Время и вращение Земли
Земля не стоит на месте, а находится в непрерывном движении.
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.
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.
Происхождение вращения Земли
Самая распространенная теория объясняет это процессами, шедшими во времена образования планет. Облака космической пыли «сбивались в кучу», образуя зародыши планет, к ним притягивались другие более или менее крупные космические тела. Столкновения с этими телами и могли придать вращение будущим планетам. А дальше планеты продолжали вращаться по инерции.
Почему Земля не падает на Солнце?
Когда Земля вращается вокруг Солнца, вырабатывается центробежная сила, которая пытается постоянно отбросить нашу планету. Но у неё это не получится. А всё потому, что Земля всегда движется вокруг светила с одинаковой скоростью и находится от него на безопасном расстоянии, соотносимом с центробежной силой, с которой Землю и пытаются выбить с орбиты. Вот почему Земля не падает на Солнце и не улетает в космос, а продолжает двигаться по заданной траектории.
Вращение Земли вокруг своей 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. Во время вращения Земли вокруг своей оси остаются неподвижными только две точки: Северный и Южный полюса. Если их соединить воображаемой линией, то получится ось, вокруг которой вращается Земля.
Земная ось не перпендикулярна, а находится под углом 23,5° к земной орбите.
Осевое вращение Земли вокруг Солнца
Один такой оборот Земли называется сутками и длится 24 часа, точнее — 23 часа 56 минут и несколько секунд. Движение планеты происходит с запада на восток. Это явление объясняет смену дня и ночи: день наблюдается на той половине земного шара, которая освещается Солнцем, а ночь — на теневой стороне.
Сутки делятся на 24 часа (1440 минут, или 86 400 секунд) и условно делятся на четыре характерных интервала — утро, день, вечер и ночь.
Календарные сутки составляют недели, месяцы.
Вращение планеты имеет такие особенности и последствия:
- 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 увеличивается Наглядно это выглядит следующим образом. Город Кито находится вблизи линии экватора, значит, он и его жители незаметно для себя совершают вместе с Землёй поворот на скорости 465 м/с. А вот скорость вращения москвичей, проживающих гораздо севернее экватора, будет почти в два раза меньше: 260 м/с
- На экваторе скорость вращения составляет примерно 1668 км/ч.
Истинное и среднее солнечное время
Местное истинное солнечное время определяется положением Солнца. Вследствие того, что орбита, по которой Земля движется вокруг Солнца, не является окружностью, а ось Земли имеет наклон (из-за чего на Земле происходит смена времен года), истинное солнечное время неравномерно. Максимальная разница в продолжительности истинных солнечных суток в течение года составляет примерно 50 с , а отклонение времени начала суток от его среднего значения может достигать 16 мин.
Точно местное истинное солнечное время можно узнать, измерив специальным астрономическим инструментом часовой угол Солнца. Приблизительно солнечное время можно узнать по солнечным часам (низкая точность которых обусловлена размытостью тени).
Местное истинное солнечное время использовалось в жизни обычного человека примерно до XVIII века. К концу XVIII века широкое распространение получили механические часы, конструкция которых всё более совершенствовалась. Различные государства постепенно начали пользоваться средним солнечным временем, предпочитая его истинному. Так в Женеве оно было введено с 1780, в Лондоне — с 1792, в Берлине — с 1810, в Париже — с 1816 года .
В настоящее время местное истинное солнечное время используется в основном астрономами. В широком распространении оно потеряло актуальность в конце XIX — начале XX века в связи с введением системы часовых поясов и поясного времени.
Интересный факт. Ученые обнаружили пятилетние циклы ускорения и замедления в обращении Земли вокруг оси, и каждый последний «медленный» год чаще всего сопровождается всплеском количества землетрясений во всем мире. Прямая причинно-следственная связь этого еще не выявлена, но такие циклы могут стать инструментом прогнозирования роста сейсмической активности.
Вращение Земли 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.Обращение планеты по отношению к центральной точке нашей системы происходит по эллиптической орбите на среднем расстоянии от центра системы почти 149,6 млн км со средней орбитальной скоростью примерно 29,8 км/с.
