1. Основные движения Земли. Земля — это третья по удаленности от Солнца планета. Она движется со скоростью около 30 км/с вокруг Солнца по эллиптической орбите, мало отличающейся от окружности. Одно из доказательств обращения Земли вокруг Солнца — кажущееся ( параллактическое ) смещение ближайших к нам звезд. Впервые такие смещения удалось обнаружить лишь в 30-х гг. XIX в.
Второе основное движение Земли — вращение вокруг оси, наклоненной к плоскости орбиты под углом 66 ˚ 34′.
При движении Земли вокруг Солнца ось ее остается параллельной самой себе. Из курсов природоведения и естествознания вы знаете, что смена времен года на Земле как раз и является следствием указанных трех причин: обращения Земли вокруг Солнца, наклона земной оси к плоскости орбиты и сохранения направления оси в пространстве.
Кроме того, Земля движется в пространстве вместе со всей Солнечной системой и участвует во многих других движениях.
2. Форма Земли. Лишь в грубом приближении к действительности можно считать, что Земля — это шар, радиус которого определяется по формуле (21) методом, описанным в § 11.4. Однако геодезические измерения показали, что длина дуги 1° меридиана около экватора равна 110,6 км , а вблизи полюсов — 111,7 км , следовательно, Земля не шар, ее экваториальный радиус больше полярного .
Объясняется это тем, что Земля вследствие своего вращения вокруг оси сжата у полюсов и по форме близка к эллипсоиду вращения. Сжатие эллипсоида может быть вычислено по формуле:
, (24)
где ε — сжатие Земли; a — большая полуось земного эллипсоида; b — его малая полуось. Данные, основанные на наблюдениях движения искусственных спутников Земли, позволили уточнить результаты наземных геодезических измерений сжатия Земли.
Поскольку различие в экваториальном ( 6378,140 км ) и полярном ( 6356,755 км ) радиусах Земли небольшое ( 21,385 км ), то при решении многих астрономических задач Землю можно считать шаром со средним радиусом, равным 6371 км .
Зная средний радиус Земли и ее массу (как найти массу Земли, вы знаете из курса физики), легко вычислить среднюю плотность нашей планеты (5,5 · 10 3 кг/м 3 ).
3. Луна — спутник Земли. Луна — ближайшее к Земле небесное тело. Радиус Луны примерно в 4 раза, а масса в 81 раз меньше соответственно радиуса и массы Земли. По этим физическим характеристикам естественный спутник нашей планеты нельзя считать маленьким по сравнению с Землей. Строго говоря, по эллиптической орбите вокруг Солнца движется общий центр масс системы «Земля — Луна», находящийся внутри Земли. Систему «Земля — Луна» часто называют «двойной планетой».
Луна — не самосветящееся тело; она светит отраженным солнечным светом. В зависимости от положения, которое Луна занимает по отношению к Земле и Солнцу, мы видим то полную Луну ( полнолуние ), то половину видимого диска ( первая или последняя четверть ), то совсем не видим Луны ( новолуние ).
Рис. 28. Фазы луны.
Наблюдаемая с Земли освещенная часть лунного диска называется фазой Луны. Проследить смену лунных фаз можно по рисунку 28. В новолунии Луна бывает в то время, когда она располагается между Землей и Солнцем; в полнолунии Луна находится за Землей. После новолуния Луна «растет» от узкого серпа (направленного выпуклостью вправо) до полудиска (первая четверть) и далее до полного диска (полнолуние). После полнолуния Луна «убывает» до полудиска (выпуклость направлена влево, наступает последняя четверть), затем становится узким серпом и перестает быть видимой в новолунии. Полный цикл смен лунных фаз ( синодический месяц ) составляет примерно 29,5 сут (29,5 д ).
Угловой диаметр Луны на небесной сфере около 0,5° (≈30′). Но он не остается постоянным, а изменяется из-за эллиптичности орбиты (примерно 33′ в перигее и 29′ в апогее). Эксцентриситет лунной орбиты е = 0,05, а большая полуось эллипса — 384400 км (среднее расстояние Луны от Земли). Полный оборот вокруг Земли Луна совершает за 27,3 сут (27,З д , сидерический месяц ). За это же время Луна делает оборот вокруг своей оси, поэтому к Земле всегда обращено одно и то же полушарие Луны.
Как и все другие небесные тела, Луна участвует в суточном вращении небесной сферы. Но в отличие от планет и Солнца, более удаленных от Земли, Луна быстро перемещается на фоне звездного неба (13° за сутки) с запада на восток, т. е. в направлении, противоположном суточному вращению небесной сферы. Этим объясняется явление, которое вы сами можете обнаружить. Каждый вечер, отмечая по часам моменты верхней кульминации Луны, вы убедитесь, что Луна приходит к небесному меридиану с опозданием примерно на 50 мин (т. е. кульминирует сегодня на 50 мин позже, чем вчера).
