что такое осевое и орбитальное движение земли
Естествознание.ру
Планета Земля
Земля невероятно красива и разнообразна. Она кажется нам настолько родной и привычной, что порой мы даже не осознаем ее уникальности. Наша планета — единственное астрономическое тело в обозримой Вселенной, где зародилась и существует жизнь. Ученые до сих пор пытаются найти ответ на вопрос, когда и почему это произошло именно на Земле.
История Земли не единственное, что увлекает людей уже много лет. С развитием человечества росло и желание исследовать неизвестные части мира. Оно породило волну открытий, благодаря которым состоялся грандиозный прорыв в познаниях о планете, были описаны новые материки, острова, океаны, произошел кардинальный переворот в привычных представлениях о мире. Казалось бы, сегодня на Земле не осталось места для географических открытий, но в мире по-прежнему обнаруживаются новые виды, уникальные природные образования, новые свидетельства прошлого.
Вместе с освоением планеты вскрылась и ее уязвимость. Появившись на Земле, человек стал переделывать все вокруг под себя. Возводил города, чтобы жить с комфортом, возделывал поля, чтобы не голодать, строил заводы, чтобы производить удобные вещи. Люди беспрерывно изменяют мир, чтобы сделать его богаче и безопаснее, а он, к сожалению, становится все опаснее и беднее. В наши дни Земля по-прежнему нуждается в изучении, только теперь первостепенно не открытие чего-то неизвестного, а поиск оптимальных отношений между Землей и человеком.
Форма и размеры Земли
Традиционно принято считать, что Земля имеет форму шара. Однако это не совсем так.
Первые исследователи считали, что Земля плоская и представляет собой диск, плавающий на поверхности воды. Их взгляды кардинально изменил Аристотель, который не просто предположил, что наша планета круглая, но и доказал это. Сегодня для простоты Землю также называют шаром. Однако не секрет, что из-за вращения вокруг своей оси и возникающей при этом центробежной силы наша планета не может иметь абсолютно шарообразную форму.
Параметры Земли
Соотношение размеров Солнца, Земли и других планет Солнечной системы
Земля — эллипсоид?
Первоначально предполагалось, что Земля имеет форму эллипсоида — она несимметрична и сплюснута у полюсов. Подтверждением этому служит тот факт, что экваториальный радиус на 21,4 км больше, чем расстояние от центра Земли до полюсов (полярный радиус). Кроме того, более точные измерения показали, что расстояние от экватора до Северного полюса меньше, чем до Южного.
Наглядная разница между шаром и эллипсоидом
А может, все-таки геоид?
Эллипсоид (как и шар) — идеальная форма, которую в действительности Земля не может иметь. Данная форма удобна для проведения математических расчетов, поэтому часто используется. Реальная же форма Земли далека от эталона. Она определяется неровностями рельефа материков и океанического дна, такими как впадины и возвышенности, и называется геоидом (что в переводе с греческого языка означает «землеподобный»).
Сравнение поверхностей. Геоид — форма Земли, полученная мысленным продолжением поверхности Мирового океана под континентами
Движение Земли
Сквозь бескрайние просторы Вселенной, среди бесчисленного множества звезд мчится планета, которую мы называем своим домом, — Земля. Нам она кажется необъятным миром, но это лишь иллюзия. В суматохе дней мы редко всматриваемся в небо и не осознаем, что в необозримой пустоте космоса наша планета не более чем песчинка, на которой возникло чудо жизни.
Земля — космическое тело, а мы — космонавты, совершающие длительный полет вокруг Солнца и бороздящие, не думая о том, просторы Вселенной. На протяжении веков люди пытались выяснить, что из себя представляет этот «космический корабль», пассажирами которого они стали. Какой он формы, с какой скоростью мчится? Благодаря человеческому любопытству, упорству исследователей, а затем и научно-техническому прогрессу сегодня почти на все вопросы о Земле у нас есть точные ответы.
Земля, как и другие планеты солнечной системы, находится в постоянном движении. Движение — это жизнь. Данное утверждение справедливо не только для человека, но и для нашей планеты. Каждую секунду мы перемещаемся в космическом пространстве со скоростью около 30 км/с, совершая не одно, а несколько типов движения.
Два основных типа движения Земли и их следствия: а) осевое вращение; б) орбитальное вращение.
Осевое вращение
Первое и наиболее ощутимое для нас — движение Земли вокруг своей оси. День сменяет ночь, а ночь сменяет день, обеспечивая бесконечное течение времени. Наверное, каждый человек хотя бы раз в жизни хотел, чтобы в сутках было больше чем 24 ч, ведь их не всегда хватает на запланированные дела. Оказывается, времени и того меньше! Полный оборот вокруг своей оси Земля совершает за 23 ч 56 мин 4,1 с.
Земля вращается вокруг своей оси с запада на восток
Движение Земли вокруг своей оси во многом напоминает запущенный волчок, ось которого при постепенном замедлении начинает описывать в пространстве конусы. Перемещаясь в космическом пространстве, подобные действия совершает и земная ось, что с течением времени неизбежно приводит к изменению координат светил на звездном небе. Полный цикл земной прецессии составляет около 25 800 лет.
Орбитальное вращение
Второй тип движения — вращение вокруг Солнца. Его наша планета совершает не по строго круговой орбите, а по слегка вытянутой в форме эллипса. Самая близкая к нашему светилу точка земного пути называется перигелием, а самая дальняя — афелием. В афелии мы находимся в июле, а в перигелии — в январе. Земля парит в пространстве не строго перпендикулярно своей орбите, а под наклоном, равным 23,5°. Наклон земной оси и орбитальное вращение обеспечивают неравномерный нагрев поверхности планеты в течение года, из-за чего происходит смена времен года.
