Длина оси земли вокруг солнца

Орбита Земли

В 16-м веке Николай Коперник произвел настоящую революцию, доказав, что в центре Солнечной системы установлено Солнце, а остальные объекты совершают обороты вокруг (гелиоцентрическая система). Тогда что насчет круговой орбиты Земли?

Орбитальные характеристики Земли

Земля вращается вокруг Солнца по орбите с ускорением в 108000 км/ч, тратя на один проход 365.242199 солнечных дней. Да, именно поэтому через каждые 4 года мы нуждаемся в добавлении дня.

Расстояние от Земли до Солнца меняется по мере прохода. Планета приближается (перигелий) на 147 098 074 км. Средняя удаленность – 149.6 млн. км. Наибольшая отстраненность (афелий) – 152 097 701 км.

Если вы проживаете в северном полушарии, то могли отметить, что тепло/холод не сходятся с принципом удаленности, потому что зависят от осевого наклона.

Эллиптическая орбита Земли

Нет, маршрут планеты не выступает идеальным кругом. Мы вращаемся по вытянутому эллипсу. Впервые это описал Иоганн Кеплер. Можете изучить движение Земли по орбите на схеме.

Строение орбиты Земли

Ученый измерил орбиты Земли и Марса и понял, что периодически они ускорялись и тормозили. Это совпадало с показателями афелия и перигелия, а значит дистанция от звезды основывается на орбитальной скорости (никакой круговой орбиты).

Для характеристики природы эллиптических орбит исследователи используют понятие эксцентриситета – от 0 к 1. Если он приближен к 0, то имеем практически круг. У Земли – 0.02, то есть близка к круговой.

Сезонные перемены орбиты

Большую роль играет наклон оси Земли. Наши 4 сезона (времена года) появились только благодаря тому, что вращение оси находится под углом в 23.4°. Это приводит к солнцестоянию и равноденствию.

Фиксация оси не меняется, поэтому солнечная радиация распределяется по-разному

То есть, если северное полушарие отошло от Солнца, то уходит в зимнее время, а на южном – летний зной. Через 6 месяцев они меняются местами. Зимнее солнцестояние приходит 21 декабря, летнее – 21 июня, весеннее равноденствие – примерно 20 марта, а осеннее – 23 сентября.

Что такое точки Лагранжа в космосе? Это также интересный момент. На нашем орбитальном пути расположено 5 точек, где общая гравитационная сила между Землей и Солнцем гарантирует центростремительную силу.

Точки Лагранжа Земли-Солнца

Точки отмечены от L1 до L5. L1, L2 и L3 установлены на прямой линии от нас к Солнцу. Они не отличаются стабильностью, а значит отправленный туда спутник будет смещаться.

L4 и L5 пребывают на углах двух треугольников, где внизу располагаются Солнце и Земля. Из-за своей устойчивости являются наилучшими местами для позиции зондов и телескопов.

Нам важно изучать орбиту не только родной планеты, но и чужих миров в Солнечной системе. Потому что удаленность от звезды часто играет ключевую роль в наличии жизни на Земле.

Источник

По какой орбите Земля движется вокруг Солнца?

Из школьного курса всем известно, что Земля вращается относительно Солнца. Орбита – это траектория движения нашей планеты вокруг звезды. Есть ли у неё какие-нибудь примечательные особенности?

Форма траектории

Долгое время астрономы полагали, что орбиты небесных тел – это окружности. Однако Иоганн Кеплер установил, что на самом деле планеты, в том числе Земля, двигаются по эллиптической траектории, причем Солнце находится в одном из фокусов этого эллипса.

У эллипса, который выглядит как сплюснутая окружность, есть такой параметр, как эксцентриситет. Он определяет, насколько близка его форма к окружности. Эксцентриситет может принимать значение от нуля до единицы. Если он равен нулю, то орбита становится идеальным кругом, в центре которого расположена звезда. Земной эксцентриситет равен 0,0167, то есть наша орбита очень близка к круговой.

