Jak obraca się Ziemia i Słońce. Z jaką prędkością Ziemia obraca się wokół własnej osi?

V = (R mi R p R p 2 + R mi 2 t sol 2 φ + R p 2 godz R p 4 + R mi 4 t sol 2 φ) ω (\ Displaystyle v = \ lewo ({\ 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 ), Gdzie R mi (\ displaystyle R_ (e))= 6378,1 km - promień równikowy, R p (\ displaystyle R_ (p))= 6356,8 km - promień biegunowy.

• Samolot lecący z tą prędkością ze wschodu na zachód (na wysokości 12 km: 936 km/h na szerokości geograficznej Moskwy, 837 km/h na szerokości geograficznej Petersburga) będzie spoczywał w inercjalnym układzie odniesienia.
• Superpozycja obrotu Ziemi wokół własnej osi w okresie jednego dnia gwiazdowego i wokół Słońca w okresie jednego roku prowadzi do nierówności dni słonecznych i gwiazdowych: długość przeciętnego dnia słonecznego wynosi dokładnie 24 godziny, czyli o 3 minuty i 56 sekund dłużej niż dzień gwiazdowy.

Znaczenie fizyczne i potwierdzenie eksperymentalne

Fizyczne znaczenie obrotu Ziemi wokół własnej osi

Ponieważ każdy ruch jest względny, konieczne jest wskazanie konkretnego układu odniesienia, względem którego badany jest ruch konkretnego ciała. Kiedy mówią, że Ziemia obraca się wokół wyimaginowanej osi, oznacza to, że wykonuje ona ruch obrotowy względem dowolnego inercjalnego układu odniesienia, a okres tego obrotu jest równy dobie gwiazdowej - okresowi całkowitego obrotu Ziemi ( sfera niebieska) względem sfery niebieskiej (Ziemi).

Wszelkie eksperymentalne dowody obrotu Ziemi wokół własnej osi sprowadzają się do dowodu, że układ odniesienia związany z Ziemią jest nieinercyjnym układem odniesienia specjalnego typu - układem odniesienia wykonującym ruch obrotowy względem inercyjnych układów odniesienia.

W przeciwieństwie do ruchu inercyjnego (czyli ruchu jednostajnego prostoliniowego względem inercjalnych układów odniesienia), do wykrycia ruchu nieinercyjnego zamkniętego laboratorium nie jest konieczne dokonywanie obserwacji ciał zewnętrznych – taki ruch wykrywa się za pomocą eksperymentów lokalnych (tj. eksperymenty przeprowadzane w tym laboratorium). W tym sensie ruch nieinercyjny, w tym obrót Ziemi wokół własnej osi, można nazwać absolutnym.

Siły bezwładności

Skutki siły odśrodkowej

Zależność przyspieszenia swobodnego spadania od szerokości geograficznej. Eksperymenty pokazują, że przyspieszenie swobodnego spadania zależy od szerokości geograficznej: im bliżej bieguna, tym jest ono większe. Wyjaśnia to działanie siły odśrodkowej. Po pierwsze, punkty na powierzchni Ziemi położone na wyższych szerokościach geograficznych znajdują się bliżej osi obrotu i dlatego zbliżając się do bieguna, odległość r (\ displaystyle r) maleje od osi obrotu, osiągając zero na biegunie. Po drugie, wraz ze wzrostem szerokości geograficznej maleje kąt między wektorem siły odśrodkowej a płaszczyzną horyzontu, co prowadzi do zmniejszenia składowej pionowej siły odśrodkowej.

Zjawisko to odkryto w 1672 roku, kiedy francuski astronom Jean Richet podczas wyprawy do Afryki odkrył, że zegar wahadłowy na równiku chodzi wolniej niż w Paryżu. Newton wkrótce wyjaśnił to, stwierdzając, że okres drgań wahadła jest odwrotnie proporcjonalny do pierwiastka kwadratowego przyspieszenia ziemskiego, które maleje na równiku pod wpływem siły odśrodkowej.

Płaskość Ziemi. Wpływ siły odśrodkowej powoduje spłaszczenie Ziemi na biegunach. Zjawisko to, przewidywane przez Huygensa i Newtona pod koniec XVII wieku, zostało po raz pierwszy odkryte przez Pierre'a de Maupertuis pod koniec lat trzydziestych XVIII wieku w wyniku przetwarzania danych z dwóch francuskich ekspedycji specjalnie wyposażonych do rozwiązania tego problemu w Peru (pod przewodnictwem Pierre'a Bouguera i Charles de la Condamine) oraz Laponia (pod przewodnictwem Alexisa Clairauta i samego Maupertuisa).

Efekty siły Coriolisa: eksperymenty laboratoryjne

Efekt ten najwyraźniej powinien być wyrażony na biegunach, gdzie okres pełnego obrotu płaszczyzny wahadła jest równy okresowi obrotu Ziemi wokół własnej osi (dzień gwiazdowy). Ogólnie rzecz biorąc, okres jest odwrotnie proporcjonalny do sinusa szerokości geograficznej; na równiku płaszczyzna oscylacji wahadła pozostaje niezmieniona.

Żyroskop- obracające się ciało o znacznym momencie bezwładności zachowuje swój moment pędu, jeśli nie występują silne zaburzenia. Foucault, który był zmęczony wyjaśnianiem, co dzieje się z wahadłem Foucaulta nie na biegunie, przedstawił kolejną demonstrację: zawieszony żyroskop utrzymywał swoją orientację, co oznacza, że ​​obracał się powoli względem obserwatora.

Odbicie pocisków podczas strzelania. Innym obserwowalnym przejawem siły Coriolisa jest odchylenie trajektorii pocisków (w prawo na półkuli północnej, w lewo na półkuli południowej) wystrzeliwanych w kierunku poziomym. Z punktu widzenia inercyjnego układu odniesienia, dla pocisków wystrzeliwanych wzdłuż południka, wynika to z zależności liniowej prędkości obrotu Ziemi od szerokości geograficznej: w trakcie przemieszczania się od równika do bieguna pocisk zachowuje składowa pozioma prędkości nie ulega zmianie, natomiast liniowa prędkość obrotu punktów na powierzchni Ziemi maleje, co prowadzi do przemieszczenia pocisku od południka w kierunku obrotu Ziemi. Jeżeli strzał został oddany równolegle do równika, to przemieszczenie pocisku z równoleżnika wynika z tego, że trajektoria pocisku leży w tej samej płaszczyźnie co środek Ziemi, natomiast punkty na powierzchni Ziemi poruszają się po płaszczyzna prostopadła do osi obrotu Ziemi. Efekt ten (dla przypadku strzelania wzdłuż południka) przewidział Grimaldi w latach 40. XVII wieku. i po raz pierwszy opublikowany przez Riccioli w 1651 r.

Odchylenie swobodnie spadających ciał od pionu. ( ) Jeżeli prędkość ciała ma dużą składową pionową, siła Coriolisa skierowana jest na wschód, co prowadzi do odpowiedniego odchylenia toru ruchu ciała swobodnie spadającego (bez prędkości początkowej) z wysokiej wieży. Rozważany w inercjalnym układzie odniesienia efekt tłumaczy się faktem, że szczyt wieży względem środka Ziemi porusza się szybciej niż podstawa, przez co trajektoria ciała okazuje się wąską parabolą i korpus znajduje się nieco przed podstawą wieży.

Efekt Eötvösa. Na niskich szerokościach geograficznych siła Coriolisa poruszając się po powierzchni Ziemi jest skierowana w kierunku pionowym i jej działanie powoduje zwiększenie lub zmniejszenie przyspieszenia ziemskiego w zależności od tego, czy ciało porusza się na zachód, czy na wschód. Efekt ten nazwano efektem Eötvösa na cześć węgierskiego fizyka Loránda Eötvösa, który odkrył go eksperymentalnie na początku XX wieku.