4. Солнечные и лунные затмения. Когда Луна при своем движении вокруг Земли полностью или частично заслоняет Солнце, происходят солнечные затмения . Во время полного солнечного затмения (рис. 29) Луна закрывает весь диск Солнца (это возможно благодаря тому, что видимые диаметры Луны и Солнца почти одинаковы). Полное солнечное затмение можно наблюдать лишь из тех точек земной поверхности, где проходит полоса полной фазы . Так называется полоса, которую как бы прочерчивает по земной поверхности сходящийся конус лунной тени (см. рис. 29).
Рис. 29. Схема полного затмения Солнца.
По обе стороны полосы полной фазы происходит частное затмение Солнца, во время которого Луна заслоняет не весь солнечный диск, а лишь часть его. Наблюдается частное солнечное затмение из тех мест земной поверхности, которые охватывает расходящийся конус лунной полутени (см. рис. 29).
Ширина полосы полной фазы солнечного затмения и его продолжительность зависят от взаимных расстояний Солнца, Земли и Луны. Вследствие изменения расстояний видимый угловой диаметр Луны тоже изменяется. Когда он чуть больше солнечного, полное затмение Солнца может длиться до 7,5 мин, когда равен, то одно мгновение, если же он меньше, то Луна вообще не закрывает Солнце полностью. В последнем случае происходит кольцеобразное затмение: вокруг темного лунного диска видно узкое яркое солнечное кольцо.
Полное солнечное затмение — очень красивое явление. Во время затмения Солнце имеет вид черного диска, окруженного нежным сиянием ( короной ). Дневной свет настолько ослабевает, что иногда можно видеть на небе яркие звезды и планеты.
Полное солнечное затмение, которое можно было наблюдать с территории России (в некоторых ее южных районах) произошло 29 марта 2006 г .
Когда при движении вокруг Земли Луна попадает в конус земной тени, которую отбрасывает освещаемый Солнцем земной шар, происходит полное лунное затмение (рис. 30). Если же в тень Земли погружается лишь часть Луны, то происходит частное затмение Луны.
Рис. 30. Схема полного затмения Луны.
Полное лунное затмение может длиться примерно 1,5 — 2 ч (столько времени, сколько требуется Луне, чтобы пересечь конус земной тени). Его можно наблюдать со всего ночного полушария Земли, где Луна в момент затмения находится над горизонтом. Поэтому в данной местности полные лунные затмения удается наблюдать значительно чаще солнечных.
Во время полного лунного затмения Луны лунный диск остается видимым, но он приобретает обычно темно-красный оттенок. Это явление объясняется преломлением солнечных лучей в земной атмосфере. Проходя через земную атмосферу, солнечные лучи рассеиваются и преломляются. Причем рассеивается в основном коротковолновое излучение (соответствующее синему и голубому участкам спектра, чем и обусловлен голубой цвет нашего дневного неба), а преломляется длинноволновое (соответствующее красному участку спектра). Преломляясь в земной атмосфере, длинноволновое солнечное излучение попадает в конус земной тени и освещает Луну.
Легко сообразить, что солнечное затмение происходит, когда Луна бывает в новолунии, а лунное — когда в полнолунии. Однако далеко не в каждое новолуние и полнолуние происходят затмения. Дело в том, что плоскость, в которой Луна движется вокруг Земли, наклонена к плоскости эклиптики под углом примерно 5°. Чаще всего в году бывает только два солнечных и два лунных затмения. В 1982 г . было семь затмений — четыре частных солнечных и три полных лунных (это максимально возможное число затмений в год).
Еще древние астрономы заметили, что через определенный промежуток времени лунные и солнечные затмения повторяются в определенном порядке. Этот промежуток времени был назван сáросом (в переводе с египетского — повторение ). Существование сароса объясняется закономерностями, наблюдаемыми в движении Луны. Сарос составляет 6585,32 сут (≈18 лет 11 дней). В течение каждого сароса происходит 70 затмений, из них 42 солнечных и 28 лунных. Однако в данном месте Земли лунные затмения наблюдаются чаще, чем солнечные, так как лунные затмения видны со всего ночного полушария Земли. Полные солнечные затмения в данной точке земной поверхности видны не чаще одного раза в 200—300 лет.
Зная продолжительность сароса, можно приближенно предсказывать время наступления затмений. В настоящее время разработаны очень точные методы предсказания солнечных и лунных затмений. Астрономы неоднократно помогали историкам уточнять даты исторических событий, которые, по свидетельству летописей, совпадали с затмениями. В Москве очередное полное солнечное затмение будет наблюдаться 16 октября 2126 г .
