Вращение Земли вокруг своей оси

Вращение Земли – одно из движений Земли, которое отражает множество астрономических и геофизических явлений, происходящих на поверхности Земли, в её недрах, в атмосфере и океанах, а также в ближнем Космосе.

Вращением Земли объясняется смена дня и ночи, видимое суточное движение небесных тел, поворот плоскости качаний груза, подвешенного на нити, отклонение падающих тел к востоку и др. Вследствие вращения Земли на тела, движущиеся по её поверхности, действует Кориолиса сила, влияние которой проявляется в подмывании правых берегов рек в Северном полушарии и левых – в Южном полушарии Земли и в некоторых особенностях циркуляции атмосферы. Центробежной силой, порождаемой вращением Земли, частично объясняются различия в ускорении силы тяжести на экваторе и полюсах Земли.

Для исследования закономерностей вращения Земли вводят две системы координат с общим началом в центре масс Земли (рис.1.26). Земная система X 1 Y 1 Z 1 участвует в суточном вращении Земли и остаётся неподвижной относительно точек земной поверхности. Звёздная система координат XYZ не связана с суточным вращением Земли. Хотя её начало перемещается в мировом пространстве с некоторым ускорением, участвуя в годовом движении Земли вокруг Солнца в Галактике, но это движение относительно далёких звёзд можно считать равномерным и прямолинейным. Поэтому движение Земли в этой системе (как и любого небесного объекта) можно изучать по законам механики для инерциальной системы отсчёта. Плоскость XOY совмещена с плоскостью эклиптики, а ось X направлена в точку весеннего равноденствия γ начальной эпохи. В качестве осей земной системы координат удобно принимать главные оси инерции Земли, возможен и другой выбор осей. Положение земной системы относительно звёздной принято определять тремя эйлеровыми углами ψ, υ, φ.

Рис.1.26. Системы координат, применяемые для изучения вращения Земли

Основные сведения о вращения Земли доставляют наблюдения суточного движения небесных тел. Вращение Земли происходит с запада на восток, т.е. против часовой стрелки, если смотреть с Северного полюса Земли.

Средний наклон экватора к эклиптике начальной эпохи (угол υ) почти постоянен (в 1900г. он был равен 23° 27¢ 08,26² и в течение 20 века увеличился менее чем на 0,1²). Линия пересечения экватора Земли и эклиптики начальной эпохи (линия узлов) медленно движется по эклиптике с востока на запад, перемещаясь на 1° 13¢ 57,08² в столетие, вследствие чего угол ψ изменяется на 360° за 25 800 лет (прецессия). Мгновенная ось вращения ОР всегда почти совпадает с наименьшей осью инерции Земли. Угол между этими осями по наблюдениям, выполненным с конца 19 века, не превосходит 0,4².

Промежуток времени, в течение которого Земля делает один оборот вокруг своей оси относительно какой-нибудь точки на небе, называется сутками. Точками, определяющими продолжительность суток, могут быть:

· точка весеннего равноденствия;

· центр видимого диска Солнца, смещённый годичной аберрацией («истинное Солнце»);

· «среднее Солнце» - фиктивная точка, положение которой на небе может быть вычислено теоретически для любого момента времени.

Определяемые этими точками три различных промежутка времени называются соответственно звёздными, истинными солнечными и средними солнечными сутками.

Скорость вращения Земли характеризуется относительной величиной

где П з – длительность земных суток, Т – длительность стандартных суток (атомных), которая равна 86400с;

- угловые скорости, соответствующие земным и стандартным суткам.

Поскольку величина ω изменяется только в девятом – восьмом знаке, то значения ν имеют порядок 10 -9 -10 -8 .

Один полный оборот вокруг своей оси Земля совершает относительно звёзд за меньший промежуток времени, чем относительно Солнца, так как Солнце движется по эклиптике в том же направлении, в каком вращается Земля.

Звёздные сутки определяются периодом вращения Земли вокруг своей оси по отношению к любой звезде, но так как звёзды имеют собственное и к тому же весьма сложное движение, то условились начало звёздных суток отсчитывать от момента верхней кульминации точки весеннего равноденствия, а за протяжённость звёздных суток принимают промежуток времени между двумя последовательными верхними кульминациями точки весеннего равноденствия, находящейся на одном и том же меридиане.

Вследствие явлений прецессии и нутации взаимное расположение небесного экватора и эклиптики непрерывно изменяется, а это значит, что соответствующим образом изменяется местоположение на эклиптике точки весеннего равноденствия. Установлено, что звёздные сутки на 0,0084сек короче действительного периода суточного вращения Земли и что Солнце, двигаясь по эклиптике, попадает в точку весеннего равноденствия раньше, чем оно попадает на то же самое место относительно звёзд.