Doświadczenia z wykorzystaniem zasady zachowania momentu pędu. Niektóre eksperymenty opierają się na prawie zachowania momentu pędu: w inercjalnym układzie odniesienia wielkość momentu pędu (równa iloczynowi momentu bezwładności i prędkości kątowej obrotu) nie zmienia się pod wpływem sił wewnętrznych . Jeżeli w pewnym początkowym momencie instalacja jest nieruchoma względem Ziemi, wówczas prędkość jej obrotu względem inercjalnego układu odniesienia jest równa prędkości kątowej obrotu Ziemi. Jeśli zmienisz moment bezwładności układu, wówczas prędkość kątowa jego obrotu powinna się zmienić, to znaczy rozpocznie się obrót względem Ziemi. W nieinercjalnym układzie odniesienia związanym z Ziemią obrót następuje w wyniku działania siły Coriolisa. Pomysł ten zaproponował francuski naukowiec Louis Poinsot w 1851 roku.

Pierwszy taki eksperyment przeprowadził Hagen w 1910 roku: dwa ciężarki na gładkiej poprzeczce zainstalowano nieruchomo względem powierzchni Ziemi. Następnie zmniejszono odległość pomiędzy ładunkami. W rezultacie instalacja zaczęła się obracać. Jeszcze bardziej demonstracyjny eksperyment przeprowadził niemiecki naukowiec Hans Bucka w 1949 roku. Pręt o długości około 1,5 metra został zamontowany prostopadle do prostokątnej ramy. Początkowo pręt był poziomy, instalacja była nieruchoma względem Ziemi. Następnie pręt doprowadzono do pozycji pionowej, co spowodowało zmianę momentu bezwładności instalacji około 10-4 razy i jej szybki obrót z prędkością kątową 10-4 razy większą niż prędkość obrotu Ziemi.

Lejek w wannie.

Ponieważ siła Coriolisa jest bardzo słaba, ma ona znikomy wpływ na kierunek zawirowania wody podczas opróżniania zlewu czy wanny, więc generalnie kierunek obrotu w lejku nie jest powiązany z obrotem Ziemi. Tylko w dokładnie kontrolowanych eksperymentach można oddzielić wpływ siły Coriolisa od innych czynników: na półkuli północnej lejek będzie obracał się w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara, na półkuli południowej – odwrotnie.

Efekty siły Coriolisa: zjawiska w otaczającej przyrodzie

Eksperymenty optyczne

Szereg eksperymentów wykazujących obrót Ziemi opiera się na efekcie Sagnaca: jeśli interferometr pierścieniowy wykonuje ruch obrotowy, to na skutek efektów relatywistycznych w wiązkach przeciwbieżnych pojawia się różnica faz

Gdzie A (\ displaystyle A)- obszar rzutu pierścienia na płaszczyznę równikową (płaszczyzna prostopadła do osi obrotu), do (\ displaystyle c)- prędkość światła, ω (\ displaystyle \ omega)- prędkość kątowa obrotu. Aby zademonstrować obrót Ziemi, efekt ten wykorzystał amerykański fizyk Michelson w serii eksperymentów przeprowadzonych w latach 1923-1925. We współczesnych eksperymentach wykorzystujących efekt Sagnaca przy kalibracji interferometrów pierścieniowych należy wziąć pod uwagę obrót Ziemi.

Istnieje wiele innych eksperymentalnych demonstracji dobowego obrotu Ziemi.

Nierówny obrót

Precesja i nutacja

Historia idei codziennego obrotu Ziemi

Antyk

Wyjaśnienie dobowego obrotu nieba obrotem Ziemi wokół własnej osi jako pierwsi zaproponowali przedstawiciele szkoły pitagorejskiej, Syrakuzanie Hicetus i Ecphantus. Według niektórych rekonstrukcji obrót Ziemi potwierdził także pitagorejski Filolaos z Krotonu (V w. p.n.e.). W dialogu Platona zawarte jest stwierdzenie, które można zinterpretować jako wskazanie ruchu obrotowego Ziemi Tymeusz .

Jednak o Hicetasie i Ecphantesie praktycznie nic nie wiadomo, a nawet samo ich istnienie jest czasami kwestionowane. Według opinii większości naukowców Ziemia w systemie światowym Filolaosa nie wykonywała ruchu rotacyjnego, ale translacyjnego wokół Centralnego Ognia. W innych swoich dziełach Platon kieruje się tradycyjnym poglądem, że Ziemia jest nieruchoma. Dotarły jednak do nas liczne dowody na to, że idei obrotu Ziemi bronił filozof Heraklides z Pontu (IV wiek p.n.e.). Prawdopodobnie inne założenie Heraklidesa wiąże się z hipotezą obrotu Ziemi wokół własnej osi: każda gwiazda reprezentuje świat, w tym ziemię, powietrze, eter, a wszystko to znajduje się w nieskończonej przestrzeni. Rzeczywiście, jeśli codzienny obrót nieba jest odbiciem obrotu Ziemi, wówczas przesłanka uznania gwiazd za znajdujące się na tej samej kuli znika.

Około sto lat później założenie o obrocie Ziemi stało się częścią pierwszego, zaproponowanego przez wielkiego astronoma Arystarcha z Samos (III wiek p.n.e.). Arystarcha wspierał babiloński Seleukos (II w. p.n.e.), a także Heraklides z Pontu, który uważał Wszechświat za nieskończony. Fakt, że idea codziennego obrotu Ziemi miała swoich zwolenników już w I wieku naszej ery. e., o czym świadczą niektóre wypowiedzi filozofów Seneki, Dercyllidasa i astronoma Klaudiusza Ptolemeusza. Zdecydowana większość astronomów i filozofów nie wątpiła jednak w bezruch Ziemi.

Argumenty przeciwko idei ruchu Ziemi można znaleźć w dziełach Arystotelesa i Ptolemeusza. I tak w swoim traktacie O Niebie Arystoteles usprawiedliwia bezruch Ziemi faktem, że na obracającej się Ziemi ciała rzucone pionowo w górę nie mogłyby spaść do punktu, od którego rozpoczął się ich ruch: powierzchnia Ziemi przesunęłaby się pod rzuconym ciałem. Kolejny argument przemawiający za bezruchem Ziemi, podany przez Arystotelesa, opiera się na jego teorii fizycznej: Ziemia jest ciałem ciężkim, a ciała ciężkie mają tendencję do przemieszczania się w kierunku środka świata, a nie obracania się wokół niego.

Z prac Ptolemeusza wynika, że ​​zwolennicy hipotezy obrotu Ziemi odpowiedzieli na te argumenty, że zarówno powietrze, jak i wszystkie ciała ziemskie poruszają się razem z Ziemią. Najwyraźniej rola powietrza w tym argumencie jest zasadniczo ważna, ponieważ sugeruje się, że to jego ruch wraz z Ziemią ukrywa rotację naszej planety. Ptolemeusz sprzeciwia się temu:

ciała w powietrzu zawsze będą zdawały się pozostawać w tyle... A gdyby ciała obracały się wraz z powietrzem jako jedna całość, wówczas żadne z nich nie wydawałoby się być przed lub za drugim, lecz pozostałyby na miejscu, w locie i rzucaniu nie spowodowałoby to odchyleń ani ruchów w inne miejsce, takich jak te, które osobiście widzimy, i w ogóle nie zwalniałyby ani nie przyspieszały, ponieważ Ziemia nie jest nieruchoma.

Średniowiecze

Indie

Pierwszym średniowiecznym autorem, który zasugerował, że Ziemia obraca się wokół własnej osi, był wielki indyjski astronom i matematyk Aryabhata (koniec V - początek VI wieku). Formułuje to w kilku miejscach swego traktatu Aryabhatia, Na przykład:

Tak jak człowiek na statku płynącym do przodu widzi nieruchome obiekty poruszające się do tyłu, tak obserwator... widzi gwiazdy nieruchome poruszające się po linii prostej na zachód.

