地球と太陽がどのように回転するか。 地球は地軸の周りをどれくらいの速度で回転しますか?

V = (R e R p R p 2 + Re 2 t g 2 φ + R p 2 h R p 4 + Re 4 t g 2 φ) ω (\displaystyle v=\left((\frac (R_(e) \,R_(p))(\sqrt ((R_(p))^(2)+(R_(e))^(2)\,(\mathrm (tg) ^(2)\varphi ))) +(\frac ((R_(p))^(2)h)(\sqrt ((R_(p))^(4)+(R_(e))^(4)\,\mathrm (tg) ^ (2)\varphi )))\right)\omega )、 どこ R e (\displaystyle R_(e))= 6378.1 km - 赤道半径、 R p (\displaystyle R_(p))= 6356.8 km - 極半径。

• この速度で東から西に飛行する飛行機 (高度 12 km: モスクワの緯度では 936 km/h、サンクトペテルブルクの緯度では 837 km/h) は慣性基準系内で静止します。
• 1恒星日の周期で地軸を中心に回転する地球と、1年周期で太陽の周りを回転することを重ねると、太陽日と恒星日の不平等が生じます。平均太陽日の長さはちょうど24時間です。これは恒星日よりも 3 分 56 秒長いです。

物理的意味と実験による確認

地球の地軸の周りの回転の物理的意味

あらゆる動きは相対的なものであるため、特定の物体の動きを研究するための特定の基準系を示す必要があります。 地球が架空の軸の周りを回転すると言うとき、それは地球が慣性基準系に対して回転運動を行うことを意味し、この回転の周期は恒星日、つまり地球の完全な公転の周期に等しい(天球（地球）を基準とした相対的な値です。

地軸を中心とした地球の回転に関するすべての実験的証拠は、地球に関連付けられた基準系が特別なタイプの非慣性基準系、つまり慣性基準系に対して回転運動を行う基準系であるという証明に帰着します。

慣性運動 (つまり、慣性座標系に対する等直線運動) とは異なり、閉じた実験室の非慣性運動を検出するために、外部物体の観察を行う必要はありません。そのような運動は、局所的な実験 (つまり、実験はこの研究室内で行われます）。 この言葉の意味では、地軸の周りの地球の回転を含む非慣性運動は絶対的と呼ぶことができます。

慣性力

遠心力の影響

自由落下加速度の地理的緯度への依存性。実験によると、自由落下の加速度は地理的緯度に依存し、極に近づくほど加速度が大きくなります。 これは遠心力の作用で説明されます。 まず、高緯度に位置する地表上の点は自転軸に近いため、極に近づくとその距離は大きくなります。 r (\表示スタイル r)回転軸から減少し、極でゼロに達します。 第二に、緯度が増加すると、遠心力ベクトルと水平面との間の角度が減少し、これにより遠心力の垂直成分が減少します。

この現象は 1672 年にフランスの天文学者ジャン・リシェがアフリカ遠征中に赤道での振り子時計がパリよりも遅いことを発見したときに発見されました。 ニュートンはすぐに、振り子の振動周期は重力加速度の平方根に反比例し、赤道では遠心力の作用により加速度が減少すると述べてこれを説明しました。

地球の偏平性。遠心力の影響により、極では地球が扁平になります。 17 世紀末にホイヘンスとニュートンによって予言されたこの現象は、ペルーでこの問題を解決するために特別に装備された 2 つのフランス遠征隊 (ピエール・ブーゲー率いる) のデータを処理した結果、1730 年代後半にピエール・ド・モーペルテュイによって初めて発見されました。シャルル・ド・ラ・コンダミーヌ）とラップランド（アレクシス・クレローとモーペルテュイ自身の指導の下）。

コリオリの力の影響: 実験室での実験

この効果は極で最も明確に表現されます。極では、振り子面が完全に回転する周期が、地球がその軸の周りを回転する周期（恒星日）と等しくなります。 一般に、周期は地理的緯度の正弦に反比例し、赤道では振り子の振動面は変化しません。

ジャイロスコープ- 大きな慣性モーメントを持つ回転体は、強い外乱がない場合、その角運動量を保持します。 フーコーは、極点にないフーコーの振り子に何が起こるかを説明するのに飽きて、別のデモンストレーションを展開しました。吊り下げられたジャイロスコープはその方向を維持しました。これは、観察者に対してゆっくりと回転したことを意味します。

銃の発砲時の発射体の偏向。コリオリの力のもう 1 つの観察可能な兆候は、水平方向に発射された発射体の軌道の偏向 (北半球では右へ、南半球では左へ) です。 慣性基準系の観点から見ると、子午線に沿って発射される発射体の場合、これは地球の回転の線形速度が地理的緯度に依存するためです。赤道から極点まで移動する際、発射体はその速度を維持します。速度の水平成分は変化しませんが、地表上の点の回転の線速度は減少します。これにより、発射体の子午線から地球の回転方向への移動が生じます。 ショットが赤道に平行に発射された場合、発射体の平行からの変位は、発射体の軌道が地球の中心と同じ平面上にあり、地球の表面上の点が一定の方向に移動するという事実によるものです。地球の自転軸に垂直な面。 この効果（子午線に沿って射撃した場合）は、17 世紀の 40 年代にグリマルディによって予測されました。 1651 年にリッチョーリによって初めて出版されました。

自由落下する物体の垂直からの偏差。 ( ) 物体の速度に大きな垂直成分がある場合、コリオリの力は東に向けられ、高い塔から (初速度なしで) 自由落下する物体の軌道の対応する逸脱につながります。 慣性基準系で考えると、この効果は、地球の中心に対する塔の上部が基部よりも速く移動するという事実によって説明され、そのため、本体の軌道は狭い放物線になることがわかり、本体は塔の基部よりわずかに前に出ます。

エトヴェシュ効果。低緯度では、地表に沿って移動するコリオリの力は垂直方向に向けられ、その作用により、物体が西に移動しているか東に移動しているかに応じて、重力加速度が増加または減少します。 この効果は、20 世紀初頭に実験的に発見したハンガリーの物理学者ロラン・エトヴェシュにちなんで、エトヴェシュ効果と呼ばれています。