Земля в свою очередь обращается вокруг Солнца не по кругу, а по эллипсу, поэтому движение Солнца кажется нам с Земли неравномерным. Зимой истинные солнечные сутки больше, чем летом, Например, в конце декабря они равны 24 часа 04 минут 27 секунд, а в середине сентября – 24ч 03мин. 36сек. За среднюю единицу солнечных суток принято считать 24ч 03мин. 56,5554сек звёздного времени.

Угловая скорость Земли относительно Солнца из-за эллиптичности земной орбиты зависит от времени года. Медленнее всего Земля движется по орбите, находясь в перигелии – самой удалённой от Солнца точке своей орбиты. В результате длительность истинных солнечных суток в течение года неодинакова – эллиптичность орбиты изменяет длительность истинных солнечных суток по закону, который можно описать синусоидой с амплитудой 7,6 мин. и периодом в 1 год.

Вторая причина неравномерности суток – наклонение земной оси к эклиптике, приводящее к видимому движению Солнца вверх и вниз от экватора в течение года. Прямое восхождение Солнца вблизи равноденствий (рис.1.17) изменяется медленнее (так как Солнце движется под углом к экватору), чем во время солнцестояний, когда оно движется параллельно экватору. В результате к продолжительности истинных солнечных суток добавляется синусоидальный член с амплитудой 9,8 мин. и периодом в полгода. Есть и другие периодические эффекты, изменяющие длительность истинных солнечных суток и зависящие от времени, но они невелики.

В результате совместного действия этих эффектов самые короткие истинные солнечные сутки наблюдаются 26-27 марта и 12-13 сентября, а самые длинные – 18-19 июня и 20-21 декабря.

Чтобы устранить эту переменность, используют средние солнечные сутки, привязанные к так называемому среднему Солнцу – условной точке, движущейся равномерно по небесному экватору, а не по эклиптике, как реальное Солнце, и совпадающей с центром Солнца в момент весеннего равноденствия. Период обращения среднего Солнца по небесной сфере равен тропическому году.

Средние солнечные сутки не подвержены периодическим изменениям, как истинные солнечные сутки, но их длительность монотонно изменяется в связи с изменением периода осевого вращения Земли и (в меньшей степени) с изменением длительности тропического года, увеличиваясь примерно на 0,0017 секунды в столетие. Так, длительность средних солнечных суток в начале 2000 года была равна 86400,002 секунды СИ (секунда СИ определяется с использованием внутриатомного периодического процесса).

Звёздные сутки составляют 365,2422/366,2422=0,997270 средних солнечных суток. Эта величина – постоянное соотношение звёздного и солнечного времени.

Среднее солнечное время и звёздное время связаны между собой следующими соотношениями:

24 ч. ср. солнечного времени = 24ч. 03 мин. 56,555сек. звёздного времени

1ч. = 1ч. 00 мин. 09,856 сек.

1 мин. = 1 мин. 00,164 сек.

1 сек. = 1,003 сек.

24 ч. звёздного времени = 23 ч. 56 мин. 04,091 сек. ср. солнечного времени

1 ч. = 59 мин. 50,170 сек.

1 мин. = 59,836 сек.

1 сек. = 0,997 сек.

Время в любом измерении – звёздное, истинное солнечное или среднее солнечное – на различных меридианах разное. Но все точки, лежащие на одном и том же меридиане, в один и тот же момент времени имеют одинаковое время, которое называется местным временем. При перемещении по одной и той же параллели на запад или на восток время в исходной точке не будет соответствовать местному времени всех других географических точек, расположенных на данной параллели.

Чтобы в какой-то степени устранить этот недостаток, канадец С. Флешинг предложил ввести поясное время, т.е. систему счёта времени, основанную на разделении поверхности Земли на 24 часовых пояса, каждый из которых отстоит от соседнего пояса на 15° по долготе. Флешинг нанёс на карту мира 24 основных меридианов. Примерно на 7,5° к востоку и западу от них условно были нанесены границы часового времени данного пояса. Время одного и того же часового пояса в каждый момент для всех его пунктов считалось одинаковым.

До Флешинга во многих странах мира издавались карты с различными начальными меридианами. Так, например, в России счёт долгот вёлся от меридиана, проходящего через Пулковскую обсерваторию, во Франции – через Парижскую, в Германии – через Берлинскую, в Турции – через Стамбульскую. Чтобы ввести поясное время, надо было унифицировать единый начальный меридиан.

