В эти дни продолжительность светового дня равна продолжительности ночи.
В Северном полушарии дата приходится на 21 марта, а – на 22-23 сентября. наблюдают здесь 20-21 июня, – 21-22 декабря. Первая дата обозначает максимальную продолжительность светового дня в году, вторая – максимальную продолжительность ночи. После наступления зимнего солнцестояния день начинает прибавляться, после летнего – убывать.
В Южном полушарии, земная ось имеет прямо противоположный наклон, по сравнению с Северным. Поэтому и сезоны здесь полностью противоположны северным.
Земля всегда находится в движении. Хотя кажется, что мы стоим неподвижно на поверхности планеты, она беспрерывно вращается вокруг своей оси и Солнца. Это движение не чувствуется нами, так как оно напоминает полет в самолете. Мы движемся с той же скоростью, что и самолет, поэтому не ощущаем, что движемся вообще.
С какой скоростью Земля вращается вокруг своей оси?
Земля делает один оборот вокруг своей оси почти за 24 часа (если быть точными, то за 23ч 56мин 4,09сек или 23,93 часа) . Поскольку окружность Земли на составляет 40075 км, то любой объект на экваторе вращается со скоростью приблизительно 1674 км в час или примерно 465 метров (0,465 км) в секунду (40075 км делим на 23,93 часа и получаем 1674 км в час) .
На (90 градусах северной широты) и (90 градусах южной широты), скорость фактически равна нулю, потому что точки полюсов вращаются на очень медленной скорости.
Для того чтобы определить скорость на любой другой широте, просто умножьте косинус широты на скорость вращения планеты на экваторе (1674 км в час). Косинус 45 градусов равен 0,7071, таким образом, умножаем 0,7071 на 1674 км в час и получаем 1183,7 км в час .
Косинус необходимой широты легко определить с помощью калькулятора или посмотреть в таблице косинусов.
Скорость вращения Земли для других широт:
- 10 градусов: 0.9848×1674=1648,6 км в час;
- 20 градусов: 0.9397×1674=1573,1 км в час;
- 30 градусов: 0.866×1674=1449,7 км в час;
- 40 градусов: 0.766×1674=1282,3 км в час;
- 50 градусов: 0.6428×1674=1076,0 км в час;
- 60 градусов: 0.5×1674=837,0 км в час;
- 70 градусов: 0.342×1674=572,5 км в час;
- 80 градусов: 0.1736×1674=290,6 км в час.
Циклическое торможение
Все циклично, даже скорость вращения нашей планеты, которую геофизики могут измерить с точностью до миллисекунд. Вращение Земли, как правило, имеет пятилетние циклы замедления и ускорения, и последний год цикла замедления часто взаимосвязан со всплеском землетрясений по всему миру.
Так как 2018 год является последним в цикле замедление, ученые ожидают в этом году рост сейсмической активности. Корреляция не является причинно-следственной связью, но геологи всегда ищут инструменты, чтобы попытаться предсказать, когда произойдет очередное мощное землетрясение.
Колебания земной оси
Земля при вращении совершает небольшие колебания, поскольку ее ось дрейфует на полюсах. Было замечено, что дрейф земной оси ускорился с 2000 года, двигаясь со скоростью 17 см в год на восток. Ученые установили, что ось по-прежнему движется на восток вместо того, чтобы двигаться вперед и назад из-за комбинированного эффекта таяния Гренландии и , а также потери воды в Евразии.
Дрейф оси, как предполагается, особенно чувствителен к изменениям, происходящим на 45 градусах северной и южной широты. Это открытие привело к тому, что ученые наконец смогли ответить на давний вопрос о том, почему ось вообще дрейфует. Колебание оси на Восток или Запад было вызвано сухими или влажными годами в Евразии.
С какой скоростью Земля движется вокруг Солнца?
В дополнение к скорости вращения Земли вокруг своей оси, наша планета также вращается вокруг Солнца со скоростью около 108000 км в час (или примерно 30 км в секунду), и полностью завершает свою орбиту вокруг Солнца за 365,256 дней.
