Наша планета находится в постоянном движении. Вместе с Солнцем она перемещается в космосе вокруг центра Галактики. А та, в свою очередь, движется во Вселенной. Но наибольшее значение для всего живого играет вращение Земли вокруг Солнца и собственной оси. Без этого движения условия на планете были бы непригодными для поддержания жизни.
Солнечная система
Земля как планета Солнечной системы по расчетам ученых сформировалась более 4,5 млрд лет назад. За это время расстояние от светила практически не изменялось. Скорость движения планеты и сила притяжения Солнца уравновесили ее орбиту. Она не идеально круглая, но стабильная. Если бы сила притяжения светила была сильнее или скорость Земли заметно уменьшилась, то она бы упала на Солнце. В противном случае она рано или поздно улетела бы в космос, перестав быть частью системы.
Расстояние от Солнца до Земли делает возможным поддержание оптимальной температуры на ее поверхности. В этом немаловажную роль играет и атмосфера. Во время вращения Земли вокруг Солнца меняются времена года. Природа приспособилась к таким циклам. Но если бы наша планета была отдалена на большее расстояние, то температура на ней стала бы отрицательной. Очутись она ближе - вся вода бы испарилась, так как столбик термометра превысил бы точку кипения.
Путь планеты вокруг светила называется орбитой. Траектория этого полета не идеально круглая. Она имеет эллипсность. Максимальная разница составляет 5 млн км. Самая близкая точка орбиты к Солнцу находится на расстоянии 147 км. Она называется перигелием. Земля ее проходит в январе. В июле планета находится от светила на максимальном отдалении. Наибольшее расстояние - 152 млн км. Эта точка называется афелием.
Вращение Земли вокруг своей оси и Солнца обеспечивает соответственно смену суточных режимов и годовых периодов.
Для человека движение планеты вокруг центра системы незаметно. Это из-за того, что масса Земли огромна. Тем не менее каждую секунду мы пролетаем в пространстве около 30 км. Это кажется нереальным, но таковы расчеты. В среднем считается, что Земля находится от Солнца на расстоянии около 150 млн км. Один полный оборот вокруг светила она делает за 365 дней. Пройденное расстояние за год составляет почти миллиард километров.
Точное расстояние, которое наша планета проходит за год, двигаясь вокруг светила, составляет 942 млн км. Мы вместе с ней движемся в пространстве по эллиптической орбите со скоростью 107 000 км/час. Направление вращения - с запада на восток, то есть против условной часовой стрелки.
Полный оборот планета завершает не ровно за 365 дней, как принято считать. При этом проходит еще около шести часов. Но для удобства летоисчисления это время учитывают суммарно за 4 года. В итоге «набегает» один дополнительный день, его добавляют в феврале. Такой год считается високосным.
Скорость вращения Земли вокруг Солнца непостоянна. Она имеет отклонения от среднего значения. Это связано с эллиптической орбитой. Разница между значениями наиболее проявляется в точках перигелия и афелия и составляет 1 км/сек. Эти изменения незаметны, так как мы и все окружающие нас предметы двигаются в системе координат одинаково.
Смена сезонов
Вращение Земли вокруг Солнца и наклон оси планеты делает возможным смену времен года. Это меньше заметно на экваторе. Но ближе к полюсам годовая цикличность проявляется больше. Северное и Южное полушария планеты обогреваются энергией Солнца неравномерно.
Двигаясь вокруг светила, они проходят четыре условные точки орбиты. При этом поочередно два раза в течение полугодичного цикла они оказываются к нему дальше или ближе (в декабре и июне - дни солнцестояний). Соответственно в месте, где поверхность планеты прогревается лучше, там температура окружающей среды выше. Период на такой территории принято называть летом. В другом полушарии в это время заметно холоднее - там зима.
Спустя три месяца такого движения с периодичностью в полгода планетарная ось располагается таким образом, что оба полушария находятся в одинаковых условиях для обогрева. В это время (в марте и сентябре - дни равноденствия) температурные режимы приблизительно равны. Тогда, в зависимости от полушария, наступают осень и весна.
Земная ось
Наша планета - это вращающийся шар. Движение ее осуществляется вокруг условной оси и происходит по принципу волчка. Опираясь основанием в плоскость в раскрученном состоянии, он будет удерживать равновесие. Когда скорость вращения ослабевает, волчок падает.
Земля упора не имеет. На планету действуют силы притяжения Солнца, Луны и других объектов системы и Вселенной. Тем не менее она выдерживает постоянное положение в пространстве. Скорость ее вращения, полученная еще при формировании ядра, достаточна для поддержания относительного равновесия.
