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.

Земля, подобно другим планетам, движется вокруг Солнца. Этот путь Земли называют орбитой (лат. Orbita – колея, дорога). Доказательствами орбитального движения Земли служат явления аберрации света звезд и их параллактическое смещение, которым присущ периодический характер. Периодичность равна одному году, что соответствует времени обращения Земли вокруг Солнца.

Отражением движения Земли по орбите является движение Солнца по эклиптике. Эклиптика – большой круг небесной сферы, образующийся при пересечении ее плоскостью орбиты. Плоскость эклиптики наклонена к плоскости небесного экватора и пересекается с ней под углом 23°27". Места их пересечения называются точками весеннего и осеннего равноденствия. В этих точках Солнце бывает дважды в году – 21 марта и 23 сентября при переходе из южного полушария в северное и наоборот.

Орбита Земли – эллипс, близкий к окружности, в одном из фокусов которого находится Солнце. Расстояние от Земли до Солнца изменяется в течение года от 147 млн. км в перигелии (2 января) до 152 млн. км в афелии (5 июля). Длина орбиты более 930 млн. км. Земля (точнее, барицентр) движется по орбите с запада на восток, совпадая с направлением ее осевого вращения, со средней скоростью около 29,8 км/с и проходит весь путь за 365 сут. 6 ч 9 мин 9 с. Этот промежуток времени называют звездным (сидерическим) годом.

Тропический год – промежуток времени между двумя последовательными прохождениями Солнца через точку весеннего равноденствия. Он на 20 мин короче сидерического года и равен 365 сут. 5 ч 48 мин 46 с, так как точка весеннего равноденствия медленно смещается в направлении движения Земли по орбите (навстречу видимому годичному движению Солнца) на угол 50" в год и равноденствие наступает раньше, чем Солнце пройдет 360° по эклиптике. Это явление было названо предварением равноденствий, и вызвано оно прецессией. Прецессия – медленное конусообразное вращение земной оси вокруг перпендикуляра к плоскости орбиты с вершиной в центре Земли. Период ее полного оборота составляет около 26 тыс. лет. Прецессия обусловлена притяжением Солнцем и Луной экваториальной выпуклости Земли и стремлением их повернуть земную ось в перпендикулярное положение к плоскости орбиты, чтобы совместить плоскости небесного экватора и эклиптики. Но Земля, как всякое вращающееся тело, противодействует этим силам, что вызывает конусообразное вращение ее оси вокруг полюсов (подобно оси вращающегося волчка). Из-за изменения положения земной оси и оси мира изменяется положение в пространстве земного и небесного экватора и соответственно точек весеннего и осеннего равноденствия.

Благодаря предварению равноденствий постепенно смещается на более ранние сроки начало всех сезонов года. Через 13 тыс. лет поменяются местами даты весеннего и осеннего равноденствия, лето северного полушария будет приходиться на декабрь, январь и февраль, а зима – на июнь, июль и август.

Следствием прецессии является также перемещение полюсов мира среди звезд. Если сейчас близлежащей звездой к Северному полюсу мира (Р) является Полярная звезда в созвездии Малая Медведица, то через 13 тыс. лет на ее месте окажется и станет полярной звезда Вега в созвездии Лира.

В современную эпоху ось вращения Земли наклонена к плоскости орбиты под углом 66,5° и перемещается в течение года в пространстве параллельно самой себе. Это приводит к смене времен года и неравенству дня и ночи – важнейшим следствиям обращения Земли по орбите вокруг Солнца.

Если бы земная ось была перпендикулярна плоскости орбиты, то светораздельная плоскость и терминатор (светораздельная линия на поверхности Земли) проходили бы через оба полюса и делили бы все параллели пополам, день всегда был бы равен ночи и солнечные лучи на экватор в полдень падали бы всегда отвесно. По мере удаления от экватора угол их падения уменьшался бы и на полюсах становился бы равным нулю. В этих условиях нагревание земной поверхности в течение года уменьшалось бы от экватора к полюсам и смены времен года не было бы.

Наклон земной оси к плоскости орбиты и сохранение ее ориентировки в пространстве обусловливают различный угол падения солнечных лучей и соответственно различия в поступлении тепла на земную поверхность в разные сезоны года, а также неодинаковую продолжительность дня и ночи в течение года на всех широтах, кроме экватора, где день и ночь всегда равны 12 ч.