В прошлом необычный вид Луны и Солнца во время затмений приводил людей в ужас. Жрецы, зная о повторяемости этих явлений, использовали их для подчинения и устрашения людей, приписывая затмения сверхъестественным силам. Давно уже перестала быть тайной причина затмений. Наблюдения затмений позволяют ученым получать важные сведения об атмосферах Земли и Солнца, а также о движении Луны. Во время полных затмений Солнца создаются условия, благоприятные для наблюдения отклонения луча света звезды в поле тяготения Солнца. Это позволяет получить одно из важнейших доказательств теории тяготения Эйнштейна (общей теории относительности).
Источник
Система Земля-Луна
Если вы пройдете мимо адски раскаленной Венеры, то приблизитесь к удивительной 3-й планете о Солнца. Это голубая сфера, наполненная водой и разумными организмами. Опуститесь ниже и разглядите континенты и огромное количество разных формирований. Добро пожаловать на Землю. Перед вами система Земля-Луна.
Система Земля-Луна: Чудо жизни
Южная Скандинавия, снятая до полуночи в момент полнолуния. Выделяются зеленые северные сияния (сверху), мрачность Балтийского моря (внизу справа), облачный покров (вверху справа) и норвежский снег, освещенный полной Луной. Благодаря городским огням можно рассмотреть береговую линию Скагеррака и Каттегатского моря, ведущего к Балтийскому.
Пока система Земля-Луна выступает единственной на все пространство, способной похвастаться планетой с жизнью. Причем это невероятное разнообразие видов, где первый организм зародился 3.5 млрд. лет назад. Сначала это были простые одноклеточные, проживающие в воде. Фотосинтез помогал получать энергию от Солнца. Клеточная мутация и перемена среды помогли зародиться сложным формам. Сегодня есть животные, растения, микробы и люди.
Эволюция жизненных форм – долгий и сложный процесс. В ранней системе Земля получала много ударов от метеоритов и астероидов, каждый из которых мог стереть весь прогресс. Полагают, что случилось 5 массовых вымираний. Последнее произошло 65 млн. лет назад, когда астероид размером с Эверест поразил планету и забрал с собою динозавров. Но это помогло развиться млекопитающим и получить контроль над территориями. А за ними пришли и люди.
Зона обитаемости
Красный спрайт над белым светом активной грозы (вверху слева). Спрайты – крупные электрические разряды, которые не выступают обычной молнией. Это прохладная плазма, лишенная раскаленности, наблюдаемой под грозами. Они скорее напоминают разряд люминесцентной трубки. Полагают, что подобные энергетические вспышки формируются во время крупных событий грозы.
Луна вращается вокруг Земли, а сама система расположена на идеальном расстоянии от Солнца. Здесь присутствует комфортная температура для наличия воды в жидком состоянии. Подобные территории именуют зоной обитаемости. Тонкое кольцо начинается за орбитой Венеры и тянется к Марсу. Если бы мы подошли ближе к Солнцу, то океаны вскипели, а атмосфера разрушилась.
Система Земля-Луна — двойные планеты ?
Ближайшим соседом Земли выступает Луна. Это единственный спутник, который у нас есть. Луна меньше Земли, но ее размеры все еще заставляют некоторых думать, что Луна и Земля – двойная планета. Возможно, дело также в небольшом расстоянии между ними. Но Луна — спутник, потому что центр масс находится на земной поверхности, а не в пространстве. Полагают, что Луна появилась после того, как огромное небесное тело врезалось в Землю и вырвало материал на орбиту примерно 4.5 млрд. лет назад.
Изначально спутник находился ближе к планете и на орбитальный путь тратил 20 дней, а не современные 28. Тогда земной день занимал 18 часов. Но планетарное вращение замедлилось и спутник начал отдаляться, что продолжает делать и сейчас.
Луна оказывает сильное воздействие на планету. Гравитация позволяет удерживать Землю на оси, иначе она бы дико раскачивалась. Также спутник вызывает океанические приливы. Многие верят, что без Луны жизнь на Земле никогда бы не появилась.
Источник
Разница в размерах Земли и Луны
Луна — это один из крупнейших объектов на небосводе, который можно наблюдать невооруженным глазом, и самое близкое к Земле космическое тело. По этой причине люди с давних времен уделяли ей большое внимание — придумывали легенды о ее происхождении, о том, как появились пятна на поверхности. Особый интерес вызывал вопрос, что больше — Луна или Земля. Благодаря космическим исследованиям, сейчас есть точные данные о размерах Луны и Земли, расстоянии между ними.
