Ko darīt, ja kāds jums pateiktu, ka jūs jebkurā brīdī braucat ar ātrumu, kas ievērojami pārsniedz skaņas ātrumu? Jūs varētu domāt, ka viņi ir traki, ņemot vērā to, ka jūs stāvējāt uz cietas zemes, nevis virsskaņas lidmašīnas kabīnē. Tomēr apgalvojums ir pareizs. Jebkurā brīdī mēs visi pārvietojamies ar ātrumu aptuveni 1674 kilometri stundā, pateicoties Zemes rotācijai,
Pēc definīcijas Zemes rotācija ir laiks, kas nepieciešams, lai vienu reizi pagrieztos ap savu asi. Acīmredzot tas tiek darīts reizi dienā – t.i., ik pēc 24 stundām. Tomēr šeit ir jāņem vērā divi dažādi rotācijas veidi. Pirmkārt, tas ir laiks, kas nepieciešams, lai Zeme vienu reizi apgrieztos ap savu asi, lai tā atgrieztos tajā pašā orientācijā, salīdzinot ar pārējo Visumu. Pēc tam ir nepieciešams, cik ilgs laiks nepieciešams, lai Zeme pagrieztos, lai Saule atgrieztos tajā pašā vietā debesīs.
Saules un sānu enerģijas diena:
Kā mēs visi zinām, ir vajadzīgas tieši 24 stundas, lai Saule atgrieztos tajā pašā vietā debesīs, kas šķiet acīmredzami. 24 stundas ir tas, ko mēs domājam par pilnu dienu, un laiks, kas nepieciešams, lai pārietu no dienas uz nakti un atpakaļ. Taču patiesībā Zemei ir vajadzīgas 23 stundas, 56 minūtes un 4,09 sekundes, lai, salīdzinot ar fona zvaigznēm, apgrieztos ap savu asi.
Kāpēc atšķirība? Tas būtu tāpēc, ka Zeme riņķo ap Sauli, veicot vienu orbītu nedaudz vairāk kā 365 dienās. Ja dalīsit 24 stundas ar 365 dienām, redzēsit, ka dienā jums būs atlikušas aptuveni 4 minūtes. Citiem vārdiem sakot, Zeme griežas ap savu asi, bet tā riņķo arī ap Sauli, tāpēc Saules atrašanās vieta debesīs katru dienu panāk par 4 minūtēm.
Nakts debesis, kas rāda 6 stundu rotāciju, kas uzņemta ar ilgstošu ekspozīciju. Kredīts: Kriss Šurs
Laiks, kas nepieciešams, lai Zeme vienu reizi apgrieztos ap savu asi, ir zināms kā asiderālā diena– kas ir 23,9344696 stundas. Tā kā šāda veida dienas mērījumi ir balstīti uz Zemes stāvokli attiecībā pret zvaigznēm, astronomi to izmanto kā laika uzskaites sistēmu, lai sekotu līdzi, kur zvaigznes parādīsies naksnīgajās debesīs, galvenokārt tāpēc, lai viņi zinātu, kādā virzienā tās norādīt. teleskopi iekšā.
Laiks, kas nepieciešams, lai Saule atgrieztos tajā pašā vietā debesīs, tiek saukts par asaules diena, kas ir 24 stundas. Tomēr tas mainās gadu gaitā, un uzkrātais efekts rada sezonālās novirzes no vidējā līdz pat 16 minūtēm. To izraisa divi faktori, tostarp Zemes eliptiskā orbīta ap Sauli un tās aksiālais slīpums.
Orbīta un aksiālais slīpums:
Kā Johanness Keplers norādīts savā Jaunā astronomija (1609), Zeme un Saules planētas negriežas ap Sauli perfektos apļos. Tas ir pazīstams kā Keplera pirmais likums , kurā teikts, ka 'planētas orbīta ap Sauli ir elipse ar Saules masas centru vienā fokusā'. Perihēlijā (t.i., tuvākajā) tas atrodas 147 095 000 km (91 401 000 jūdzes) no Saules; turpretim afēlijā tas ir 152 100 000 km (94 500 000 jūdzes).