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

22 декабря земная ось южным концом обращена к Солнцу. В этот день – день зимнего солнцестояния – солнечные лучи в полдень отвесно падают на параллель 23,5° ю. ш. – Южный тропик. На всех параллелях южнее экватора до 66,5° ю. ш. день длиннее ночи. Начиная с Южного полярного круга устанавливается полярный день. В этот день на всех параллелях севернее экватора до 66,5° с. ш. день короче ночи. За Северным полярным кругом – полярная ночь. 22 декабря – начало астрономического лета в южном полушарии и астрономической зимы в северном полушарии.

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

Со сменой времен года связана сезонная ритмичность в природе. Она проявляется в изменении температуры, влажности воздуха и других метеорологических показателей, в режиме водоемов, в жизни растений, животных и т. д.

Литература.

1. Любушкина С.Г. Общее землеведение: Учеб. пособие для студентов вузов, обучающихся по спец. "География" / С.Г. Любушкина, К.В. пашканг, А.В. Чернов; Под ред. А.В. Чернова. - М. : Просвещение, 2004. - 288 с.

Меня всегда вдохновляла и удивляла система, охватывающая весь космос. В особенности, мой интерес пал на нашу родную и любимую планету. Земля постоянно находится в состоянии вращательного движения вокруг Солнца, словно волчок на столе. Но, в отличие от волчка, угловая скорость Земли не зависит от силы, ведь она постоянна. Но какое время требуется нашей планете для совершения одного оборота вокруг большого раскаленного шара?

Какое время требуется Земле для оборота вокруг Солнца

Прежде чем дать ответ на поставленный вопрос, следует выяснить:

1. Точную траекторию движению Земли.
2. Связь между вращением планеты и временами года.
3. Влияние наклона между планетой и вертикалью.

Итак, наша планета постоянно крутится вокруг своей оси. Но, кроме того, она одновременно вращается и вокруг одной из самых больших и близких звезд. Путь, которого придерживается Земля во время вращения, не является окружностью, ведь она слегка вытянута. Из этого следует, что за двенадцать месяцев Земля находится на чуть более близкой дистанции, и также на более дальней ровно два раза. (первый случай мне более симпатичен). Вы, конечно, подумали, что из-за этого случаются изменения времен года. Но, к сожалению, это не так. Главным виновником этого явления является все тот же угол между центром Земли и вертикалью. Дело в том, что во время движения Земли этот «дефект» остается.

Изменение времен года

Представьте, что мимо Солнца пролетает наша планета, северная часть которой находится лицом к лицу со звездой. Солнце отвечает этой стороне своим теплом и светом. Сейчас там летние беззаботные каникулы. А край, предназначенный для юга, практически скрыт от Солнца. Там сейчас преобладает холод и новогоднее настроение. Но путь нашей планеты все еще продолжается. И вот уже все по-другому. Юг и север меняются местами. Медведь, находившийся в некогда теплом климате, вынужден тщательно подготовиться к спячке.

Один лишь уклон дает нашей планете приближаться к Солнцу на одно и то же расстояние. Это пора золотой осени и цветущей весны. Соответственно, за этим явлением следует другое немаловажное следствие, а именно - четырехкратное изменение времени года.

Земля находится постоянно в движении, вращаясь вокруг Солнца и вокруг своей собственной оси. Это движение и постоянный наклон оси Земли (23,5°) определяет многие эффекты, которые мы наблюдаем как нормальные явления: ночь и день (из-за вращения Земли вокруг своей оси), смена сезонов (из-за наклона оси Земли), и разный климат в различных областях. Глобусы можно вращать и их ось имеет наклон как и ось Земли (23,5°), поэтому с помощью глобуса можно проследить движение Земли вокруг своей оси довольно точно, а с помощью системы "Земля - Солнце" можно проследить движение Земли вокруг Солнца.

