Теория о мире, как геоцентрической системе, в былые времена не раз подвергалась критике и сомнениям. Известно, что над доказательством этой теории трудился Галилео Галилей. Это ему принадлежит вошедшая в историю фраза: «И все-таки она вертится!». Но всё же не ему удалось это доказать, как думают многие, а Николаю Копернику, который в 1543 написал трактат о движении небесных тел вокруг Солнца. Удивительно, но, несмотря на все эти доказательства, о круговом ходе Земли вокруг огромного светила, в теории остаются ещё открытые вопросы о причинах, побуждающих её к этому движению.
Причины движения
Средневековье позади, когда люди считали нашу планету неподвижной, и ее движения уже никто не оспаривает. А вот причины, по которым Земля направляется в путь вокруг Солнца, доподлинно неизвестны. Выдвинуто три теории:
- инертное вращение;
- магнитные поля;
- воздействие солнечного излучения.
Существуют и другие, но они не выдерживают критики. Интересно и то, что вопрос: «В какую сторону вращается Земля вокруг огромного небесного светила?», тоже недостаточно корректен. Ответ на него получен, но он точен лишь относительно общепринятого ориентира.
Солнце - это огромная звезда, вокруг которой сосредоточена жизнь в нашей планетарной системе. Все эти планеты совершают ход вокруг Солнца по своим орбитам. Земля движется по третьей орбите. Изучая вопрос: «В какую сторону вращается Земля по орбите?», учёные сделали множество открытий. Они поняли, что сама орбита не идеальна, поэтому наша зелёная планета находится от Солнца в разных её точках на отличных друг от друга расстояниях. Поэтому было высчитано среднее значение: 149 600 000 км.
Ближе всего Земля к Солнцу 3 января, а дальше - 4 июля. С этими явлениями связывают понятия: наименьший и наибольший временной день в году, по отношению к ночи. Изучая всё тот же вопрос: «В какую сторону вращается Земля по своей солнечной орбите?», учёные сделали ещё один вывод: процесс кругового хода происходит и по орбите, и вокруг собственного невидимого стержня (оси). Сделав открытия этих двух вращений, учёные задались вопросами не только причин, вызывающих такие явления, но и о форме орбиты, а также скорости вращения.
Как учёные определили, в какую сторону вращается Земля вокруг Солнца в планетарной системе?
Орбитальную картину планеты Земля описал немецкий астроном и математик В своём фундаментальном труде «Новая астрономия» он называет орбиту эллиптической.
Все объекты на поверхности Земли вращаются вместе с ней, используя общепринятые описания планетарной картины Солнечной системы. Можно сказать, что, наблюдая со стороны севера из космоса, на вопрос: «В какую сторону вращается Земля вокруг центрального светила?», ответ будет следующим: «С запада на восток».
Сравнивая с движениями стрелки в часах - это против её хода. Такую точку зрения приняли относительно Полярной звезды. То же самое увидит человек, находящийся на поверхности Земли со стороны Северного полушария. Представив себя на шаре, движущемся вокруг неподвижного светила, он увидит своё вращение справа налево. Это равносильно ходу против стрелки часов или с запада на восток.
Земная ось
Все это касается и ответа на вопрос: «В какую сторону вращается Земля вокруг своей оси?» - в противоположном ходу стрелки часов. Но если представить себя наблюдателем в Южном полушарии, картина будет выглядеть иначе - наоборот. Но, понимая, что в космосе понятия запада и востока отсутствуют, учёные оттолкнулись от земной оси и Полярной звезды, на которую ось направлена. Это и определило общепринятый ответ на вопрос: «В какую сторону вращается Земля вокруг своей оси и вокруг центра Солнечной системы?». Соответственно Солнце показывается утром из-за горизонта с восточного направления, а скрывается от наших взоров на западе. Интересно то, что многие сравнивают земные обороты вокруг собственного невидимого осевого стержня с вращением волчка. Но при этом земная ось не видна и несколько наклонена, а не вертикальна. Всё это отражается на форме Земного шара и эллиптической орбиты.