Nie wiadomo, czy pomysł ten należy do samego Aryabhaty, czy też zapożyczył go od starożytnych greckich astronomów.

Aryabhatę wspierał tylko jeden astronom, Prthudaka (IX wiek). Większość indyjskich naukowców broniła bezruchu Ziemi. Zatem astronom Varahamihira (VI wiek) argumentował, że na obracającej się Ziemi ptaki lecące w powietrzu nie mogą wrócić do swoich gniazd, a kamienie i drzewa będą odlatywać z powierzchni Ziemi. Wybitny astronom Brahmagupta (VI w.) również powtórzył stary argument, że ciało, które spadło z wysokiej góry, może opaść na jej podstawę. Jednocześnie odrzucił jednak jeden z argumentów Varahamihiry: jego zdaniem nawet gdyby Ziemia się obracała, obiekty nie mogłyby z niej spaść ze względu na swoją grawitację.

Islamski Wschód

Możliwość obrotu Ziemi rozważała wielu naukowców muzułmańskiego Wschodu. W ten sposób słynny geometr al-Sijizi wynalazł astrolabium, którego zasada działania opiera się na tym założeniu. Niektórzy uczeni islamscy (których nazwiska do nas nie dotarły) znaleźli nawet właściwy sposób na obalenie głównego argumentu przeciwko obrotowi Ziemi: pionowości trajektorii spadających ciał. Zasadniczo zaproponowano zasadę superpozycji ruchów, zgodnie z którą każdy ruch można rozłożyć na dwie lub więcej składowych: w stosunku do powierzchni wirującej Ziemi spadające ciało porusza się po linii pionu, ale punkt, który jest rzut tej linii na powierzchnię Ziemi zostałby przeniesiony w wyniku jej obrotu. Świadczy o tym słynny encyklopedysta al-Biruni, który sam jednak był skłonny do bezruchu Ziemi. Jego zdaniem, jeśli na spadające ciało zadziała jakaś dodatkowa siła, to w wyniku jej działania na wirującą Ziemię wywołane zostaną pewne efekty, których w rzeczywistości nie obserwuje się.

Wśród naukowców XIII-XVI w. związanych z obserwatoriami w Maragha i Samarkandzie rozgorzała dyskusja na temat możliwości empirycznego potwierdzenia bezruchu Ziemi. Tak więc słynny astronom Qutb ad-Din ash-Shirazi (XIII-XIV w.) Uważał, że bezruch Ziemi można zweryfikować eksperymentalnie. Z kolei założyciel Obserwatorium Maragha, Nasir ad-Din al-Tusi, uważał, że gdyby Ziemia się obracała, to obrót ten byłby podzielony przez przylegającą do jej powierzchni warstwę powietrza, a wszelkie ruchy w pobliżu powierzchni Ziemia zaistniałaby dokładnie tak samo, jakby Ziemia była nieruchoma. Uzasadnił to obserwacjami komet: według Arystotelesa komety są zjawiskiem meteorologicznym w górnych warstwach atmosfery; jednak obserwacje astronomiczne pokazują, że komety biorą udział w codziennym obrocie sfery niebieskiej. W rezultacie górne warstwy powietrza są porywane przez obrót nieba, dlatego dolne warstwy mogą być również porywane przez obrót Ziemi. Zatem eksperyment nie może odpowiedzieć na pytanie, czy Ziemia się obraca. Pozostał jednak zwolennikiem bezruchu Ziemi, gdyż było to zgodne z filozofią Arystotelesa.

Większość uczonych islamskich z późniejszych czasów (al-Urdi, al-Qazwini, an-Naysaburi, al-Jurjani, al-Birjandi i inni) zgodziła się z al-Tusi, że wszystkie zjawiska fizyczne na obracającej się i nieruchomej Ziemi będą zachodzić w ten sam sposób . Jednak rola powietrza nie była już uważana za fundamentalną: nie tylko powietrze, ale także wszystkie obiekty są przenoszone przez obracającą się Ziemię. W konsekwencji, aby uzasadnić bezruch Ziemi, konieczne jest odwołanie się do nauk Arystotelesa.

Szczególne stanowisko w tych sporach zajął trzeci dyrektor Obserwatorium w Samarkandzie, Alauddin Ali al-Kushchi (XV w.), który odrzucił filozofię Arystotelesa i uznał obrót Ziemi za fizycznie możliwy. Do podobnego wniosku doszedł w XVII wieku irański teolog i encyklopedysta Baha ad-Din al-Amili. Jego zdaniem astronomowie i filozofowie nie przedstawili wystarczających dowodów obalających obrót Ziemi.

Łaciński Zachód

Szczegółowe omówienie możliwości ruchu Ziemi jest szeroko zawarte w pismach paryskich scholastyków Jeana-Buridana, Alberta Saksonii i Mikołaja z Oresme (druga połowa XIV wieku). Najważniejszym argumentem przemawiającym za obrotem Ziemi, a nie nieba, podanym w ich pracach, jest małość Ziemi w porównaniu do Wszechświata, co sprawia, że ​​przypisywanie Wszechświatowi codziennej rotacji nieba jest wysoce nienaturalne.

Jednak wszyscy ci naukowcy ostatecznie odrzucili obrót Ziemi, chociaż z różnych powodów. Albert Saksoński uważał zatem, że hipoteza ta nie jest w stanie wyjaśnić obserwowanych zjawisk astronomicznych. Słusznie nie zgodzili się z tym Buridan i Oresme, według których zjawiska niebieskie powinny zachodzić w ten sam sposób niezależnie od tego, czy obrotu dokonuje Ziemia, czy Kosmos. Buridanowi udało się znaleźć tylko jeden istotny argument przeciwko obrotowi Ziemi: strzały wystrzelone pionowo w górę spadają po linii pionowej, chociaż wraz z obrotem Ziemi powinny, jego zdaniem, pozostać w tyle za ruchem Ziemi i spadać na zachód od punktu strzału.

Ale nawet ten argument został odrzucony przez Oresme. Jeśli Ziemia się obraca, wówczas strzała leci pionowo w górę i jednocześnie porusza się na wschód, wychwytywana przez powietrze wirujące z Ziemią. Zatem strzała powinna spaść w to samo miejsce, z którego została wystrzelona. Choć ponownie wspomniano tu o fascynującej roli powietrza, tak naprawdę nie odgrywa ono szczególnej roli. Mówi o tym następująca analogia:

Podobnie, gdyby na poruszającym się statku powietrze było zamknięte, wówczas osobie otoczonej tym powietrzem wydawałoby się, że powietrze się nie porusza... Gdyby ktoś nieświadomy tego znajdował się na statku płynącym z dużą prędkością na wschód ruchu i gdyby wyciągnął rękę w linii prostej wzdłuż masztu statku, wydawałoby mu się, że jego ręka wykonuje ruch liniowy; w ten sam sposób, zgodnie z tą teorią, wydaje nam się, że to samo dzieje się ze strzałą, gdy wystrzeliwujemy ją pionowo w górę lub pionowo w dół. Wewnątrz statku poruszającego się z dużą prędkością na wschód mogą zachodzić wszelkiego rodzaju ruchy: wzdłużny, poprzeczny, w dół, w górę, we wszystkich kierunkach - i wyglądają one dokładnie tak samo, jak wtedy, gdy statek jest nieruchomy.

Następnie Oresme podaje sformułowanie, które antycypuje zasadę względności:

Dochodzę zatem do wniosku, że nie da się wykazać za pomocą żadnego doświadczenia, że ​​niebiosa poruszają się w ciągu doby, a ziemia nie.

Jednak ostateczny werdykt Oresme w sprawie możliwości obrotu Ziemi był negatywny. Podstawą do tego wniosku był tekst Biblii:

Jednak na razie wszyscy popierają i wierzę, że to [Niebo] się porusza, a nie Ziemia, ponieważ „Bóg stworzył krąg Ziemi, który się nie poruszy”, pomimo wszystkich argumentów przeciwnych.