Поясное время впервые было введено в США в 1883г., а в 1884г. в Вашингтоне на Международной конференции, в работе которой принимала участие и Россия, было принято согласованное решение о поясном времени. Участники конференции условились считать начальным или нулевым меридианом меридиан Гринвичской обсерватории, а местное среднее солнечное время Гринвичского меридиана назвали всемирным или мировым временем. На конференции была установлена и так называемая «линия перемены даты».

В нашей стране поясное время было введено в 1919г. Приняв за основу международную систему часовых поясов и существовавшие тогда административные границы, на кару РСФСР были нанесены часовые пояса от II до XII включительно. Местное время часовых поясов, расположенных на востоке от Гринвичского меридиана, из пояса к поясу увеличивается на час, а на запад от Гринвича – соответственно на час уменьшается.

При счёте времени календарными сутками важно установить, на каком меридиане начинается новая дата (число месяца). По международному соглашению линия перемены даты проходит в большей своей части по меридиану, отстоящему от гринвичского на 180°, отступая от него: к западу – у острова Врангеля и Алеутских островов, к востоку – у побережья Азии, островов Фиджи, Самоа, Тонгатабу, Кермандек и Чатам.

К западу от линии перемены даты число месяца всегда на единицу больше, чем к востоку от неё. Поэтому после пересечения этой линии с запада на восток необходимо уменьшить число месяца на единицу, а после пересечения её с востока на запад – увеличить на единицу. Такое изменение даты обычно производится в ближайшую полночь после пересечения линии перемены дат. Совершенно очевидно, что новый календарный месяц и новый год начинаются на линии перемены дат.

Таким образом, нулевой меридиан и меридиан 180° в.д., по которому в основном проходит линия перемены даты, делят земной шар на западное и восточное полушария.

Всю историю человечества суточное вращение Земли всегда служило идеальным эталоном времени, который регулировал деятельность людей и был символом равномерности и точности.

Древнейшим инструментом для определения времени до нашей эры служил гномон, по-гречески указатель, вертикальный столб на выровненной площадке, тень которого, менявшая своё направление при перемещении Солнца, показывала на нанесённой на земле около столба шкале то или иное время дня. Солнечные часы известны с 7 века до н.э. Первоначально они были распространены в Египте и странах Ближнего Востока, откуда перешли в Грецию и Рим, а ещё позже проникли в страны Западной и Восточной Европы. Вопросами гномоники – искусству делать солнечные часы и умению пользоваться ими – занимались астрономы и математики древнего мира, средневековья и нового времени. В 18в. и в начале 19в. гномоника излагалась в учебниках математики.

И только после 1955г., когда требования физиков и астрономов к точности времени очень сильно возросли, стало невозможным удовлетворяться суточным вращением Земли как эталоном времени, уже неравномерным при требуемой точности. Время, определяемое по вращению Земли, неравномерно вследствие движений полюса и перераспределения момента количества движения между различными частями Земли (гидросферой, мантией, жидким ядром). Принятый для отсчёта времени меридиан определяется точкой МУН и точкой на экваторе, соответствующей нулевой долготе. Этот меридиан очень близок к гринвичскому.

Земля вращается неравномерно, что вызывает изменение продолжительности суток. Скорость вращения Земли наиболее просто можно охарактеризовать отклонением длительности земных суток от эталонных (86 400 с). Чем короче земные сутки, тем быстрее вращается Земля.

Выделяют три составляющие в величине изменения скорости вращения Земли: вековое замедление, периодические сезонные колебания и нерегулярные скачкообразные изменения.

Вековое замедление скорости вращения Земли обусловлено действием приливных сил притяжения Луны и Солнца. Приливообразующая сила растягивает Землю вдоль прямой, соединяющей её центр с центром возмущающего тела – Луны или Солнца. При этом сила сжатия Земли увеличивается, если равнодействующая совпадает с плоскостью экватора, и уменьшается, когда она отклоняется к тропикам. Момент инерции сжатой Земли больше, чем недеформированной шарообразной планеты, а поскольку момент импульса Земли (т.е. произведение её момента инерции на угловую скорость) должен оставаться постоянным, то скорость вращения сжатой Земли меньше, чем недеформированной. Ввиду того, что склонения Луны и Солнца, расстояния от Земли до Луны и Солнца постоянно меняются, приливообразующая сила колеблется во времени. Соответствующим образом меняется сжатие Земли, что, в конечном счёте, вызывает приливные колебания скорости вращения Земли. Наиболее значительными из них являются колебания с полумесячным и месячным периодами.

