Орбитой Земли называют траекторию её вращения вокруг Солнца, её форма - эллипс, она размещена в среднем на расстоянии 150 миллионов километров от Солнца (максимальное удаленное расстояние называют афелием - 152 миллиона км, минимальное - перигелием, 147 миллионов км).
Полный оборот вокруг Солнца длиной в 940 миллионов км Земля, двигаясь с запада на восток со средней скоростью 108000 км/ч, совершает за 365 суток 6 часов 9 минут и 9 секунд или за один звездный год.
Движение планеты по орбите вокруг Солнца и угол наклона оси вращения к плоскости, где движутся небесные тела, напрямую влияют на смену времен года и неравенство дня и ночи.
Особенности вращения Земли вокруг Солнца
(Строение Солнечной системы )
В античную эпоху ученые астрономы считали, что Земля располагается в центре Вселенной и все небесные тела вращаются вокруг неё, эта теория носила название геоцентрической. Её развенчал польский астроном Николай Коперник в 1534 году, создавший гелиоцентрическую модель мира, доказывавшую, что Солнце не может вращаться вокруг Земли, как бы это не хотелось Птолемею, Аристотелю и их последователям.
Земля вращается вокруг Солнца по эллиптической траектории, называемой орбитой, её длина около 940 миллионов км и это расстояние планета проходит за 365 суток 6 часов 9 минут и 9 секунд. По прошествию четырех лет эти шесть часов накопляются в сутки, они добавляются к году как еще один день (29 февраля), такой год високосный.
(Перигелий и афелий )
В период движения по заданной траектории расстояние от Земли до Солнца может быть максимальным (данное явление происходит 3 июля и носит название афелий или апогелий) - 152 милл. км или минимальным - 147 милл. км (имеет место 3 января, называют перигелием).
В результате удаления и приближения Земли к Солнцу, вследствие наклона земной оси к плоскости её орбиты вокруг Солнца в 66,5º, земная поверхность получает неодинаковое количество тепла и света, что становится причиной смены времен года и изменения продолжительности дневного и ночного времени суток. Экваториальные дни и ночи всегда одинаково продолжительны, они длятся 12 часов.
Скорость Земли, движущейся по орбите
Оборот вокруг Солнца Земли: 365 суток 6 часов 9 минут и 9 секунд
Средняя скорость движения Земли по орбите вокруг Солнца: 30 км/с или 108 000 км/час (это 1/10000 часть скорости света )
Для сравнения диаметр нашей планеты составляет 12700 км, с этой скоростью можно покрыть данное расстояние за 7 минут, а расстояние от Земли до Луны (384 тыс. км) за четыре часа. Удаляясь от Солнца в период афелия скорость движения Земли замедляется до 29,3 км/с, в период перигелия ускоряется до 30,3 км/с.
Влияние орбиты Земли вокруг Солнца на изменение времен года
Угол между осью Земли и плоскостью эллипса - 66,3º, по всей длине орбиты он одинаков. Угол между плоскостью, в которой движется Земля по отношению к Солнцу (он называется эклиптикой), и осью её вращения - 26º 26 ꞌ .
(Смена времен года на Земле )
Места, где плоскость небесного экватора пересекается плоскостью эклиптики, обозначаются точками весеннего (21 марта ) и осеннего равноденствия (23 сентября ), дни и ночи одинаково продолжительны, и участки полушарий, обращенные к Солнцу, равномерно освещены и согреты, лучи Солнца падают на линию экватора под углом 90º. По датам весеннего и осеннего равноденствия отсчитывают астрономическое начало весны и осени в соответствующих полушариях.
Еще выделяют точки летнего (22 июня ) и зимнего (22 декабря ) солнцестояния, лучи Солнца становятся перпендикулярными не линии экватора, а Южному и Северному тропику (южная и северная параллель 23,5º). В день летнего солнцестояния 22 июня в Северном полушарии до 66,5 параллели день длиннее ночи, в Южном полушарии - ночь длиннее дня, эта дата - астрономическое начало лета в северных широтах и зимы в южных.