O możliwości codziennego obrotu Ziemi wspominali także średniowieczni uczeni europejscy i filozofowie czasów późniejszych, ale nie dodano żadnych nowych argumentów, których nie zawarły Buridan i Oresme.

Zatem prawie żaden ze średniowiecznych naukowców nie przyjął hipotezy o obrocie Ziemi. Jednak podczas jej dyskusji naukowcy Wschodu i Zachodu wyrazili wiele głębokich przemyśleń, które później powtórzyli naukowcy New Age.

Renesans i czasy nowożytne

W pierwszej połowie XVI wieku opublikowano kilka prac, w których argumentowano, że przyczyną codziennego obrotu nieba jest obrót Ziemi wokół własnej osi. Jednym z nich był traktat Włocha Celio Calcagniniego „O tym, że niebo jest w ruchu, a Ziemia się obraca, czyli o wiecznym ruchu Ziemi” (napisany około 1525 r., opublikowany w 1544 r.). Na współczesnych nie zrobił on większego wrażenia, gdyż już w tym czasie ukazało się podstawowe dzieło polskiego astronoma Mikołaja Kopernika „O obrotach sfer niebieskich” (1543), w którym hipoteza o dobowym obrocie ciał niebieskich Ziemia stała się częścią heliocentrycznego systemu świata, podobnie jak Arystarch z Samos. Kopernik już wcześniej przedstawił swoje przemyślenia w niewielkim, odręcznym eseju Mały komentarz(nie wcześniej niż 1515). Dwa lata przed głównym dziełem Kopernika ukazało się dzieło niemieckiego astronoma Georga Joachima Retyka Pierwsza narracja(1541), gdzie popularnie wykładano teorię Kopernika.

W XVI wieku Kopernika w pełni popierali astronomowie Thomas Digges, Retyk, Christoph Rothmann, Michael Möstlin, fizycy Giambatista Benedetti, Simon Stevin, filozof Giordano Bruno i teolog Diego de Zuniga. Niektórzy naukowcy akceptowali obrót Ziemi wokół własnej osi, odrzucając jej ruch translacyjny. Takie stanowisko zajmował niemiecki astronom Nicholas Reimers, zwany także Ursusem, a także włoscy filozofowie Andrea Cesalpino i Francesco Patrizi. Punkt widzenia wybitnego fizyka Williama Hilberta, który opowiadał się za osiowym obrotem Ziemi, ale nie wypowiadał się na temat jej ruchu translacyjnego, nie jest do końca jasny. Na początku XVII wieku heliocentryczny układ świata (w tym obrót Ziemi wokół własnej osi) otrzymał imponujące wsparcie ze strony Galileusza i Johannesa Keplera. Najbardziej wpływowymi przeciwnikami idei ruchu Ziemi w XVI i na początku XVII wieku byli astronomowie Tycho Brahe i Christopher Clavius.

Hipoteza o obrocie Ziemi i powstaniu mechaniki klasycznej

Zasadniczo w XVI-XVII w. jedynym argumentem przemawiającym za osiowym obrotem Ziemi było to, że w tym przypadku nie ma potrzeby przypisywać kuli gwiezdnej ogromnych prędkości obrotowych, ponieważ już w starożytności niezawodnie ustalono, że rozmiar Wszechświata znacznie przekracza rozmiar Ziemi (argument ten zawarty był także u Buridana i Oresme).

Przeciwko tej hipotezie wyrażono rozważania oparte na ówczesnych koncepcjach dynamicznych. Przede wszystkim jest to pionowość trajektorii spadających ciał. Pojawiły się także inne argumenty, np. równy zasięg ostrzału w kierunku wschodnim i zachodnim. Odpowiadając na pytanie o nieobserwowalność skutków dobowej rotacji w doświadczeniach ziemskich, Kopernik pisał:

Wiruje nie tylko Ziemia wraz z przyłączonym do niej żywiołem wody, ale także znaczna część powietrza i wszystko, co w jakikolwiek sposób przypomina Ziemię lub powietrze najbliżej Ziemi, nasycone materią ziemską i wodną, ​​podąża za te same prawa natury, co Ziemia, lub nabył ruch nadawany jej przez sąsiednią Ziemię w ciągłym obrocie i bez żadnego oporu

Zatem główną rolę w nieobserwowalności obrotu Ziemi odgrywa porywanie powietrza przez jego obrót. Tego samego zdania była większość Kopernikanów w XVI wieku.

Zwolennikami nieskończoności Wszechświata w XVI wieku byli także Thomas Digges, Giordano Bruno, Francesco Patrizi – wszyscy oni popierali hipotezę, że Ziemia obraca się wokół własnej osi (a dwaj pierwsi także wokół Słońca). Christoph Rothmann i Galileo Galilei uważali, że gwiazdy znajdują się w różnych odległościach od Ziemi, choć nie mówili wprost o nieskończoności Wszechświata. Z kolei Johannes Kepler zaprzeczał nieskończoności Wszechświata, choć był zwolennikiem obrotu Ziemi.

Religijny kontekst debaty o rotacji Ziemi

Szereg zarzutów wobec obrotu Ziemi wiązano z jego sprzecznością z tekstem Pisma Świętego. Zarzuty te były dwojakiego rodzaju. Po pierwsze, przytoczono pewne miejsca w Biblii na potwierdzenie, że to Słońce wykonuje codzienny ruch, np.:

Słońce wschodzi i zachodzi, i spieszy się na swoje miejsce, gdzie wschodzi.

W tym przypadku wpłynęło to na osiowy obrót Ziemi, ponieważ ruch Słońca ze wschodu na zachód jest częścią codziennego obrotu nieba. W tym kontekście często cytowano fragment z Księgi Jozuego:

Jezus wołał do Pana w dniu, w którym Pan wydał Amorytów w ręce Izraela, gdy ich pokonał w Gibeonie, i byli bici przed synami Izraela, i mówił przed Izraelitami: Stój, słońce, nad Gibeon i księżyc nad doliną Avalon!

Ponieważ polecenie zatrzymania się zostało wydane Słońcu, a nie Ziemi, uznano, że to Słońce wykonuje codzienny ruch. Na poparcie bezruchu Ziemi cytowano inne fragmenty, na przykład:

Umocniłeś ziemię na mocnym fundamencie: nie będzie zachwiana na wieki wieków.

Uznano, że fragmenty te zaprzeczają zarówno poglądowi, że Ziemia obraca się wokół własnej osi, jak i poglądowi o rewolucji wokół Słońca.

Zwolennicy obrotu Ziemi (zwłaszcza Giordano-Bruno, Johannes-Kepler, a zwłaszcza Galileo-Galilei) opowiadali się na kilku frontach. Po pierwsze, zwracali uwagę, że Biblia została napisana językiem zrozumiałym dla zwykłych ludzi i gdyby jej autorzy zapewnili naukowo jasny język, nie byłaby w stanie spełnić swojej głównej, religijnej misji. Dlatego Bruno napisał:

W wielu przypadkach niemądre i niewskazane jest opieranie się na prawdzie, a nie na konkretnym przypadku i wygodzie. Na przykład, jeśli zamiast słów: „Słońce rodzi się i wschodzi, przechodzi w południe i pochyla się w stronę Akwilonu”, mędrzec powiedział: „Ziemia krąży po okręgu w kierunku wschodnim i opuszczając zachodzące słońce, pochyla się w kierunku dwóch zwrotników, od Raka na południe, od Koziorożca do Akwilonu”, wtedy słuchacze zaczęliby myśleć: „Jak? Czy on mówi, że ziemia się porusza? Co to za wiadomość? W końcu uznaliby go za głupca i rzeczywiście byłby głupcem.