Если рассматривать движения Земли в космических масштабах, то можно заметить, что в этих периодах нет круглых чисел, к которым мы привыкли. Например, звездный год — точное время оборота Земли вокруг Солнца — составляет 365 сут. и 6 ч. Лишние шесть часов мы отбрасываем в течение трех лет. Впоследствии они накапливаются и добавляются к каждому четвертому году, который называется високосным.
Схема движения Земли вокруг Солнца
Наша планета движется не только вокруг Солнца, но и вместе с ним. Ежесекундно Солнечная система преодолевает огромные световые расстояния вокруг общего центра Млечного Пути. Как это движение влияет на Землю, до конца не изучено. Полный галактический год составляет около 280 млн лет.
§ 4. Форма, размеры и движения Земли
Моделью земного шара является глобус, на котором в сильно уменьшенном виде изображены все имеющиеся на поверхности Земли объекты: материки и океаны, острова и полуострова, моря и заливы (рис. 32). Всю поверхность Земли можно увидеть, всего лишь один раз повернув глобус. Посмотрите на глобус. Примерно то же самое видят космонавты, находящиеся на околоземной орбите (рис. 33).
Повторим цифры, характеризующие размеры Земли, и постараемся их запомнить: средний радиус земного шара составляет чуть больше 6367 км, а длина его окружности — около 40 000 км.
Движения Земли
Планета наша движется в пространстве. Она одновременно участвует в двух движениях. Первое — движение вокруг Солнца. Его ещё называют годовым или орбитальным. Второе — движение вокруг своей оси. Или, по-другому, суточное или осевое движение.
Орбитальное движение
Орбита Земли — это линия, вдоль которой она перемещается при движении вокруг Солнца. Время, в течение которого Земля совершает полный оборот, называется годом.
Продолжительность года составляет 365 суток и ещё почти 6 часов. За четыре года эти дополнительные 6 часов складываются в ещё одни сутки. Именно поэтому каждые четыре года в самом коротком месяце года — феврале не 28, а 29 дней, а в году не 365 дней, а 366. Такой год называется високосным.
Осевое движение
Земля вращается вокруг своей оси, поворачиваясь к Солнцу то одной, то другой стороной. То, что продолжительность суток, то есть полного оборота планеты вокруг своей оси, составляет 24 часа, известно всем. Как и то, что суточное вращение задаёт ритм бодрствования и сна всем обитателям нашей планеты.
С суточным движением Земли связано одно исключительно важное обстоятельство. Вы ведь, наверное, обращали внимание на то, что школьный глобус насажен на подставку не вертикально, а под некоторым наклоном. Это не заводской брак. Так оно и есть на самом деле, ведь глобус — это очень точная модель земного шара. То есть ось вращения Земли немного наклонена к плоскости земной орбиты. Если быть точным, то угол, образованный земной осью и плоскостью орбиты, составляет 66,5°. Цифру эту запомнить нужно обязательно. Мы ещё встретимся с ней в других темах.
Давайте повторим: ось суточного вращения Земли наклонена к плоскости земной орбиты на угол, равный 66,5°.
Земля вращается. Стало быть, все точки на её поверхности совершают это движение? Нет, не все. Проткните карандашом лист бумаги и покрутите его. Видите? Лист вращается. А ось вращения? То есть карандаш, который вы держите в руке? Если крепко держите, то не вращается. А значит, точка пересечения карандаша с листом бумаги неподвижна. Зато всё вертится вокруг неё. То же самое и с земным шаром.
Шар вращается, а вот точки пересечения его поверхности с осью вращения неподвижны. Эти точки называются полюсами. Слово «полюс», как вы догадываетесь, греческое. И означает оно именно то, что мы уже про него сказали, — «точка».
Итак, на Земле есть всего две точки на поверхности, которые не участвуют в осевом вращении, — это полюса: Северный и Южный (рис. 34).
Движение Земли вокруг своей оси — понятие, следствие и причины
Земля кажется нам иногда огромным миром, но это всего лишь воображение. На самом деле наша планета просто песчинка в необъятной пустоте космоса. Но именно на этой песчинке зародилась жизнь. Ни для кого не секрет, что наша с вами планета всегда находится в движение. Как правило, еще со школьной скамьи мы узнаем, что Земля не стоит на месте. Всем нам известное утверждение «Движение-это жизнь» справедливо не только в отношении человека, но планеты. Именно благодаря такому движению Земли на каждом участке планеты периодически день сменяется ночью.
Что такое осевое вращение планеты?
Под понятием «осевое вращение Земли» подразумевается перемещение планеты вокруг своей оси. Его в полной мере ощущает на себе человек. Перемещение, точнее вращение Земли, происходит с запада на восток. Наблюдая с Северного полюса, можно сказать, что планета крутится против часовой стрелки.
Условная прямая, которую принято считать земной осью, проходит в центре и в географических полюсах планеты. Времена года сменяются на Земле именно благодаря наклону данной оси:
Отсюда можно сделать вывод, что если бы земная ось располагалась под углом 90 градусов, то сезонности на планете не было бы, потому что на половине Земного шара, освещенной Солнцем, до всех точек доходило бы равное количество света и тепла. Следует понимать, что на расположение оси не влияют ни внешние, ни внутренние факторы.
Каждый человек хотя бы раз хотел, чтобы в сутках было больше 24 часов. Примерно 24 часа, а если быть точнее то 23 часа 56 минут и 4 секунды, составляет период вращения вокруг оси, из-за этого осевое движение также называют суточным.
Ось Земли описывает в пространстве конусы при своем движении.