Замедление скорости вращения Земли обнаруживается при астрономических наблюдениях и палеонтологических исследованиях. Наблюдения античных солнечных затмений позволили сделать вывод, что длительность суток каждые 100 000 лет увеличивается на 2с. Палеонтологические наблюдения за кораллами показали, что кораллы тёплых морей растут, образуя поясок, толщина которого зависит от количества света, полученного за день. Таким образом, можно определить годовые изменения их строения и подсчитать число суток в году. В современную эпоху находят 365 поясов на кораллах. По палеонтологическим наблюдениям (табл.5) длительность суток возрастает линейно со временем на 1,9с за 100 000 лет.

Таблица 5

По наблюдениям за последние 250 лет сутки увеличивались на 0,0014с в столетие. По некоторым данным кроме приливного замедления имеет место увеличение скорости вращения на 0,001с в столетие, которое вызвано изменением момента инерции Земли вследствие медленного перемещения материи внутри Земли и на её поверхности. Собственное ускорение уменьшает продолжительность суток. Следовательно, если бы его не было, то сутки увеличивались бы на 0,0024с за столетие.

До создания атомных часов вращение Земли контролировалось путём сравнения наблюдённых и вычисленных координат Луны, Солнца и планет. Таким путём удалось получить представление об изменении скорости вращения Земли в течение трёх последних столетий – с конца 17в., когда стали вестись первые инструментальные наблюдения за движением Луны, Солнца и планет. Анализ этих данных показывает (рис.1.27), что с начала 17в. до середины 19в. скорость вращения Земли менялась мало. Со второй же половины 19в. по настоящее время наблюдались значительные нерегулярные флуктуации скорости с характерными временами порядка 60-70 лет.

Рис.1.27. Отклонение длительности суток от эталонных за 350 лет

Наиболее быстро Земля вращалась около 1870г., когда длительность земных суток была на 0,003с короче эталонных. Наиболее медленно - около 1903г., когда земные сутки были длиннее эталонных на 0,004с. С 1903 по 1934гг. происходило ускорение вращения Земли, с конца 30-х годов до 1972г. наблюдалось замедление, а с 1973г. по настоящее время Земля ускоряет своё вращение.

Периодические годичные и полугодичные колебания скорости вращения Земли объясняются периодическими изменениями момента инерции Земли из-за сезонной динамики атмосферы и планетарного распределения атмосферных осадков. По современным данным продолжительность суток в течение года меняется на ±0,001 секунды. При этом самые короткие сутки приходятся на июль-август, а самые длинные – на март.

Периодические изменения скорости вращения Земли имеют периоды 14 и 28 суток (лунные) и 6 месяцев и 1 год (солнечные). Минимальная скорость вращения Земли (ускорение равно нулю) соответствует 14 февраля, средняя скорость (ускорение максимально) – 28 мая, максимальная скорость (ускорение равно нулю) – 9 августа, средняя скорость (замедление минимально) – 6 ноября.

Наблюдаются и случайные изменения скорости вращения Земли, которые происходят через неравномерные промежутки времени, почти кратные одиннадцати годам. Абсолютная величина относительного изменения угловой скорости достигала в 1898г. 3,9×10 -8 , а в 1920г. – 4,5×10 -8 . Характер и природа случайных колебаний скорости вращения Земли мало изучены. Одна из гипотез объясняет нерегулярные флуктуации угловой скорости вращения Земли перекристаллизацией некоторых пород внутри Земли, изменяющей её момент инерции.

До открытия неравномерности вращения Земли производная единица меры времени – секунда – определялась как 1/86400 доля средних солнечных суток. Непостоянство средних солнечных суток вследствие неравномерного вращения Земли заставило отказаться от такого определения секунды.

В октябре 1959г. Международное Бюро мер и весов постановили дать следующее определение фундаментальной единице времени секунде:

«Секунда есть 1/31556925,9747 доля тропического года для 1900г., январь 0, в 12 часов эфемеридного времени».

Так определяемая секунда получила название «эфемеридной». Число 31556925,9747=86400´365,2421988 есть число секунд в тропическом году, продолжительность которого для 1900 года, январь 0, в 12 часов эфемеридного времени (равномерного ньютонианского времени) равнялась 365,2421988 средних солнечных суток.

Иными словами, эфемеридная секунда есть промежуток времени, равный 1/86400 доле средней продолжительности средних солнечных суток, которую они имели в 1900 году, в январе 0, в 12 часов эфемеридного времени. Таким образом, новое определение секунды было связано и с движением Земли вокруг Солнца, тогда как старое определение основывалось только на её вращении вокруг своей оси.

В наши дни время – физическая величина, которую можно измерить с наивысшей точностью. Единица времени – секунда «атомного» времени (секунда СИ) - приравнена продолжительности 9192631770 периодов излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133, была введена в 1967 году решением XII Генеральной конференции мер и весов, а в 1970 году «атомное» время было принято за фундаментальное реперное время. Относительная точность цезиевого эталона частоты составляет 10 -10 -10 -11 в течение нескольких лет. Эталон атомного времени не имеет ни суточных, ни вековых колебаний, не стареет и обладает достаточной определённостью, точностью и воспроизводимостью.