Пока Земля совершает полный оборот вокруг Солнца, она успевает сделать примерно 365,25 своего собственного витка. Столько дней входит в 1 астрономический год.
Вращение Земли вокруг Солнца
Значение скорости изменяется в зависимости от расположения нашей планеты в космическом пространстве: находясь в ближайшей к Солнцу точке (она называется перигелием), это небесное тело движется быстрее — более 30 км/с, в афелии (наиболее удаленной от светила позиции) — медленнее, около 29,3 км/с. Такой цикл Земля проходит бесконечно, и от точности соблюдения траектории зависит жизнь на планете.
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.
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
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.
Что такое год?
Изначально под годом подразумевался полный цикл смен времён года (зима, весна, лето, осень). Лишь после создания гелиоцентрической теории было доказано, что понятие года неразрывно связано с вращением Земли вокруг Солнца (а также наклоном земной оси). Для повышения точности вычисления траекторий небесных тел и решения других астрономических задач необходимо было чёткое определение термина «год», в результате чего на свет появилось несколько его трактовок:
- Тропический год: временной отрезок, за который Солнце возвращается в изначальное положение на небесной сфере (с точки зрения наблюдателя на поверхности Земли). Продолжительность – 365 дней 5 часов 48 минут 45.19 секунд (незначительно меняется каждый год).
- Сидерический: временной отрезок, за который Земля делает полный оборот вокруг Солнца и возвращается в начальную точку (отсчёт ведётся относительно звёзд, положение которых на небесной сфере изменяется очень медленно). Продолжительность — 365 дней 6 часов 9 минут 8,97 секунд.
- Аномалистический год: временной отрезок, за который наша планета возвращается в определённую точку собственной орбиты – перицентр. Продолжительность – 365 дней 6 часов 13 минут 52,6 секунд.
- Календарный год: временной отрезок, приближённо обозначающий полный сезонный цикл. Продолжительность 365 дней (в григорианском календаре).
Линия перемены дат
Земля вращается вокруг оси с запада на восток. При этом мореплаватели во главе с Магелланом придерживались противоположного направления. Они обогнули планету с востока на запад, увидев на один восход солнца меньше, чем за время путешествия встретили в Европе. Для того чтобы подобная досадная путаница не возникала каждый раз, когда кто-то решит обойти вокруг света, была проведена линия перемены дат.
Она практически полностью проходит по меридиану 180º и является границей, где время суток остается одинаковым, но изменяется календарная дата.
Например, если к западу от линии на календаре 18 мая, то к востоку — еще 17-е. При этом и там, и там часы показывают примерно одно и то же время.
В отличие от нулевого меридиана линия перемены дат практически не попадает на территорию суши. Благодаря этому в большинстве случаев при перемещении по планете не приходится вычитать или прибавлять один день. Как уже было сказано, основная часть линии совпадает с меридианом 180º. Она соединяет два полюса, попадая на сушу только в Антарктиде.
Правило
Смену дат необходимо проводить при пересечении линии. Если корабль движется с востока на запад, то его команде нужно увеличить календарное число на один. В случае перемещения в обратном направлении оно уменьшается. На отрезке, где временная граница отклоняется, огибая острова Океании, команда вправе менять дату, лишь преодолев меридиан 180º, если судно не будет заходить в один из портов, то есть не возникнет необходимость синхронизации с местным временем.
Получается, что при пересечении линии в определенном направлении можно дважды прожить один и тот же день. Некоторые романтики подгадывают такое путешествие под знаменательные даты: годовщину свадьбы, день рождения.
По своей сути, линия перемены дат лишь условная граница. В ее основе не лежат какие-то физические закономерности. Линия создана для удобства международного общения. Смена одной даты на другую при пересечении этой границы похожа на перевод часов при переходе на летнее или зимнее время. Эти действия помогают человеку соотнести свое движение или деятельность с космическими процессами, но напрямую из них не вытекают.