22 декабря (день зимнего солнцестояния) в Южном полушарии до 66,5 параллели продолжительность дня больше, в Северном севернее до той же параллели - меньше. Дата зимнего солнцестояния - астрономическое начало зимы в Северном полушарии и начало лета в Южном.
Пятая по величине планета Солнечной системы – Земля, сформировавшаяся 4,54 млрд лет назад из протопланетарной пыли и газа, имеет форму не совсем правильного шара и вращается не только вокруг Солнца по орбите в форме слабовыраженного эллипса со средней скоростью равной приблизительно 108 тыс. км/час, но и вокруг своей собственной оси. Вращение происходит, если смотреть со стороны Северного полюса, в направлении с запада на восток или другими словами против часовой стрелки. 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.
Среднее расстояние от Солнца до Земли составляет приблизительно 150 млн км, а разница между наименьшим и наибольшим расстоянием, равна приблизительно 4,8 млн км, при этом земная орбита меняет свой эксцентриситет очень незначительно, а цикл составляют 94 тыс. лет. Важным фактором, влияющим на климат Земли, является расстояние между ней и Солнцем. Имеются предположения, что ледниковый период на Земле наступил именно в то время, когда она находилась от Солнца на максимально возможном расстоянии.
«Лишний» день в календаре
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.
Грядут значительные климатические изменения
Смена времен года происходит вследствие наклона оси вращения Земли к орбите Солнца. Этот угол сейчас составляет 66° 33′. Притяжение других спутников и планет не меняет величину угла наклона земной оси, но заставляет Землю двигаться по круговому конусу — этот процесс называется прецессией. В данный момент положение оси Земли таково, что Северный полюс находится напротив Полярной звезды. В течение следующих 12 тыс. лет земная ось из-за воздействия прецессии сдвинется, и будет находиться напротив звезды Вега, что является только половиной пути (полный цикл прецессии равен 25800 лет), и вызовет очень значительные климатические изменения абсолютно на всей поверхности Земли.
Колебания, вызывающие изменение климата Земли
Дважды в месяц в момент прохождения над экватором и дважды в год, когда Солнце находится в этом же положении, притяжение прецессии уменьшается и становится равной нулю, после чего опять возрастает, т. е. темпы прецессии носят колебательный характер. Эти колебания носят название — нутация, максимального своего значения они достигают в среднем раз в 18,6 лет и по своему влиянию на климат занимают второе место после смены сезонов года.
Коротко в вращении Земли вокруг Солнца.
Интересным является то, что все планеты Солнечной системы не стоят на месте, а вращаются в том или ином направлении. Большинство из них в этом отношении «солидарны» с Солнцем. крутятся обратно ходу часовой стрелки, если наблюдать с Исключением являются Венера и Уран, обращающиеся в обратном направлении. При этом если с Венерой все понятно, то у второй планеты есть некоторые проблемы с определением направления, т.к. ученые не пришли к единому мнению относительно того, какой полюс у нее северный, а какой - южный из-за большого наклона оси. Солнце вращается вокруг своей оси со скоростью 25-35 суток, и такая разница объясняется тем, что на полюсе оборот проходит медленнее.
Проблема, как вращается Земля (вокруг оси), имеет несколько вариантов решения. Во-первых, некоторые считают, что планета вращается под воздействием энергии звезды в нашей системе, т.е. Солнца. Оно нагревает огромные водные и воздушные массы, которые воздействуют на твердую составляющую, обеспечивая вращение с той или иной скоростью в большие промежутки времени. Сторонники этой теории предполагают: сила воздействия может быть такой, что если твердая составляющая планеты не достаточно прочна, то может возникнуть дрейф континентов. В защиту теории говорит то, что планеты, где есть вещество в трех разных состояниях (твердое, жидкое, газообразное) вращаются быстрее, чем те, у которых состояния два. Также исследователи отмечают, что на подходе к Земле формируется огромная мощность солнечного излучения, а мощность Гольфстрима в открытом океане более чем в 60 раз превышает мощность всех рек на планете.
Наиболее распространенным ответом на вопрос: «Как вращается Земля в течение суток?» - является предположение о том, что это вращение сохранилось со времен формирования планет из газопылевых облаков при участии других которые врезались в поверхность.