Šīs attāluma izmaiņas nozīmē, ka Zemes orbītas ātrums palielinās, kad tā ir vistuvāk Saulei. Lai gan tā vidējais ātrums ir aptuveni 29,8 km/s (18,5 jūdzes/s) vai 107 000 km/h (66487 jūdzes stundā), tas faktiski svārstās par pilnu km/s gada laikā – no 30,29 km/s līdz 29,29 km/s. s (109 044 – 105 444 km/h; 67 756,8 – 65 519,864 jūdzes stundā).
Zemes aksiālais slīpums (vai slīpums) un tā saistība ar rotācijas asi un orbītas plakni, skatoties no Saules ziemeļu ekvinokcijas laikā. Pateicība: NASA
Šādā ātrumā Saulei ir vajadzīgas 24 stundas, t.i., viena Saules diena, lai pabeigtu pilnu rotāciju ap Zemes asi un atgrieztos meridiānā (punktā uz zemeslodes, kas virzās no ziemeļiem uz dienvidiem caur poliem). Skatoties no skatu punkta virs Saules un Zemes ziemeļpoliem, Zeme riņķo ap Sauli pretēji pulksteņrādītāja virzienam.
Šīs Zemes griešanās ap Sauli jeb Saules precesija caur ekvinokcijām ir iemesls, kāpēc gads ilgst aptuveni 365,2 dienas. Arī šī iemesla dēļ ik pēc četriem gadiem ir nepieciešama papildu diena (29. februāris katrā garajā gadā). Arī Zemes rotācija ap Sauli ir pakļauta nelielai ekscentricitātei (0,0167°), kas nozīmē, ka tā periodiski atrodas tuvāk vai tālāk no Saules noteiktos gada laikos.
Arī Zemes ass ir aptuveni 23,439° slīpa pret ekliptiku. Tas nozīmē, ka tad, kad Saule šķērso ekvatoru abos ekvinokcijās, tās ikdienas nobīde attiecībā pret fona zvaigznēm ir leņķī pret ekvatoru. Jūnijā un decembrī, kad Saule atrodas vistālāk no debess ekvatora, noteikta nobīde gar ekliptiku atbilst lielai nobīdei pie ekvatora.
Tātad šķietamās saules dienas martā un septembrī ir īsākas nekā jūnijā vai decembrī. Ziemeļu mērenajos platuma grādos Saule lec uz ziemeļiem no patiesajiem austrumiem vasaras saulgriežos un riet uz ziemeļiem no patiesajiem rietumiem, ziemā apgriežoties otrādi. Saule lec uz dienvidiem no patiesajiem austrumiem vasarā dienvidu mērenajā zonā un riet uz dienvidiem no patiesajiem rietumiem.
Rotācijas ātrums:
Kā minēts iepriekš, Zeme griežas diezgan ātri. Faktiski zinātnieki ir noskaidrojuši, ka Zemes rotācijas ātrums pie ekvatora ir 1674,4 km/h. Tas nozīmē, ka, tikai stāvot uz ekvatora, cilvēks jau pārvietotos ar ātrumu, kas pārsniedz skaņas ātrumu aplī. Taču līdzīgi kā dienas mērīšanu, Zemes rotāciju var izmērīt vienā no diviem dažādiem veidiem.
Zemes rotācijas periods attiecībā pret fiksētajām zvaigznēm ir pazīstams kā “zvaigžņu diena”, kas ir 86 164,098903691 sekunde no vidējā Saules laika (jeb 23 stundas, 56 minūtes un 4,0989 sekundes). Tikmēr Zemes rotācijas periods attiecībā pret precesējošo vai kustīgo vidējo pavasara ekvinokciju ir 23 stundas 56 minūtes un 4,0905 sekundes no vidējā Saules laika. Nav būtiska atšķirība, bet atšķirība tomēr.