Точка, в которой небесное тело максимально удалено от своего светила, называется апоцентром, а ближайшая точка именуется перицентром. Применительно к планетам Солнечной системы также используются термины афелий и перигелий. Когда Земля находится в афелий, расстояние от неё до Солнца составляет 152 млн км, а в перигелий оно сокращается до 147 млн км.

Столь незначительное изменение радиуса земной орбиты очень важно для жизни на планете, так как оно позволяет поддерживать стабильное значение средней температуры на ней. Для сравнения – радиус орбиты Меркурия меняется от 46 до 70 млн км, что соответствует значению эксцентриситета 0,2.

Расстояние от Земли до Солнца

Средний радиус земной орбиты, равный 150 млн км, принят за одну астрономическую единицу – единицу измерения расстояний в космическом пространстве. Исторически ее удобно было использовать при описании Солнечной системы.

Дело в том, что определить относительные расстояния в ней (например, вычислить, что радиус венерианской орбиты в 1,4 раза меньше радиуса земной), значительно проще, чем рассчитать абсолютные. Поэтому астрономы приняли расстояние между Землей и Солнцем за условную единицу и через нее выражали все остальные линейные размеры в нашей планетной системе. Лишь в 1672 году с помощью измерения параллакса Марса итальянцу Джованни Кассини удалось впервые оценить радиус земной орбиты в 140 млн км.

Более точное значение астрономической единицы удалось получить методом радиолокации Венеры советским астрономам в 1961 году. Они получили значение 149 599 300±2000 км.

Скорость движения Земли

Общая протяженность орбиты нашей планеты составляет 940 млн км, которые Земля преодолевает за 365,25 дня, именно поэтому каждый четвертый год делают високосным, добавляя к нему 29 февраля. При этом небесные тела движутся по орбите с неравномерной скоростью. Быстрее всего планеты движутся в перицентре, а медленней всего в апоцентре. Земля оказывается в афелие 3 июля и замедляется в этот день до 29,2 км/с. 3 января наша планета достигает перигелия, разгоняясь да 30,2 км/с.

Плоскость орбиты

Орбита каждого небесного тела – это плоская фигура, то есть все ее точки лежат в одной плоскости. Плоскость земной орбиты называется эклиптикой. Интересно, что орбиты всех известных нам планет Солнечной системы почти лежат в эклиптике. Ось вращения Земли вокруг собственной оси наклонена под углом 23° к эклиптике, следствием этого наклона является неравномерный нагрев Северного и Южного полушария на разных участках орбиты, из-за чего возникает сезонность погоды. Когда выше экватора лето, ниже него – зима, и наоборот.

Солнце также вращается вокруг собственной оси, причем все планеты вращаются в ту же сторону, что и светило. Это является косвенным доказательством того, что когда-то вещество, из которого состоят все планеты и наша звезда, было единым газопылевым облаком, от которого отделился строительный материал для планет. Однако есть одна аномалия, объяснение которой до сих пор не найдено. Дело в том, что само Солнце вращается не в эклиптике, а с отклонением от неё на шесть градусов. Астрономы предполагают, что это может служить косвенным доказательством того, что в нашей системе есть ещё неоткрытые планеты, которые также двигаются не в эклиптике, и своим гравитационным воздействием раскачивают ось вращения Солнца.

Отклонение орбиты от идеальной формы

Идея Кеплера о том, что орбиты небесных тел – это эллипсы, очень хорошо описывала поведение планет с точки зрения наблюдателей XVII века, однако с повышением точности измерений стали обнаруживаться отклонения от законов Кеплера. Дело в том, что предложенная немецким астрономом математическая модель была построена на двух упрощениях:

масса планеты пренебрежимо мала относительно массы звезды;
учитывается только взаимное влияние сил тяжести двух тел, звезды и планеты, а влияние третьих тел (других планет) не учитывается.

Естественно, в реальности всё сложнее. На самом деле правильнее считать, что не Земля вращается вокруг Солнца, а оба объекта вращаются относительно общего центра масс, который называется барицентром. Но в силу огромной массы звезды барицентр находится внутри неё.

Точные астрономические измерения показывают, что в наше время расстояние между Землей и Солнцем медленно увеличивается со скоростью 15 см в год. Однако это не значит, что наша планета будет постоянно удаляться от светила, периоды удаления могут чередоваться с периодами сближения.