角運動量保存則を利用した実験。一部の実験は角運動量保存則に基づいています。慣性基準系では、角運動量 (慣性モーメントと回転角速度の積に等しい) の大きさは、内部力の影響下では変化しません。 。 ある初期の瞬間に施設が地球に対して静止している場合、慣性基準系に対する施設の回転速度は地球の回転角速度に等しくなります。 システムの慣性モーメントを変更すると、その回転の角速度が変化するはずです。つまり、地球に対する回転が始まります。 地球に関連付けられた非慣性基準系では、コリオリ力の結果として回転が発生します。 このアイデアは、1851 年にフランスの科学者ルイ・ポアンソによって提案されました。

最初のそのような実験は 1910 年にハーゲンによって実行されました。滑らかなクロスバー上の 2 つの重りは、地球の表面に対して動かないように設置されました。 次に、負荷間の距離が減少しました。 その結果、インスタレーションは回転し始めました。 さらに実証的な実験は、1949 年にドイツの科学者ハンス ブッカによって行われました。長さ約 1.5 メートルの棒が長方形のフレームに垂直に取り付けられました。 当初、ロッドは水平であり、設置物は地球に対して静止していました。 次に、ロッドを垂直位置にすると、装置の慣性モーメントが約 10 4 倍変化し、地球の自転速度よりも 10 4 倍高い角速度で急速に回転します。

お風呂の漏斗。

コリオリの力は非常に弱いため、シンクや浴槽から排水するときの水の渦の方向への影響は無視できるほどであり、一般に漏斗内の回転方向は地球の自転とは無関係です。 慎重に制御された実験でのみ、コリオリの力の影響を他の要因から分離することができます。北半球では漏斗は反時計回りに回転し、南半球ではその逆になります。

コリオリ力の影響: 周囲の自然現象

光学実験

地球の回転を実証する多くの実験はサニャック効果に基づいています。リング干渉計が回転運動を行うと、相対論的効果により、逆方向に伝播するビームに位相差が現れます。

どこ A (\displaystyle A)- 赤道面（回転軸に垂直な面）へのリングの投影面積、 c (\表示スタイル c)- 光の速度、 ω (\displaystyle \omega )- 回転の角速度。 地球の自転を実証するために、この効果は 1923 年から 1925 年に実施された一連の実験でアメリカの物理学者マイケルソンによって使用されました。 サニャック効果を使用した現代の実験では、リング干渉計を校正するために地球の回転を考慮する必要があります。

地球の日周回転に関する実験的実証は他にも数多くあります。

回転ムラ

歳差運動と章動運動

地球の毎日の自転の考えの歴史

古代

地軸の周りの地球の回転による空の毎日の回転の説明は、ピタゴラス学派の代表であるシュラクサイ人のハイケトゥスとエクファントスによって最初に提案されました。 いくつかの復元によれば、地球の自転はクロトン（紀元前5世紀）のピタゴラス学派のフィロラウスによっても確認されました。 プラトンの対話篇には地球の自転を示唆していると解釈できる記述がある ティマイオス .

しかし、ヒセタスとエクファンテスについてはほとんど何も知られておらず、その存在自体が疑問視されることもあります。 ほとんどの科学者の意見によれば、フィロラウスの世界システムにおける地球は回転運動を行ったのではなく、セントラル・ファイアーの周りを並進運動をしていました。 プラトンは他の作品でも、地球は動かないという伝統的な見解に従っています。 しかし、地球の回転という考えが哲学者ポントスのヘラクレイデス（紀元前4世紀）によって擁護されたという多くの証拠が私たちに届きました。 おそらく、ヘラクレイデスの別の仮定は、地球がその軸の周りを回転しているという仮説と関連しています。各星は、地球、空気、エーテルを含む世界を表しており、これらすべては無限の空間にあります。 実際、毎日の空の回転が地球の回転を反映しているのであれば、星が同じ球上にあると考えるための前提条件は消えてしまいます。

約 1 世紀後、地球の自転に関する仮定は、サモス島の偉大な天文学者アリスタルコス (紀元前 3 世紀) によって提案された最初の仮定の一部になりました。 アリスタルコスはバビロニアのセレウコス人（紀元前2世紀）や、宇宙は無限であると考えたポントスのヘラクレイデスからも支持されました。 地球が毎日自転するという考えは、紀元 1 世紀に支持者がいたという事実。 たとえば、哲学者セネカ、デルキュリダス、天文学者クラウディウス プトレマイオスのいくつかの発言によって証明されています。 しかし、大多数の天文学者や哲学者は、地球が動かないことを疑いませんでした。

地球の運動の考えに対する反論は、アリストテレスとプトレマイオスの著作に見られます。 したがって、彼の論文では、 天国についてアリストテレスは、回転する地球上では、垂直に上向きに投げられた物体は運動の開始点まで落下することができない、つまり投げられた物体の下で地球の表面が移動するという事実によって、地球の不動性を正当化した。 アリストテレスによる地球の不動性を支持するもう 1 つの議論は、彼の物理理論に基づいています。地球は重い天体であり、重い天体は世界の中心に向かって移動する傾向があり、地球の周りを回転することはありません。

プトレマイオスの研究から、地球の回転仮説の支持者は、空気とすべての地球上の物体の両方が地球と一緒に動くというこれらの議論に反応したことがわかります。 どうやら、この議論における空気の役割は根本的に重要であるようです。なぜなら、地球と一緒に動く空気が私たちの惑星の回転を隠していることが暗示されているからです。 プトレマイオスはこれに反対します。

空中の物体は常に遅れているように見えます... そして、もし物体が全体として空気とともに回転すると、どの物体も他の物体より先にも遅れているようにも見えず、飛行したり投げたりしながらその場に留まります。地球は静止していないので、私たちが個人的に見ているような、別の場所への逸脱や移動は行わず、減速したり加速したりすることもありません。

中世

インド

地球が地軸の周りを回転していることを示唆した最初の中世の著者は、インドの偉大な天文学者で数学者のアリヤバータ (5 世紀後半から 6 世紀初頭) でした。 彼は論文のいくつかの場所でそれを定式化しています アリヤバティヤ、 例えば：