Земная ось проходит через шар планеты не перпендикулярно. Она наклонена под углом 66°33´. Вращение Земли вокруг своей оси и Солнца делает возможным смену сезонов года. Планета «кувыркалась» бы в пространстве, если бы у нее не было строгой ориентации. Ни о каком постоянстве условий среды и жизненных процессов на ее поверхности не было бы речи.
Осевое вращение Земли
Вращение Земли вокруг Солнца (один оборот) происходит в течение года. За день на ней сменяются день и ночь. Если посмотреть на Северный полюс Земли с космоса, то можно увидеть, как она вращается против часовой стрелки. Полный оборот она совершает приблизительно за 24 часа. Этот период называют сутками.
Скорость вращения определяет быстроту смены дня и ночи. За один час планета оборачивается приблизительно на 15 градусов. Скорость вращения в разных точках ее поверхности различна. Это происходит из-за того, что она имеет шарообразную форму. На экваторе линейная скорость составляет 1669 км/час, или 464 м/сек. Ближе к полюсам этот показатель уменьшается. На тридцатой широте линейная скорость уже будет составлять 1445 км/час (400 м/сек).
Из-за осевого вращения планета имеет несколько сжатую с полюсов форму. Также это движение «заставляет» отклоняться перемещающиеся предметы (в том числе воздушные и водные потоки) от первоначального направления (сила Кориолиса). Еще одним важным следствием такого вращения являются приливы и отливы.
Смена дня и ночи
Шарообразный объект единственным источником света в определенный момент освещается только наполовину. Применительно к нашей планете в одной ее части в этот момент будет день. Неосвещенная часть будет скрыта от Солнца - там ночь. Осевое вращение дает возможность сменяться этим периодам.
Кроме светового режима изменяются условия обогрева поверхности планеты энергией светила. Такая цикличность имеет важное значение. Скорость смены световых и тепловых режимов осуществляется сравнительно быстро. За 24 часа поверхность не успевает ни чрезмерно нагреться, ни остыть ниже оптимального показателя.
Вращение Земли вокруг Солнца и своей оси с относительно постоянной скоростью имеет определяющее для животного мира значение. Без постоянства орбиты планета не удержалась бы в зоне оптимального обогрева. Без осевого вращения день и ночь длились бы по полгода. Ни то ни другое не способствовало бы зарождению и сохранению жизни.
Неравномерность вращения
Человечество за свою историю привыкло к тому, что смена дня и ночи происходит постоянно. Это служило неким эталоном времени и символом равномерности жизненных процессов. На период вращения Земли вокруг Солнца до определенной степени оказывает влияние эллипсность орбиты и другие планеты системы.
Другая особенность - изменение продолжительности суток. Осевое вращение Земли происходит неравномерно. Выделяют несколько основных причин. Значение имеют сезонные колебания, связанные с динамикой атмосферы и распределением осадков. Кроме того, приливная волна, направленная против хода движения планеты, постоянно его тормозит. Этот показатель ничтожен (за 40 тыс. лет на 1 секунду). Но за 1 млрд лет под действием этого продолжительность суток увеличилась на 7 часов (с 17 до 24).
Следствия вращения Земли вокруг Солнца и своей оси изучаются. Данные исследования имеют большое практическое и научное значение. Их используют не только для точности определения звездных координат, но и для выявления закономерностей, которые могут влиять на процессы жизнедеятельности человека и природные явления в гидрометеорологии и других областях.
Дети задают немало вопросов, приводящих в замешательство даже хорошо образованных и грамотных родителей. Почему Солнце светит, почему небо голубое, почему Земля вращается вокруг своей оси? Почему планеты вращаются вообще? Вопрос детский и наивный. Но вразумительно ответить сможет далеко не каждый взрослый. Вращаются и все, значит так положено. На самом деле, нет. Процесс длительнее, интереснее, неожиданнее, чем полагают многие.
Почему планеты вращаются вокруг своей оси – как это происходило?
Начиналось в те времена, когда звезда нашей туманности Солнце была «молодой». Солнечной системы и планет не существовало – система начинала формироваться из протовещества (протопланетного облака). Выглядит протовещество как пыльный диск, облако вместе с другими холодными твердыми телами увлекло из галактики только образовавшееся Солнце.
Большая часть протопланетного облака ушла на формирование Солнца. Оставшийся вокруг космический «мусор» хаотично двигался. Периодически твердые частицы сталкивались, некоторые разрушались и превращались в пыль, другие соединялись и формировали космическое тело. Это происходило беспорядочно и случайно.