Звёздные и солнечные сутки
Кроме ответа на вопрос: «В какую сторону вращается Земля по часовой или против хода стрелки часов?», учёные рассчитали время оборота вокруг своей невидимой оси. Оно составляет 24 часа. Интересно то, что это лишь примерное число. Фактически, полный оборот на 4 минуты меньше (23 ч. 56 мин. 4,1 сек.). Это так называемый звёздный день. Мы же считаем сутки по солнечному дню: 24 часа, так как Земле на своей планетарной орбите каждый день необходимы ещё дополнительные 4 минуты, чтобы вернуться на своё место.
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, 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.
- 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.
"Наша планета вращается" - такое утверждение давно стало очевидностью. Тем более, что вращение это сложное, наверно, даже более сложное, чем можно себе представить и до самого конца не исследованное человеком, потому как не известны ещё пока границы вселенной, и никто не может сказать - вокруг чего же в конечном итоге вращается весь наш мир. Однако, любое вращение, как и любое движение - вещь относительная, и нам с Земли кажется, что это не мы, а весь мир вращается вокруг нас, потому столько веков и потребовалось, чтобы человек осознал вращение собственной планеты. И то, что сейчас кажется очевидным, на самом деле было очень-очень сложным: посмотреть на свой мир со стороны, особенно, когда кажется, что он - центр мироздания. Попробуем же разобраться с тем, как вращается наша планета, и какие следствия из этого возникают.
Вращение вокруг своей оси
Земля вращается вокруг своей оси и делает полный оборот за 24 часа. С нашей стороны - на Земле - мы наблюдаем движение неба, Солнца, планет и звёзд. Небо вращается с востока на запад, поэтому Солнце и планеты восходят на востоке и заходят на западе. Главным небесным телом для нас, разумеется, является Солнце. Вращение Земли вокруг своей оси приводит к тому что Солнце поднимается над горизонтом каждый день и опускается за него каждую ночь. Собственно, это и является причиной того, что день и ночь сменяют друг друга. Большое значение для нашей планеты имеет ещё и Луна. Луна светит отражённым от Солнца светом, так что от неё не может зависеть смена дня и ночи, однако, Луна - очень массивный небесный объект, поэтому она способна притягивать к себе жидкую оболочку Земли - , слегка деформируя её. По космическим меркам притяжение это ничтожное, но по нашим - достаточно ощутимое. Дважды в сутки мы наблюдаем прилив и дважды в сутки - отлив. Приливы наблюдаются на той части планеты, над которой находится Луна, а также - на противоположной от неё. Отливы смещены относительно приливов на 90°. Луна делает полный оборот вокруг Земли за месяц (отсюда и название неполной луны на небе), за это же время и делает полный оборот вокруг своей оси, поэтому мы всегда видим только одну сторону Луны. Как знать, если бы Луна вращалась на нашем небе, возможно, люди бы догадались и о вращении своей планеты гораздо раньше.
Выводы: вращение Земли вокруг своей оси приводит к смене дня и ночи, возникновению приливов и отливов.