Следствия вращения Земли вокруг своей оси
К чему привело осевое движение нашей планеты:
Почему Земля движется вокруг своей оси?
Если верить самой распространенной теории, то данное явление возникло из-за процессов, которые шли еще во времена образования планет. К зародышам планет, возникшим из космической пыли, притягивались другие космические тела. Какие-то из них были больше Земли, другие меньше. При столкновении с этими телами и могла начать вращаться вокруг своей оси Земля. Затем планеты продолжали вращаться уже по инерции.
Что такое линия перемены дат?
Мореплаватель Магеллан придерживался мнения, что Земля вращается вокруг своей оси с востока на запад. Когда он обогнул планету в таком направлении, то увидел на одни солнечный рассвет меньше, чем в это же самое время встретили в Европе. Именно для отсутствия подобной путаницы во время других путешествий вокруг света, и была придумана линия перемены дат.
Данная линия почти не проходит по территории суши. В основном она совпадает с меридианом 180 градусов. Линия перемены дат соединяет два полюса Земли и попадает на сушу только в Антарктиде. Благодаря этому при путешествии по планете не приходится прибавлять или отнимать один день.
Такая линия является границей, где изменяется календарная дата, но время суток остается одинаковым. Т.е., для примера, если к западу от линии уже наступило первое января, то к востоку еще тридцать первое декабря. Но при этом часы показывают приблизительно одинаковое время и там, и там.
Даты сменяются при пересечении линий. При движении с востока на запад следует прибавить один день к календарному числу. В обратном перемещении, наоборот, отнять. По сути, в основе линии перемены дат нет каких-либо физических закономерностей. Она необходима только для удобного общения стран и государств между собой. Смена дат при пересечении данной границы чем-то напоминает сезонный перевод часов.
Почему мы не ощущаем вращение Земли?
Когда планета крутится вокруг собственной оси, то на своих местах остаются только две точки: Северный и Южный полюса. Если соединить их воображаемой линией, мы сможем получить ось вращения Земли. Данная ось не перпендикулярна к земной орбите, а находится под углом 23,5 градуса. Все предметы при вращении Земли движутся абсолютно одинаково и параллельно друг другу.
Подведение итогов
Таким образом, географическое значение осевого вращения Земли достаточно велико. Благодаря ему сменяются день и ночь, что очень важно для развития жизни на планете, потому что так Земля не может ни перегреться, ни охладиться до тех пределов, при которых жизнь была бы убита либо сильной жарой, либо чрезвычайным холодом. Благодаря осевому вращению планеты многие процессы на нашей планете, связанные с приходом и отступлением тепла, становятся ритмичными. Также огромное значение в жизни планеты играет отклонение движущихся тел от своего изначального направления в левую сторону в Южном полушарии и в правую в Северном.
Осевое вращение Земли и его следствия (5 класс)
Материал дает представление о том, что такое осевое вращение планеты. Раскрывает тайну о восходе и заходе солнца и указывает на факторы влияющие на форму земли в следствии ее вращения.
Осевое вращение земли и его следствия
Благодаря астрономическим наблюдениям был установлен факт, который доказывает, что Земля единовременно принимает активное участие в нескольких видах движения. Если рассматривать нашу планету как часть Солнечной системы, то она совершает обороты вокруг центра Млечного Пути. А если рассматривать планету как единицу Галактики, то она является участницей уже движения на галактическом уровне.
Рис. 1. Осевое вращение земли.
Главным типом движения, которое исследуется учеными с древнейших времён, является вращение Земли вокруг собственной оси.
Осевым вращением Земли именуется размеренное обращение ее вокруг представляемой оси. Все объекты, которые находятся на поверхности планеты, также вращаются вместе с ней. Поворот планеты совершается в противоположном направлении относительно привычного всем движения часовой стрелки. Благодаря этому восход солнца можно отмечать на востоке, а закат — на западе. Ось Земли имеет угол наклона равный 661/2° относительно орбитальной плоскости.
Ось имеет четкие ориентиры в пространстве космоса: её северная оконечность все время обращена к Полярной звезде.
Осевое вращение Земли дает представление о видимом движении небесных тел без использования специализированного оборудования.
Рис. 2. Движение звезд и луны по небу.
Вращением Земли обусловлена смена дня и ночи. Сутки – период абсолютного оборота планеты вокруг оси. Продолжительность суток напрямую зависит от скорости вращения планеты.
Из-за вращения планеты все движущиеся по её поверхности тела отклоняются от исходной направленности в Северном полушарии вправо по ходу своего движения, а в Южном — влево. В реках такая сила в большей степени припирает воду к одному из берегов. У водных артерий Северного полушария часто крутым остается правый берег, а в Южном — левый.
Влияние осевого вращения на форму земли
Планета Земля представляет собой идеальную сферу. Но из-за того, что она слегка сжата в области полюсов, расстояние от ее центра до полюсов на 21 километр меньше, чем расстояние от центра Земли до экватора. Поэтому меридианы на 72 километра короче, чем экватор.
Осевое вращение является причиной:
Чтобы понять, как влияет осевое вращение на форму земли, нужно принимать во внимание действие общепринятых законов физики. Как уже было отмечено, планета имеет «сплющивание» у полюсов из-за действия на нее центробежной силы и гравитации.
Планета вращается так же, как и движется вокруг Солнца. Такие величины как форма, параметры и движение Земли играют большую роль в развитии всех географических явлений и процессов.
Сегодня достоверно известно, что Земля на самом деле постепенно замедляет свое вращение. Из-за силы приливов, которыми связана наша планета с Луной, каждое столетие сутки становятся длиннее на 1,5–2 миллисекунды. Через почти полтора млн. лет в сутках будет уже на один час больше. Людям не стоит опасаться полной остановки Земли. Цивилизация попросту не доживет до этого момента. Приблизительно через 5 млрд. лет Солнце увеличится в размерах и поглотит нашу планету.
