Орбита Земли вокруг Солнца: траектория, длина, радиус и скорость вращения

Форма траектории

Долгое время астрономы считали, что орбиты небесных тел представляют собой круги. Однако Иоганн Кеплер установил, что на самом деле планеты, включая Землю, движутся по эллиптической траектории, причем Солнце находится в одном из фокусов этого эллипса.

Эллипс, который выглядит как сплющенный круг, имеет параметр эксцентриситета. Определите, насколько он по форме близок к кругу. Эксцентриситет может варьироваться от нуля до единицы. Если он равен нулю, орбита становится идеальным кругом со звездой в центре. Эксцентриситет Земли составляет 0,0167, что означает, что наша орбита очень близка к круговой.

Точка, в которой звезда находится дальше всего от своего светила, называется апоцентром, а ближайшая точка — перицентром. Термины афелий и перигелий также используются по отношению к планетам солнечной системы. Когда Земля находится в афелии, расстояние от нее до Солнца составляет 152 миллиона км, а в перигелии оно сокращается до 147 миллионов км.

Такое незначительное изменение радиуса орбиты Земли очень важно для жизни на планете, так как позволяет поддерживать на ней стабильное значение средней температуры. Для сравнения: радиус орбиты Меркурия составляет от 46 до 70 миллионов км, что соответствует значению эксцентриситета 0,2.

Теория о магнитных полях

Из курса физики понятно: при попытке соединить два магнита с одинаково заряженными полюсами их естественной реакцией будет желание толкнуть друг друга. На этом факте основана теория магнитных полей, которая утверждает, что, поскольку полюса Земли имеют одинаковый заряд, они стремятся в разных направлениях и поэтому заставляют Землю вращаться.

Не так давно была выдвинута и другая научная гипотеза: магнитосфера Земли толкает внутреннее ядро ​​в направлении с запада на восток, и это заставляет его двигаться вокруг своей оси быстрее, чем остальное тело.

Наклон оси вращения Земли

Под земной осью понимается условная прямая линия, проходящая как через географические полюса нашей планеты, так и через ее центр. Земля совершает свой суточный оборот вокруг этой линии.

По отношению к плоскости, в которой мы движемся вокруг Солнца, эта линия не перпендикулярна, а образует угол 66 ° 33´. Это объясняет изменения в наших сезонах, потому что из-за наклона каждая точка на поверхности земного шара в разные периоды времени получает разное количество тепла и солнечного света.

Никакой внешний фактор (влияние Солнца, притяжение Луны и т.д.) не влияет на угол этого наклона, а вызывает прецессию — движение нашей планеты по траектории в виде кругового конуса. Сейчас Северный полюс Земли «смотрит» на Полярную звезду, самую яркую в созвездии Малой Медведицы.

Примерно через 12 тысячелетий он будет направлен к звезде Вега на противоположной стороне неба и, через аналогичный период времени, обратно к альфа-звезде Малой Медведицы.

Графическое изображение наклона земли.

Линия перемены дат

Земля вращается по оси с запада на восток. В то же время штурманы во главе с Магелланом присоединились к противоположному направлению. Они облетели планету с востока на запад, увидев на один восход солнца меньше, чем видели в Европе во время путешествия. Для того, чтобы такая досадная путаница не возникала каждый раз, когда кто-то решает совершить кругосветное путешествие, проведена линия дат.

Он почти полностью проходит по меридиану 180º и является границей, где время суток остается прежним, но календарная дата меняется.

Например, если на западе линии на календаре 18 мая, то на востоке — еще 17. При этом и там, и там часы показывают примерно одно и то же время.

В отличие от нулевого меридиана линия даты практически не падает на землю. Благодаря этому в большинстве случаев, когда вы перемещаетесь по планете, вам не нужно прибавлять или вычитать сутки. Как уже было сказано, основная часть линии совпадает с меридианом 180º. Соедините два полюса, приземлившись только в Антарктиде.

Правило

При пересечении линии необходимо изменить дату. Если корабль движется с востока на запад, его команда должна увеличить календарный номер на единицу. При движении в обратном направлении он уменьшается. На участке отклонения временной границы, огибая острова Океании, команда имеет право изменить дату только после прохождения меридиана 180º, если судно не заходит в один из портов, т.е нет необходимости синхронизировать с местным временем.

Оказывается, когда вы пересекаете черту в определенном направлении, вы можете прожить один и тот же день дважды. Некоторые романтики планируют такое путешествие на знаменательные даты: годовщину свадьбы, день рождения.

По сути, линия даты — это просто условная граница. Это не основано ни на каком физическом законе. Линия создана для удобства международного общения. Изменение одной даты на другую при пересечении этой границы аналогично смене часов при переходе на летнее или зимнее время. Эти действия помогают человеку связать свое движение или деятельность с космическими процессами, но они не вытекают непосредственно из них.