前進する船に乗っている人が後退する固定物体を見るのと同じように、観測者は...西に向かって直線的に移動する恒星が見えます。

このアイデアがアリヤバータ自身のものなのか、それとも古代ギリシャの天文学者から借用したのかは不明です。

アリヤバータを支持したのは、ただ 1 人の天文学者、プルトゥダカ (9 世紀) でした。 ほとんどのインドの科学者は地球の不動性を擁護した。 したがって、天文学者ヴァラハミヒラ (6 世紀) は、回転する地球では、空を飛んでいる鳥は巣に戻れず、石や木が地表から飛び去ってしまうだろうと主張しました。 傑出した天文学者ブラフマグプタ (6 世紀) も、高い山から落ちた物体は麓に沈む可能性があるという古い議論を繰り返しました。 しかし同時に、彼はヴァラハミヒラの議論の 1 つを拒否しました。彼の意見では、たとえ地球が回転しても、物体は重力のためにそこから外れることはありません。

イスラム東部

地球の自転の可能性は、イスラム教東部の多くの科学者によって検討されました。 したがって、有名な幾何学者アル・シジジはアストロラーベを発明しましたが、その動作原理はこの仮定に基づいています。 一部のイスラム学者（名前は私たちに伝わっていない）は、地球の回転に対する主な議論、つまり落下物体の軌道の垂直性を反論する正しい方法さえ見つけました。 本質的に、動きの重ね合わせの原理が提唱され、これによれば、あらゆる動きは 2 つ以上の要素に分解できます。つまり、回転する地球の表面に関して、落下する物体は鉛直線に沿って動きますが、その点は鉛直線に沿って動きます。この線を地球の表面に投影すると、地球の回転によって転写されることになります。 これは、有名な百科事典学者アル・ビルーニによって証明されていますが、彼自身は地球が動かないことに傾倒していました。 彼の意見では、落下物体に何らかの追加の力が作用した場合、回転する地球に対するその作用の結果、実際には観察されない何らかの影響が生じるだろう。

マラガ天文台とサマルカンド天文台に関係していた 13 世紀から 16 世紀の科学者の間で、地球の不動性を実証的に証明できる可能性についての議論が起こりました。 したがって、有名な天文学者クトゥブ アドディン アッシュ シラージ (13 世紀から 14 世紀) は、地球が動かないことは実験によって証明できると信じていました。 一方、マラガ天文台の創設者であるナシル・アッディン・アル・トゥシは、地球が回転すると、この回転は地球の表面に隣接する空気の層によって分割され、地球の表面近くのすべての動きは起こるだろうと信じていました。地球は、まるで地球が静止しているかのように、まったく同じことが起こるでしょう。 彼は彗星の観測を利用してこれを実証しました。アリストテレスによれば、彗星は大気の上層で起こる気象現象です。 しかし、天体観測では、彗星が毎日の天球の回転に関与していることが示されています。 その結果、空気の上層は空の自転によって持ち去られ、したがって下層も地球の自転によって持ち去られる可能性があります。 したがって、この実験では地球が回転するかどうかという疑問には答えることができません。 しかし、彼は地球の不動性を支持し続けました。これはアリストテレスの哲学に一致していたからです。

後世のほとんどのイスラム学者（アル・ウルディ、アル・カズウィニ、アン・ナイサブリー、アル・ジュルジャニ、アル・ビルジャンディなど）は、回転する地球と静止する地球上のすべての物理現象は同じように起こるというアル・トゥシの意見に同意した。 。 しかし、空気の役割はもはや基本的なものとは考えられなくなりました。空気だけでなく、すべての物体も回転する地球によって運ばれます。 したがって、地球の不動性を正当化するには、アリストテレスの教えを関与させる必要があります。

これらの論争において特別な立場をとったのは、サマルカンド天文台の 3 代目所長であるアラウディン・アリ・アル・クシチ (15 世紀) であり、彼はアリストテレスの哲学を否定し、地球の回転は物理的に可能であると考えました。 17世紀、イランの神学者で百科事典学者のバハ・アドディン・アル・アミリも同様の結論に達しました。 彼の意見では、天文学者や哲学者は地球の自転を否定する十分な証拠を提供していません。

ラテン・ウェスト

地球の運動の可能性についての詳細な議論は、パリのスコラ学者ジャン＝ブリダン、ザクセンのアルベール、オレームのニコラス（14世紀後半）の著作に広く記載されている。 彼らの作品の中で示されている、空ではなく地球の自転を支持する最も重要な議論は、宇宙に比べて地球が小さいことであり、そのため毎日の空の自転を宇宙のせいとするのは非常に不自然である。

しかし、これらの科学者は全員、根拠は異なるものの、最終的には地球の自転を否定しました。 したがって、ザクセンのアルバートは、この仮説では観測された天文現象を説明できないと信じていました。 ブリダンとオレシュムはこれに当然のことながら反対し、自転が地球によるものであるか宇宙によるものであるかに関係なく、天体現象は同じように起こるべきだと主張した。 ブリダンは、地球の回転に反対する重要な議論を 1 つだけ見つけることができました。それは、垂直に上向きに発射された矢は垂直線に沿って落ちますが、彼の意見では、地球の回転により、矢は地球の動きに遅れて西に落ちるはずです。ショットのポイントの。

しかし、この主張さえもオレスメは拒否した。 地球が自転すると、矢は垂直上方に飛び、同時に地球とともに回転する空気に捕らえられながら東に移動します。 したがって、矢は発射された場所から同じ場所に落ちるはずです。 ここでも空気の魅力的な役割について言及されていますが、実際には特別な役割を果たしているわけではありません。 次のたとえ話がこれを物語っています。

同様に、動いている船内で空気が閉じられている場合、この空気に囲まれている人にとっては、空気は動いていないように見えます...人がこれに気づかずに東に高速で移動している船に乗っていたとします。もし彼が船のマストに沿って手を一直線に伸ばすと、彼には手が直線的な動きをしているように見えるでしょう。 同様に、この理論によれば、垂直上または垂直下に矢を射った場合にも同じことが起こるように思えます。 東に高速で移動する船の内部では、縦、横、下、上、全方向のあらゆる種類の動きが発生する可能性があり、それらは船が静止しているときとまったく同じように見えます。

次に、オレスムは相対性原理を予測する定式化を示します。

したがって、天には日周運動があり、地球には日周運動がないことをいかなる実験によっても証明することは不可能である、と私は結論づけます。

しかし、地球の自転の可能性に関するオレスム氏の最終評決は否定的でした。 この結論の根拠は次の聖書の本文でした。

しかし、これまでのところ、反対の議論にもかかわらず、誰もが支持しており、私は、「神は地球の円を作り、それは動かされない」ため、動くのは地球ではなく[天国]であると信じています。