Крупные тела накапливали все большую массу за счет соединения с пылью и газом. Такой процесс ученые называют аккрецией. По мере увеличения массы новообразованного космического тела, активнее проходила аккреция.
В этот период тело не имело идеально круглую или овальную форму. Оно походило на комок пластилина в пальчиках ребенка. Назвать это планетой было сложно, их стали называть планетезималь – маленькими планетами. Из-за асимметричной, угловатой формы планетезимали неустойчивы. Под воздействием солнечного ветра, радиации и других тел движущихся так же хаотично, будущая Земля вертелась и двигалась туда-сюда, как сломанный волчок. Точно установленной орбиты, оси вращения у нее не было.
Но однажды – спустя сотни миллионов лет хаотичного метания – Земля вышла из неустойчивого вращения и начала медленно поворачиваться вокруг собственной оси. Солнечная энергия заставляла планету вращаться быстрее, из протопланетного облака продолжали поступать пыль и мелкие тела. «Подталкиваемая» солнечным ветром, собирая мелкие частицы, космическую пыль, газы Земля приобрела почти идеально круглую форму, постоянную ось и скорость вращения.
Спустя несколько тысяч миллионов лет протовещество из пыльного диска закончилось – планеты Солнечной системы уже сформировались и приобрели круглую форму. Но вращение не прекратилось, энергии Солнца хватало, как хватает и сейчас на подпитывание вращения. Бесформенные планетозимали, плавающие вокруг Солнца, сами по себе не вращались вокруг оси, их «подтолкнули» – а произошло это миллиард лет назад.
Вот почему планеты вращаются в – и Земля, в том числе.
Земля вращается вокруг собственной оси, и каждый из нас вместе с планетой, со скоростью 1500 км/ч.
Ось вращения нашей планеты наклонена на 66°34′ относительно оси ее орбиты – и мы при этом не падаем!
Вращение осуществляется с запада на восток – в обратную сторону в сравнении с движением Солнца и Луны на небосводе.
Это одна из теорий, почему планеты вращаются вокруг собственной оси, но она выглядит жизнеспособной и логичной.
Больше интересных и впечатляющих фактов о планетах и космосе в общем вы сможете найти на сайте научно-популярного интернет-журнала
Независимо от того, что постоянные передвижения нашей планеты обычным образом неощутимы, разнообразные научные факты давно доказали, что планета Земля перемещается по своей, строго определенной траектории не только вокруг самого Солнца, но и вокруг собственной оси. Именно этим обуславливаются масса природных явлений, наблюдаемых людьми ежедневно, таких, например, как смена времени дня и ночи. Даже в данную секунду, читая эти строки, вы пребываете в постоянном движении, движении, которое обусловлено перемещением родной планеты.
Непостоянное движение
Интересно, что скорость самой Земли не является величиной постоянной, по причинам, которые ученым, к сожалению, до этого времени не удалось объяснить, однако, доподлинно известно, что каждый из веков Земля несколько замедляет скорость своего обычного вращения на величину, равную приблизительно 0,0024 секунды. Считается, что подобная аномалия напрямую связана с неким лунным притяжением, обуславливающим приливы и отливы, на которые и наша планета также расходует значимую долю своей собственной энергии, которая и «тормозит» ее индивидуальное вращение. Так называемые приливные выступы, движущиеся по обыкновению в направлении, противоположном ходу Земли, обуславливают возникновение неких сил трения, которые, в соответствии с законами физики, являются главным тормозящим фактором такой мошной космической системы, как Земля.
Конечно, никакой оси на самом деле нет, это воображаемая прямая, которая помогает производить расчеты.
За один час, считается, Земля совершает оборот в 15 градусов. За сколько она оборачивается вокруг оси полностью, догадаться нетрудно: 360 градусов - за одни сутки в 24 часа.
Сутки в 23 часа
Понятно, что Земля оборачивается вокруг своей собственной оси за привычные людям 24 часа - обыкновенные земные сутки, а точнее - за 23 часа минут и почти 4 секунды. Движение происходит неизменно с западной части на восточную и никак иначе. Нетрудно вычислить, что при таких условиях скорость на экваторе будет достигать около 1670 километров в час, постепенно снижаясь при приближении к полюсам, где плавно переходит к нулю.
Невооруженным глазом обнаружить вращение, совершаемое Землей со столь гигантской скоростью, нельзя, ведь вместе с людьми движутся и все окружающие предметы. Все планеты солнечной системы совершают подобные движения. Так, например, Венера имеет гораздо меньшую скорость движения, именно поэтому ее сутки отличаются от земных более чем в двести сорок три раза.