Расстояние от Земли до Солнца

Средний радиус орбиты Земли, равный 150 миллионам км, принят за астрономическую единицу, за единицу измерения расстояний в космосе. Исторически его было удобно использовать для описания Солнечной системы.

Дело в том, что в нем гораздо проще определить относительные расстояния (например, вычислить, что радиус венерианской орбиты в 1,4 раза меньше радиуса Земли), чем вычислить абсолютные. Поэтому астрономы приняли расстояние между Землей и Солнцем как условную единицу и выразили через нее все другие линейные размеры нашей планетной системы. Только в 1672 году, измерив параллакс Марса, итальянец Джованни Кассини смог впервые оценить радиус орбиты Земли в 140 миллионов км.

Более точное значение астрономической единицы было получено советскими астрономами методом радара Венеры в 1961 году. Они получили значение 149 599 300 ± 2000 км.

Вращение Земли вокруг своей оси

Планета вращается вокруг себя с запада на восток. Мы не чувствуем этого процесса, потому что все объекты движутся одновременно и параллельно друг другу вместе с космическим телом. Во время вращения Земли вокруг своей оси неподвижными остаются только две точки: Северный полюс и Южный полюс.Если соединить их воображаемой линией, получится ось, вокруг которой вращается Земля.

Ось Земли не перпендикулярна, а образует угол 23,5 ° с орбитой Земли.

Осевое вращение Земли вокруг Солнца

Одно из таких обращений Земли называется дневным и длится 24 часа, точнее — 23 часа 56 минут и несколько секунд. Планета движется с запада на восток. Это явление объясняет смену дня и ночи: день наблюдается на той половине земного шара, которая освещена Солнцем, а ночь — на теневой стороне.

День делится на 24 часа (1440 минут или 86400 секунд) и условно делится на четыре характерных интервала: утро, день, вечер и ночь.

Вращение планеты имеет следующие характеристики и последствия:

• Если смотреть с Северного полюса, планета вращается против часовой стрелки.
• Угол вращения составляет 15 градусов в час и такой же везде на Земле.
• Линейная скорость вращения планеты неоднородна. На полюсах он равен нулю и увеличивается по мере приближения к экватору. Город Кито расположен недалеко от экваториальной линии, а это значит, что он и его жители незаметно для себя совершают путешествие с Землей со скоростью 465 м / с. А вот у москвичей, живущих далеко к северу от экватора, скорость вращения будет почти вдвое: 260 м / с
• На экваторе скорость вращения составляет примерно 1668 км / ч.

Скорость движения Земли

Общая длина орбиты нашей планеты составляет 940 миллионов км, что Земля проходит за 365,25 дня, поэтому високосный год делается каждые четыре года, добавляя к нему 29 февраля. В этом случае небесные тела движутся по орбите с нерегулярной скоростью. Планеты движутся быстрее в перицентрах и медленнее в апоцентрах. Земля превращается в афелий 3 июля и в этот день замедляется до 29,2 км / с. 3 января наша планета достигает перигелия, разгоняясь до 30,2 км / с.

Плоскость орбиты

Орбита каждой звезды представляет собой плоскую фигуру, то есть все ее точки лежат в одной плоскости. Плоскость орбиты Земли называется эклиптикой. Интересно, что орбиты всех известных планет Солнечной системы почти находятся в эклиптике. Ось вращения Земли вокруг собственной оси наклонена под углом 23 ° по отношению к эклиптике, следствием этого наклона является неравномерный нагрев северного и южного полушарий в разных частях орбиты, что вызывает сезонность погоды. Когда лето выше экватора, зима ниже его и наоборот.

Солнце также вращается вокруг своей оси, при этом все планеты вращаются в том же направлении, что и звезда. Это косвенное свидетельство того, что когда-то вещество, из которого состоят все планеты и наша звезда, было единым облаком газа и пыли, от которого отделился строительный материал для планет. Однако есть аномалия, объяснения которой пока не найдено. Дело в том, что само Солнце вращается не по эклиптике, а с отклонением от нее на шесть градусов. Астрономы предполагают, что это может служить косвенным доказательством того, что в нашей системе все еще есть неоткрытые планеты, которые не движутся по эклиптике и из-за своего гравитационного эффекта сотрясают ось вращения Солнца.

Отклонение орбиты от идеальной формы

Идея Кеплера о том, что орбиты небесных тел представляют собой эллипсы, очень хорошо описывала поведение планет с точки зрения наблюдателей 17 века, однако по мере увеличения точности измерений происходили отклонения от законов Кеплера. Дело в том, что математическая модель, предложенная немецким астрономом, была основана на двух упрощениях:

• масса планеты ничтожна по сравнению с массой звезды;
• учитывается только взаимное влияние гравитационных сил двух тел, звезды и планеты, а также влияние третьих тел (других планет.

Конечно, на самом деле все сложнее. Действительно, правильнее предположить, что Земля не вращается вокруг Солнца, а оба объекта вращаются вокруг общего центра масс, который называется центром тяжести. Но из-за огромной массы звезды центр тяжести находится внутри нее.