Представители разных научных (и не только) направлений пытались выяснить, с чем связано вокруг оси. Некоторые считают, что для такого равномерного вращения к ней прикладываются определенные внешние силы неизведанной природы. Ньютон, например, считал, что мир часто «нуждается в починке». Сегодня предполагают, что такие силы могут действовать в районе Южных и на южном окончании Верхоянского хребта Якутии. Предполагают, что в этих местах земная кора «крепится» перемычками к внутренней части, не давая проскальзывать по мантии. Ученые основываются на том, что в этих местах обнаружены интересные изгибы горных хребтов на суше и под водой, возникшие под воздействием огромных сил, действующих в земной коре и под ней.
Не менее интересно, как Здесь действует сила притяжения и благодаря которым планета держится на своей орбите как шарик, который крутят на веревочке. Пока эти силы уравновешены, мы не «улетим» в глубокий космос или, наоборот, не упадем на светило. Так, как вращается Земля, не вращается ни одна другая планета. Год, например, на Меркурии длится около 88 земных суток, а на Плутоне - четверть тысячелетия (247, 83 земных года).
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.
Еще в глубокой древности, наблюдая звездное небо, люди заметили, что днем солнце, а на ночном небе - почти все звезды - время от времени повторяют свой путь. Это наводило на мысль о том, что для этого явления есть две причины. Или происходит на фоне неподвижного звездного неба, или же небо вращается вокруг Земли. Клавдий Птолемей, выдающийся древнегреческий астроном, ученый и географ, как будто решил этот вопрос, убедив всех, что вращаются Солнце и небо вокруг неподвижной Земли. Несмотря на то, что не могла объяснить многих с этим смирились.
Гелиоцентрическая же система, основанная на другой версии, завоевывала свое признание в долгой и драматичной борьбе. Погиб на костре Джордано Бруно, престарелый Галилей признал «правоту» инквизиции, но «...все-таки она вертится!»
Сегодня вращение Земли вокруг Солнца считается вполне доказанным. В частности, движение нашей планеты по околосолнечной орбите доказывается аберрацией звездного света и параллактическим смещением с периодичностью, равной одному году. Сегодня установлено, что направление вращения Земли, точнее, ее барицентра, по орбите совпадает с направлением ее вращения вокруг оси, то есть происходит с запада на восток.
Имеется множество фактов, говорящих о том, что Земля движется в пространстве по очень сложной орбите. Вращение Земли вокруг Солнца сопровождается ее движением вокруг оси, прецессией, нутационными колебаниями и стремительным полетом вместе с Солнцем по спирали в пределах Галактики, которая также не стоит на месте.
Вращение Земли вокруг Солнца, как и других планет, проходит по эллиптической орбите. Поэтому однажды в год, 3 января, Земля находится максимально близко от Солнца и один раз, 5 июля, удаляется от него на самое большое расстояние. Разница между перигелием (147 млн. км) и афелием (152 млн. км), по сравнению с расстоянием от Солнца до Земли, очень мала.
Двигаясь по околосолнечной орбите, наша планета делает 30 км за секунду, и оборот Земли вокруг Солнца завершается в течение 365 д. 6 ч. Это - так называемый сидерический, или звездный, год. Для практического удобства принято считать 365 дней в году. «Добавочные» 6 часов за 4 года в сумме дают 24 часа, то есть еще одни сутки. Эти-то (набежавшие, лишние) сутки и прибавляют к февралю раз в 4 года. Поэтому в нашем календаре 3 года включают 365 дней, а високосный - четвертый год, содержит 366 дней.
Ось собственного вращения Земли расположена под наклоном к орбитальной плоскости в 66,5°. В связи с этим в течение года лучи солнца падают на каждую точку земной поверхности под ин
ыми углами. Таким образом, в разные времена года точки на разных получают в одно и то же время неодинаковое количество света и тепла. Из-за этого в умеренных широтах времена года имеют резко выраженный характер. В то же время в течение всего года солнечные лучи на экваторе падают на землю под одинаковым углом, поэтому и времена года там незначительно отличаются друг от друга.