Вращение Земли вокруг своей оси

Земля вращается вокруг своей собственной оси с запада на восток (против часовой стрелки, если смотреть со стороны Северного полюса). Земле требуются 23 часа, 56 минут, и 4.09 секунды, чтобы закончить один полный оборот вокруг собственной оси. День и ночь обусловлены вращением Земли. Угловая скорость вращения Земли вокруг своей оси или угол, на который поворачивается любая точка на поверхности Земли, одинаков. Он составляет 15 градусов за один час. А вот линейная скорость вращения в любом месте на экваторе составляет приблизительно 1 669 километров в час (464 м/с), уменьшаясь до нуля на полюсах. Например, скорость вращения на широте 30° - 1445 км/ч (400 м/с).
Мы не замечаем вращения Земли по той простой причине, что параллельно и одновременно с нами движутся с той же скоростью все предметы вокруг нас и нет "относительных" движений предметов вокруг нас. Если, например, корабль будет идти равномерно, без ускорения и торможения по морю в спокойную погоду без волнения на поверхности воды, мы совсем не будем ощущать того, как такой корабль движется, если будем находиться в каюте без иллюминатора, поскольку все предметы внутри каюты будут двигаться параллельно вместе с нами и кораблём.

Движение Земли вокруг Солнца

В то время, как Земля вращается вокруг собственной оси, она обращается и вокруг Солнца с запада на восток против часовой стрелки, если смотреть с северного полюса. Земле требуется один звездный год (около 365,2564 суток), чтобы закончить один полный оборот вокруг Солнца. Путь движения Земли вокруг Солнца называется орбитой Земли и эта орбита не идеально круглая. Среднее расстояние от Земли до Солнца - приблизительно 150 миллионов километров, и это расстояние изменяется до 5 миллионов километров, формируя небольшой овал орбиты (эллипс). Ближайшая к Солнцу точка орбиты Земли, называется - Перигелий. Земля проходит эту точку в начале января. Наиболее удалённая от Солнца точка орбиты Земли, называется - Афелий. Земля проходит эту точку в начале июля.
Так как наша Земля движется вокруг Солнца по эллиптической траектории, то скорость по орбите изменяется. В июле скорость минимальна (29,27 км/сек) и после прохождения афелия (верхняя красная точка на анимации) она начинает ускоряться, а в январе скорость максимальна (30,27 км/сек) и начинает замедляться после прохождения перигелия (нижняя красная точка).
В то время, пока Земля делает один оборот вокруг Солнца, она преодолевает расстояние равное 942 миллионов километров за 365 дней, 6 часов, 9 минут и 9.5 секунд, то есть мы мчимся вместе с Землёй вокруг Солнца со средней скоростью 30 км в секунду (или 107 460 км в час), и в тоже самое время Земля вращается вокруг своей собственной оси за 24 часа один раз (за год 365 раз).
На самом деле, если рассматривать движение Земли более скрупулёзно, то оно намного сложнее, так как на Землю влияют различные факторы: вращение Луны вокруг Земли, притяжение других планет и звезд.

Ученые пришли к следующим выводам - скорость вращения земли падает. Это приводит к следующим последствия - день удлиняется. Если не вдаваться в подробности, то в северном полушарии светлая часть дня становится несколько длиннее, чем в зимний период. Но это толкование подходит только для непосвященных. Геофизики приходят к более глубинным выводам - дни увеличивают свои временные рамки не только в весенний период. Причина удлинения дня лежит, прежде всего, в воздействии Луны.

Сила притяжения естественного спутника земли, настолько велика, что она вызывает волнение в океанах, заставляя их колыхаться. Земля же при этом поступает по аналогии с фигуристками, которые для замедления вращения во время выполнения своей программ, выставляют руки. Именно из-за этого, спустя какое-то время в обычных земных сутках будет насчитываться на один час больше, чем мы привыкли. Один астроном из Великобритании пришел к заключению, что начиная с 700 года до нашей Эры наблюдается непрерывное замедление вращения Земли вокруг своей оси. Скорость вращения Земли он рассчитывал, опираясь на данные, сохранившиеся с тех времен -глиняные таблички и исторические свидетельства, в которых описываются лунные и солнечные затмения. Опираясь на них, ученый рассчитал положение Солнца и смог определить, какой тормозной путь проделывала наша планета относительно своей звезды. 530 млн. лет скорость вращения Земли была намного меньше, и в сутках был всего 21 час.