Что мы узнали?
Из материала по географии для 5 класса, мы узнали, на что влияет вращение планеты вокруг своей оси. Какие силы воздействуют на форму земли. От чего зависит деление земных суток на день и ночь. За счет чего происходит обогрев Земли солнечными лучами. Что может привести к появлению лишнего часа в сутках. Какое космическое тело теоретически сможет поглотить землю.
Общее землеведение
Учебное пособие посвящено изучению составляющих географической оболочки. Рассматриваются факторы, формирующие географическую оболочку и основную ее структурную особенность – широтную зональность. Законы эволюции, целостности, ритмичности, круговоротов вещества и энергии в географической оболочке описаны для всех сфер Земли с учетом экологических условий. Для студентов географических специальностей учреждений высшего образования, преподавателей, специалистов в области физической географии, охраны природы и рационального природопользования.
Оглавление
Приведённый ознакомительный фрагмент книги Общее землеведение предоставлен нашим книжным партнёром — компанией ЛитРес.
Космические и планетарные факторы формирования географической оболочки
Географическая оболочка, сформировавшаяся на планете, испытывает со стороны космоса и недр Земли постоянное воздействие. Факторы ее формирования можно разделить на космические и планетарные. К космическим факторам относятся движение галактик, излучение звезд и Солнца, взаимодействие планет и спутников, воздействие небольших небесных тел (астероидов, комет, метеорных потоков), к планетарным — орбитальное движение и осевое вращение Земли, форма и размеры планеты, внутреннее строение Земли, геофизические поля.
2.1. Космические факторы
Космос (Вселенная) — весь существующий материальный мир (согласно определению в Советском энциклопедическом словаре; в европейских языках преимущественно используется латинский термин «универсум», тоже означающий все сущее). Он вечен во времени и бесконечен в пространстве, существует объективно, независимо от нашего сознания. Материя во Вселенной сосредоточена в звездах, планетах, астероидах, спутниках, кометах и других небесных телах; 98 % всей видимой массы сконцентрировано в звездах.
Во Вселенной небесные тела образуют системы различной сложности. Например, планета Земля со спутником Луной образует систему. Она входит в более крупную систему — Солнечную, образованную Солнцем и движущимися вокруг него небесными телами — планетами, астероидами, спутниками, кометами. Солнечная система, в свою очередь, является частью Галактики. Галактики образуют еще более сложные системы — скопления галактик. Самая грандиозная звездная система, состоящая из множества галактик, — Метагалактика, — доступная для человека часть Вселенной (видимая с помощью приборов). По современным представлениям, она имеет диаметр около 100 млн световых лет, возраст Вселенной около 15 млрд лет, в нее входит 10 22 звезд.
Расстояния во Вселенной определяются такими величинами, как астрономическая единица и световой год.
Астрономическая единица — среднее расстояние от Земли до Солнца:
1 а.е. = 149 600 000 км.
Световой год — расстояние, которое свет проходит за год:
1 ев. год = 9,46 · 10 12 км.
Звезды в Метагалактике образуют галактики (от др. — греч. galaktikos — млечный, молочный) — это большие звездные системы, в которых звезды связаны силами гравитации. Предположение о том, что звезды образуют галактики, высказал И. Кант в 1755 г.
Наша Галактика называется Млечный путь — грандиозное звездное скопление, видимое на ночном небе как туманная, молочная полоса. Млечный путь состоит из 200 млрд звезд и межзвездной среды. Размеры Галактики постоянно уточняются. В начале XX в. приняли следующие величины: диаметр галактического диска равен 100 тыс. ев. лет. толщина — около 1000 ев. лет. Основным химическим элементом в нашей Галактике является водород, 1/4 приходится на гелий. Расстояние от Солнечной системы до центра Галактики составляет 23–28 тыс. св. лет. Солнце находится на периферии Галактики. Для Земли это обстоятельство очень благоприятно: она расположена в относительно спокойной части Галактики и в течение миллиардов лет не испытывает влияния космических катаклизмов.
Солнечная система вращается вокруг центра Галактики со скоростью 200–220 км/с, совершая один оборот за 180–200 млн лет. За все время существования Земля облетела вокруг центра Галактики не больше 20 раз. На Земле 200 млн лет — продолжительность тектонического цикла. Это очень важный этап в жизни Земли, характеризующийся определенной последовательностью тектонических событий. Цикл начинается погружением земной коры, накоплением мощных толщ осадков, подводным вулканизмом. Далее усиливается тектоническая деятельность, возникают горы, меняются очертания материков, что, в свою очередь, вызывает изменение климата.
На 26-й Ассамблее Международного астрономического союза, которая состоялась в Праге в 2006 г., была утверждена классификация небесных тел, составляющих Солнечную систему. Теперь она выглядит так:
1. Классическая планета: это небесное тело, которое обращается вокруг Солнца, имеет достаточную массу, для того чтобы принять близкую к сферической форму, и очищает окрестности своей орбиты (т. е. рядом с планетой нет других сравнимых с ней тел). Планеты земной группы: Меркурий, Венера, Земля, Марс. Газовые гиганты: Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун.
2. Карликовая планета: это небесное тело, которое обращается вокруг Солнца, имеет достаточную массу, для того чтобы принять близкую к сферической форму, не очищает окрестности своей орбиты и не является спутником планеты. К карликовым планетам предложено относить все планеты меньше Меркурия. В настоящее время в этот класс внесены Плутон, Эрида и самое крупное тело пояса астероидов — Церера.