Например, астроном Милутин Миланкович обнаружил, что эксцентриситет земной орбиты не постоянен, а циклически изменяется. Длительность таких циклов составляет около 100 тысяч лет, в течение которых эксцентриситет меняется от 0,005 до 0,05. Именно эти колебания являются причиной ледниковых периодов.

Устойчива ли орбита Земли?

По законам Кеплера планеты могут вращаться вокруг звезды бесконечно долго, однако из-за отклонений от этих законов возможен вариант и неустойчивости, когда планеты покидают свою орбиту или, наоборот, падают на светило. Аналитически рассчитать это невозможно, поэтому приходиться применять компьютерное моделирование.

Проведенные расчеты не позволяют однозначно предсказать судьбу планет Солнечной системы. В некоторых моделях Меркурий либо падает на Солнце, либо сталкивается с Венерой или Землей. Также он может спровоцировать столкновение других планет. Но произойдет это через миллиарды лет.

Источник

По какой орбите Земля движется вокруг Солнца?

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.

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.

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.

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.

Читайте также: Clinique стик от солнца

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.

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.

Основные формулы

Прежде чем переходить к вопросу, чему равна скорость вращения Земли угловая, следует познакомиться с основными формулами, описывающими эту величину.

Как известно, угловая мера всей окружности составляет 360 ˚ или 2×π радиан, где π = 3,1416. Если тело совершает вокруг оси полный оборот за время T, тогда можно записать следующее выражение:

Время T называют периодом обращения, а величина f = 1/T показывает, сколько оборотов тело сделает за единицу времени, то есть характеризует частоту его вращения.

Еще одной важной формулой для угловой скорости является выражение, объединяющее линейную скорость и радиус вращения:

Если проверить единицу измерения ω в этом выражении, то получаем те же радианы в секунду (с-1). Формула показывает, что чем меньше расстояние от оси вращения до тела (r), и чем больше его скорость линейная (v), тем больше будет ω.

Из этой формулы можно легко выразить величину v: v = ω×r. Поскольку угловая скорость является величиной постоянной для некоторого рассматриваемого тела, то быстрее будут двигаться те точки, которые находятся дальше от оси вращения.

Рассмотренные формулы и понятия используем для определения скорости угловой вращения Земли вокруг оси и вокруг Солнца.

Пятая планета от Солнца – Юпитер

Юпитер – самая большая планета Солнечной системы, получивший своё название в честь древнеримского верховного бога.

В 2,5 раза (71,16%) больше массы всех остальных планет вращающихся вокруг нашего Светила.
В 318 больше массы Земли.
В 1000 раз меньше массы Солнца.
А габариты таковы, что Земля по сравнению с ним выглядит маленькой «крошкой». Радиус в районе экватора составляет 71,4 тыс. км, что в 11,2 раза превышает земной.
Год на Юпитере длится 12 земных лет, а сутки продолжаются всего лишь 10 часов. Среднее расстояние до Солнца 778,6 млн. км.

Интересный факт: по утверждениям астрономов, именно «старший брат» выполняет функцию защитника нашей планеты от космических ударов прилетающих небесных тел.

Ветра дующие, со скоростью более 160 м/сек.
Атмосферные полосы.
Большое красное пятно – ураган, известный ещё с 1664 года.
Малое красное пятно – недавно образовавшийся гигантский вихрь.
79 спутников, тени от которых нагревают планету!
Тысячекилометровые колоссальные молнии, огромной энергетической мощности.
Пояса повышенной радиоактивности.
Устойчивые полярные сияния высокой яркости.
Большое рентгеновское пятно.
Временные луны!
Слабые кольца, обязанные своим возникновением вулканической деятельности спутников.

Расчет скорости движения спутника вокруг Земли

Вращаясь по круговой орбите вокруг Земли, спутник в любой точке своей траектории может двигаться только с постоянной по модулю скоростью, хотя направление этой скорости будет постоянно изменяться. Какова же величина этой скорости? Её можно рассчитать с помощью второго закона Ньютона и закона тяготения.

