Глава 3 Движения Земли и их географические следствия
Земля, как и другие планеты Солнечной системы, участвует одновременно в нескольких видах движения. Главные движения Земли – годовое движение по орбите вокруг Солнца и суточное вращение вокруг оси. Первое обеспечивает годовую сезонность во всех сферах географической оболочки, второе – смену дня и ночи и суточную ритмику сфер.
3.1. Движение Земли по орбите вокруг Солнца
Земля, подобно другим планетам, движется вокруг Солнца. Этот путь Земли называют орбитой (лат. orblta – 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 (см. рис. 1).
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 (рис. 12). 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 пер пендикулярное 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.
Рис. 12. Прецессия земной оси
Рис. 13. Освещение Земли и полуденная высота Солнца над горизонтом на разных широтах в дни равноденствий
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 (рис. 13). 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 (рис. 14, слева). 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 (рис. 14, справа). 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.
Рис. 14. Освещение Земли и полуденная высота Солнца над горизонтом на разных широтах в дни летнего и зимнего солнцестояния
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 в эти дни освещены одинаково, день всюду на Земле равен ночи (см. рис. 12). 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.
В результате годового движения Земли по орбите и наклона оси ее вращения к плоскости орбиты на Земле образовались пять поясов освещения, ограниченных тропиками и полярными кругами. Они отличаются высотой полуденного стояния Солнца над горизонтом, продолжительностью дня и тепловыми условиями.
Жаркий пояс лежит между тропиками. В его пределах Солнце два раза в году бывает в зените, на тропиках – по одному разу в год, в дни солнцестояний (и этим они отличаются от всех остальных параллелей). На экваторе день всегда равен ночи. На других широтах этого пояса продолжительность дня и ночи мало меняется в течение года. Жаркий пояс занимает около 40% земной поверхности.
Умеренные пояса (их два) располагаются между тропиками и полярными кругами. Солнце в них никогда не бывает в зените. В течение суток обязательно происходит смена дня и ночи, причем продолжительность их зависит от широты и времени года. Близ полярных кругов (с 60 до 66,5° ш.) летом наблюдаются светлые белые ночи с сумеречным освещением. Общая площадь умеренных поясов составляет 52% земной поверхности.
Холодные пояса (их два) находятся к северу от Северного и к югу от Южного полярных кругов. Эти пояса отличаются наличием полярных дней и ночей, продолжительность которых постепенно увеличивается от одних суток на полярных кругах (и этим они отличаются от всех остальных параллелей) do полугода на полюсах. В начале и в конце полярных ночей в течение 2 – 3 недель наблюдаются белые ночи. Общая площадь холодных поясов составляет 8% земной поверхности.
Пояса освещения – основа климатической зональности и природной зональности вообще.
Календарь – это система измерения больших промежутков времени, основанная на периодических явлениях окружающего мира. Существуют солнечные, лунные и лунно-солнечные календари.
Солнечный календарь основан на годичном движении Солнца по эклиптике в течение тропического года. В Европе известны два солнечных календаря: юлианский (старый стиль) и григорианский (новый стиль). Юлианский календарь был введен Юлием Цезарем в 45 г. до н. э. в Древнем Риме. В нем было три простых года по 365 дней и один високосный год с 366 днями – тот, число которого делилось на 4. Добавочный день в четвертом году цикла прибавлялся к февралю (29 февраля). В этом календаре ошибка в одни сутки накапливалась за 128 лет, и тогда весеннее равноденствие наступало на одни сутки раньше, чем по календарю.
В государствах Европы юлианский календарь был введен в 325 г. н. э. В то время весеннее равноденствие приходилось на 21 марта. В 1582 г. погрешность календаря достигла 10 суток и день весеннего равноденствия переместился по календарю на 11 марта. Это обстоятельство вносило путаницу в расчеты дней наступления праздника Пасхи, который празднуют в первое воскресенье после первого весеннего полнолуния. Возникла необходимость реформы календаря.