Вращение вокруг Солнца
Только в 17 веке гелиоцентрическая модель мира (Земля и планеты вращаются вокруг Солнца) окончательно вытеснила геоцентрическую модель (Солнце и планеты вращаются вокруг Земли). Развитие астрономии и наблюдение за планетами сделали более невозможным утверждение о вращении мира вокруг Земли. Сейчас для всех очевидно, что наша планета делает оборот вокруг Солнца примерно за 365,25 дня. К сожалению, это не слишком удобно, а округлить эту дату нельзя, иначе за 4 года будет накапливаться ошибка в один день. Кстати, эта особенность создавала массу проблем древним народам, потому что составление календаря из-за неровного числа дней в году обращалось в путаницу. Коснулось это даже Древнего Рима, ходила такая пословица, которая в вольной трактовке значила, что римляне всегда совершают великие победы, но точно не знают, в какой день это произошло. Необходимую реформу календаря провёл в 45 году до н.э. Юлий Цезарь. Именно в его честь седьмой месяц года мы до сих пор называем "июль". В юлианском календаре каждый 4 год високосный, то есть составляет 366 дней - добавляется 29 февраля. Однако, и эта система не оказалась достаточно точной, так как с течением времени и в нём начала накапливаться ошибка. Год на самом деле имеет на 11 минут меньшую продолжительность, что становится существенным на протяжении веков. Примерно за 128 лет юлианский календарь накапливает ошибку в 1 сутки. Из-за этого пришлось вводить новый - григорианский календарь (его ввёл Римский Папа Григорий XIII). Этим календарём мы пользуемся до сих пор. В нём не все годы, которые делятся на 4 считаются високосными. Годы, которые кратны 100 являются високосными только если делятся на 400. Но даже этот календарь не идеальный, он накопит ошибку в 1 сутки за 10 000 лет. Правда, нас пока такая погрешность устраивает. В прочем, данная проблема чисто технически решается вводом каждые 10 тысяч лет 30 февраля, нам это, правда, не грозит.
Итак, Земля вращается вокруг Солнца за один год, при этом на ней происходит смена времён года. Причина этого в наклоне земной оси. Ось вращения нашей планеты (и это мы видим на глобусе) наклонена под углом 23,5°. При этом она всегда "смотрит" в одну точку неба, рядом с которой находится Полярная звезда, создавая впечатление, что небесная сфера вращается вокруг этой точки. Наклон земной оси приводит к тому, что полгода земля наклонена к Солнцу Северным полушарием, а полгода - отвёрнута Северным и обращена Южным. Это приводит к тому, что высота Солнца над горизонтом из месяца в месяц меняется - зимой оно поднимается невысоко, тепла мы получаем мало, и становится холодно. Зато на противоположном полушарии в этот момент лето - оно повёрнуто к Солнцу, через полгода лето наступает у нас. Солнце поднимается над горизонтом всё выше и прогревает нашу половину Земли, правда, с другой стороны планеты наступает зима. (см. рисунок; источник: http://www.rgo.ru/2011/01/kogda-prixodit-osen/)
Хочется отметить, что наклон земной оси мы считаем постоянным, и по меркам человеческой жизни это так, хотя и не совсем. Дело в том, что Северный полюс мира на небе (там где сейчас находится Полярная звезда) медленно сдвигается. Это явление называется прецессией полюсов. Тот же самый процесс наблюдается у закрученного волчка, который мы хорошо начинаем видеть, когда волчок начинает останавливаться. Несмотря на быстрое вращение, его ручка начинает описывать окружности, медленно меняя направление наклона его оси. Конечно, Земля - не волчок и строгую параллель провести нельзя, но процесс идёт похожий, так через несколько тысяч лет Полярная звезда уже не будет находиться в "полюсе мира". Однако, в течение жизни человек не сможет наблюдать такие процессы. Равно как и изменение наклона земной оси. Очевидно, что за 4,5 миллиарда лет существования наклон нашей планеты менялся, что имело серьёзные последствия для всей планеты, но изменение наклона оси может происходить не быстрее, чем 1° за сотни тысяч лет! Некоторые псевдонаучные фильмы говорят нам о возможном почти мгновенном сдвиге географических полюсов, но по законам природы этого произойти физически не может.