Диаметры планеты и спутника
Луна является естественным спутником Земли, ее диаметр меньше земного почти в 4 раза. Диаметр у Земли составляет 12742 км, а лунный — 3474 км. Разница между данными величинами — 3,6 раза. Диаметр спутника составляет 3/11 этой характеристики планеты.
По сравнению с другими космическими телами, лунные размеры небольшие:
экваториальная окружность спутника — 10917 км;
средний радиус — 1737 км;
площадь — 38 млн кв. км.
Величина диаметра примерно в 2 раза меньше, чем длина дороги от Москвы до Владивостока.
Сравнение размеров Луны и Земли
Луна меньше Земли по размеру площади в 13,5 раз. Если сравнивать лунную поверхность только с земной сушей, то размеры спутника будут меньше в 4 раза.
Различия в размерах влияют на разницу силы тяготения — на лунной поверхности она в 6 раз меньше, чем на нашей планете. При таких условиях 100 кг превращаются в 7,6 кг. Как следствие, у человека на Луне появилась бы способность высоко прыгать.
Подвержен ли спутник изменениям
Физические параметры спутника Земли не меняются, но его видимые размеры при наблюдении с поверхности земного шара неодинаковы. Одна из причин этих изменений заключается в том, что лунная орбита имеет форму эллипса. Вследствие этого в разное время спутник находится на неодинаковом расстоянии от планеты. Положение в самой дальней точке называется апогеем, а при нахождении в самой ближней точке орбиты, перигее — Луна с Земли выглядит крупнее, чем в другие дни.
Отдельно описано явление суперлуния — оно возникает, когда перигей совпадает с полнолунием.
Такой ночью можно наблюдать спутник на 14% больше и 30% ярче, чем в другие дни. Разница в видимом диаметре Луны не настолько большая, чтобы неподготовленный наблюдатель обратил внимание на изменения. Суперлуние повторяется 1 раз в 414 дней.
Положение ближе всего к Земле — не единственная ситуация, когда Луна выглядит больше. Существует оптическая иллюзия, которой пока нет единого и точного объяснения. Она заключается в том, что Луна в положении низко над горизонтом воспринимается зрительно более крупной, чем при нахождении высоко в небе. По этой причине многие космические тела при наблюдении с Земли выглядят больше во время восхода и заката. О существовании лунной иллюзии люди знали с древности — это подтверждают записи в старинных летописях.
Как оценить разницу наглядно
Оценить наглядно разницу между Луной и Землей можно разными способами. Например, взять для сравнения монету номиналом в 5 руб. и горошину. Точнее всего пропорцию между небесными телами демонстрируют баскетбольный и теннисный мячи. Разница в диаметре стандартных мячей, использующихся при игре в баскетбол (24 см) и теннис (6,7 см), составляет 3,6 раза — так же, как и между Луной и нашей планетой.
Пример со спортивными мячами позволяет зрительно оценить разницу не только в величине 2 небесных тел, но и расстояние между ними. Оно равняется 30 земным диаметрам или в примере — 30 баскетбольным мячам, что составляет чуть больше 7 м. Расположив теннисный и баскетбольный мячи на расстоянии 7,2 м, можно наглядно отобразить разницу в размерах Земли и Луны и то, как далеко они находятся друг от друга.
Как Земля выглядит с Луны
Оценить вид нашей планеты с лунной поверхности позволяют фото, полученные от малых спутников и космонавтов. Первый подобный снимок был сделан в 1968 г. экипажем корабля «Аполлон-8», который совершал облет Луны. Фотография получила название «Восход Земли». Находясь на лунной поверхности, невозможно увидеть восход или закат нашей планеты, по аналогии, как люди наблюдают восход и закат Солнца. Причина в том, что Луна всегда одной и той же стороной повернута к Земле.
Увидеть восход и закат нашей планеты можно только с некоторых участков лунной поверхности. Это явление повторяется примерно 1 раз в месяц по земным меркам.
В 2015 г. НАСА опубликовало фото, демонстрирующее вид Земли с лунной поверхности. Для конечного результата были совмещены несколько кадров и отредактированы цвета. Съемка проводилась в черно-белых тонах, цветокоррекция была произведена с целью приблизить картинку к тому, как человек мог бы увидеть нашу планету, находясь на Луне.
Если наблюдать за Землей с лунной поверхности, то она будет выглядеть в 13 раз больше и в 43 раза ярче, чем Луна, видимая с нашей планеты. Разница в яркости объясняется тем, что лунная каменистая поверхность отражает меньше света, чем растительность, вода, лед, пустыни. Когда Земля покрыта облаками, а Солнце освещает крупные пустыни и полярные шапки, наша планета может выглядеть ярче в 55 раз, чем ее спутник.
, (24)