Самыми быстрыми из известных сегодня планет считаются Юпитер и планета Сатурн, совершающие свой полный поворот вокруг оси за десять и десять с половиной часов соответственно.
Нужно отметить, что вращение Земли вокруг своей оси - крайне интересный и непознанный факт, нуждающийся в дальнейшем пристальном изучении ученых всего мира.
Луна сопровождает нашу планету в её большом космическом путешествии вот уже несколько миллиардов лет. И показывает она нам, землянам, из века в век всегда один и тот же свой лунный пейзаж. Почему мы любуемся только одной стороной нашего спутника? Вращается ли Луна вокруг своей оси или же парит в космическом пространстве неподвижно?
Характеристики нашего космического соседа
В Солнечной системе имеются спутники гораздо крупнее Луны. Ганимед - спутник Юпитера, к примеру, в два раза тяжелее Луны. Но зато она - самый большой спутник относительно материнской планеты. Её масса составляет более процента от земной, а диаметр - около четверти земного. Таких пропорций в солнечной семье планет больше нет.
Давайте попытаемся ответить на вопрос о том, вращается ли Луна вокруг своей оси, присмотревшись повнимательнее к ближайшему нашему космическому соседу. По принятой сегодня в научных кругах теории, естественный спутник наша планета приобрела будучи ещё протопланетой - не до конца остывшей, покрытой океаном жидкой раскалённой лавы, в результате столкновения с другой планетой, меньшей по размеру. Поэтому химические составы лунного и земного грунтов слегка отличаются - тяжёлые ядра столкнувшихся планет слились, из-за чего земные породы богаче железом. Луне же достались остатки верхних слоёв обеих протопланет, там больше камня.
Вращается ли Луна
Если быть точным, то вопрос о том, вращается ли Луна, не совсем корректный. Ведь как и любой спутник в нашей системе, она оборачивается около материнской планеты и вместе с ней кружится вокруг светила. А вот, Луны не совсем обычно.
Сколько ни смотри на Луну, она всегда повёрнута к нам кратером Тихо и морем Спокойствия. «А вращается ли Луна вокруг своей оси?» − из века в век задавали себе вопрос земляне. Строго говоря, если оперировать геометрическими понятиями, ответ зависит от выбранной системы координат. Относительно Земли осевое вращение у Луны и вправду отсутствует.
А вот с точки зрения наблюдателя, расположенного на линии Солнце-Земля, осевое вращение Луны будет хорошо заметно, причём один полярный оборот до доли секунды окажется равен по длительности орбитальному.
Интересно, что явление это в Солнечной системе не уникально. Так, спутник Плутона Харон всегда смотрит на свою планету одним боком, точно так же ведут себя спутники Марса - Деймос и Фобос.
На научном языке это называется синхронным вращением или приливным захватом.
Что такое прилив?
Для того чтобы понять суть этого явления и уверенно ответить на вопрос о том, вращается ли Луна вокруг собственной оси, необходимо разобрать суть приливных явлений.
Представим себе две горы на поверхности Луны, одна из которых «смотрит» прямо на Землю, другая же находится в противоположной точке лунного шара. Очевидно, что если бы обе горы не были частью одного небесного тела, а вращались вокруг нашей планеты самостоятельно, их вращение не могло бы быть синхронным, та что ближе, по законам ньютоновской механики, должна вращаться быстрее. Именно поэтому массы лунного шара, расположенные в противоположных по направлению к Земле точках, стремятся «убежать друг от друга».
Как «остановилась» Луна
Как действуют приливные силы на то или иное небесное тело, удобно разобрать на примере нашей собственной планеты. Мы ведь тоже вращаемся вокруг Луны, а точнее Луна и Земля, как и положено в астрофизике, "водят хоровод" вокруг физического центра масс.
В результате действия приливных сил и в ближайшей, и в наиболее удалённой от спутника точке уровень воды, покрывающей Землю, поднимается. Причём максимальная амплитуда прилива-отлива может достигать 15 и более метров.
Ещё одной особенностью данного явления является то, что эти приливные «горбы» ежесуточно огибают поверхность планеты против её вращения, создавая трение в точках 1 и 2, и таким образом потихоньку останавливают Земной шар в его вращении.
Воздействие же Земли на Луну гораздо сильнее из-за разности масс. И хотя на Луне нет океана, на каменные породы приливные силы действуют ничуть не хуже. И результат их работы налицо.
Так вращается ли Луна вокруг своей оси? Ответ положительный. Но вращение это тесно связано с движением вокруг планеты. Приливные силы за миллионы лет выровняли осевое вращение Луны с орбитальным.
