Расстояние траектории земли вокруг солнца

Что мы знаем об орбите Земли

Орбита Земли — путь, по которому небесное тело движется вокруг Солнца. Впервые наличие орбиты доказал Николай Коперник. До его открытия считалось, что наша планета неподвижна в космическом пространстве.

Как открыли земную орбиту

В античные времена Птолемей, Аристотель и их последователи считали модель построения Вселенной геоцентрической. Согласно ей, в центре располагалась Земля, а все космические тела вращались вокруг планеты. Впервые сомневаться в этом начал древнегреческий ученый Аристарх Самосский. Наблюдая в III в. до н. э. лунное затмение, он сделал вывод, что Луна не является самостоятельным светилом, а только отражает солнечный свет, и она меньше Солнца по диаметру во много раз. И будет странным, что такой большой небесный объект, как наша звезда, вращается вокруг маленькой Земли.

Окончательно геоцентрическая теория была развенчана в 1534 г. польским астрономом Н. Коперником, автором гелиоцентрического учения, доказавшим, что Солнце обращаться вокруг Земли не может.

Первым, кто доказал эллиптическую форму орбиты нашей планеты, был немецкий ученый И. Кеплер. Наблюдая за движением Земли и Марса, он понял, что планеты периодически замедляются, а затем снова ускоряются, что было бы невозможно, будь орбита круговой.

Расстояние от Солнца до Земли

Этот параметр зависит от точки нахождения нашей планеты в пространстве. Расстояние равно:

в перигелии (ближайшей точке к Солнцу) — 147,1 млн км;
в афелии (самой удаленной от светила позиции, называемой также апогелием) — 152,1 млн км.

Эта мера была принята еще в Средние века, но поначалу не имела никакого численного значения — все линейные расстояния выражались в условной дистанции между Землей и Солнцем. Только в 1672 г. европейский ученый Дж. Кассини впервые оценил орбитальный радиус Земли в 140 млн км. Это значение было уточнено только советскими астрономами в 1961 г. Полученное ими значение — 149,5993 млн км с погрешностью +/- 2000 км.

Расстояние до светила не влияет на смену сезонов, которая зависит лишь от осевого наклона тела.

Точку перигелия наша планета проходит в промежутке с 2 до 5 января каждого года. И хотя солнечного тепла на поверхность планеты в этот период попадает больше, в северном полушарии в это время длится зима. В афелии Земля оказывается между 3 и 7 июля, минимум света и тепла от центральной звезды не мешает продолжаться лету во всех регионах севернее экватора.

Траектория движения планеты вокруг Солнца.
Credit: wikiwand.com.

Форма траектории движения Земли по орбите

Орбита Земли выглядит более круглой, чем траектории движения большинства планет нашей системы, но это не идеальный круг: вокруг солнца мы движемся по слегка вытянутому эллипсу.

Основная характеристика орбит — эксцентриситет Е, коэффициент их сжатости. Его значение лежит в интервале от 0 (идеальный круг) до 1 (максимально узкий эллипс, вытянутый почти в прямую линию). Для Земли величина Е невелика, всего 0,017. После Венеры с эксцентриситетом 0,007 и Нептуна (Е=0,011) земной результат — третий в Солнечной системе среди объектов планетарного типа.

Незначительное изменение орбитального диаметра нашей планеты играет важную роль в обеспечении возникновения и развития жизни здесь: так поддерживаются стабильные значения средней земной температуры. Для сравнения — эксцентриситет Меркурия составляет 0,2, что вызывает экстремальную смену температуры в течение дня и ночи. Меркурианская орбита — самая вытянутая в нашей системе.

Длина земной орбиты оценивается в 930-940 млн км.

Скорость движения нашей планеты

Движение Земли по орбите осуществляется со средней скоростью около 30 км/с. Любое тело, согласно законам физики, будет двигаться по эллиптической орбите неравномерно: быстрее в перигелии (наша планета в этой точке ускоряется до 30,2 км/с) и медленнее в афелии (земное значение — 29,2 км/с).

На 1 полный оборот вокруг Солнца планета тратит 365,24 суток. Для удобства расчетов этот период принят равным 365 дней, но каждые 4 года земной календарь корректируется — в него вводится 1 дополнительный день.

Плоскость орбиты

Точки любой орбиты всегда лежат в одной плоскости. Для Земли такая космическая «поверхность» называется эклиптикой, все остальные планеты системы движутся в плоскостях, близких к нашей.

Центральное светило тоже вращается вокруг своей оси, в том же направлении, что и все соседние планетарные объекты. Это косвенное доказательство того, что оно и все остальные тела системы образовались из единого газопылевого протооблака. Но одному явлению объяснение до сих пор не найдено: Солнце вращается с существенным отклонением от эклиптики. Не исключено, что в непосредственной близости от нас существуют крупные неоткрытые планеты, чье гравитационное воздействие так влияет на нашу звезду.

Эклиптика участвует в оценке наклона оси небесного тела. Для нас он составляет 23°, что является причиной неравномерного годового нагрева южного и северного полушарий, когда Земля находится на разных участках орбиты и смены времен года.

Отклонение орбиты от идеальной формы

И. Кеплер вывел несколько законов, описывающих принципы движения небесных тел, и поводов сомневаться в них ученым XVII в. не было. Но с повышением точности измерений начали обнаруживаться отклонения от кеплеровского учения. Немецкий астроном построил свою модель на 2 упрощениях:

вес любой планеты принимался пренебрежимо малым относительно веса Солнца;
было учтено только взаимное гравитационное влияние светила и планеты, а воздействие соседних небесных тел не принималось во внимание.

Сегодня ученые при вычислении орбитальных характеристик учитывают еще один важный фактор. Они принимают во внимание, что не только планета вращается вокруг светила, но и связка «небесное тело — звезда» выполняет собственное вращение вокруг барицентра — условной точки в космосе, центра масс. В силу значимости солнечных габаритов барицентр нашей системы находится внутри Солнца, и он несколько меняет свое расположение.

Такая цикличность наблюдается на планете уже миллионы лет. Она стала причиной множества глобальных катаклизмов, например, ледниковых периодов.

Вместе с расстоянием до Солнца постоянно изменяется эксцентриситет нашей орбиты. Его величина в разные годы отличалась от сегодняшней и составляла от 0,05 до 0,005.

Насколько устойчива орбита Земли

Согласно кеплеровским законам, планеты Солнечной системы и местные непланетарные объекты способны вращаться вокруг своего светила бесконечно долго. На практике возможны случаи, когда небесные тела покидают орбиту и улетают в космическое пространство либо притягиваются Солнцем и погибают, врезавшись в него.

Предсказать аналитическим путем это невозможно, но и компьютерное моделирование не дает точного представления о будущей судьбе нашей системы. Самым нестабильным выглядит Меркурий — он может упасть на звезду либо начать критически удаляться от нее до момента столкновения с Венерой или нашей планетой. Прогнозы для Земли более благоприятны. Даже через миллиарды лет она все еще будет оставаться на своей орбите.

Источник

Вращение Земли вокруг Солнца — период и скорость обращения, географические следствия

Вращение Земли вокруг оси

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

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.

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.

Чередование времен года

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

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.

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

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.

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