Для поддержания круговой орбиты спутника массы в соответствии со вторым законом Ньютона потребуется центростремительная сила: , где — центростремительное ускорение.

Как известно, центростремительное ускорение определяется по формуле:

где — скорость движения спутника, — радиус круговой орбиты, по которой движется спутник.

Центростремительную силу обеспечивает гравитация, поэтому в соответствии с законом тяготения:

где кг — масса Земли, м3⋅кг-1⋅с-2 — гравитационная постоянная.

Подставляя все в исходную формулу, получаем:

Выражая искомую скорость , получаем, что скорость движения спутника вокруг Земли равна:

Это формула скорости, которую должен иметь спутник Земли на заданном радиусе (т.е. расстоянии от центра планеты) для поддержания круговой орбиты. Скорость не может меняться по модулю, пока спутник сохраняет постоянный орбитальный радиус, то есть пока он продолжает обращаться вокруг планеты по круговой траектории.

При использовании полученной формулы следует учитывать несколько деталей:

В качестве радиуса нужно использовать расстояние от центра Земли, а не высоту над поверхностью.
Следовательно, расстояние в формуле – это расстояние между центрами двух тел. В том случае, если известна высота спутника над поверхностью Земли, то для нахождения к этой высоте нужно прибавить радиус Земли, который приблизительно равен 6400 км.
Данная формула верна для спутников, находящихся за пределами атмосферы.
Однако в случае искусственных спутников это не совсем так. Даже на высоте 600 км от Земли имеет место определённое сопротивление воздуха. Постепенно это сопротивление, т.е. трение о воздух, заставляет спутники снижаться, и в конце концов они сгорают при входе в атмосферу. На высоте менее 160 км орбита спутника существенно понижается при каждом обороте вокруг Земли из-за сопротивления воздуха.
Скорость спутника на круговой орбите не зависит от его массы.
Если представить себе, что сопротивлением воздуха можно пренебречь, и Луна обращается вокруг Земли на расстоянии 640 км, то для сохранения орбиты она должна двигаться с такой же точно скоростью, что и искусственный спутник на той же высоте, хотя масса и размеры Луны намного больше.

Искусственные спутники Земли, как правило, обращаются вокруг планеты на высоте от 500 до 2000 км от поверхности планеты. Рассчитаем, с какой скоростью должен двигаться такой спутник на высоте 1000 км над поверхностью Земли. В этом случае км. Подставляя числа, получаем:

Перемещение в рамках галактики

Движение Солнечной системы в галактике было открыто англо-немецким астрономом Уильямом Гершелем. Он определил, что ход Солнца направлен к звезде Маасим, или Лямбде в Геркулесе (со скоростью, равной 20 км/с). Современные расчеты всего на десять градусов отличаются от расчетов Уильяма Гершеля. Это пекулярное, или общее движение. Также происходит движение солнечной системы в галактике, которое астрономы наименовали переносным. Солнце, вместе с ближайшими звездами, которые обращаются вокруг галактического центра, устремлено к созвездию Лебедя (со скоростью, равной 200 – 250 км/с)

Звезды, пыль и газ вращаются с разной стремительностью. Это зависит от их местоположения и удаленности от центра. Типичным для спиральных скоплений является то, что и светила, расположенные ближе к ядру, и более удаленные объекты вращаются с примерно одинаковой орбитальной скоростью. Но в Млечном Пути объекты, чьи орбиты приближены к центру вращаются медленнее, чем те, что удалены. Солнце вращается по орбите, имеющей форму почти правильной окружности. Скорость составляет 828000 километров в час по данным, опубликованным в 2009 году. Полный виток вокруг центра диска совершается примерно за 230 миллионов лет, что является галактическим годом.

Окрестности Млечного пути и его гало.

Вдобавок к орбитальному вращению, происходят также колебания в вертикальном направлении в плоскости Млечного Пути. Пересечение этой плоскости совершается один раз в 30 миллионов лет. Это означает, что Солнце меняет местоположение из северной в южную часть Млечного Пути и наоборот. Определено также, что в данный момент Солнце располагается в северной полусфере (20-25 парсек от плоскости диска). В настоящий момент совершается прохождение Местного межзвездного облака (ММО). Система вошла в него примерно 50 — 150 тысяч лет тому назад, и по подсчетам ученых выйдет из его пределов через 20 тысяч лет.