Видео
Источник
Период обращения Земли вокруг Солнца. Орбита планеты Земля
Земля — космический объект, вовлеченный в непрерывное движение Вселенной. Она вращается вокруг своей оси, преодолевает миллионы километров по орбите вокруг Солнца, вместе со всей планетарной системой медленно огибает центр галактики Млечный путь. Первые два движения Земли отчетливо заметны для ее обитателей по смене суточной и сезонной освещенности, изменению температурного режима, особенностям времен года. Сегодня в центре нашего внимания характеристики и период обращения Земли вокруг Солнца, его влияние на жизнь планеты.
Общие сведения
Наша планета движется по третьей по удаленности от светила орбите. От Солнца Землю в среднем отделяет 149,5 миллиона километров. Протяженность орбиты составляет примерно 940 млн км. Это расстояние планета преодолевает за 365 дней и 6 часов (один звездный, или сидерический, год — период обращения Земли вокруг Солнца относительно удаленных светил). Скорость ее во время движения по орбите достигает в среднем 30 км/с.
Для земного наблюдателя обращение планеты вокруг светила выражается в изменении положения Солнца на небосводе. Оно перемещается на один градус в день в восточном направлении по отношению к звездам.
Орбита планеты Земля
Траектория движения нашей планеты не является идеальным кругом. Она представляет собой эллипс с Солнцем в одном из его фокусов. Такая форма орбиты «вынуждает» Землю то приближаться к светилу, то удаляться от него. Точка, в которой расстояние от планеты до Солнца минимальное, называется перигелий. Афелий — участок орбиты, где Земля максимально удалена от светила. В наше время первая точка достигается планетой примерно 3 января, а вторая — 4 июля. При этом Земля движется вокруг Солнца не с постоянной скоростью: после прохождения афелия она ускоряется и замедляется, преодолев перигелий.
Минимальное расстояние, разделяющее два космических тела в январе, составляет 147 млн км, максимальное — 152 млн км.
Спутник
Вместе с Землей вокруг Солнца движется и Луна. При наблюдении с северного полюса спутник движется против часовой стрелки. Орбита Земли и орбита Луны лежат в разных плоскостях. Угол между ними примерно 5º. Это несовпадение значительно уменьшает количество лунных и солнечных затмений. Если бы плоскости орбит были идентичными, то одно из этих явлений случалось раз в две недели.
Орбита Земли и орбита Луны устроены таким образом, что оба объекта вращаются вокруг общего центра масс с периодом примерно 27,3 суток. При этом приливные силы спутника постепенно замедляют движение нашей планеты вокруг оси, тем самым незначительно увеличивая продолжительность дня.
Последствия
Ось нашей планеты не перпендикулярна плоскости ее орбиты. Этот наклон, а также движение вокруг светила приводят к определенным изменениям климата в течение года. Солнце поднимается выше над территорией нашей страны в то время, когда к нему наклонен северный полюс планеты. День становится длиннее, температура растет. Когда северный полюс отклоняется от светила, на смену теплу приходит похолодание. Аналогичные изменения климата свойственны и южному полушарию.
Смена времен года происходит в точках равноденствия и солнцестояния, характеризующих определенное положение земной оси относительно орбиты. Остановимся на этом подробнее.
Самый длинный и самый короткий день
Солнцестояние — это момент времени, когда планетарная ось максимально наклонена к светилу или в противоположную сторону. Орбита движения Земли вокруг Солнца имеет два таких участка. В средних широтах точка, в которой оказывается светило в полдень, с каждым днем поднимается все выше. Так продолжается вплоть до летнего солнцестояния, которое приходится на 21 июня в северном полушарии (самый длинный день). Затем место полуденного пребывания светила начинает снижаться до 21-22 декабря. На эти дни в северном полушарии приходится зимнее солнцестояние. В средних широтах наступает самый короткий день, а затем он начинает прибывать. В южном полушарии наклон оси противоположный, поэтому зимнее солнцестояние приходится здесь на июнь, а летнее — на декабрь.