3. Все остальные объекты, обращающиеся вокруг Солнца, охватываются понятием «малые тела Солнечной системы». Это астероиды, кометы и почти все транснептуновые объекты (небесные тела Солнечной системы, которые обращаются по орбите вокруг Солнца и у которых среднее расстояние до Солнца больше, чем у Нептуна (30 а.е.)).
Таким образом, Солнечная система состоит из центральной звезды — Солнца, восьми планет, более 60 спутников, более 40 000 астероидов и около 1000 000 комет.
Солнце — центральная звезда Солнечной системы. Это ближайшая к Земле звезда. Диаметр Солнца составляет 1,39 млн км, масса — 1,989 · 10 30 кг. По спектральной классификации звезд Солнце является «желтым карликом» (класс G2V), возраст Солнца оценивается в 5–4,6 млрд лет. Солнце вращается вокруг своей оси против часовой стрелки, в том же направлении движутся вокруг него планеты. Основное вещество, образующее Солнце, — водород (71 % массы светила), на гелий приходится 27 %, на углерод, азот, кислород, металлы — 2 %.
Солнце излучает два основных потока энергии — электромагнитное (солнечная радиация) и корпускулярное (солнечный ветер) излучение. Тепловое поле поверхности планет Солнечной системы создается солнечной радиацией.
Электромагнитное излучение распространяется со скоростью света и за 8,4 мин достигает поверхности Земли. В спектре излучения выделяют невидимую ультрафиолетовую радиацию (около 7 %), видимую световую радиацию (47 %), невидимую инфракрасную радиацию (46 %). Доля самых коротких волн и радиоволн составляет менее 1 % излучения.
Корпускулярное излучение — поток заряженных частиц (электронов и протонов). Скорость его 1500–3000 км/с, он достигает магнитосферы за несколько суток. Магнитное поле Земли задерживает корпускулярное излучение, и заряженные частицы начинают двигаться по магнитным силовым линиям.
В пик солнечной активности поток заряженных частиц возрастает. Подходя к магнитосфере, он увеличивает ее напряженность, на Земле начинаются магнитные бури. В это время активизируются тектонические движения, начинаются извержения вулканов. В атмосфере возрастает количество атмосферных вихрей — циклонов, усиливаются грозы. Наиболее ярким и впечатляющим проявлением бомбардировки атмосферы солнечными частицами являются полярные сияния — свечение верхних слоев атмосферы, вызванное ионизацией газов.
Планеты расположены от Солнца в такой последовательности: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун. Все планеты имеют общие свойства и особенности. К общим можно отнести следующие:
✓ все планеты имеют шарообразную форму;
✓ все планеты вращаются вокруг Солнца в одном направлении против часовой стрелки для наблюдателя, смотрящего со стороны Северного полюса мира; это направление называется прямым, в таком же направлении движутся почти все спутники и астероиды;
✓ осевое вращение большинства планет происходит в том же направлении — против часовой стрелки, исключение составляют Венера и Уран, которые вращаются по часовой стрелке;
✓ орбиты большинства планет близки по форме к окружности, эксцентриситет (отношение расстояния между центром и фокусом эллипса к длине большой полуоси) их мал, поэтому планеты не подходят близко друг к другу, их гравитационное воздействие мало, что объясняется законами планетарных движений Кеплера;
✓ орбиты всех планет находятся примерно в одной плоскости эклиптики, причем каждая следующая планета примерно в два раза дальше от Солнца, чем предыдущая; эта закономерность описывается правилом, которое было установлено И.Д. Тициусом в 1766 г. и получило известность благодаря работам И.Э. Боде в 1772 г.
Правило Тициуса — Боде (известно также как закон Боде) представляет собой формулу, приблизительно описывающую расстояния между планетами Солнечной системы и Солнцем (средние радиусы орбит). Правило формулируется следующим образом: к каждому элементу последовательности Di = 0,3,6,12…. прибавляется 4, затем результат делится на 10. Полученное число считается радиусом в астрономических единицах. То есть
Эту же формулу можно записать по-другому:
Результаты вычислений приведены в табл. 1. Из таблицы видно, что правилу соответствует и пояс астероидов, тогда как Нептун, наоборот, выпадает из этой закономерности, причем его место странным образом занимает Плутон, который, по решению 26-й Ассамблеи Международного астрономического союза, планетой вообще не является.
Расстояния между планетами Солнечной системы и Солнцем (средние радиусы орбит)
Планеты условно делятся на две большие группы: планеты земной группы и планеты-гиганты. К первой группе относятся Меркурий, Венера, Земля, Марс. Вторую группу образуют Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун. Плутон по размерам и свойствам ближе к ледяным спутникам планет-гигантов.
В Солнечной системе 99,9 % массы заключено в Солнце, поэтому основная сила, управляющая движением тел в Солнечной системе, — это притяжение Солнца. Так как планеты движутся вокруг Солнца в одной плоскости практически по круговым орбитам, их взаимное притяжение невелико, но и оно вызывает отклонения в движении планет. Вероятно, большее взаимодействие планет происходит тогда, когда они подходят близко друг к другу. Известно явление, называемое «парадом планет», когда на одной линии выстраивается большинство планет. В 2002 г. на одну линию «встали» пять планет — Меркурий, Венера, Марс, Юпитер, Сатурн. В 2011 г. Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и Уран расположились в созвездии Рыб (наблюдение за данным явлением было возможным перед восходом Солнца, главным образом в южном полушарии).