Вывод: Вращение Земли вокруг Солнца приводит к смене времён года, благодаря постоянному наклону земной оси 23,5°
Вращение вокруг центра галактики
Земля и вся Солнечная система находятся в галактике, которую мы называем Млечный Путь. Такое название она получила из-за того, что то, что является нашей Галактикой на чистом небе за городом в безлунную ночь выглядит в виде светлой вытянутой полоски. Древним она напоминала разлившееся по небу молоко, что на самом деле является миллионами звёзд нашей галактики. Галактика на самом деле имеет спиральную форму и должна быть похожа на нашу ближайшую соседку - галактику туманность Андромеды (на фото. ). К сожалению, посмотреть на собственную галактику со стороны мы пока не можем, но современные расчёты и наблюдения показывают, что наша система находится скорее ближе к краю Млечного Пути в одном из его рукавов. Рукава спиральной галактики медленно вращаются вокруг её центра, вместе с ними вращаемся и мы. Полный оборот вокруг центра галактики Земля и вся Солнечная система делают за 225-250 миллионов лет. К сожалению, о следствиях этого вращения пока известно слишком мало, так как сознательная жизнь человечества на Земле измеряется тысячами лет, а серьёзные наблюдения ведутся всего несколько веков, однако, процессы, происходящие в галактике тоже каким-то образом должны влиять на жизнь нашей планеты, но это ещё только предстоит выяснить.
Пятая по величине планета Солнечной системы – Земля, сформировавшаяся 4,54 млрд лет назад из протопланетарной пыли и газа, имеет форму не совсем правильного шара и вращается не только вокруг Солнца по орбите в форме слабовыраженного эллипса со средней скоростью равной приблизительно 108 тыс. км/час, но и вокруг своей собственной оси. Вращение происходит, если смотреть со стороны Северного полюса, в направлении с запада на восток или другими словами против часовой стрелки. Именно потому, что Земля вращается вокруг Солнца и в то же самое время вокруг своей собственной оси, абсолютно на всех участках данной планеты происходит периодическая смена дня и ночи, а также последовательная смена четырех времен года.
Среднее расстояние от Солнца до Земли составляет приблизительно 150 млн км, а разница между наименьшим и наибольшим расстоянием, равна приблизительно 4,8 млн км, при этом земная орбита меняет свой эксцентриситет очень незначительно, а цикл составляют 94 тыс. лет. Важным фактором, влияющим на климат Земли, является расстояние между ней и Солнцем. Имеются предположения, что ледниковый период на Земле наступил именно в то время, когда она находилась от Солнца на максимально возможном расстоянии.
«Лишний» день в календаре
Земля делает один оборот вокруг собственной оси примерно за 23 часа 56 минут, а один оборот вокруг Солнца происходит за 365 дней и 6 часов. Эта разница периодов постепенно накапливается и один раз в 4 года у нас в календаре появляется лишний день (29 февраля), и такой год называется високосным. Также на данный процесс оказывает определенное воздействие располагающаяся в непосредственной близости Луна, под действием гравитационного поля которой вращение Земли постепенно замедляется, а это свою очередь удлиняет сутки примерно на одну тысячную каждые 100 лет.
Грядут значительные климатические изменения
Смена времен года происходит вследствие наклона оси вращения Земли к орбите Солнца. Этот угол сейчас составляет 66° 33′. Притяжение других спутников и планет не меняет величину угла наклона земной оси, но заставляет Землю двигаться по круговому конусу — этот процесс называется прецессией. В данный момент положение оси Земли таково, что Северный полюс находится напротив Полярной звезды. В течение следующих 12 тыс. лет земная ось из-за воздействия прецессии сдвинется, и будет находиться напротив звезды Вега, что является только половиной пути (полный цикл прецессии равен 25800 лет), и вызовет очень значительные климатические изменения абсолютно на всей поверхности Земли.
Колебания, вызывающие изменение климата Земли
Дважды в месяц в момент прохождения над экватором и дважды в год, когда Солнце находится в этом же положении, притяжение прецессии уменьшается и становится равной нулю, после чего опять возрастает, т. е. темпы прецессии носят колебательный характер. Эти колебания носят название — нутация, максимального своего значения они достигают в среднем раз в 18,6 лет и по своему влиянию на климат занимают второе место после смены сезонов года.
Коротко в вращении Земли вокруг Солнца.