地球が毎日自転する可能性については、中世ヨーロッパの科学者やその後の哲学者によっても言及されましたが、ブリダンとオレームに含まれていない新たな議論は追加されませんでした。

したがって、中世の科学者はほとんど地球の回転の仮説を受け入れませんでした。 しかし、その議論の中で、東洋と西洋の科学者は多くの深い考えを表明し、それは後にニューエイジの科学者によって繰り返されました。

ルネサンスと現代

16 世紀前半、空の毎日の回転の原因は地軸の周りの地球の回転であると主張するいくつかの著作が出版されました。 そのうちの 1 つは、イタリアのチェリオ・カルカニーニの論文「空は動かず、地球は回転するという事実、あるいは地球の永久運動について」（1525 年頃に書かれ、1544 年に出版）でした。 彼は同時代の人々にあまり印象を残さなかった。なぜなら、その時までにポーランドの天文学者ニコラウス・コペルニクスの基本的な著作『天球の回転について』（1543年）がすでに出版されていたからだ。地球はサモスのアリスタルコスのように、世界の地動説の一部になりました。 コペルニクスは以前、小さな手書きのエッセイで自分の考えを概説しました ちょっとしたコメント(1515 年以降)。 コペルニクスの主要な著作より 2 年早く、ドイツの天文学者ゲオルグ・ヨアヒム・レティクスの著作が出版されました。 最初のナレーション(1541)、コペルニクスの理論が広く説明されました。

16世紀、コペルニクスは天文学者のトーマス・ディッゲス、レティカス、クリストフ・ロスマン、マイケル・メストリン、物理学者のジャンバティスタ・ベネデッティ、サイモン・ステヴィン、哲学者のジョルダーノ・ブルーノ、神学者のディエゴ・デ・ズニガによって全面的に支持された。 一部の科学者は、地球の地軸の周りの回転を受け入れ、その並進運動を拒否しました。 これは、ウルススとしても知られるドイツの天文学者ニコラス・ライマースや、イタリアの哲学者アンドレア・チェザルピーノとフランチェスコ・パトリッツィの立場でした。 地球の自転運動を支持したが、その並進運動については発言しなかった傑出した物理学者ウィリアム・ヒルベルトの視点は完全には明らかではない。 17 世紀初頭、世界の地動説 (地軸を中心とした地球の回転を含む) は、ガリレオ・ガリレイとヨハネス・ケプラーから多大な支持を受けました。 16 世紀から 17 世紀初頭にかけて、地球の運動という考えに対して最も影響力のある反対者は、天文学者のティコ ブラーエとクリストファー クラヴィウスでした。

地球の自転と古典力学の形成に関する仮説

基本的には、16 世紀から 17 世紀にかけてのことです。 地球の自転を支持する唯一の議論は、この場合、膨大な回転速度を恒星球のせいにする必要はない、というのが、古代においてさえ、宇宙の大きさが地球の大きさを大幅に超えていることがすでに確実に確立されていたからである。 (この議論は Buridan と Oresme にも含まれていました)。

この仮説に対して、当時の力学的概念に基づく考察が表明されました。 まず第一に、これは落下体の軌道の垂直性です。 他にも、東方向と西方向の射程距離が等しいなどの議論もあった。 地球上の実験では毎日の自転の影響が観察できないという質問に答えて、コペルニクスは次のように書きました。

地球が水の要素と結びついて回転するだけでなく、大気のかなりの部分と、何らかの形で地球に似ているすべてのもの、または地球に最も近い空気は、土と水の物質で飽和しており、回転します。地球と同じ自然法則、または隣接する地球によって何の抵抗もなしに一定の回転で与えられる運動を獲得したもの

したがって、地球の自転が観測できない主な役割は、自転による空気の巻き込みによって行われます。 16世紀のコペルニクス派の大多数も同じ意見を共有していました。

16 世紀の宇宙の無限の支持者には、トーマス ディッゲス、ジョルダーノ ブルーノ、フランチェスコ パトリッツィもいた。彼らは皆、地球がその軸の周りを回転している (最初の 2 つは太陽の周りも回転している) という仮説を支持していました。 クリストフ・ロスマンとガリレオ・ガリレイは、宇宙の無限性について明確に語っていませんでしたが、星は地球からさまざまな距離にあると信じていました。 一方、ヨハネス・ケプラーは地球の自転を支持しながらも、宇宙の無限性を否定しました。

地球の回転に関する議論の宗教的背景

地球の自転に対する多くの反対意見は、聖書の本文との矛盾に関連していました。 これらの反対意見には 2 つのタイプがありました。 まず、日々の運動を行っているのが太陽であることを確認するために、聖書のいくつかの場所が引用されています。たとえば、次のとおりです。

太陽が昇り、太陽が沈み、昇る場所へ急いで行きます。

この場合、太陽の東から西への運動は毎日の空の自転の一部であるため、地球の自転が影響を受けます。 これに関連して、ヨシュア記の一節がよく引用されます。

主がギベオンでアモリ人をイスラエルの手に渡され、彼らがイスラエルの子らの前で打ちのめされた日、イエスは主に叫び、イスラエル人の前でこう言われた、「太陽よ、ギベオンの上に立ちなさい」 、そしてアヴァロンの谷の上の月！

停止の命令は地球ではなく太陽に与えられたため、毎日の運動を行っているのは太陽であると結論づけられました。 地球の不動性を支持するために、次のような他の文章も引用されています。

あなたは地球を堅固な基盤の上に据えました。それは永遠に揺るがれることはありません。

これらの文章は、地球が地軸を中心に回転するという見解と太陽の周りの公転の両方に矛盾すると考えられていました。

地球の自転の支持者（特にジョルダーノ・ブルーノ、ヨハネス・ケプラー、特にガリレオ・ガリレイ）は、いくつかの面で主張しました。 まず、彼らは、聖書は一般の人々に理解できる言語で書かれており、もしその著者が科学的に明確な言語を提供した場合、聖書はその主要な宗教的使命を果たすことができないだろうと指摘した。 したがって、ブルーノは次のように書いています。

多くの場合、与えられた事例や都合に基づいてではなく、真実に基づいて多くの推論を行うのは愚かであり、得策ではありません。 たとえば、「太陽が生まれて昇り、正午を通過してアクイロンに傾く」という言葉の代わりに、賢者は次のように言いました。「地球は東に向かって円を描き、沈む太陽を離れて傾きます」蟹座から南、山羊座からアクイロンまでの2つの熱帯地方に向かって」と聞くと、リスナーは次のように考え始めます。 彼は地球が動くと言っていますか？ これは何のニュースですか? 結局、彼らは彼を愚か者だと考えるでしょう、そして彼は実際に愚か者になるでしょう。