Орбита Земли вокруг Солнца

Окружность, по стандарту называемая эллипсом, является орбитой Земли, в одном из фокусов которого располагается Солнце. Путь от Солнца до Земли изменяется на протяжении года, начиная от 147 миллионов км в перигелии, заканчивая до 152 миллионов км в афелии. Орбита имеет длину более 930 миллионов км. Барицентр Земли совершает движение с запада на восток со средней скоростью примерно 30 км/с и преодолевает все расстояние за 365 суток 6 часов 9 минут 9 секунд. Этот временной промежуток имеет название звездный год.

Временное расстояние между двумя последовательными передвижениями Солнца сквозь точку весеннего равноденствия имеет название тропический год. Такой год равен 365 суткам 5 часам 48 минутам 46 секундам, что на 20 мин короче звездного (сидерического) года. Это явление называется предварением равноденствий и вызывается прецессией.

Вращение вокруг собственной оси

Вращение планеты по собственной оси проходит по наклонной к плоскости орбиты под углом 177 градусов, поэтому Вечерняя звезда совершает движение вокруг собственной оси в обратном, ретроградном, направлении.

Вращение Венеры вокруг своей оси (иллюстрация из открытых источников)

Стоит обратить внимание, что по отношению к Земле оборот вокруг оси равен 146 дням, звездный период Венеры равен 584 дням, то есть в 4 раза больше. Из-за этого во время каждого нижнего соединения планета повернута к Земле всегда одинаковой стороной

Из-за этого во время каждого нижнего соединения планета повернута к Земле всегда одинаковой стороной.

Причины обратного движения Венеры

Учеными не установлена причина ретроградного венерианского движения.

В настоящий момент существует несколько гипотез:

Во время образования Солнечной системы все планеты являли собой скопления газа и пыли, которые двигались против часовой стрелки. Считается, в период формирования, произошло столкновение с космическим объектом, который был в разы больше новой планеты. Объект «заставил» планету двигаться в обратном направлении.
Существует несколько фантастическая теория о причастности Меркурия в ретроградности Венеры. Существует гипотеза о том, что Меркурий являлся спутником Утренней звезды. Спустя время, Меркурий, вероятно, столкнулся с Венерой по касательной, утратив часть массы. Эта теория объясняет искривленность орбиты Меркурия и обратное вращение Венеры.
На вращение Венеры влияет атмосфера. Атмосферный слой равен 20 км в ширине. Масса Земли немного превышает венерианскую. Существует вероятность, что повышенная атмосферная плотность сдавливает венерианскую поверхность и заставляет планету двигаться в обратном направлении. В пользу этой гипотезы говорит относительно небольшая венерианская скорость вращения.
На направление вращения влияет солнечная гравитация. Сильные гравитационные бури и трение между венерианским ядром и мантией создают условия для обратного движения.
Влияние гравитации Земли на Венеру. Часть научного сообщества полагает, что гравитационное поле Земли обладает достаточной силой, которая за миллиарды лет смогла повлиять на направление вращения ближайшего соседа.

Виды орбит

Орбиты делят на относительные и абсолютные.

Абсолютная орбита – это путь тела в установленной отсчетной системе, которую считают универсальной. Примером такой системы является Вселенная, взятая как единое целое.

Относительная орбита – это траектория тела в системе отсчета, которая движется по искривленной траектории с переменной скоростью. Например, при описании траектории искусственного спутника указывается его движение относительно планеты. В первом приближении – это эллиптическая траектория, в фокусе которой находится Земля, сама плоскость движения относительно звезд считается неподвижной. При таком варианте измерений, очевидно, что траектория движения – это орбита относительного типа, поскольку она определяется по отношению к Голубой планете, которая сама вращается вокруг Солнца. Если же посмотреть на траекторию движения относительно звезд, то наблюдается винтовая траектория – это абсолютная орбита искусственного спутника.

Источник