А что же Земля?
Астрофизики утверждают, что сразу после большого столкновения, ставшего причиной образования Луны, вращения нашей планеты была намного больше, чем сейчас. Сутки длились не более пяти часов. Но в результате трения приливных волн о дно океана год за годом, тысячелетие за тысячелетием вращение замедлялось, и нынешние сутки длятся уже 24 часа.
В среднем каждый век прибавляет нашим суткам по 20-40 секунд. Учёные предполагают, что через пару миллиардов лет наша планета будет смотреть на Луну так же, как и Луна на неё, то есть одной стороной. Правда этого, скорее всего, не произойдёт, так как ещё раньше Солнце, превратившись в красного гиганта, «проглотит» и Землю, и ее верного спутника - Луну.
Кстати, приливные силы дарят землянам не только повышение и понижение уровня мирового океана в районе экватора. Воздействуя на массы металлов в земном ядре, деформируя горячий центр нашей планеты, Луна помогает поддерживать его в жидком состоянии. А благодаря активному жидкому ядру, наша планета имеет собственное магнитное поле, защищающее всю биосферу от убийственного солнечного ветра и смертоносных космических лучей.
«И всё-таки она вертится!» – эта знаменитая фраза великого итальянского астронома Г.Галилея, вероятнее всего, принадлежит к области легенд (вряд ли Святая инквизиция позволила бы ему такое формальное отречение), но она навсегда осталась в памяти человечества своеобразным памятником того, каких трудов стоило понять, что наша вращается, причём не только вокруг Солнца, но и вокруг своей оси. Но доказать вращение Земли – это было только начало, следовало ещё объяснить, почему так происходит!
Чтобы найти этому объяснение, нам придётся перенестись в те далёкие времена, когда Солнечная система вообще и Земля в частности зарождались из огромного газопылевого облака. Само это облако тоже вращалось – без этого ничего бы не получилось, так и плавало бы оно в пространстве, оставаясь только облаком и больше ничем. А вот вращение заставило его сжиматься, а составляющие его частицы – сталкиваться друг с другом и «сбиваться в кучи». Сначала это были мелкие частицы, потом из них образовывались крупные, продолжая сталкиваться друг с другом, затем то же самое происходило с достаточно крупными телами – планетезималями… но какого бы размера ни были сталкивающиеся тела, импульсы их движения никуда не девались! Новое образование продолжало вращаться по инерции, получив дополнительный импульс от столкновения слившихся друг с другом тел.
Столкновение с крупными объектами могло повлиять и на вращение уже «готовых» (или почти «готовых») планет. Например, Венера вращается не так, как все остальные планеты – в противоположную сторону, а Уран вообще вращается, «лёжа на боку», т.е. ось вращения у него лишь немногим отличается от плоскости орбиты. Учёные предполагают, что в этом повинно столкновение с большими объектами, имевшее место во времена «молодости» Солнечной системы, когда планет было на порядок больше, и многие из них двигались по аварийным орбитам (т.е. по таким орбитам, которые делали столкновения неизбежными). В этом плане нам «повезло»: Земля тоже пережила столкновение с весьма крупной планетой, размером примерно с Марс (астрономы даже дали ей название – Тейя), но на её вращение это не повлияло, во всяком случае, не повлияло так, как это произошло с Венерой или Ураном.
Впрочем, было бы неправильно говорить, что столкновение с Тейей совсем никак не повлияло на вращение Земли. Мы получили на память об этом большом столкновении единственный наш естественный спутник – Луну, и вот она очень даже влияет на вращение Земли! Дело в том, что одно небесное тело своей гравитацией вполне способно замедлять вращение другого, вот и Луна замедляет вращение Земли. Правда, речь идёт о долях секунды в год – но ведь за века и тысячелетия доли секунд складываются в секунды, секунды – в минуты, а минуты – в часы! Английский астроном Р.Стефенсон проанализировал астрономические наблюдения мудрецов Вавилона, Египта и других цивилизаций Древнего мира, начиная с 700 г до н.э. Оказалось, что если бы мы перенеслись на машине времени в 700 год до н.э. в то же самое время суток, то нам пришлось бы перевести часы на 7 часов! Впечатляющее отклонение… а в те времена, когда жили динозавры, сутки составляли 21 час. Да что там, не будь Луны, земные сутки длились бы всего шесть часов!
Впрочем, на скорость вращения планет влияет не только гравитация других тел, но и плотность её вещества. Чем ближе планета к Солнцу, тем выше её плотность, именно поэтому маленький Меркурий вращается вокруг своей оси намного медленнее, чем гигант Юпитер.