А динозавры, населявшие просторы нашей планеты сто миллионов лет назад уже жили при сутках в 23 часа. Это можно определить, изучая известковые отложения, которые оставляли кораллы. Их толщина зависит о того, какое время года присутствует на планете. На этом основании, можно достаточно точно определить - в каком промежутке друг от друга были весны. И продолжительность эта сокращается на всем продолжении существования нашей планеты. Пол миллиона лет назад наша планета осуществляда движение около оси быстрее, при этом, движение вокруг звезды остается постоянной величиной. Это означает то, что год за все эити миллионы лет остался прежним, в нем осталось столько же часов. Но дней в этом году было не 365, как сегодня, а 420. После появления человечества, эта тенденция не прекратила своего существования. Скорость вращения Земли вокруг своей оси постоянно замедляется. Journal for the History of Astronomy опубликовал статью, посвященную этому феномену в 2008 году.

Стефенсон, работающий в университете Дарема (Великобритания) для того, чтобы полностью увериться и подтвердить гипотезу, проанализировал сотни затмений, которые произошли за последние 2,7 тысячи лет. В глиняных табличках древнего Вавилона очень подробно описываются все небесные явления, зафиксированные при помощи клинописи. Ученые отмечали и время события и его точную дату. Еще одна особенность - полное солнечное затмение на Земле наблюдается не так часто всего один раз в 300 лет. В этот момент Солнце полностью скрывается за Землей и на нее опускается полная тьма на несколько минут. Очень часто древние ученые с большой точностью описывали и начало затмения и его окончание. И эти данные использовались современным астрономом для того, чтобы определить положение нашей звезды относительно Земли.

Перерасчет дат календаря времен Вавилона происходил по специально составленным таблицам, облегчавшим работу. Именно эти данные позволяют астрономам с большой точностью определить. Каким образом происходило торможение Земли. Правильные данные о ее положении относительно Солнца, позволяют определить ее позицию в тот момент, когда она проходит мимо Солнца. Траектория движения планеты вокруг Солнца находится в зависимости от движения вокруг собственной оси. Террестрическое время, которое выводится из этой зависимости, является независимой величиной. Это универсальное время - общепринятый показатель, который рассчитывается исходя из того, как земля вращается вокруг своей оси и в каком положении она находится относительно Солнца. Это универсальное время постоянно сдвигается назад, так как каждый год к году добавляется еще одна секунда, которая вызывается, как раз, процессом торможения Земли. И как оказалось, разница между террестричиским и универсальным временем становится все больше, в зависимости от такого, как давно происходило солнечное затмение. Это может означать только одно - каждое тысячелетие прибавляет к суткам целых 0,002 секунды. Эти данные подтверждаются и изменениями, проводимыми со спутниковых лабораторий, выведенных на орбиту земли.

Скорость замедления полностью соответствует расчетам, которые сделал ученый из Великобритании. И во то время, когда наблюдался расцвет цивилизации Вавилона, сутки на земле длились несколько меньше, разница с современным временем составляла 0,04 секунды. И это мизерное отклонение было вычислено Стефенсоном благодаря тому, что он смог сопоставить универсальное время и оценить накопленные в нем ошибки. Так как с 700 года до наших дней прошло около миллиона суток, то мы могли перевести свои электронные часы на 7 часов, столько времени было добавлено ко времени обращения Земли вокруг оси.

Последние годы для Земли стали исключением, за это время удлинения суток практически не происходит и Земля продолжает движение с неизменной скоростью. Массы, находящиеся внутри земли, возможно, стали компенсировать те колебания, которые вызывает влияние магнитного поля Луны. А ускорение движения планеты могло быть вызвано, к примеру, землетрясением в Аргентине 2004 года, после которого сутки укоротились на 8 миллионных секунды. Самые короткие сутки в истории были зафиксированы в 2003 году, когда в них не было и 24 часов (не хватило 1, 005 секунд). Международная служба, изучающая вращение Земли и геофизики пристально наблюдают за проблемой замедления скорости вращения земли и теми процессами, которые влияют на ее движение. Ведь это позволит дать ответы на многие глобальные вопросы, связанные со строением планеты и теми процессами, которые происходят в глубинных структурах - мантии и ядре. Что облегает исследовательскую и научную деятельность сейсмологов и геофизиков.