この種の答えは、主に太陽の日周運動に関する反対に対して与えられました。 第二に、聖書の一部の箇所は寓意的に解釈されるべきであることが指摘されました（聖書の寓意の記事を参照）。 したがって、ガリレオは、聖書を文字通り全体的に解釈すると、神には手があり、怒りなどの感情に影響されやすいことが判明するだろうと指摘しました。一般に、聖書の教義の擁護者の主な考えは、地球の動きは、科学と宗教が異なる目標を持っているということでした。科学は理性の議論に導かれて物質世界の現象を調査しますが、宗教の目標は人間の道徳的向上と救済です。 この点に関してガリレオは、聖書は天がどのように機能するかではなく、天に昇る方法を教えているというバローニオ枢機卿の言葉を引用した。

これらの議論はカトリック教会によって説得力がないとみなされ、1616年に地球の自転の教義は禁止され、1631年にガリレオは弁護の罪で異端審問によって有罪判決を受けた。 しかし、イタリア国外では、この禁止は科学の発展に大きな影響を与えず、主にカトリック教会自体の権威の低下に寄与しました。

地球の運動に対する宗教的議論は教会の指導者だけでなく、科学者（たとえばティコ・ブラーエ）によってもなされたことを付け加えなければなりません。 一方、カトリック修道士パオロ・フォスカリーニは、「地球の可動性と太陽の不動性、そして宇宙の新しいピタゴラス系に関するピタゴラス派とコペルニクスの見解に関する手紙」（1615年）という短いエッセイを書きました。そこで彼はガリレオに近い考察を表明し、スペインの神学者ディエゴ・デ・スニガは、聖書の一部の箇所を解釈するためにコペルニクス理論をさえ使用しました（ただし、後に考えを変えました）。 したがって、神学と地球の運動に関する教義との間の対立は、科学と宗教との間の対立というよりも、科学の基礎となる古い（17世紀初頭までにはすでに時代遅れだった）方法論原理と新しい方法論原理との間の対立であった。 。

科学の発展における地球の自転仮説の意義

地球の回転理論によって引き起こされる科学的問題の理解は、古典力学の法則の発見と、宇宙の無限の考えに基づく新しい宇宙論の創造に貢献しました。 この過程で議論されたこの理論と聖書の文字通りの解釈との間の矛盾は、自然科学と宗教の境界線の一因となった。

私たちの地球は常に動いています。

• 自身の軸の周りの回転、太陽の周りの動き。
• 私たちの銀河の中心の周りを太陽とともに回転します。
• 局所銀河群の中心に対する相対的な動きなど。

地球の地軸の周りの動き

地軸を中心とした地球の回転(図1)。 地軸は、その周りを回転する仮想の線とみなされます。 この軸は、黄道面の垂線から 23 度 27 インチずれています。地球の軸は、北極と南極の 2 点で地表と交差します。北極から見ると、地球の回転は反時計回りに発生します。 、一般に信じられているように、惑星は1日でその軸の周りを完全に回転します。

米。 1. 地軸を中心とした地球の回転

1 日は時間の単位です。 恒星日と太陽日があります。

恒星の日- これは、地球が星に対してその軸の周りを回転する期間です。 これらは 23 時間 56 分 4 秒に相当します。

晴れた日- これは、地球が太陽に対してその軸の周りを回転する期間です。

私たちの惑星がその軸を中心に回転する角度は、どの緯度でも同じです。 1 時間で、地球の表面上の各点は元の位置から 15 度移動します。 しかし同時に、移動速度は地理的緯度に反比例します。赤道では 464 m/s ですが、緯度 65°では 195 m/s にすぎません。

1851 年の地球の地軸の周りの回転は、J. フーコーの実験で証明されました。 パリのパンテオンでは、ドームの下に振り子が吊り下げられ、その下に分割された円が置かれていました。 その後の動きごとに、振り子は新しい分割点に到達しました。 これは、振り子の下にある地球の表面が回転する場合にのみ起こります。 振り子のスイング面は子午線と一致するため、赤道での位置は変わりません。 地球の自転は地理的に重要な影響を及ぼします。

地球が回転すると遠心力が発生します。これは惑星の形状を形作る上で重要な役割を果たし、重力を軽減します。

軸回転のもう 1 つの最も重要な結果は、回転力の形成です。 コリオリの力。 19世紀に それは力学の分野のフランスの科学者によって最初に計算されました G. コリオリ (1792-1843)。 これは、移動する基準座標系の回転が質点の相対運動に及ぼす影響を考慮するために導入された慣性力の 1 つです。 その影響は次のように簡単に表現できます。北半球ではすべての移動物体が右に偏向され、南半球では左に偏向されます。 赤道ではコリオリの力はゼロになります（図3）。

米。 3. コリオリ力の作用

コリオリ力の作用は、地理的エンベロープの多くの現象に広がります。 その偏向効果は、気団の移動方向で特に顕著です。 地球の自転の偏向力の影響で、両半球の温帯緯度の風は主に西向き、熱帯緯度の風は東向きになります。 コリオリ力の同様の発現は、海水の移動方向にも見られます。 川の谷の非対称性もこの力と関係しています（通常、北半球では右岸が高く、南半球では左岸が高く​​なります）。

地軸を中心とした地球の回転は、地表を東から西に横切る太陽の照明の移動、つまり昼と夜の変化にもつながります。

昼と夜の変化は、生き物や無生物の自然に毎日のリズムを生み出します。 概日リズムは光と温度条件に密接に関係しています。 気温、昼と夜の風などの毎日の変化は、生き物の自然界でも発生することがよく知られています。光合成は日中のみ可能であり、ほとんどの植物は異なる時間に花を開きます。 日中に活動する動物もいれば、夜に活動する動物もいます。 人間の生活も概日リズムで流れます。

地球がその軸を中心に回転することによるもう 1 つの影響は、地球上のさまざまな地点での時差です。

1884 年以来、ゾーンタイムが採用されました。つまり、地球の表面全体が、それぞれ 15 度の 24 のタイムゾーンに分割されました。 後ろに 標準時各ゾーンの中央子午線の現地時間を取得します。 隣接するタイムゾーンの時刻は 1 時間異なります。 ベルトの境界は、政治、行政、経済の境界を考慮して描かれています。