Астероиды (от греч. asteroeideis — звездоподобные) — малые тела Солнечной системы. Они образуют тонкое кольцо между орбитами Марса и Юпитера (предположительно образовались после разрушения планеты Фаэтон или за счет сгустков первичного газопылевого облака). В среднем они расположены на расстоянии 2,2–3,6 а.е. от Солнца. Первый астероид назван Церера (1801 г.), к 1880 г. было известно уже около 200 астероидов, сейчас орбиты вычислены для более 40 000 астероидов. Самый большой астероид Церера имеет диаметр 1000 км, диаметр Паллады — 608 км, Весты — 540, Гигии — 450 км. Практически все астероиды имеют неправильную форму, только самые крупные приближаются к шару.
Кометы (от греч. kometes — хвостатые) — небольшие несветящиеся тела Солнечной системы, которые становятся видимыми только при подходе к Солнцу. Движутся по сильно вытянутым эллипсам. Число комет измеряется миллионами. С приближением к Солнцу у них резко обособляется «голова» и «хвост». Головная часть состоит изо льда и частиц пыли. В разреженной газопылевой среде хвоста обнаружены ионы натрия и углерода. Одна из самых известных комет — комета Галлея — каждые 76 лет появляется в зоне видимости Земли.
Метеоры — мельчайшие твердые тела массой несколько граммов, вторгшиеся в атмосферу планеты. Мелкие частицы вещества, двигаясь со скоростью 11–12 км/с, из-за трения в атмосфере разогреваются до 1000 °C, что вызывает их свечение на протяжении нескольких секунд. Они сгорают в атмосфере, не долетая до поверхности. Метеоры делятся на единичные и метеорные потоки. Наиболее известны метеорные потоки Персеиды (падают в августе), Дракониды (октябрь), Леониды (ноябрь). Если Земля пересекает орбиту метеорного потока, частицы «налетают на планету», начинается «звездный дождь». Упавшие на поверхность планеты небесные тела называются метеоритами. Наибольший метеорный кратер на Земле имеет диаметр 1265 м и расположен в Аризоне около каньона Диабло. Наиболее распространенными элементами метеоритов являются кислород, железо, кремний, магний, никель и др.
Солнечно-земные связи — ответные реакции ГО на изменения солнечной активности. К солнечно-земным связям необходимо отнести:
✓ динамический фактор, т. е. совокупность явлений, обусловленных движением Земли вокруг Солнца по орбите и вековыми изменениями параметров движения (прежде всего положения земной оси в пространстве);
✓ энергетический фактор, связанный с поступлением солнечной радиации; на уровне земной поверхности изменчивость энергетического фактора определяется известными обстоятельствами — суточным ритмом, сменой времени года и состоянием атмосферы и земной поверхности;
✓ вещественный поток α — и β-частиц, т. е. протонов и электронов «солнечного ветра», который участвует в материальном балансе верхней части атмосферы (экзосферы и ионосферы).
В настоящее время солнечную активность связывают с регулярным образованием в атмосфере Солнца пятен, факелов, вспышек, протуберанцев. В середине XIX в. швейцарский астроном Р. Вольф вычислил количественный показатель солнечной активности, известный во всем мире как число Вольфа. Уровень солнечной активности изменяется с периодичностью около 11 лет. Главным аспектом влияния Солнца на Землю, энергетической базой солнечно-земных связей является поток солнечной радиации, энергия электромагнитного и корпускулярного излучения. На пути к поверхности Земли солнечное излучение преодолевает несколько преград: межпланетную среду, нейтральную атмосферу, ионосферу и геомагнитное поле. Одновременно с 11-летним циклом протекает вековой, точнее 80—90-летний, цикл солнечной активности. Несогласованно накладываясь друг на друга, они вносят заметные изменения в процессы, совершающиеся в ГО. В частности, установлена корреляция между 11-летним циклом солнечной активности и землетрясениями, колебаниями уровня озер, рек, грунтовых вод, частотой полярных сияний, интенсивностью грозовой деятельности, температурой воздуха, атмосферным давлением, урожайностью сельхозкультур, повторяемостью эпидемических заболеваний, смертностью населения и др. Велико воздействие солнечной активности на общую циркуляцию воздушных масс в тропосфере. Установлено, что интенсивность ее изменяется в максимумы 11-летних циклов, а вместе с ней изменяется и тип атмосферной циркуляции.
2.2. Планетарные факторы
Форма Земли. Земля — третья от Солнца планета Солнечной системы и самая крупная планета земной группы. Вместе с Луной Земля образует систему — двойную планету.
Фигура Земли — понятие модельное, некоторая идеализация, с помощью которой стремятся описать форму планеты. В зависимости от цели описания пользуются различными моделями формы планеты — различными фигурами. Расположим известные модели в ряд от общих к более детализированным, считая их последовательными приближениями к истинной форме Земли (рис. 2).
Рис. 2. Представления о форме поверхности Земли (по Г.Н. Каттерфельду): 1 — сфера; 2 — эллипсоид вращения; 3 — геоид (кардиоид)
1. Первое приближение — сфера. Это наиболее общая модель формы нашей планеты. Сфера не имеет выраженной единственной оси симметрии, все ее оси равноправны, их бесчисленное множество, как и экваторов. Однако Земля, как уже отмечалось, имеет одну ось вращения и экваториальную плоскость — плоскость симметрии (а также плоскости симметрии меридианов). Это несоответствие сферической модели Земли ее реальной форме ощутимо проявляется при изучении горизонтальной структуры ГО, характеризующейся выраженной поясностью и известной симметрией относительно экватора (с элементами диссимметрии).
2. Второе приближение — эллипсоид вращения. Тип симметрии эллипсоида вращения отвечает указанным выше особенностям формы Земли (выраженная ось, экваториальная плоскость симметрии, меридиональные плоскости). Эта модель используется в высшей геодезии для расчета координат, построения картографических сеток и других вычислений.