С введением атомного времени существенно улучшилась точность определения неравномерности вращения Земли. С этого момента появилась возможность регистрировать все колебания скорости вращения Земли с периодом более одного месяца. На рис.1.28 показан ход среднемесячных величин отклонений за период 1955-2000гг.

С 1956 по 1961г. вращение Земли ускорялось, с 1962 по 1972г. – замедлялось, а с 1973г. по настоящее время – снова ускорялось. Это ускорение ещё не закончилось и продлится до 2010г. Ускорение вращения 1958-1961гг. и замедление 1989-1994гг. являются кратковременными флуктуациями. Сезонные колебания приводят к тому, что скорость вращения Земли бывает наименьшей в апреле и ноябре, а наибольшей – в январе и июле. Январский максимум значительно меньше июльского. Разность между минимальной величиной отклонения длительности земных суток от эталонных в июле и максимальной в апреле или ноябре составляет 0,001с.

Рис.1.28. Среднемесячные отклонения длительности земных суток от эталонных за 45 лет

Изучение неравномерности вращения Земли, нутаций земной оси и движения полюсов имеет большое научное и практическое значение. Знание этих параметров необходимо для определения координат небесных и земных объектов. Они способствуют расширению наших знаний в различных областях наук о Земле.

В 80-е годы 20 века на смену астрономическим методам определения параметров вращения Земли пришли новые методы геодезии. Доплеровские наблюдения ИСЗ, лазерная локация Луны и ИСЗ, система глобального позиционирования GPS, радиоинтерферометрия являются эффективными средствами для изучения неравномерности вращения Земли и движения полюсов. Наиболее подходящими для радиоинтерферометрии являются квазары – мощные источники радиоизлучения чрезвычайно малого углового размера (менее 0,02²), которые являются, по-видимому, наиболее удалёнными объектами Вселенной, практически неподвижными на небе. Квазарная радиоинтерферометрия представляет эффективнейшее и независимое от оптических измерений средство для изучения вращательного движения Земли.

Что такое орбита? За какое время Земля совершает один оборот вокруг Солнца? Как земная ось располагается относительно плоскости орбиты?

1. Годовое движение Земли. Как и другие планеты, Земля по своей орбите вращается вдоль замкнутого круга вокруг Солнца. Но орбита Земли составляет при этом не правильный, а немного вытянутый круг. Поэтому Земля один раз в год близко подходит к Солнцу (3 января), один раз отходит на самую дальнюю точку орбиты (5 июля). Разница в расстоянии между самой близкой (147 млн. км) и самой дальней (152 млн. км) точками всего 5 млн. км. Это по сравнению со средним расстоянием от Земли до Солнца очень малая величина.
Земля проходит свой путь по орбите вокруг Солнца за 365 дней и 6 часов. Принято считать, что в году 365 дней. Оставшиеся 6 часов в сумме за 4 года составляют 24 часа или одни сутки, которые прибавляют через каждые 4 года к февралю. Тогда 3 года состоят из 365 дней, а четвертый год - из 366 дней. Год, состоящий из 366 дней, называют «високосным ». Февраль в таком году состоит из 29 дней, а в оставшиеся 3 года - из 28 дней.

2. Различие в распределении тепла на поверхности Земли. Количество тепла, поступающее на Землю от Солнца, прямо зависит от положения земной оси к плоскости орбиты. Если земная ось рас­положена перпендикулярно к плоскости орбиты, то на всей территории день был бы равен ночи в течение года. Поэтому не происходило бы смены времен года. Мы бы не знали ни лета, ни зимы, ни весны, ни осени. В экваториальном поясе все время было бы жаркое лето, в средних поясах - осень или весна, ближе к полюсам - весь год стояли бы морозные зимы.
В связи с этим природные пояса и зоны Земли тоже располагались бы иначе, чем сейчас.
Вместо густых лесов Северной Америки и Евразии раскинулась бы вечнозеленая тундра. А полярные стороны закрывал бы вечный щит снега и льда.
Но так как земная ось расположена не перпендикулярно к плоскости орбиты, а под углом в 66,5°, то солнечное тепло распределяется на поверхности Земли иначе. Величина наклона земной оси при движении вокруг Солнца не меняется. Поэтому в любой точке Земли угол падения солнечных лучей и длительность падения в течение года постоянно меняются. В результате меняется количество поступающего тепла и сменяются времена года.
В мае-августе Земля направлена к Солнцу северным полушарием (рис. 10), и на эту сторону планеты поступает больше тепла и света. Поэтому в северном полушарии лето, а в южном, наоборот, зима.