Tego rodzaju odpowiedzi udzielano głównie na zarzuty dotyczące dobowego ruchu Słońca. Po drugie, zwrócono uwagę, że niektóre fragmenty Biblii należy interpretować alegorycznie (patrz artykuł Alegoryzm biblijny). Tym samym Galileusz zauważył, że jeśli Pismo Święte potraktować dosłownie w całości, okaże się, że Bóg ma ręce, podlega emocjom typu złość itp. Ogólnie rzecz biorąc, główną ideą obrońców doktryny ruchem Ziemi było to, że nauka i religia mają odmienne cele: nauka bada zjawiska świata materialnego, kierując się argumentami rozumu, celem religii jest doskonalenie moralne człowieka, jego zbawienie. Galileusz zacytował w tej kwestii kardynała Baronio, że Biblia uczy, jak wstąpić do nieba, a nie jak niebo działa.

Argumenty te zostały uznane przez Kościół katolicki za nieprzekonujące i w 1616 roku zakazano doktryny o obrocie Ziemi, a w 1631 roku Galileusz został skazany przez Inkwizycję za swoją obronę. Jednak poza Włochami zakaz ten nie miał znaczącego wpływu na rozwój nauki i przyczynił się głównie do upadku autorytetu samego Kościoła katolickiego.

Dodać trzeba, że ​​argumenty religijne przeciwko ruchowi Ziemi wysuwali nie tylko przywódcy kościelni, ale także naukowcy (np. Tycho Brahe). Natomiast mnich katolicki Paolo Foscarini napisał krótki esej „List o poglądach pitagorejczyków i Kopernika na temat ruchliwości Ziemi i bezruchu Słońca oraz o nowym pitagorejskim systemie wszechświata” (1615), gdzie wyraził rozważania bliskie Galileuszowi, a hiszpański teolog Diego de Zuniga posłużył się nawet teorią Kopernika do interpretacji niektórych fragmentów Pisma Świętego (choć później zmienił zdanie). Konflikt teologii z doktryną o ruchu Ziemi był zatem nie tyle konfliktem nauki z religią jako taką, ile konfliktem pomiędzy starymi (przestarzałymi już na początku XVII w.) a nowymi zasadami metodologicznymi leżącymi u podstaw nauki. .

Znaczenie hipotezy o ruchu obrotowym Ziemi dla rozwoju nauki

Zrozumienie problemów naukowych, jakie niesie ze sobą teoria wirującej Ziemi, przyczyniło się do odkrycia praw mechaniki klasycznej i stworzenia nowej kosmologii, która opiera się na idei nieskończoności Wszechświata. Dyskutowane w tym procesie sprzeczności pomiędzy tą teorią a dosłownym odczytaniem Biblii przyczyniły się do rozgraniczenia nauk przyrodniczych i religii.

Nasza planeta jest w ciągłym ruchu:

• obrót wokół własnej osi, ruch wokół Słońca;
• obrót ze Słońcem wokół centrum naszej galaktyki;
• ruch względem centrum Lokalnej Grupy Galaktyk i innych.

Ruch Ziemi wokół własnej osi

Obrót Ziemi wokół własnej osi(ryc. 1). Za oś Ziemi przyjmuje się wyimaginowaną linię, wokół której się ona obraca. Oś ta jest odchylona o 23°27" od prostopadłej do płaszczyzny ekliptyki. Oś Ziemi przecina się z powierzchnią Ziemi w dwóch punktach - na biegunach - na północy i południu. Patrząc z bieguna północnego, obrót Ziemi następuje w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara, czyli , jak się powszechnie uważa, z zachodu na wschód, planeta dokonuje pełnego obrotu wokół własnej osi w ciągu jednego dnia.

Ryż. 1. Obrót Ziemi wokół własnej osi

Dzień to jednostka czasu. Są dni gwiazdowe i słoneczne.

Dzień gwiazdowy- jest to okres czasu, w którym Ziemia obróci się wokół własnej osi względem gwiazd. Są równe 23 godzinom 56 minutom i 4 sekundom.

Słoneczny dzień- jest to okres czasu, w którym Ziemia obraca się wokół własnej osi względem Słońca.

Kąt obrotu naszej planety wokół własnej osi jest taki sam na wszystkich szerokościach geograficznych. W ciągu godziny każdy punkt na powierzchni Ziemi przesuwa się o 15° od swojego pierwotnego położenia. Ale jednocześnie prędkość ruchu jest odwrotnie proporcjonalna do szerokości geograficznej: na równiku wynosi 464 m/s, a na 65° szerokości geograficznej zaledwie 195 m/s.

Obrót Ziemi wokół własnej osi w 1851 roku udowodnił w swoim doświadczeniu J. Foucault. W Paryżu, w Panteonie, pod kopułą zawieszono wahadło, a pod nim okrąg z podziałami. Z każdym kolejnym ruchem wahadło kończyło się na nowych podziałach. Może się to zdarzyć tylko wtedy, gdy powierzchnia Ziemi pod wahadłem się obraca. Położenie płaszczyzny wahań wahadła na równiku nie zmienia się, ponieważ płaszczyzna pokrywa się z południkiem. Osiowy obrót Ziemi ma ważne konsekwencje geograficzne.

Kiedy Ziemia się obraca, powstaje siła odśrodkowa, która odgrywa ważną rolę w kształtowaniu kształtu planety i zmniejsza siłę grawitacji.

Kolejną z najważniejszych konsekwencji obrotu osiowego jest powstawanie siły obrotowej - Siły Coriolisa. W 19-stym wieku został on po raz pierwszy obliczony przez francuskiego naukowca z dziedziny mechaniki G. Coriolisa (1792-1843). Jest to jedna z sił bezwładności, wprowadzona w celu uwzględnienia wpływu obrotu poruszającego się układu odniesienia na ruch względny punktu materialnego. Jego działanie można w skrócie wyrazić następująco: każde poruszające się ciało na półkuli północnej odchylane jest w prawo, a na półkuli południowej w lewo. Na równiku siła Coriolisa wynosi zero (ryc. 3).

Ryż. 3. Działanie siły Coriolisa

Działanie siły Coriolisa rozciąga się na wiele zjawisk obwiedni geograficznej. Jego działanie odchylające jest szczególnie widoczne w kierunku ruchu mas powietrza. Pod wpływem odchylającej siły obrotu Ziemi wiatry umiarkowanych szerokości geograficznych obu półkul przyjmują przeważnie kierunek zachodni, a na szerokościach tropikalnych - wschodni. Podobny przejaw siły Coriolisa można zaobserwować w kierunku ruchu wód oceanicznych. Z tą siłą wiąże się także asymetria dolin rzecznych (prawy brzeg jest zwykle wysoki na półkuli północnej, a lewy na półkuli południowej).

Obrót Ziemi wokół własnej osi prowadzi również do przemieszczania się oświetlenia słonecznego po powierzchni Ziemi ze wschodu na zachód, czyli do zmiany dnia i nocy.

Zmiana dnia i nocy tworzy rytm dobowy w przyrodzie ożywionej i nieożywionej. Rytm dobowy jest ściśle powiązany z warunkami świetlnymi i temperaturowymi. Dobowe wahania temperatury, bryza dzienna i nocna itp. są powszechnie znane. Rytmy dobowe występują także w przyrodzie żywej – fotosynteza jest możliwa tylko w ciągu dnia, większość roślin otwiera kwiaty o różnych porach; Niektóre zwierzęta są aktywne w ciągu dnia, inne w nocy. Życie człowieka również płynie według rytmu dobowego.

Kolejną konsekwencją obrotu Ziemi wokół własnej osi jest różnica czasu w różnych punktach naszej planety.

Od 1884 roku przyjęto czas strefowy, czyli całą powierzchnię Ziemi podzielono na 24 strefy czasowe po 15° każda. Za czas standardowy weź czas lokalny środkowego południka każdej strefy. Czas w sąsiednich strefach czasowych różni się o jedną godzinę. Granice pasów wyznaczane są z uwzględnieniem granic politycznych, administracyjnych i gospodarczych.