3. Третье приближение — трехосный кардиоидальный эллипсоид вращения. В этой модели северный полярный радиус больше южного на 30-100 м.
4. Четвертое приближение — геоид. Понятие ввел в 1873 г. немецкий физик И.Б. Листинг. Геоид — уровенная поверхность, совпадающая со средним уровнем Мирового океана (МО) и являющаяся геометрическим местом точек пространства, имеющих одинаковый потенциал тяжести. Теоретически поверхность геоида в каждой точке перпендикулярна направлению силы тяжести (т. е. линии отвеса) и отождествляется со средним положением спокойной водной поверхности в океанах и открытых морях, мысленно продолженной также и под материками. Поверхность геоида всюду выпуклая (что отвечает выпуклости океанической поверхности).
Несмотря на всю сложность своей поверхности, геоид мало отличается от сфероида. Отклонения, за отдельными исключениями, составляют не более ±100 м, т. е. поверхность геоида редко выступает над поверхностью сфероида более чем на 100 м и редко погружается под поверхность сфероида более чем на такую же величину. Средняя же величина отступления геоида от наиболее удачно подобранного земного эллипсоида не превышает ±50 м.
Элементы земного эллипсоида, рассчитанные Ж.-Б.-Ж. Деламбром (1800), Ф.-В. Бесселем (1841), Д. Хейфордом (1909) и другими учеными, неодинаковы, так как вычислены по геодезическим измерениям разных по протяженности дуг меридианов и параллелей. Земной эллипсоид, принятый для обработки геодезических измерений и установления единой государственной системы координат, называется референц-эллипсоидом.
На территории СССР пользовались эллипсоидом Бесселя до 1946 г. Однако этот эллипсоид был рассчитан в основном по данным Западной Европы. На Дальнем Востоке его поверхность сильно уклонялась от поверхности Земли.
Более точные результаты размеров земного эллипсоида получены в 1940 г Ф.Н. Красовским и А.А. Изотовым по результатам астрономо-геодезических работ, выполненных на территории СССР, Западной Европы и США. Размеры земного эллипсоида, получившего название «референц-эллипсоид Красовского», были приняты для геодезических и картографических работ на всей территории СССР.
Отклонения поверхности референц-эллипсоида Красовского от поверхности геоида не превышают 150 м.
В настоящее время основные геометрические параметры общеземного эллипсоида определяются более точными методами с использованием искусственных спутников Земли. Для сравнения в табл. 2 приведены размеры земного эллипсоида, определенные Бесселем, Красовским и в глобальной геоцентрической системе координат WGS — 84 (World Geodetic System, 1984).
Размеры земного эллипсоида
При картографических работах (составление карт мелких масштабов) Землю достаточно принимать за шар, объем которого равен объему земного сфероида. Исходя из размеров эллипсоида Красовского R = 6 371 110 м.
Значение астрономического положения Земли для природы ее поверхности:
1. Благодаря тому что в центре Солнечной системы находится одинарная звезда Солнце, орбитальное и осевое движение Земли, как и других планет, равномерно, и поэтому все природные процессы на Земле ритмичны, их колебания не выходят за критические для жизни пределы.
2. Так как Земля образована в ближайшей к Солнцу части прото-планетного облака, она состоит из тяжелых элементов, обеспечивших ее высокую плотность.
3. По этой же причине масса Земли достаточно велика (5,98 · 10 24 кг), чтобы удержать около себя водород в количестве, необходимом для образования больших масс воды, но она не настолько огромна, чтобы подобно Юпитеру планета состояла в основном из водорода. Также следует отметить, что соответствующие плотность и масса Земли позволяют удерживать вокруг планеты атмосферу.
4. Земля находится на таком расстоянии от Солнца, при котором приливное трение невелико и планета быстро вращается вокруг оси.
5. Вместе с тем удаление Земли от Солнца благоприятно для температурного режима атмосферы.
Значение шарообразной формы Земли для природы ее поверхности:
1. Солнечные лучи на шаровую поверхность Земли падают на различных широтах под разными углами; интенсивность нагревания земной поверхности уменьшается от экватора к полюсам, что проявляется в распределении тепла, а следовательно, и разнообразии климатов.
2. В сочетании с вращением Земли в поле солнечной радиации шарообразность обусловливает зональность природы.
3. Влияние сферической формы проявляется в циркуляции воздуха, океанических течениях, приливно-отливных движениях воды и других географических явлениях.
4. Шарообразная форма планеты обусловливает разделение ее на освещенную и не освещенную Солнцем части (день и ночь), а следовательно, влияет на тепловой режим Земли.
Земля совершает множество движений одновременно. В географии принято учитывать и анализировать три из них: орбитальное движение, осевое (суточное) вращение и движение системы «Земля — Луна».
Орбитальное движение Земли. Вокруг Солнца Земля вращается по эллиптической орбите (длина 934 млн км) со скоростью 29,765 км/с. Солнце расположено в одном из фокусов этой орбиты. Средний радиус орбиты 149,6 млн км. В афелии (самой удаленной от светила точке) расстояние до Солнца составляет 152 · 10 6 км и приходится на 5 июля, а спустя полгода, в перигелии (2 января), оно уменьшается и составляет 147 · 10 6 км. Полный оборот вокруг Солнца Земля совершает в течение года за 365 сут 6 ч 9 мин 9 с.