Точные астрономические измерения показывают, что в наше время расстояние между Землей и Солнцем медленно увеличивается со скоростью 15 см в год. Однако это не означает, что наша планета будет постоянно удаляться от звезды, периоды спада могут чередоваться с периодами конвергенции.

Например, астроном Милютин Миланкович обнаружил, что эксцентриситет земной орбиты не постоянен, а изменяется циклически. Продолжительность таких циклов составляет около 100 тысяч лет, в течение которых эксцентриситет изменяется от 0,005 до 0,05. Именно эти колебания являются причиной ледниковых периодов.

«Лишний» день в календаре

Земля совершает один оборот вокруг своей оси примерно за 23 часа 56 минут, а один оборот вокруг Солнца занимает 365 дней и 6 часов. Эта разница в периодах постепенно накапливается, и раз в 4 года в нашем календаре появляется дополнительный день (29 февраля), и этот год называется високосным. Кроме того, на этот процесс влияет Луна, которая находится в непосредственной близости, под влиянием гравитационного поля, вращение Земли которого постепенно замедляется, что, в свою очередь, удлиняет день примерно на одну тысячную каждые 100 лет.

Теория об инертном вращении

Некоторые ученые склоняются к тому, что когда-то (во время своего появления и формирования) Земля вращалась, а теперь вращается по инерции. Сформированный из космической пыли, он начал притягивать к себе другие тела, что дало ему дополнительный импульс. Эта гипотеза применима и к другим планетам Солнечной системы.

У теории много противников, так как она не может объяснить, почему в разное время скорость движения Земли увеличивается или уменьшается. Также неясно, почему некоторые планеты Солнечной системы вращаются в противоположном направлении, например, Венера.

Устойчива ли орбита Земли?

Согласно законам Кеплера, планеты могут вращаться вокруг звезды бесконечно долго, однако из-за отклонений от этих законов возможен вариант и нестабильность, когда планеты покидают свою орбиту или, наоборот, падают на звезду. Аналитически рассчитать это невозможно, поэтому приходится прибегать к компьютерному моделированию.

Сделанные расчеты не позволяют однозначно прогнозировать судьбу планет Солнечной системы. В некоторых моделях Меркурий падает на Солнце или сталкивается с Венерой или Землей. Это также может вызвать столкновение других планет. Но это произойдет через миллиарды лет.

Истинное и среднее солнечное время

Местное солнечное время определяется положением солнца. Из-за того, что орбита, по которой Земля движется вокруг Солнца, не является кругом, а ось Земли наклонена (вот почему сезоны на Земле меняются), истинное солнечное время неоднородно. Максимальная разница в продолжительности истинных солнечных дней в году составляет около 50, если отклонение начала дня от его среднего значения может достигать 16 минут.

Точное местное солнечное время можно узнать, измерив часовой угол Солнца с помощью специального астрономического инструмента. Приблизительное солнечное время можно узнать по солнечным часам (что не очень точно из-за размытия тени).

Солнечные часы

Местное реальное солнечное время использовалось в жизни обычного человека примерно до 18 века. В конце 18 века широкое распространение получили механические часы, конструкция которых все больше совершенствовалась. Различные государства постепенно стали использовать среднее солнечное время, предпочитая его реальному времени. Затем в Женеве он был введен с 1780 года, в Лондоне — с 1792 года, в Берлине — с 1810 года, в Париже — с 1816 года.

В настоящее время местное реальное солнечное время в основном используется астрономами. Получив широкое распространение, он потерял свою актуальность в конце 19 — начале 20 веков из-за введения часового пояса и солнечной системы времени.

Грядут значительные климатические изменения

Восход луны над Тихим океаном

Смена сезона происходит из-за наклона оси вращения Земли по отношению к орбите Солнца, теперь этот угол составляет 66 ° 33. Притяжение других спутников и планет не изменяет угол наклона оси Земли, но заставляет Землю двигаться по круговому конусу — этот процесс называется прецессией. На данный момент положение оси Земли таково, что Северный полюс находится напротив Полярной звезды. В следующие 12 тысяч лет ось Земли сместится из-за воздействия прецессии и столкнется со звездой Вега, которая находится всего на полпути (полный цикл прецессии составляет 25800 лет), и вызовет изменение климата, абсолютно значимое на протяжении всего периода поверхность Земли.

Гипотеза о воздействии Солнца

Наиболее вероятной теорией считается излучение Солнца. Известно, что оно нагревает поверхностные оболочки Земли (воздух, моря, океаны), но при этом нагрев происходит неравномерно, в результате чего морские течения и д ‘воздух.

Именно они при взаимодействии с твердой оболочкой планеты заставляют ее вращаться. Континенты действуют как своего рода вихрь, определяющий скорость и направление движения. Если они недостаточно монолитны, они начинают дрейфовать, что влияет на увеличение или уменьшение скорости.