ゼロベルトは、本初子午線の両側を走るグリニッジベルト（ロンドン近郊のグリニッジ天文台にちなんで命名）と考えられています。 子午線の時刻が考慮されます。 世界時。

子午線 180 度は国際的なものと見なされます 日付変更線- 地球の表面上の通常の線で、その両側の時間と分が一致し、暦日が 1 日異なります。

夏の日光をより合理的に利用するために、我が国は 1930 年に導入しました。 マタニティタイム、タイムゾーンより 1 時間進んでいます。 これを達成するために、時計の針は 1 時間進められました。 この点で、モスクワは第 2 タイムゾーンに属しており、第 3 タイムゾーンの時間に従って生活しています。

1981 年以降、4 月から 10 月までは時間が 1 時間繰り上げられます。 これはいわゆる 夏時間。省エネのために導入されています。 夏には、モスクワは標準時より 2 時間進んでいます。

モスクワが位置するタイムゾーンの時刻は次のとおりです モスクワ

太陽の周りの地球の動き

地球は自転しながら同時に太陽の周りを移動し、365日5時間48分46秒で一周します。 この期間はと呼ばれます 天文学的な年。便宜上、1年は365日であると考えられており、4年ごとに6時間のうち24時間が「積み重なる」と、1年は365日ではなく366日となります。 今年はと呼ばれます うるう年そして2月に1日追加されます。

地球が太陽の周りを移動する宇宙の経路は、と呼ばれます 軌道(図4)。 地球の軌道は楕円形なので、地球から太陽までの距離は一定ではありません。 地球が入っているとき 近日点(ギリシャ語より ペリ- 近く、近く、そして ヘリオス- 太陽） - 太陽に最も近い軌道の点 - 1 月 3 日の距離は 1 億 4,700 万 km です。 この時期、北半球は冬です。 太陽からの最大距離 遠日点(ギリシャ語より アロ- から離れて ヘリオス- 太陽) - 太陽からの最大距離 - 7 月 5 日。 これは1億5,200万kmに相当します。 この時期、北半球は夏です。

米。 4. 太陽の周りの地球の動き

太陽の周りの地球の年間運動は、空における太陽の位置の継続的な変化、つまり太陽の正午の高度、日の出と日の入りの位置の変化、明るい部分と暗い部分の継続時間によって観察されます。日が変わります。

軌道上を移動するとき、地軸の方向は変化せず、常に北極の方向を向いています。

地球から太陽までの距離の変化、および太陽の周りの運動面に対する地軸の傾きの結果として、一年を通して地球上で太陽放射の不均一な分布が観察されます。 このようにして季節の変化が起こりますが、これは自転軸が公転面に対して傾いているすべての惑星の特徴です。 （黄道） 90°とは違います。 北半球の惑星の公転速度は冬には速く、夏には遅くなります。 したがって、冬の半年間は 179 日、夏の半年間は 186 日になります。

地球が太陽の周りを移動し、その公転面に対して地軸が 66.5 度傾いた結果、私たちの惑星は季節の変化だけでなく、昼と夜の長さの変化も経験します。

太陽の周りの地球の自転と地球上の季節の変化を図に示します。 81 (北半球の季節に応じた春分点と夏至)。

年に2回だけ、地球上の昼と夜の長さがほぼ同じになる春分の日です。

春分- 太陽が黄道に沿って見かけの年周期運動をしている間に、太陽の中心が天の赤道を横切る瞬間。 春分と秋分があります。

3月20～21日と9月22～23日の春分の日の太陽の周りの地球の回転軸の傾きは太陽に対して中立であることが判明し、太陽に面する地球の部分は極から端まで均一に照らされます。ポール（図5）。 太陽光線は赤道では垂直に降り注ぎます。

昼が最も長くなり、夜が最も短くなるのは夏至の日です。

米。 5. 春分の日の太陽による地球の照明

夏至- 太陽の中心が赤道から最も遠い黄道の点（夏至点）を通過する瞬間。 夏至と冬至があります。

6月21日から22日の夏至の日、地球は地軸の北端が太陽に向かって傾いた位置にあります。 そして、光線は赤道ではなく、緯度23度27インチの北方熱帯に垂直に降り注ぎます。極地だけでなく、極地を超えた緯度66度までの空間も24時間照らされます。 33インチ（北極圏）。 この時点の南半球では、赤道と南北極圏 (66 度 33 インチ) の間にある部分だけが照らされます。この日、それを越えた地表は照らされません。

12月21日から22日の冬至の日には、すべてが逆に起こります（図6）。 太陽の光はすでに熱帯南部に垂直に降り注いでいます。 南半球でライトアップされる地域は、赤道と熱帯の間だけでなく、南極付近も含まれます。 この状態は春分まで続きます。

米。 6. 冬至の地球の輝き

夏至の日の地球の 2 つの平行線では、正午の太陽は観察者の頭の真上、つまり天頂にあります。 このような類似点は次のように呼ばれます 熱帯地方。熱帯北部 (北緯 23 度) では太陽は 6 月 22 日に天頂に達し、熱帯南部 (南緯 23 度) では 12 月 22 日に太陽が頂点に達します。

赤道では、昼と夜は常に同じです。 地表への太陽光の入射角や日の長さはほとんど変化しないため、季節の変化は顕著ではありません。

北極圏それらは極地の昼と夜が存在する地域の境界であるという点で注目に値します。

極地の日- 太陽が地平線の下に沈まない期間。 極点が北極圏から遠ざかるほど、極日は長くなります。 北極圏の緯度（66.5°）では1日しか続きませんが、極では189日続きます。 北半球の北極圏の緯度では、極日は夏至の日である6月22日に観察され、南半球では南北極圏の緯度で12月22日に観察されます。

極夜北極圏の緯度での 1 日から極地での 176 日まで続きます。 極夜の間、太陽は地平線の上に現れません。 北半球の北極圏の緯度では、この現象は 12 月 22 日に観察されます。

白夜のような素晴らしい自然現象に注目しないことはできません。 ホワイトナイト- これらは夏の初めの明るい夜であり、夕方の夜明けが朝に集まり、薄明かりが一晩中続くときです。 それらは、真夜中の太陽の中心が地平線から 7 度以下しか下にないとき、緯度 60 度を超える両半球で観察されます。 サンクトペテルブルク（北緯約60度）では6月11日から7月2日まで、アルハンゲリスク（北緯64度）では5月13日から7月30日まで白夜が続きます。