Проект реформы был разработан итальянским ученым Л. Лилио Гаралли, а утвержден указом папы римского Григория XIII (отсюда название григорианского календаря). Реформа календаря состояла в следующем: 1) погашении погрешности в 10 суток между днем весеннего равноденствия и его календарной датой, поэтому следующим числом после 4 октября 1582 г. стали считать 15 октября 1582 г., в связи с чем начало астрономической весны опять передвигалось на 21 марта; 2) впредь все «круглые» годы, число столетий которых не делится без остатка на 4 (1700г., 1800 г., 1900 г., 2100 г., 2200 г. и т. д.), стали считать простыми годами, а 1600 г., 2000 г., 2400 г. и т. п. – по-прежнему високосными. Это позволило практически прекратить в будущем переход равноденствий, так как ошибка в одни сутки теперь накапливается примерно за 3300 лет. В католических государствах Европы этот календарь был введен давно, а в России он был принят лишь 1 февраля 1918 г., когда 1 февраля посчитали 14 февраля, так как в XX в. разница между старым и новым стилями составляла уже 13 суток. В результате 1918 г. оказался в России самым коротким годом в XX в.
Источник
Движения Земли и их географические следствия.
У Земли существует 3 движения:
1.Орбитальное (с запада на восток против часовой стрелки)
2.Вращение вокруг собственной оси (с запада на восток против часовой стрелки)
3.Движение системы Земля – Луна
Следствия первого движения.
1.Афелий(5 июля) — самое дальнее расстояние от Земли до Солнца, Перигелий(3 января) — самое ближайшее расстояние.
Первое географическое следствие – это явление прецессии (равноденствие). Прецессия – это медленное конусообразное движение земной оси вокруг перпендикуляра плоскости орбиты с вершиной в центре Земли. Это связано с действием Луны и Солнца.
22 июня — день летнего солнцестояния для северного полушария или день зимнего солнцестояние для южного. В этот день Солнце в зените над северным тропиком. Земная ось наклонена к Солнцу северным полюсом, поэтому северное полушарие получает больше тепла, чем южное, в северном полушарии день длиннее ночи, северная приполярная область освещена круглые сутки. В южном полушарии всё наоборот.
23 сентября – осеннее для северного полушария и весеннее для южного равноденствие. Оба полушария освещены одинаково, на всей планете день равен ночи, в полдень солнце в зените над экватором.
22 декабря – день зимнего (северное полушарие) и летнего(южное полушарие) солнцестояния. Солнце в зените над южным тропиком.
21 марта – день весеннего (северный полушарий) и осеннего(южный) равноденствия.
Второе географическое следствие – это смена времен года и неравенство дня и ночи.
Существует пять поясов освещения (тепловые пояса). Их границами служат линии тропиков и полярных кругов.
Жаркий пояс. Лежит между тропиками. На экваторе день всегда равен ночи, на других широтах этого пояса продолжительность их мало изменяется.
Умеренные пояса. Располагаются между тропиками и полярными кругами. В течении суток обязательно происходит смена дня и ночи, при чём продолжительность их зависит от положения Солнца.
Холодные пояса. Располагаются к северу от северного и к югу от южного кругов. Они отличаются наличием полярных дней и ночей.
Тепловые пояса – основа климатической зональности и природной зональность вообще.
Следствия вращения вокруг своей оси.
1.Смена дня и ночи. Единицами измерения времени являются сутки (звездные и солнечные).
2.Земля сплющена у полюсов.
3.Сила Кориолиса. Отклонение тел, движущихся горизонтально, в северном полушарии вправо, в южном влево.
4.Географические полюса приняты постоянно неподвижными точками.
Следствие движения системы Земля – Луна: Луна обращена к Земле всегда одной стороной, так как Луна вокруг оси вращается с тем же периодом и в том же направлении, в котором обращается вокруг Земли.
Источник
Вращение Земли вокруг Солнца?, период и скорость обращения, путь Земли, направление, географические следствия движения Земли вокруг Солнца, длина околосолнечной орбиты
Вращение Земли вокруг Солнца — определяющий процесс, от которого зависит наличие жизни на планете. От того, какой стороной планета повернута и какое место занимает в Солнечной системе, зависят погодные условия, стабильность атмосферы, биосферы и другие важные условия для жизни организмов.
Вращение Земли вокруг оси
Планета делает обороты вокруг самой себя по направлению с запада на восток. Мы не ощущаем этого процесса потому, что все предметы движутся одновременно и параллельно друг другу вместе с космическим телом.
Рис. 1. Обращение Земли вокруг Солнца
Вращение планеты имеет такие особенности и последствия:
- День сменяет ночь.
- Земля делает полный оборот за 23 часа и 57 минут.
- Если смотреть с Северного полюса, то планета вращается против часовой стрелки.
- Угол вращения составляет 15 градусов в час и в любой точке Земли одинаков.