Za pas zerowy uważa się pas Greenwich (nazwany na cześć Obserwatorium Greenwich pod Londynem), który biegnie po obu stronach południka zerowego. Uwzględniany jest czas pierwszego południka Czas uniwersalny.

Za międzynarodowy uważa się południk 180° linia daty- umowna linia na powierzchni globu, po obu stronach której godziny i minuty pokrywają się, a daty kalendarzowe różnią się o jeden dzień.

W celu bardziej racjonalnego wykorzystania światła dziennego latem w 1930 roku nasz kraj wprowadził czas macierzyński, godzinę przed strefą czasową. Aby to osiągnąć, wskazówki zegara przesunięto o godzinę do przodu. Pod tym względem Moskwa, będąc w drugiej strefie czasowej, żyje według czasu trzeciej strefy czasowej.

Od 1981 roku z kwietnia na październik czas przesunięto o godzinę do przodu. Jest to tzw czas letni. Wprowadzono go w celu oszczędzania energii. Latem Moskwa jest dwie godziny przed czasem standardowym.

Czas w strefie czasowej, w której znajduje się Moskwa Moskwa.

Ruch Ziemi wokół Słońca

Obracając się wokół własnej osi, Ziemia jednocześnie porusza się wokół Słońca, okrążając okrąg w ciągu 365 dni 5 godzin 48 minut 46 sekund. Okres ten nazywa się rok astronomiczny. Dla wygody uważa się, że rok ma 365 dni, a co cztery lata, gdy „kumulują się” 24 godziny z sześciu godzin, w roku jest nie 365, ale 366 dni. Ten rok nazywa się rok przestępny i do lutego dodano jeden dzień.

Nazywa się tor w przestrzeni, po którym Ziemia porusza się wokół Słońca orbita(ryc. 4). Orbita Ziemi jest eliptyczna, więc odległość Ziemi od Słońca nie jest stała. Kiedy Ziemia jest w środku peryhelium(z greckiego peri- blisko, blisko i helios- Słońce) - punkt orbity najbliższy Słońcu - 3 stycznia odległość wynosi 147 milionów km. W tej chwili na półkuli północnej panuje zima. Największa odległość od Słońca w aphelium(z greckiego aro- z dala od i helios- Sun) - największa odległość od Słońca - 5 lipca. Jest to 152 miliony km. O tej porze na półkuli północnej trwa lato.

Ryż. 4. Ruch Ziemi wokół Słońca

Coroczny ruch Ziemi wokół Słońca obserwuje się poprzez ciągłą zmianę położenia Słońca na niebie - wysokość południową Słońca oraz położenie jego wschodu i zachodu słońca, zmienia się czas trwania jasnych i ciemnych części Słońca. dzień się zmienia.

Podczas poruszania się po orbicie kierunek osi Ziemi nie zmienia się; jest on zawsze skierowany w stronę Gwiazdy Północnej.

W wyniku zmian odległości Ziemi od Słońca, a także nachylenia osi Ziemi do płaszczyzny jej ruchu wokół Słońca, na Ziemi obserwuje się nierównomierny rozkład promieniowania słonecznego w ciągu roku. W ten sposób następuje zmiana pór roku, charakterystyczna dla wszystkich planet, których oś obrotu jest nachylona do płaszczyzny jej orbity. (ekliptyka) różni się od 90°. Prędkość orbitalna planety na półkuli północnej jest wyższa zimą i niższa latem. Zatem półrocze zimowe trwa 179 dni, a półrocze letnie – 186 dni.

W wyniku ruchu Ziemi wokół Słońca i pochylenia osi Ziemi do płaszczyzny jej orbity o 66,5°, na naszej planecie następuje nie tylko zmiana pór roku, ale także zmiana długości dnia i nocy.

Obrót Ziemi wokół Słońca i zmianę pór roku na Ziemi pokazano na ryc. 81 (równonoce i przesilenia zgodnie z porami roku na półkuli północnej).

Tylko dwa razy w roku – w dni równonocy, długość dnia i nocy na całej Ziemi jest prawie taka sama.

Równonoc- moment w czasie, w którym środek Słońca podczas swego pozornego rocznego ruchu wzdłuż ekliptyki przecina równik niebieski. Występują równonoce wiosenne i jesienne.

Nachylenie osi obrotu Ziemi wokół Słońca w dniach równonocy 20-21 marca i 22-23 września okazuje się neutralne w stosunku do Słońca, a zwrócone do niej części planety są równomiernie oświetlone od bieguna do słup (ryc. 5). Promienie słoneczne padają pionowo na równik.

Najdłuższy dzień i najkrótsza noc przypadają podczas przesilenia letniego.

Ryż. 5. Oświetlenie Ziemi przez Słońce w dniach równonocy

Przesilenie dnia z nocą- moment, w którym środek Słońca przechodzi przez punkty ekliptyki najbardziej oddalone od równika (punkty przesilenia). Są przesilenia letnie i zimowe.

W dniu przesilenia letniego, 21-22 czerwca, Ziemia zajmuje pozycję, w której północny koniec jej osi jest nachylony w stronę Słońca. Promienie padają pionowo nie na równik, ale na północny zwrotnik, którego szerokość geograficzna wynosi 23°27”. Przez całą dobę oświetlane są nie tylko obszary polarne, ale także przestrzeń za nimi aż do 66° szerokości geograficznej 33" (koło podbiegunowe). W tym czasie na półkuli południowej oświetlona jest tylko jej część, która leży między równikiem a południowym kołem podbiegunowym (66°33"). Poza nią powierzchnia Ziemi nie jest w tym dniu oświetlona.

W dniu przesilenia zimowego, 21-22 grudnia, wszystko dzieje się na odwrót (ryc. 6). Promienie słońca padają już pionowo w południowych tropikach. Oświetlone obszary na półkuli południowej znajdują się nie tylko pomiędzy równikiem a zwrotnikami, ale także wokół bieguna południowego. Sytuacja ta trwa aż do równonocy wiosennej.

Ryż. 6. Oświetlenie Ziemi w czasie przesilenia zimowego

Na dwóch równoleżnikach Ziemi w dni przesilenia Słońce w południe znajduje się bezpośrednio nad głową obserwatora, czyli w zenicie. Takie podobieństwa nazywane są tropiki. W zwrotniku północnym (23° N) Słońce znajduje się w zenicie 22 czerwca, w zwrotniku południowym (23° S) - 22 grudnia.

Na równiku dzień zawsze równa się nocy. Kąt padania promieni słonecznych na powierzchnię ziemi i długość dnia niewiele się tam zmieniają, więc zmiana pór roku nie jest wyraźna.

Koła podbiegunowe niezwykłe, ponieważ stanowią granice obszarów, na których występują dni i noce polarne.

Dzień polarny- okres, w którym Słońce nie chowa się za horyzontem. Im dalej biegun znajduje się od koła podbiegunowego, tym dłuższy jest dzień polarny. Na szerokości koła podbiegunowego (66,5°) trwa on tylko jeden dzień, a na biegunie – 189 dni. Na półkuli północnej, na szerokości koła podbiegunowego, dzień polarny obchodzony jest 22 czerwca, w dniu przesilenia letniego, a na półkuli południowej, na szerokości południowego koła podbiegunowego, 22 grudnia.

noc polarna trwa od jednego dnia na szerokości koła podbiegunowego do 176 dni na biegunach. Podczas nocy polarnej Słońce nie pojawia się nad horyzontem. Na półkuli północnej, na szerokości koła podbiegunowego, zjawisko to obserwuje się 22 grudnia.

Nie sposób nie zauważyć tak cudownego zjawiska naturalnego jak białe noce. białe noce- są to jasne noce na początku lata, kiedy wieczorny świt zbiega się z porankiem, a zmierzch trwa całą noc. Obserwuje się je na obu półkulach na szerokościach przekraczających 60°, kiedy środek Słońca o północy schodzi poniżej horyzontu nie więcej niż 7°. W Petersburgu (około 60° N) białe noce trwają od 11 czerwca do 2 lipca, w Archangielsku (64° N) - od 13 maja do 30 lipca.