年間の動きに関連した季節のリズムは、主に地表の明るさに影響を与えます。 地球上の地平線上の太陽の高さの変化に応じて、次の 5 つがあります。 照明ゾーン。高温帯は北回帰線と南回帰線（北回帰線と北回帰線）の間にあり、地表の 40% を占め、太陽からの熱量が最大であることが特徴です。 南半球と北半球の熱帯と北極圏の間には、中程度の明るいゾーンがあります。 ここでは、一年の季節がすでに表現されています。熱帯から遠ざかるほど、夏は短く涼しく、冬は長くて寒くなります。 北半球と南半球の極域は北極圏によって制限されています。 ここでは、一年を通して地平線からの太陽の高さが低いため、太陽熱の量は最小限です。 極域は極地の昼と夜によって特徴付けられます。

太陽の周りの地球の年間運動に応じて、季節の変化とそれに伴う緯度にわたる地表の照度の不均一だけでなく、地理的エンベロープ内のプロセスの重要な部分、つまり天候の季節変化、川や湖の状況、動植物の生活のリズム、農作業の種類とタイミング。

カレンダー。カレンダー- 長期間を計算するためのシステム。 このシステムは、天体の動きに伴う周期的な自然現象に基づいています。 カレンダーは、季節の変化、昼と夜の変化、月の満ち欠けなどの天文現象を利用しています。 最初の暦はエジプトで 4 世紀に作成されました。 紀元前 e. 45 年 1 月 1 日、ジュリアス シーザーはユリウス暦を導入しました。ユリウス暦は現在もロシア正教会で使用されています。 これは、16 世紀までにユリウス年の長さが天文学的な年の長さより 11 分 14 秒長くなったためです。 10 日間の「誤差」が蓄積され、春分の日は 3 月 21 日ではなく、3 月 11 日に発生しました。 この誤りは 1582 年に教皇グレゴリウス 13 世の法令によって訂正されました。 日数のカウントは 10 日繰り上げられ、10 月 4 日の翌日は金曜日とみなされるように規定されましたが、10 月 5 日ではなく 10 月 15 日となりました。 春分点は再び3月21日に戻り、この暦はグレゴリオ暦と呼ばれるようになりました。 これは 1918 年にロシアで導入されました。しかしながら、月の長さが不均等 (28、29、30、31 日)、四半期の長さが不均等 (90、91、92 日)、月数の不一致など、多くの欠点もあります。月を曜日ごとに表示します。

何十億年もの間、地球は毎日その軸の周りを回転します。 これにより、地球上の生物にとって日の出と日の入りが当たり前のことになります。 地球は46億年前に形成されて以来、これを続けています。 そしてそれがなくなるまでこれを続けるでしょう。 これはおそらく、太陽が赤色巨星に変わり、私たちの惑星を飲み込むときに起こるでしょう。 しかし、なぜ地球なのでしょうか？

なぜ地球は回転するのでしょうか?

地球は生まれたばかりの太陽の周りを回転するガスと塵の円盤から形成されました。 この空間円盤のおかげで、塵と岩石の粒子が一緒に落ちて地球が形成されました。 地球が成長するにつれて、宇宙の岩石が地球に衝突し続けました。 そして、それらは私たちの惑星を回転させる影響を与えました。 そして、初期の太陽系のすべての破片はほぼ同じ方向に太陽の周りを回っていたため、地球 (および太陽系の他のほとんどの天体) の自転を引き起こした衝突により、地球は同じ方向に回転しました。

ガスと塵のディスク

当然の疑問が生じます。なぜガスと塵の円盤自体が回転したのでしょうか? 太陽と太陽系は、塵とガスの雲が自重の影響を受けて密度が濃くなり始めた瞬間に形成されました。 ガスの大部分は集まって太陽になり、残りの物質は太陽を取り囲む惑星円盤を作りました。 それが形を成す前に、ガス分子と塵の粒子はその境界内であらゆる方向に均等に移動しました。 しかし、ある時点で、ランダムに、ガスと塵の一部の分子がそのエネルギーを一方向に結合しました。 これにより、ディスクの回転方向が決まりました。 ガス雲が圧縮し始めると、その回転が加速しました。 スケーターが腕を体に近づけると、より速く回転し始めるときにも同じプロセスが発生します。

宇宙には惑星の回転を引き起こす要因はそれほど多くありません。 したがって、回転が始まるとすぐに、このプロセスは停止しません。 回転している若い太陽系は高い角運動量を持っています。 この特性は、物体が回転し続ける傾向を表します。 おそらくすべての系外惑星も、惑星系が形成されるときに恒星の周りを同じ方向に回転し始めると考えられます。

そして私たちは逆回転しています！

興味深いことに、太陽系ではいくつかの惑星が太陽の周りの動きとは逆の回転方向を持っています。 金星は地球に対して逆方向に回転します。 そして天王星の自転軸は90度傾いています。 科学者たちは、これらの惑星がそのような回転方向を獲得する原因となったプロセスを完全には理解していません。 しかし、彼らにはいくつかの推測があります。 金星は、その形成の初期段階で別の天体と衝突した結果、この回転を受けた可能性があります。 あるいは、金星も他の惑星と同じように回転し始めたのかもしれません。 しかし時間が経つにつれて、太陽​​の重力は厚い雲のために自転を遅くし始めました。 これが、惑星の核とマントルの間の摩擦と相まって、惑星を反対方向に回転させました。

天王星の場合、科学者らは天王星が巨大な岩の破片と衝突したのではないかと示唆した。 あるいは、回転軸を変更したいくつかの異なるオブジェクトを使用することもできます。

このような異常にもかかわらず、空間内のすべての物体が一方向または別の方向に回転していることは明らかです。

すべてが回っている

小惑星は回転します。 星が回っています。 NASA によると、銀河も回転します。 太陽系が天の川の中心の周りを一周するのに 2 億 3,000 万年かかります。 宇宙で最も速く回転する物体の中には、パルサーと呼ばれる密度の高い丸い物体があります。 彼らは大質量星の残骸です。 都市サイズのパルサーの中には、軸の周りを 1 秒間に数百回回転できるものもあります。 その中で最も速くて有名なものは、2006 年に発見され、Terzan 5ad と呼ばれるもので、1 秒間に 716 回回転します。