День равен ночи
Равноденствие — момент, когда ось планеты становится перпендикулярна к плоскости орбиты. В это время терминатор, граница между освещенной и темной половиной, проходит строго по полюсам, то есть день равен ночи. Таких точек на орбите тоже две. Весеннее равноденствие приходится на 20 марта, осеннее — на 23 сентября. Эти даты справедливы для северного полушария. В южном аналогично солнцестояниям равноденствия меняются местами: на март приходится осеннее, а на сентябрь — весеннее.
Где теплее?
Круговая орбита Земли — ее особенности в сочетании с наклоном оси — имеет еще одно следствие. В тот момент, когда планета проходит ближе всего к Солнцу, в его сторону смотрит южный полюс. В соответствующем полушарии в это время лето. Планета в момент прохождения перигелия получает на 6,9 % больше энергии, чем тогда, когда преодолевает афелий. Эта разница приходится именно на южное полушарие. В течение года оно получает чуть больше солнечного тепла, чем северное. Однако различие это несущественно, поскольку весомая часть «дополнительной» энергии приходится на водные просторы южного полушария и поглощается ими.
Тропический и сидерический год
Период обращения Земли вокруг Солнца относительно звезд, как уже говорилось, составляет примерно 365 дней 6 часов 9 минут. Это сидерический год. Логично предположить, что и смена сезонов укладывается в этот отрезок. Однако это не совсем так: время обращения Земли вокруг Солнца не совпадает с полным периодом смены сезонов. Она составляет так называемый тропический год, длящийся 365 дней 5 часов и 51 минуту. Измеряют его чаще всего от одного весеннего равноденствия до другого. Причина двадцатиминутной разницы между продолжительностью двух периодов — прецессия земной оси.
Год календарный
Для удобства принято считать, что в году 365 дней. Оставшиеся шесть с небольшим часов складываются в сутки за четыре оборота Земли вокруг Солнца. Для компенсации этого и с целью не допустить увеличение разницы между календарным и сидерическим годом вводится «дополнительный» день, 29 февраля.
Некоторое влияние на этот процесс оказывает единственный спутник Земли — Луна. Выражается оно, как отмечалось ранее, в замедлении вращения планеты. Каждые сто лет длительность суток увеличивается примерно на одну тысячную.
Григорианский календарь
Привычный нам счет дням был введен в 1582 году. Григорианский календарь в отличие от юлианского на протяжении длительного времени позволяет «гражданскому» году соответствовать полному циклу смены сезонов. Согласно ему каждые четыреста лет точно повторяются месяцы, дни недели и даты. По длительности год в григорианском календаре очень близок к тропическому.
Целью реформы было возвращение дня весеннего равноденствия на привычное место — на 21 марта. Дело в том, что с первого века нашей эры до шестнадцатого реальная дата, когда день равен ночи, передвинулась на 10 марта. Главной мотивацией пересмотра календаря стала необходимость правильного расчета дня Пасхи. Для этого было важно сохранить 21 марта днем, приближенным к реальному равноденствию. С этой задачей григорианский календарь справляется очень неплохо. Смещение даты весеннего равноденствия на один день произойдет не раньше, чем через 10 000 лет.
Если сравнивать календарный и тропический год, то тут возможны более существенные изменения. В результате особенностей движения Земли и влияющих на него факторов примерно за 3200 лет накопится несоответствие со сменой сезонов длиною в один день. Если в это время будет важным сохранить примерное равенство тропического и календарного года, то вновь потребуется реформа, аналогичная той, что было осуществлена в XVI веке.
Период обращения Земли вокруг Солнца, таким образом, соотносится с понятиями календарного, сидерического и тропического года. Способы определения их продолжительности совершенствуются со времен античности. Новые данные о взаимодействии объектов в космическом пространстве позволяют делать предположения об актуальности современного понимания термина «год» через две, три и даже десять тысяч лет. Время обращения Земли вокруг Солнца и его связь со сменой сезонов и календарем — хороший пример влияния глобальных астрономических процессов на общественную жизнь человека, а также зависимостей отдельных элементов внутри глобальной системы Вселенной.
Источник