Рис. 10. Смена времен года в зависимости от места расположения Земли на орбите.

В декабре-феврале Земля оказывается на противоположной стороне. Теперь Солнце нагревает больше южное полушарие, там - лето, а в северном полушарии - зима.
В сентябре-ноябре, марте-мае земной шар повернут боком к Солнцу, свет и тепло распределяются на оба полушария. На одном из полушарий - весна, на другом - осень.

1. Почему Земля к Солнцу один раз приближается и один раз отдаляется в течение года?

2. За какое время Земля совершает один оборот вокруг Солнца?

3. Почему в феврале иногда 28 дней, а иногда 29 дней?

4. Почему происходит смена времен года?

5. Какие месяцы соответствуют зиме, весне, лету и осени в вашей местности? 6. В каких случаях не было бы смены времен года?

7. В вашей местности осень. Какое это время года на данной широте южного полушария?

8. Нарисуйте схему расположения Земли на орбите зимой, летом, весной, осенью в вашей местности.

Вопросы и задания для обобщения раздела «Земля - планета Солнечной системы»
1. Какие небесные тела входят в Солнечную систему?

2. Какое значение имеет расположение Земли в Солнечной системе?

3. Почему на других планетах, кроме Земли, нет условий для жизни?

4. Почему астероиды называют малыми планетами?
5. Почему древние люди считали Землю сначала плоской, потом дискообразной?
6. Какие есть доказательства о шарообразной форме Земли? Назовите все в полном объеме. Какие из них вы сами наблюдали?

7. Почему мы не замечаем шарообразную форму Земли?

8. Какое влияние оказывает шарообразная форма Земли на распространение тепла?

9. Какое значение имеет долгота дня и ночи для жизни на Земле?

10. Что происходило бы на Земле, если бы она не вращалась вокруг своей оси?

11. Во сколько лет 1 раз отмечают свой день рождения люди, родившиеся 29 февраля, и почему?

12. Почему и как на Земле происходит смена времен года?

Основные движения Земли в пространстве

© Владимир Каланов,
сайт "Знания-сила".

Наша планета вращается вокруг собственной оси с запада на восток, то есть против часовой стрелки (если смотреть со стороны Северного полюса). Ось - это условная прямая линия, пересекающая земной шар в районе Северного и Южного полюсо́в, то есть полюса́ имеют фиксированное положение и "не участвуют" во вращательном движении, в то время как все другие точки расположения на земной поверхности вращаются, причём линейная скорость вращения на поверхности земного шара зависит от положения по отношению к экватору - чем ближе к экватору, тем линейная скорость вращения выше (поясним, что угловая скорость вращения любого шара одинакова в различных его точках и измеряется в рад/сек , мы обсуждаем скорость перемещения объекта, находящегося на поверхности Земли и она тем выше, чем более объект удалён от оси вращения).

Например, на средних широтах Италии скорость вращения составляет примерно 1200 км/ч, на экваторе она максимальна и составляет 1670 км/ч, тогда как на полюса́х она равна нулю. Следствиями вращения Земли вокруг своей оси являются смена дня и ночи и видимое движение небесной сферы.

Действительно, создается впечатление, что звёзды и другие небесные тела ночного неба движутся в противоположном нашему с планетой движению направлении (то есть с востока на запад). Кажется, что звёзды находятся вокруг Полярной звезды, которая расположена на воображаемой линии - продолжении земной оси в северном направлении. Движение звёзд не является доказательством того, что Земля вращается вокруг своей оси, ведь это движение могло бы быть следствием вращения небесной сферы, если считать, что планета занимает фиксированное, неподвижное положение в пространстве, как думали раньше.

Сутки. Что такое сидери́ческие и солнечные сутки?

Сутки - это отрезок времени, за который Земля совершает полный оборот вокруг собственной оси. Существуют два определения понятия «сутки». «Солнечные сутки» - это промежуток времени вращения Земли, при котором за отправную точку берется Солнце. Другое понятие - «сидери́ческие сутки» (от лат. sidus - родительный падеж sideris - звезда, небесное светило) - подразумевает другую отправную точку - "зафиксированную" звезду, расстояние до которой устремлено к бесконечности, в связи с чем мы допускаем, что её лучи взаимопаралле́льны. Продолжительность двух видов суток отличается друг от друга. Сидери́ческие сутки составляют 23 ч 56 мин 4 с , длительность же солнечных суток чуть дольше и равна 24 часам. Разница связана с тем, что Земля, вращаясь вокруг собственной оси, совершает и орбитальное вращение вокруг Солнца. Разобраться с этим проще с помощью рисунка.