- Линейная скорость оборотов по всей территории планеты неоднородна. На полюсах она равна нулю и по мере приближения к экватору увеличивает показатели. На экваторе скорость вращения составляет примерно 1668 км/ч.
Важно! Скорость движения с каждым годом уменьшается на 3 миллисекунды. Специалисты связывают этот факт с притяжением Луны. Влияя на приливы и отливы, спутник как бы тянет к себе воду в противоположную от движения Земли сторону. Создается эффект трения на дне океанов, и планета незначительно замедляет ход.
Вращение планеты вокруг Солнца
Наша планета пятая по величине и третья по удаленности от Солнца. Она сформировалась из элементов солнечной туманности около 4,55 млрд лет назад.
В процессе становления Земля приобрела форму неправильного шара и установила свою уникальную орбиту длинной более 930 млн км, по которой движется вокруг большой звезды с примерной скоростью — 106000 км/ч.
Полный оборот вокруг Солнца она совершает за год, если быть точнее, то за 365,2565 дня.
Исследователи отмечают, что орбита движущейся планеты не идеально круглая, а имеет форму эллипса. Когда среднее расстояние до звезды составляет 151 млн км, то при обороте вокруг нее удаленность возрастает до 5,8 млн км.
Важно! Астрономы называют дальнюю от Солнца точку орбиты Афелий, и планета проходит ее в конце июня. Ближнюю — Перигелий, и мы проходим ее вместе с планетой в конце декабря.
Неправильная форма орбиты влияет и на скорость, с которой Земля движется. Летом она достигает своего минимума и составляет 29,28 км/с, а преодолев точку Афелия, планета начинает ускоряться. Достигнув максимальной скорости в 30,28 км/с на границе Перигелия, космическое тело замедляет свой ход. Такой цикл Земля проходит бесконечно, и от точности соблюдения траектории зависит жизнь на планете.
Важно! При более внимательном изучении движения Земли по орбите астрономы учитывают дополнительные не менее важные факторы: притяжение всех небесных тел Солнечной системы, влияние других звезд и характер вращения Луны.
Рис. 2. Движения Земли в пространстве
Чередование времен года
Совершая оборот вокруг Солнца, Земля движется по направлению с запада на восток. Во время своего путешествия это небесное тело не меняет угол наклона, поэтому на определенном участке орбиты она полностью обращена какой-то одной стороной. Этот период на планете воспринимается живым миром как лето, а на необращенной к Солнцу стороне в это время года будет царить зима. Благодаря постоянному движению на планете происходит смена сезонов.
Важно! Два раза в году на обоих Полушариях планеты устанавливается относительно одинаковое сезонное состояние. Земля в это время повернута к Солнцу таким образом, что оно равномерно освещает ее поверхность. Это происходит осенью и весной в дни равноденствия.
Високосный год
Известно, что планета осуществляет полный оборот вокруг оси не за 24 часа, как принято считать, а за 23 часа и 57 минут. В то же время круг по орбите она делает за 365 дней и 6,5 часа. Со временем недостающие часы суммируются и таким образом появляются еще одни сутки. Они накапливаются каждые четыре года и отмечаются в календаре 29 февраля.
Год, в котором есть дополнительный 366-ой день называется високосным.
Важно! На вращение Земли оказывает влияние ее спутник — Луна. Под ее гравитационным полем вращение планеты постепенно замедляется, что с каждым веком увеличивает длину суток на 0,001 с.
Рис. 3. Расстояние от Солнца до планет
Дистанция между нашей планетой и Солнцем
Во время движения Земли вокруг Солнца между ними возникает центробежная сила. Она имеет противоречивый характер и отталкивает планету от звезды. Однако планета вращается, не меняя скорости, которая перпендикулярна скорости падения, что отклоняет ее орбиту от направления к Солнцу. Эта особенность движения космических тел препятствует падению на Солнце и отдалению в сторону прочь от Солнечной системы. Таким образом, Земля движется по четкой траектории своей орбиты.
Еще в 16 веке великий Николай Коперник определил, что Земля — не центр Вселенной, а всего лишь вращается вокруг Солнца. Сейчас исследователи значительно продвинулись в знаниях и расчетах, однако повлиять на траекторию вращения и характер самого светила не в состоянии. Наша планета всегда была частью Солнечной системы, и от того, на каком расстоянии мы находимся от ее центра и как мы движемся относительно звезды, зависит жизнь на планете.
Чтобы лучше усвоить тему, смотрите также познавательное видео.
Источник