Географические следствия орбитального движения Земли:
1. Земная ось наклонена по отношению к плоскости орбиты и образует с нею угол, равный 66°33′. В процессе движения ось перемещается поступательно, поэтому на орбите возникают 4 характерные точки (рис. 3):
✓ 21 марта и 23 сентября — дни равноденствий: наклон земной оси оказывается нейтральным по отношению к Солнцу, а обращенные к нему участки планеты равномерно освещены от полюса до полюса; на всех широтах в эти сроки продолжительность дня и ночи равна 12 ч;
✓ 22 июня и 22 декабря — дни летнего и зимнего солнцестояний: плоскость экватора наклонена по отношению к солнечному лучу под углом 23°27: Солнце в этот момент находится в зените над одним из тропиков.
2. С наклоном земной оси к плоскости орбиты связано наличие таких характерных параллелей, как тропики и полярные круги. Полярный круг — параллель, широта которой равна углу наклона земной оси к плоскости орбиты (66°33′). Тропик — параллель, широта которой дополняет угол наклона земной оси до прямого (23°27′). Полярные круги являются границами распространения полярного дня и полярной ночи. Тропики являются границами зенитального положения Солнца в полдень. На тропиках Солнце бывает в зените один раз, в пространстве между ними — два раза в году.
Рис. 3. Движение Земли по орбите вокруг Солнца
3. Смена времен года: зима, весна, лето, осень — северное полушарие (СП); лето, осень, зима, весна — южное полушарие (ЮП). Характерно неравномерное распределение года по сезонам (весна содержит 92,8 сут, лето — 93,6, осень — 89,8, зима — 89,0 сут), что объясняется делением эллиптической орбиты Земли линиями солнцестояний и равноденствий на неравные части, для прохождения которых требуется разное время.
4. Образование поясов освещения, которые выделяются по высоте Солнца над горизонтом и продолжительности освещения. В жарком поясе, расположенном между тропиками, Солнце дважды в год в полдень бывает в зените. На линиях тропиков Солнце стоит в зените только один раз в году: на Северном тропике (тропик Рака) в полдень 22 июня, на Южном тропике (тропик Козерога) — в полдень 22 декабря.
Между тропиками и полярными кругами выделяются два умеренных пояса. В них Солнце никогда не бывает в зените, продолжительность дня и высота Солнца над горизонтом сильно меняются в течение года.
Между полярными кругами и полюсами расположены два холодных пояса, здесь бывают полярные дни и ночи. Следовательно, в году бывают дни, когда Солнце вообще не показывается из-за горизонта или не опускается за горизонт.
5. Смена времен года обусловливает годовой ритм в ГО. В жарком поясе годовой ритм зависит, главным образом, от изменения увлажнения, в умеренном — от температуры, в холодном — от условий освещения.
Осевое вращение Земли. Земля вращается с запада на восток против часовой стрелки, совершая полный оборот за сутки (23 ч 56 мин 4 с). Ось вращения отклонена на 23°27′ от перпендикуляра к плоскости эклиптики. Средняя угловая скорость вращения, т. е. угол, на который смещается точка на земной поверхности, для всех широт одинакова и составляет 15° за 1 ч. Линейная скорость, т. е. путь, проходимый точкой в единицу времени, зависит от широты места. Географические полюсы не вращаются, там скорость равна нулю. На экваторе каждая точка проходит наибольший путь и имеет наибольшую скорость — 455 м/с. Скорость на одном меридиане разная, на одной параллели одинаковая.
Географические следствия осевого вращения Земли:
1. Смена дня и ночи, т. е. изменение в течение суток положения Солнца относительно плоскости горизонта данной точки (осевое вращение дает основную единицу времени — сутки). С этим связан суточный ритм солнечной радиации, интенсивность которой зависит от угла наклона земной оси, а также ритмы нагревания и охлаждения поверхности, местной циркуляции воздуха, жизнедеятельности живых организмов.
2. Деформация фигуры Земли — сплюснутость у полюсов (полярное сжатие), связанная с возрастанием центробежной силы от полюсов к экватору.
3. Существование силы Кориолиса — отклоняющего действия вращения Земли. Сила Кориолиса всегда перпендикулярна движению, направлена вправо в северном полушарии и влево — в южном. Величина ее зависит от скорости движения и массы движущегося тела, а также от широты места (рис. 4):
где m — масса тела; v — линейная скорость тела; w — угловая скорость вращения Земли (важна только в вековом аспекте, для небольших отрезков времени угловая скорость принимается постоянной); ср — широта места.
4. Ось вращения, полюсы и экватор являются основой географической системы координат. Экватор служит плоскостью симметрии, относительно которой размещаются пояса освещения, меняются величина солнечной радиации и другие важные параметры. От полушария (северного и южного) зависит направление силы Кориолиса, а от широты — ее величина, полюсы не участвуют в суточном вращении.
Рис. 4. Сила Кориолиса
Движение в системе «Земля — Луна». Двойная планета «Земля — Луна» вращается вокруг общего центра масс (барицентра), находящегося внутри планеты Земля на расстоянии 0,737? (радиуса Земли) от ее центра. Поэтому все точки описывают одинаковые орбиты, центробежные силы повсеместно одинаковы и направлены в одну сторону — от Луны. Равнодействующая силе притяжения Луны и центробежной есть приливообразующая сила. На всей половине Земли, обращенной к Луне, больше сила притяжения, а на половине, обращенной от Луны, — центробежная сила. Воздействие Луны — спутника Земли велико. Оно создает приливное торможение суточного вращения нашей планеты, которое имеет большое географическое значение, если рассматривать длительные (в сотни миллионов лет) отрезки геологического времени. Приливное торможение, вызывая замедление вращения, уменьшает полярную сплюснутость Земли и силу Кориолиса, отклоняющую движущиеся массы воздуха и воды. Это влияет на циркуляцию атмосферы и вод океана, от которых, в свою очередь, зависят условия климата. Считают, что из-за замедления суточного вращения Земли продолжительность суток за последний 1 млрд лет возросла на 6 ч.