Солнечные и сидерические сутки. Пояснение.

Рассмотрим два положения (см. рис.) , которые Земля занимает, совершая продвижение по своей орбите вокруг Солнца, «А » - место наблюдателя на земной поверхности. 1 - положение, которое занимает Земля (при начале отсчета суток) либо от Солнца, либо от какой-либо звезды́, которую мы определим как точку отсчета. 2 - положение нашей планеты после совершения оборота вокруг собственной оси относительно этой звезды: свет этой звезды, а она находится на большом удалении, дойдёт до нас параллельно направлению 1 . Когда Земля займёт положение 2 , можно говорить о «сидери́ческих сутках», т.к. Земля совершила полный оборот вокруг своей оси относительно дальней звезды, но пока ещё не относительно Солнца. Направление наблюдения за Солнцем несколько изменилось из-за обращения Земли. Для того чтобы Земля совершила полный оборот вокруг собственной оси относительно Солнца («солнечные сутки»), нужно подождать, когда она "довернё́тся" ещё примерно на 1° (эквивалент ежедневного перемещения Земли под углом - она проходит 360° за 365 суток), это займёт как раз приблизительно четыре минуты.

В принципе, продолжительность солнечных суток (хотя и принимается за 24 часа) - величина непостоянная. Это связано с тем, что движение Земли по орбите фактически происходит с переменной скоростью. Когда Земля находится ближе к Солнцу, скорость её движения по орбите выше, по мере удаления от светила скорость понижается. В связи́ с этим введено такое понятие, как «средние солнечные сутки» , именно их продолжительность двадцать четыре часа́.

Кроме того, сейчас достоверно установлено, что период вращения Земли увеличивается под влиянием смены морских приливов и отливов, вызванных Луной. Замедление составляет примерно 0,002 с за столетие. Накапливание таких, на первый взгляд незаметных отклонений, означает, однако, что с начала нашей эры до сегодняшнего дня суммарное замедление уже составляет около 3,5 часов.

Обращение вокруг Солнца - второе основное движение нашей планеты. Земля движется по эллиптической орбите, т.е. орбита имеет форму эллипса. Когда Луна находится в непосредственной близости от Земли и попадает в её тень, происходят затмения. Среднее расстояние между Землей и Солнцем составляет примерно 149,6 миллионов километров. В астрономии используется единица измерения расстояний внутри Солнечной системы; её называют «астрономическая единица» (а.е.). Скорость, с которой Земля движется по орбите, составляет примерно 107 000 км/ч. Угол, образованный земной осью и плоскостью эллипса, составляет примерно 66°33" , и сохраняется на всей орбите.

С точки зрения находящегося на Земле наблюдателя обращение приводит к видимому движению Солнца по эклиптике через звёзды и созвездия, представленные в Зодиаке. На самом деле Солнце также проходит и через созвездие Змееносца, но оно не относится к Зодиакальному кругу.

Времена года

Смена времен года - следствие обращения Земли вокруг Солнца. Причиной сезонных изменений является наклон оси вращения Земли к плоскости её орбиты. Двигаясь по эллиптической орбите, Земля в январе находится в самой близкой к Солнцу точке (перигелий), а в июле в самой отдалённой от него точке - афелий. Причина смены времен года - наклон орбиты, в результате чего Земля наклоняется к Солнцу то одним полушарием, то другим и, соответственно, получает разное количество солнечных лучей. Летом Солнце достигает высшей точки эклиптики. Это означает, что Солнце осуществляет над горизонтом самое длинное движение за сутки, и продолжительность дня максимальна. Зимой, напротив, Солнце находится низко над горизонтом, солнечные лучи падают на Землю не прямо, а косо. Продолжительность дня короткая.

В зависимости от времени года разные части планеты находятся под действием солнечных лучей. Лучи перпендикулярны тропикам во время солнцестояния.

Времена года в северном полушарии

Годовое движение Земли

Определение года, основной календарной единицы времени, не так просто, как кажется на первый взгляд, и зависит от избранной системы отсчёта.

Интервал времени, за который наша планета совершает полный оборот по орбите вокруг Солнца, называется годом. Тем не менее продолжительность года различается в зависимости от того, берётся ли за точку отсчёта при его измерении бесконечно далёкая звезда или Солнце .

В первом случае имеется в виду «звёздный год» («сидерический год») . Он равен 365 суткам 6 часам 9 минутам и 10 секундам и представляет собой время, необходимое для полного обращения Земли вокруг Солнца.