Tomēr laika gaitā planēta nedaudz palēninās, jo Mēness plūdmaiņas ietekmē Zemes rotāciju. Atompulksteņi rāda, ka mūsdienu diena ir par aptuveni 1,7 milisekundēm garāka nekā pirms gadsimta, lēnām palielinot ātrumu, kādā UTC tiek koriģēts par lēcieniem. Zemes rotācija notiek arī no rietumiem uz austrumiem, tāpēc Saule lec austrumos un riet rietumos.
Siderālas dienas un saules dienas vizualizācija. Kredīts: quora.com
Zemes veidošanās:
Vēl viena interesanta lieta par Zemes rotāciju ir tā, kā tas viss sākās. Būtībā planētas rotācija ir saistīta ar visu to daļiņu leņķisko impulsu, kas apvienojās, lai izveidotu mūsu planētu pirms 4,6 miljardiem gadu. Pirms tam Zeme, Saule un pārējā Saules sistēma bija daļa no milzu ūdeņraža, hēlija un citu smagāku elementu molekulārā mākoņa.
Kad mākonis sabruka, visu daļiņu impulss lika mākoņam griezties. Pašreizējais Zemes rotācijas periods ir šīs sākotnējās rotācijas un citu faktoru, tostarp plūdmaiņu berzes un hipotētiskās ietekmes rezultāts. Theia – sadursme ar Marsa izmēra objektu, kas, domājams, notikusi apm. pirms 4,5 miljardiem gadu un izveidoja Mēnesi.
Šī straujā rotācija arī piešķir Zemei tās formu, saplacinot to izliektā sferoīdā (vai tādā, kas izskatās pēc saspiestas bumbiņas). Šī mūsu planētas īpašā forma nozīmē, ka punkti gar ekvatoru faktiski atrodas tālāk no Zemes centra nekā pie poliem.
Mākslinieka iespaids, kā Saules sistēma izskatījās agrīnā veidošanās stadijā, kā putekļu mākonis riņķo ap zvaigzni. Kredīts: JPL/NASA
Studiju vēsture:
Senatnē astronomi dabiski uzskatīja, ka Zeme ir nekustīgs ķermenis kosmosā un ka Saule, Mēness, planētas un zvaigznes rotē ap to. Klasiskajā senatnē filozofi un astronomi, piemēram, Aristotelis un Ptolemajs, to formalizēja kosmoloģiskās sistēmās, ko vēlāk sāka dēvēt par Ptolemaja modeli (vai Ģeocentriskais modelis ) no Visuma.
Tomēr senatnē bija tie, kas apšaubīja šo konvenciju. Viens no strīdiem bija fakts, ka Zeme ne tikai bija fiksēta vietā, bet arī negriezās. Piemēram, Aristarhs no Samos (apmēram 310.–230. p.m.ē.) publicēja rakstus par šo tēmu, ko citēja viņa laikabiedri (piemēram, Arhimēds). Saskaņā ar Arhimēda teikto, Aristarhs piekrita, ka Zeme griežas ap Sauli un ka Visums ir daudzkārt lielāks, nekā tika uzskatīts iepriekš.
Un tad bija Seleiks no Sēlijas (apmēram 190.–150. p.m.ē.), hellēnisma astronoms, kurš dzīvoja Tuvo Austrumu sēļu impērijā. Seleuks bija Aristarha heliocentriskās sistēmas atbalstītājs un, iespējams, pat pierādīja, ka tā ir patiesība, precīzi aprēķinot planētu pozīcijas un Zemes apgriezienus ap Zemes un Mēness “masas centru”.
Portugāļu kosmogrāfa un kartogrāfa Bartolomeu Velho ilustrācija Ptolemaja ģeocentriskajai sistēmai, 1568. Kredīti: Bibliothèque Nationale, Parīze
Visuma ģeocentrisko modeli apšaubītu arī viduslaiku islāma un Indijas zinātnieki. Piemēram, 499. gadā pēc mūsu ēras indiešu astronoms Ārjabhata publicēja savu magnum opus Arjabhatija , kurā viņš piedāvāja modeli, kurā Zeme griežas ap savu asi un planētu periodi tika doti attiecībā pret Sauli.