Только в 16-м веке люди поняли, что Солнце является центром нашей Солнечной системы, и что Земля перемещается вокруг него, а не является неподвижным центром Вселенной.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .
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.
Вращаясь в космическом пространстве подобно волчку. Земля одновременно огибает Солнце и участвует, как и другие планеты Солнечной системы, во втором важнейшем виде движения — обращении по орбите вокруг Солнца.
Земля двигается по своей орбите вокруг Солнца со средней скоростью 30 километров в секунду. Один оборот вокруг Солнца она совершает за один год - отрезок времени продолжительностью 365 суток 6 часов 9 минут 9 секунд. Для удобства год считают равным 365 суткам. При этом каждый четвёртый год приобретает 366-й день (29 февраля) и становится високосным.
Из-за наклона земной оси к плоскости орбиты при орбитальном движении Солнце освещает больше то Северное, то Южное полушарие планеты. Неравномерность освещения и нагрева земной поверхности вызывает смену сезонов года. Орбитальное движение определяет и изменение продолжительности светового дня - времени между восходом и заходом солнца.
22 июня Земля обращена к Солнцу Северным полюсом. Оно освещается больше, чем Южное полушарие, и получает больше тепла. Солнечные лучи в полдень падают под прямым углом к земной поверхности на параллель 23 1/2° с. ш. Такое положение Солнца называют зенитальным (Солнце находится в зените). День 22 июня называют днём летнего солнцестояния.
В Северном полушарии в этот день наступает астрономическое лето, а в Южном - астрономическая зима. В Северном полушарии день длиннее ночи, а севернее 66 1/2° с.ш. поверхность освещена Солнцем круглые сутки, поэтому здесь полярный день. В Южном полушарии территория от 66 1/2°“ ю.ш. до Южного полюса не освещена вовсе, так как солнце не восходит над . Здесь полярная ночь.
22 декабря Земля обращена к Солнцу Южным полюсом. Южное полушарие освещается больше, чем Северное, и получает больше тепла. Солнце в полдень стоит в зените над параллелью 23 1/2° ю. ш. Этот день называют днём зимнего солнцестояния. В Южном полушарии наступает астрономическое лето, а в Северном - астрономическая зима. В Южном полушарии день длиннее ночи, а южнее 66 1/2° ю.ш. поверхность освещена Солнцем круглые сутки (полярный день). В Северном полушарии севернее 66 1/2 °с.ш. поверхность не освещена и начинается полярная ночь.
21 марта и 23 сентября Солнце в полдень в зените над экватором. Продолжительность дня на всей планете равна продолжительности ночи. По-этому эти дни называют днями весеннего и осеннего равноденствия. С них начинаются астрономические весна и осень.
Тропики и полярные круги.Пояса освещенности.
Земную поверхность разделяют на пять поясов освещённости: жаркий, два умеренных и два холодных. Границами между ними служат тропики и полярные круги. Северный и Южный тропики - это параллели 23 1/2° с. ш. и 23 1/2° ю.ш., на каждой из которых Солнце бывает в зените по одному разу в год - 22 июня и 22 декабря. Северный и Южный полярные круги это параллели 66 1/2° с.ш. и 66 1/2° ю.ш., на которых в течение одних суток в год (22 июня и 22 декабря) бывают полярный день и полярная ночь.
В жарком поясе освещённости Солнце всегда высоко стоит над горизонтом, а по два раза в году в любой точке бывает в зените. Здесь круглый год высокая температура воздуха.
В умеренных поясах Солнце никогда не бывает в зените. Но летом угол падения солнечных лучей намного больше, чем зимой. Поэтому чётко выражена смена сезонов года.
Холодные пояса отличаются низкими температурами и наличием полярных дней и ночей. Их продолжительность увеличивается от полярных кругов к полюсам от одних суток до шести месяцев.