Но если мы изме́рим время, необходимое для того, чтобы Солнце вновь оказалось в той же точке в системе небесных координат, например, в точке весеннего равноденствия, тогда мы получим продолжительность «солнечного года» 365 суток 5 часов 48 минут 46 секунд . Различие между звездным и солнечным годом происходит из-за прецессии точек равноденствия, каждый год дни равноденствия (и, соответственно, солнце стояний ) наступают "раньше" приблизительно на 20 мин. по сравнению с предыдущим годом. Таким образом, Земля обходит свою орбиту чуть быстрее, чем Солнце в его видимом движении через звёзды возвращается в точку весеннего равноденствия.

Учитывая, что продолжительность времён года находится в тесной связи с Солнцем, при составлении календарей за основу берется именно «солнечный год» .

Также в астрономии было введено вместо обычного астрономического времени, определяемого по периоду вращения Земли относительно звёзд, новое равномерно текущее время, не связанное с вращением Земли и названное эфемеридным временем.

Читайте дополнительно про эфемеридное время в разделе: .

Уважаемые посетители!

У вас отключена работа JavaScript . Включите пожалуйста скрипты в браузере, и вам откроется полный функционал сайта!

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.

Вращение Земли вокруг своей оси и Солнца происходит непрерывно. Многие явления зависят от этого движения. Так, день сменяет ночь, один сезон другой, в разных областях устанавливается различный климат.

Суточное вращение Земли, по подсчетам ученых, составляет 23 часа, 56 минут, 4,09 секунды. Таким образом, происходит один полный оборот. Со скоростью приблизительно 1 670 км/час планета совершает движение вокруг оси. К полюсам скорость снижается до нуля.

Человек не замечает вращение связано с тем, что все предметы, находящиеся рядом с ним, движутся одновременно и параллельно с той же скоростью.

Осуществляется по орбите. Расположена она на воображаемой поверхности, проходящей сквозь центр нашей планеты и Эта поверхность именуется плоскостью орбиты.

Сквозь центр Земли проходит воображаемая линия между полюсами - ось. Эта линия и плоскость орбиты не перпендикулярны. Наклон оси примерно равен 23,5 градусам. Величина угла наклона всегда остается одинаковой. Линия, вокруг которой движется Земля, всегда наклонена в одну сторону.

Движение по орбите занимает у планеты год. Вращение Земли при этом осуществляется против часовой стрелки. Следует отметить, что орбита не является идеально круглой. Среднее расстояние до Солнца порядка ста пятидесяти миллионов километров. Оно (расстояние) меняется в среднем на три миллиона километров, формируя, таким образом, незначительный орбитальный овал.

Оборот Земли по орбите равен 957 млн. км. Это расстояние планета преодолевает за триста шестьдесят пять дней, шесть часов, девять минут и девять с половиной секунд. Согласно подсчетам, вращение Земли по орбите происходит со скоростью 29 километров в секунду.

Ученые выяснили, что движение планеты замедляется. Связано это, главным образом, с приливным торможением. На поверхности Земли под влиянием притяжения Луны (в большей степени) и Солнца формируются приливные валы. Они перемещаются с востока на запад (вслед за этими в противоположном движению нашей планеты направлении.

Меньшее значение придается приливам в литосфере Земли. При этом происходит деформация твердого тела в форме несколько запаздывающей приливной волны. Она провоцирует возникновение тормозящего момента, что способствует тому, что замедляется вращение Земли.

Необходимо отметить, что приливы в литосфере влияют на процесс торможения планеты всего лишь на 3%, остальные 97% приходятся на долю морских приливов. Эти данные удалось получить в результате создания карт волн лунных и солнечных приливов.

На скорость Земли оказывает воздействие и атмосферная циркуляция. Она считается основной причиной сезонного неравномерного атмосферы происходит с востока на запад в низких широтах, и с запада на восток - в высоких и умеренных широтах. При этом у западных ветров момент импульса положительный, а у восточных ветров отрицательный и, согласно расчетам, в несколько раз меньше, чем у первых. Эта разница перераспределяется между Землей и атмосферой. При усилении западного ветра или ослаблении восточного у атмосферы возрастает, а у Земли уменьшается. Таким образом, движение планеты замедляется. При усилении восточных ветров и ослаблении западных, соответственно, у атмосферы уменьшается момент импульса. Таким образом, движение Земли становится быстрее. Суммарный момент импульса у атмосферы и планеты является величиной неизменной.

Ученым удалось выяснить, что удлинение суток до 1620 года происходило в среднем на 2,4 миллисекунды в сто лет. После этого года величина уменьшилась практически вдвое и стала составлять 1,4 миллисекунды в сто лет. При этом согласно некоторым недавним подсчетам и наблюдениям, замедление Земли происходит в среднем на 2,25 миллисекунды в сто лет.