10. gadsimta irāņu astronoms Abu Saids al-Sijzi iebilda pret Ptolemaja modeli, apgalvojot, ka Zeme griežas ap savu asi, tādējādi izskaidrojot šķietamo diennakts ciklu un zvaigžņu rotāciju attiecībā pret Zemi. Aptuveni tajā pašā laikā Abu Rayhan Biruni 973–1048) apsprieda iespēju Zemei griezties ap savu asi un ap Sauli, lai gan viņš to uzskatīja par filozofisku, nevis matemātisko jautājumu.
Maraha un Ulugh Beg (pazīstams arī kā Samarkandas) observatorijā Zemes rotāciju apsprieda vairākas astronomu paaudzes laikā no 13. līdz 15. gadsimtam, un daudzi izvirzītie argumenti un pierādījumi atgādināja Kopernika izmantotos argumentus un pierādījumus. Šajā laikā Nilakantha Somayaji publicēja arīAryabhatiyabhasya(komentārs parArjabhatija), kurā viņš iestājās par daļēji heliocentrisku planētu modeli. Tam sekoja 1500. gadā Tantrasangraha, kurā Somayaji iekļāva Zemes rotāciju ap savu asi.
14. gadsimtā Eiropā sāka parādīties heliocentrisma un kustīgas Zemes aspekti. Piemēram, franču filozofs bīskaps Nikola Oresme (aptuveni 1320-1325-1382 CE) apsprieda iespēju, ka Zeme griezās ap savu asi. Tomēr poļu astronomam Nikolajam Kopernikam bija vislielākā ietekme uz mūsdienu astronomiju, kad 1514. gadā viņš īsā traktātā ar nosaukumu publicēja savas idejas par heliocentrisku Visumu. Komentāri (“Mazais komentārs”).
Visuma ģeocentrisko un heliocentrisko modeļu salīdzinājums. Kredīts: history.ucsb.edu
Tāpat kā citi pirms viņa, Koperniks balstījās uz grieķu astronoma Atistarha darbu, kā arī izrādīja cieņu Maragas skolai un vairākiem ievērojamiem islāma pasaules filozofiem (skatīt zemāk). Viņa modelim raksturīgs bija fakts, ka Zeme un visas pārējās planētas ripoja ap Sauli, kā arī tas, ka Zeme griezās ap savu asi un to riņķo Mēness.
Ar laiku un pateicoties tādiem zinātniekiem kā Galileo un Sers Īzaks Ņūtons , mūsu planētas kustība un revolūcija kļūtu par pieņemtu zinātnisku konvenciju. Līdz ar kosmosa laikmeta parādīšanos, satelītu un atompulksteņu izvietošanu, mēs esam ne tikai apstiprinājuši, ka tas atrodas pastāvīgā kustībā, bet arī spējuši izmērīt tā orbītu un rotāciju ar neticami precizitāti.
Īsāk sakot, pasaule ir griezusies kopš tās pirmsākumiem. Un pretēji tam, ko daži varētu teikt, tas patiesībāirpalēninās, kaut arī neticami lēnā tempā. Bet, protams, līdz tam laikam, kad tas ievērojami palēnināsies, mēs, visticamāk, būsim beiguši eksistēt vai izslīduši tās “saturīgās saites” un kļuvuši par starpplanētu sugu.
Mēs esam rakstījuši daudz interesantu rakstu par Zemes kustībām šeit Universe Today. Lūk Cik ātri Zeme griežas? , Zemes orbīta ap Sauli , Cik ātri Zeme griežas? , Kāpēc Zeme griežas? , Kas notiktu, ja Zeme pārstātu griezties? , un Kāda ir atšķirība starp Saules sistēmas heliocentriskajiem un ģeocentriskajiem modeļiem?
Ja vēlaties iegūt vairāk informācijas par Zemes rotāciju, pārbaudiet NASA Saules sistēmas izpētes ceļvedis uz Zemes . Un šeit ir saite uz NASA Zemes observatorija .
Esam ierakstījuši arī Astronomy Cast sēriju viss par Zemi . Klausies šeit, 51. sērija: Zeme .