ブラックホールはこれをさらに速く行うことができます。 そのうちの 1 つは GRS 1915+105 と呼ばれ、1 秒あたり 920 ～ 1,150 回回転できると考えられています。

しかし、物理法則は容赦のないものです。 すべての回転は最終的に遅くなります。 当時、それは4日ごとに1回転の速度で軸の周りを回転していました。 現在、私たちの星は 1 回転するのに約 25 日かかります。 科学者たちは、この理由は太陽の磁場が太陽風と相互作用するためであると考えています。 これが回転を遅くする原因となります。

地球の自転も遅くなってきています。 月の重力は地球に影響を与え、地球の自転をゆっくりと遅くします。 科学者らは、過去 2,740 年間で地球の自転が合計約 6 時間遅くなったと計算しています。 これは、1 世紀にわたってわずか 1.78 ミリ秒に相当します。

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地球は球形ですが、完全な球体ではありません。 回転のため、惑星は極でわずかに平らになっており、そのような形状は通常、「地球に似ている」回転楕円体またはジオイドと呼ばれます。

地球は巨大で、その大きさを想像するのは困難です。 私たちの惑星の主なパラメータは次のとおりです。

• 直径 - 12570 km
• 赤道の長さ - 40076 km
• 子午線の長さは 40008 km です
• 地球の総表面積は5億1000万km2です
• 極の半径 - 6357 km
• 赤道半径 - 6378 km

地球は太陽の周りと自分自身の地軸の周りを同時に回転します。

どのような種類の地球の動きを知っていますか?
地球の年間および毎日の自転

地軸を中心とした地球の回転

地球は西から東へ傾斜した軸の周りを回転します。

地球の半分は太陽に照らされており、その時点では昼であり、残りの半分は影の中にあり、そこでは夜です。 地球の自転により、昼と夜のサイクルが生じます。 地球は 24 時間、つまり 1 日で地軸の周りを 1 回転します。

自転により、流れ（川、風）は北半球では右に偏向され、南半球では左に偏向されます。

太陽の周りの地球の回転

地球は太陽の周りを円軌道で回転し、1年で一周します。 地軸は垂直ではなく、軌道に対して 66.5°の角度で傾いており、この角度は回転全体にわたって一定のままです。 この回転の主な結果は季節の変化です。

太陽の周りの地球の回転の極点を考えてみましょう。

• 12月22日- 冬至。 現時点では、南回帰線が太陽に最も近い（太陽が天頂にある）ため、南半球は夏、北半球は冬です。 南半球の夜は短く、南極圏では 12 月 22 日は昼が 24 時間続き、夜は来ません。 北半球ではすべてが逆で、北極圏では夜は 24 時間続きます。
• 6月22日- 夏至の日。 北の熱帯は太陽に最も近く、北半球では夏、南半球では冬になります。 南極圏では夜は24時間続きますが、北極圏では夜がまったくありません。
• 3月21日、9月23日- 春分の日と秋分の日 赤道が太陽に最も近く、両半球で昼と夜が同じになります。

地球の地軸と太陽の周りの地球の回転 地球の形と寸法 ウィキペディア
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年

時間 一つの革命 地球 その周り 太陽 。 毎年の運動の過程で、私たちの 惑星 引っ越します 空間 平均速度は 29.765 km/s、つまり 時速10万キロ以上。

異常な

異常な年はその期間です 時間 2つの連続したパスの間 地球 彼の 近日点 。 その期間は 365.25964 です 日々 。 上映時間より約27分長い トロピカル（ここを参照）年。 これは、近日点の位置が連続的に変化することによって引き起こされます。 現在の期間では、地球は 1 月 2 日に近日点を通過します。

うるう年

現在世界のほとんどの国で使用されている 4 年ごと カレンダー 2 月 29 日という余分な日があり、閏日と呼ばれます。 導入の必要性は次のような理由によるものです。 地球 周りを一周する 太陽 整数に等しくない期間 日々 。 年間誤差はほぼ 4 分の 1 日であり、4 年ごとに「追加日」を導入することで補正されます。 こちらも参照 グレゴリオ暦 .

恒星（恒星）

時間 ひっくり返す 地球 その周り 太陽 「固定」の座標系では 出演者 」、つまり、あたかも「見ているとき」のように 太陽系 外部から。" 1950 年には 365 に等しかった 日々 、6時間9分9秒。

他人の魅力による不穏な影響を受けている 惑星 、主に 木星 そして 土星 、1 年の長さは数分間変動します。

また、1年の長さは100年ごとに0.53秒ずつ短くなります。 これは、地球が潮汐力によって、その軸の周りの太陽の回転を遅くするために起こります（図を参照）。 満潮と満潮 ）。 しかし、角運動量保存の法則によれば、これは地球が太陽から遠ざかるという事実によって補償され、次の式に従って、 ケプラーの法則 その循環期間が長くなります。

トロピカル

地球は西から東へ傾斜した軸の周りを回転します。 地球の半分は太陽に照らされており、その時点では昼であり、残りの半分は影の中にあり、そこでは夜です。 地球の自転により、昼と夜のサイクルが生じます。 地球は 24 時間、つまり 1 日で地軸の周りを 1 回転します。

自転により、流れ（川、風）は北半球では右に偏向され、南半球では左に偏向されます。

太陽の周りの地球の回転

地球は太陽の周りを円軌道で回転し、1年で一周します。 地軸は垂直ではなく、軌道に対して 66.5°の角度で傾いており、この角度は回転全体にわたって一定のままです。 この回転の主な結果は季節の変化です。

太陽の周りの地球の回転を考えてみましょう。

• 12月22日- 冬至。 現時点では、南回帰線が太陽に最も近い（太陽が天頂にある）ため、南半球は夏、北半球は冬です。 南半球の夜は短く、南極圏では 12 月 22 日は昼が 24 時間続き、夜は来ません。 北半球ではすべてが逆で、北極圏では夜は 24 時間続きます。
• 6月22日- 夏至の日。 北の熱帯は太陽に最も近く、北半球では夏、南半球では冬になります。 南極圏では夜は24時間続きますが、北極圏では夜がまったくありません。
• 3月21日、9月23日- 春分の日と秋分の日 赤道が太陽に最も近く、両半球で昼と夜が同じになります。