Rytm sezonowy w połączeniu z ruchem rocznym wpływa przede wszystkim na oświetlenie powierzchni ziemi. W zależności od zmiany wysokości Słońca nad horyzontem na Ziemi jest ich pięć strefy oświetlenia. Strefa gorąca leży pomiędzy zwrotnikami północnymi i południowymi (Zwrotnik Raka i Zwrotnik Koziorożca), zajmuje 40% powierzchni Ziemi i wyróżnia się największą ilością ciepła pochodzącego ze Słońca. Pomiędzy tropikami a kołami podbiegunowymi na półkuli południowej i północnej znajdują się strefy umiarkowanego oświetlenia. Pory roku są tu już wyraźnie zaznaczone: im dalej od tropików, tym krótsze i chłodniejsze lato, tym dłuższa i zimniejsza zima. Strefy polarne na półkuli północnej i południowej są ograniczone kołami podbiegunowymi. Tutaj wysokość Słońca nad horyzontem jest niska przez cały rok, więc ilość ciepła słonecznego jest minimalna. Strefy polarne charakteryzują się polarnymi dniami i nocami.

W zależności od rocznego ruchu Ziemi wokół Słońca, nie tylko zmiany pór roku i związana z tym nierównomierność oświetlenia powierzchni Ziemi na różnych szerokościach geograficznych, ale także znaczna część procesów zachodzących w otoczce geograficznej: sezonowe zmiany pogody, reżim rzek i jezior, rytmy życia roślin i zwierząt, rodzaje i terminy prac rolniczych.

Kalendarz.Kalendarz- system obliczania długich okresów czasu. System ten opiera się na okresowych zjawiskach naturalnych związanych z ruchem ciał niebieskich. Kalendarz wykorzystuje zjawiska astronomiczne - zmianę pór roku, dnia i nocy oraz zmiany faz księżyca. Pierwszy kalendarz był egipski i powstał w IV wieku. pne mi. 1 stycznia 45 roku Juliusz Cezar wprowadził kalendarz juliański, który do dziś jest używany przez Rosyjską Cerkiew Prawosławną. Z uwagi na fakt, że długość roku juliańskiego jest o 11 minut i 14 sekund dłuższa od roku astronomicznego, do XVI wieku. narósł „błąd” wynoszący 10 dni - dzień równonocy wiosennej nie nastąpił 21 marca, ale 11 marca. Błąd ten został poprawiony w 1582 roku dekretem papieża Grzegorza XIII. Liczenie dni przesunięto o 10 dni do przodu, a dzień po 4 października uznano za piątek, ale nie 5 października, ale 15 października. Równonoc wiosenna ponownie powróciła do 21 marca, a kalendarz zaczęto nazywać kalendarzem gregoriańskim. Wprowadzono go w Rosji w 1918 roku. Ma jednak także szereg wad: nierówną długość miesięcy (28, 29, 30, 31 dni), nierówność ćwiartek (90, 91, 92 dni), niespójność liczby miesięcy miesiące według dni tygodnia.

Przez miliardy lat, dzień po dniu, Ziemia obraca się wokół własnej osi. To sprawia, że ​​wschody i zachody słońca są zjawiskiem powszechnym dla życia na naszej planecie. Ziemia robi to odkąd powstała 4,6 miliarda lat temu. I będzie to robić, dopóki nie przestanie istnieć. Prawdopodobnie stanie się to, gdy Słońce zamieni się w czerwonego olbrzyma i pochłonie naszą planetę. Ale dlaczego Ziemia?

Dlaczego Ziemia się obraca?

Ziemia powstała z dysku gazu i pyłu krążącego wokół nowonarodzonego Słońca. Dzięki temu przestrzennemu dyskowi cząsteczki pyłu i skał połączyły się, tworząc Ziemię. W miarę jak Ziemia rosła, skały kosmiczne nadal zderzały się z planetą. I mieli na to wpływ, który spowodował obrót naszej planety. A ponieważ wszystkie pozostałości wczesnego Układu Słonecznego okrążały Słońce mniej więcej w tym samym kierunku, zderzenia, które spowodowały obrót Ziemi (i większości innych ciał Układu Słonecznego), obróciły je w tym samym kierunku.

Dysk gazowo-pyłowy

Powstaje rozsądne pytanie: dlaczego sam dysk gazowo-pyłowy się obracał? Słońce i Układ Słoneczny powstały w momencie, gdy chmura pyłu i gazu zaczęła gęstnieć pod wpływem własnego ciężaru. Większość gazu połączyła się, tworząc Słońce, a pozostała materia utworzyła otaczający go dysk planetarny. Zanim nabrał kształtu, cząsteczki gazu i cząsteczki pyłu poruszały się w jego granicach równomiernie we wszystkich kierunkach. Ale w pewnym momencie przypadkowo niektóre cząsteczki gazu i pyłu połączyły swoją energię w jednym kierunku. Ustaliło to kierunek obrotu dysku. Gdy chmura gazu zaczęła się kompresować, jej rotacja przyspieszyła. Ten sam proces zachodzi, gdy łyżwiarze zaczynają kręcić się szybciej, jeśli przycisną ramiona bliżej ciała.

W przestrzeni kosmicznej nie ma wielu czynników, które mogą powodować rotację planet. Dlatego też, gdy zaczną się obracać, proces ten się nie zatrzyma. Obracający się młody Układ Słoneczny ma duży moment pędu. Ta cecha opisuje tendencję obiektu do dalszego wirowania. Można założyć, że wszystkie egzoplanety prawdopodobnie również zaczynają obracać się w tym samym kierunku wokół swoich gwiazd, gdy powstaje ich układ planetarny.

I kręcimy się w odwrotną stronę!

Co ciekawe, w Układzie Słonecznym niektóre planety mają kierunek obrotu przeciwny do ich ruchu wokół Słońca. Wenus obraca się w kierunku przeciwnym do Ziemi. A oś obrotu Urana jest przechylona o 90 stopni. Naukowcy nie do końca rozumieją procesy, które spowodowały, że planety te uzyskały takie kierunki rotacji. Ale mają pewne domysły. Wenus mogła otrzymać taki obrót w wyniku zderzenia z innym ciałem kosmicznym na wczesnym etapie swojego powstawania. A może Wenus zaczęła się obracać w taki sam sposób, jak inne planety. Jednak z biegiem czasu grawitacja Słońca zaczęła spowalniać obrót ze względu na gęste chmury. Co w połączeniu z tarciem pomiędzy jądrem planety a jej płaszczem spowodowało, że planeta obróciła się w przeciwnym kierunku.

W przypadku Urana naukowcy zasugerowali, że planeta zderzyła się z ogromnym kamieniem. A może z kilkoma różnymi obiektami, które zmieniły oś obrotu.

Pomimo takich anomalii jasne jest, że wszystkie obiekty w przestrzeni obracają się w tym czy innym kierunku.

Wszystko się kręci

Asteroidy obracają się. Gwiazdy kręcą się. Według NASA galaktyki również się obracają. Jeden obrót wokół centrum Drogi Mlecznej zajmuje Układowi Słonecznemu 230 milionów lat. Niektóre z najszybciej wirujących obiektów we Wszechświecie to gęste, okrągłe obiekty zwane pulsarami. Są pozostałością po masywnych gwiazdach. Niektóre pulsary wielkości miasta mogą obracać się wokół własnej osi setki razy na sekundę. Najszybszy i najbardziej znany z nich, odkryty w 2006 roku i nazwany Terzan 5ad, obraca się 716 razy na sekundę.

Czarne dziury mogą to zrobić jeszcze szybciej. Uważa się, że jeden z nich, nazwany GRS 1915+105, może obracać się z prędkością od 920 do 1150 razy na sekundę.

Prawa fizyki są jednak nieubłagane. Wszystkie obroty w końcu zwalniają. Kiedy obracał się wokół własnej osi z szybkością jednego obrotu na cztery dni. Dziś naszej gwieździe jeden obrót zajmuje około 25 dni. Naukowcy uważają, że powodem tego jest oddziaływanie pola magnetycznego Słońca z wiatrem słonecznym. To właśnie spowalnia jego rotację.

Rotacja Ziemi również zwalnia. Grawitacja Księżyca wpływa na Ziemię w taki sposób, że powoli spowalnia ona swój obrót. Naukowcy obliczyli, że obrót Ziemi zwolnił łącznie o około 6 godzin w ciągu ostatnich 2740 lat. Oznacza to zaledwie 1,78 milisekundy w ciągu stulecia.

Jeśli znajdziesz błąd, zaznacz fragment tekstu i kliknij Ctrl+Enter.

Ziemia jest kulista, jednak nie jest to kula idealna. Z powodu rotacji planeta jest lekko spłaszczona na biegunach; taka figura jest zwykle nazywana sferoidą lub geoidą - „jak ziemia”.

Ziemia jest ogromna, jej wielkość trudno sobie wyobrazić. Główne parametry naszej planety są następujące:

• Średnica - 12570 km
• Długość równika - 40076 km
• Długość dowolnego południka wynosi 40008 km
• Całkowita powierzchnia Ziemi wynosi 510 milionów km2
• Promień biegunów - 6357 km
• Promień równika - 6378 km

Ziemia obraca się jednocześnie wokół Słońca i wokół własnej osi.

Jakie znasz rodzaje ruchu Ziemi?
Roczny i dobowy obrót Ziemi

Obrót Ziemi wokół własnej osi

Ziemia obraca się wokół nachylonej osi z zachodu na wschód.

Połowa globu jest oświetlona przez słońce, jest tam wtedy dzień, druga połowa jest w cieniu, tam panuje noc. W wyniku obrotu Ziemi następuje cykl dnia i nocy. Ziemia wykonuje jeden obrót wokół własnej osi w ciągu 24 godzin – dziennie.

W wyniku rotacji poruszające się prądy (rzeki, wiatry) odchylają się na półkuli północnej w prawo, a na półkuli południowej w lewo.

Obrót Ziemi wokół Słońca

Ziemia obraca się wokół Słońca po orbicie kołowej, dokonując pełnego obrotu w ciągu 1 roku. Oś Ziemi nie jest pionowa, jest nachylona do orbity pod kątem 66,5°, kąt ten pozostaje stały podczas całego obrotu. Główną konsekwencją tej rotacji jest zmiana pór roku.

Rozważmy skrajne punkty obrotu Ziemi wokół Słońca.

• 22 grudnia- przesilenie zimowe. Zwrotnik południowy jest w tym momencie najbliżej słońca (słońce jest w zenicie) - dlatego na półkuli południowej jest lato, a na półkuli północnej zima. Noce na półkuli południowej są krótkie; 22 grudnia w południowym kręgu polarnym dzień trwa 24 godziny, noc nie nadchodzi. Na półkuli północnej wszystko jest na odwrót; na kole podbiegunowym noc trwa 24 godziny.
• 22 czerwca- dzień przesilenia letniego. Zwrotnik północny jest najbliżej słońca; na półkuli północnej jest lato, a na półkuli południowej zima. W południowym kręgu polarnym noc trwa 24 godziny, natomiast w północnym kręgu nocnym nie ma w ogóle nocy.
• 21 marca, 23 września- dni równonocy wiosennej i jesiennej. Równik znajduje się najbliżej słońca, a dzień na obu półkulach równa się nocy.

Obrót Ziemi wokół własnej osi i wokół Słońca Kształt i wymiary Ziemi w Wikipedii
Wyszukiwanie w witrynie:

Rok

Czas jedna rewolucja Ziemia wokół Słońce . W procesie corocznego ruchu nasz planeta wprowadza się przestrzeń ze średnią prędkością 29,765 km/s, tj. ponad 100 000 km/h.

anomalistyczny

Rokiem anomalistycznym jest okres czas pomiędzy dwoma kolejnymi przejściami Ziemia jego peryhelium . Jego czas trwania wynosi 365,25964 dni . To o 27 minut dłużej niż czas trwania tropikalny(patrz tutaj) lat. Jest to spowodowane ciągłą zmianą położenia punktu peryhelium. W obecnym okresie Ziemia przechodzi przez punkt peryhelium 2 stycznia

rok przestępny

Co czwarty rok, jak obecnie stosuje się w większości krajów świata kalendarz ma dodatkowy dzień – 29 lutego – i nazywany jest dniem przestępnym. Konieczność jego wprowadzenia wynika z faktu, że Ziemia dokonuje jednego obrotu dookoła Słońce przez okres nierówny liczbie całkowitej dni . Błąd roczny wynosi prawie ćwierć dnia i co cztery lata jest kompensowany wprowadzeniem „dodatkowego dnia”. Zobacz też kalendarz gregoriański .

gwiazdowy (gwiazdowy)

Czas obrót Ziemia wokół Słońce w układzie współrzędnych „fixed gwiazdy ”, tj. jakby „patrząc Układ Słoneczny z zewnątrz." W 1950 roku było to 365 dni , 6 godzin, 9 minut i 9 sekund.

Pod zakłócającym wpływem przyciągania innych planety , głównie Jowisz I Saturn , długość roku podlega kilkuminutowym wahaniom.

Ponadto długość roku zmniejsza się o 0,53 sekundy na sto lat. Dzieje się tak, ponieważ Ziemia pod wpływem sił pływowych spowalnia obrót Słońca wokół własnej osi (patrz ryc. Przypływy i odpływy ). Jednak zgodnie z prawem zachowania momentu pędu jest to kompensowane przez fakt, że Ziemia oddala się od Słońca i zgodnie z drugą Prawo Keplera wydłuża się okres jego obiegu.

tropikalny

Ziemia obraca się wokół nachylonej osi z zachodu na wschód. Połowa globu jest oświetlona przez słońce, jest tam wtedy dzień, druga połowa jest w cieniu, tam panuje noc. W wyniku obrotu Ziemi następuje cykl dnia i nocy. Ziemia wykonuje jeden obrót wokół własnej osi w ciągu 24 godzin – dziennie.

W wyniku rotacji poruszające się prądy (rzeki, wiatry) odchylają się na półkuli północnej w prawo, a na półkuli południowej w lewo.

Obrót Ziemi wokół Słońca

Ziemia obraca się wokół Słońca po orbicie kołowej, dokonując pełnego obrotu w ciągu 1 roku. Oś Ziemi nie jest pionowa, jest nachylona do orbity pod kątem 66,5°, kąt ten pozostaje stały podczas całego obrotu. Główną konsekwencją tej rotacji jest zmiana pór roku.

Rozważmy obrót Ziemi wokół Słońca.

• 22 grudnia- przesilenie zimowe. Zwrotnik południowy jest w tym momencie najbliżej słońca (słońce jest w zenicie) - dlatego na półkuli południowej jest lato, a na półkuli północnej zima. Noce na półkuli południowej są krótkie; 22 grudnia w południowym kręgu polarnym dzień trwa 24 godziny, noc nie nadchodzi. Na półkuli północnej wszystko jest na odwrót; na kole podbiegunowym noc trwa 24 godziny.
• 22 czerwca- dzień przesilenia letniego. Zwrotnik północny jest najbliżej słońca; na półkuli północnej jest lato, a na półkuli południowej zima. W południowym kręgu polarnym noc trwa 24 godziny, natomiast w północnym kręgu nocnym nie ma w ogóle nocy.
• 21 marca, 23 września- dni równonocy wiosennej i jesiennej. Równik znajduje się najbliżej słońca, a dzień na obu półkulach równa się nocy.