Суточное вращение земли

География

§ 5. Движения Земли

Вспомните

Что такое орбита планеты? Какую форму она имеет? Какая планета расположена ближе всех к Солнцу? Какое место по удаленности от Солнца занимает Земля? Заметно ли для человека ее движение?

По человеческим меркам Земля огромна. Она весит 6 000 000 000 000 000 000 000 т! Поэтому людям, живущим на Земле, трудно поверить, что такое огромное тело находится в постоянном движении. Два основных вида движения Земли, известных человечеству с давних времен, — вращение вокруг своей оси и вокруг Солнца.

Рис. 15. Вращение Земли вокруг своей оси

Вращение Земли вокруг своей оси. Землю часто сравнивают с огромным волчком, но, в отличие от волчка, ось Земли — воображаемая линия. Кроме того, земная ось наклонена к плоскости орбиты под углом 66,5°. Земная ось строго ориентирована в космическом пространстве. Ее северный конец направлен на Полярную звезду (рис. 15).

Точки пересечения воображаемой земной оси с поверхностью Земли называются географическими полюсами. Таких полюсов два — Северный и Южный.

Все объекты на земной поверхности вращаются вместе с Землей. Если наблюдать за нашей планетой из космоса со стороны Северного полюса, можно увидеть, что она вращается вокруг своей оси против часовой стрелки, т. е. с запада на восток. Полный оборот вокруг своей оси Земля совершает примерно за 24 ч. Этот период называется сутками.

Географические следствия вращения Земли вокруг своей оси:

  1. Вращение Земли влияет на ее форму: она немного сплюснута у полюсов.
  2. Из-за вращения Земли все движущиеся по ее поверхности тела отклоняются в Северном полушарии вправо по ходу своего движения, а в Южном — влево.
  3. Благодаря вращению Земли происходит смена дня и ночи.

Если бы земная ось не была строго ориентирована в пространстве, Земля двигалась бы беспорядочно «кувыркаясь».

Если Земля перестала бы вращаться вокруг своей оси и вокруг Солнца, она была бы обращена к Солнцу всегда одной стороной, на которой был бы вечный день. Температура на этой стороне Земли достигла бы 100°С и более, и вся вода испарилась бы. Неосвещенная сторона планеты превратилась бы в царство вечного холода, где в виде гигантской ледяной шапки скопилась бы земная влага.

Движение Земли вокруг Солнца. Вы уже знаете, что Земля движется вокруг Солнца по орбите со скоростью 30 км/с. Она удалена от Солнца почти на 150 млн км (рис. 16). Это расстояние — огромное по человеческим меркам и незначительное для космоса — оказалось наилучшим для возникновения жизни.

Рис. 16. Вращение Земли вокруг Солнца

Для удобства продолжительность года считают равной 365 суткам. Оставшиеся 6 часов суммируются и каждые 4 года образуют дополнительные сутки. Такие годы называются високосными, в них не 365, а 366 суток. В високосные годы в самом коротком месяце — феврале — не 28, а 29 дней.

Расчеты ученых показывают, что за все время существования Земли — 4,6 млрд лет — расстояние между ней и Солнцем оставалось практически неизменным.

Если бы Солнце перестало притягивать Землю, она бы улетела в космос в 40 раз быстрее пули! Если бы Земля двигалась по орбите медленнее, она не смогла бы противостоять притяжению Солнца и упала бы на него.

Если бы Земля находилась ближе к Солнцу, температура на ней была бы намного выше. На Венере, которая ближе к Солнцу на 42 млн км, температура около 500°С! Если бы Земля находилась дальше от Солнца, температура на ней была бы отрицательной. Марс удален от Солнца на 228 млн км и на его поверхности температура -60°С. Полный оборот вокруг Солнца Земля совершает за 365 сут. и 6 ч. Этот период называется годом.

Вопросы и задания

  1. Назовите два основных вида движения Земли.
  2. В какую сторону происходит вращение Земли вокруг своей оси?
  3. Назовите следствия вращения Земли вокруг своей оси.
  4. Назовите следствия вращения Земли вокруг Солнца.

Зачем придумали атомные часы

Давно известно: Земля крутится вокруг оси с разной скоростью. Еще в середине XVIII века Иммануил Кант предположил, что на это влияют лунно-солнечные приливы. В наши дни с развитием точных методов измерений его гипотеза подтвердилась. Сейчас средствами GPS, ГЛОНАСС, радиотелескопами со сверхдлинными базами (радиоинтерферометрами) скорость вращения измеряют с точностью до долей миллисекунд.

Как выяснилось, со времен Канта планета действительно немного замедлялась. Эти изменения астрономы выражают через продолжительность суток (LOD), которая увеличивается примерно на 1,2 миллисекунды в столетие.

В сутках — 86 400 секунд. А эталоном секунды с 1967-го служат показания атомных часов, которые, в отличие от планеты, идут с постоянной скоростью. Когда разница становится критической, всемирное координированное время (UTC) раз в несколько лет в конце декабря или июня подправляют, вводя добавочную секунду. Последний раз это делали в конце 2016-го. Отнимать же еще никогда не приходилось.

Происхождение вращения Земли

Самая рас­про­стра­нен­ная тео­рия объ­яс­ня­ет это про­цес­са­ми, шед­ши­ми во вре­ме­на об­ра­зо­ва­ния пла­нет. Об­ла­ка кос­ми­че­ской пыли «сби­ва­лись в кучу», об­ра­зуя за­ро­ды­ши пла­нет, к ним при­тя­ги­ва­лись дру­гие более или менее круп­ные кос­ми­че­ские тела. Столк­но­ве­ния с этими те­ла­ми и могли при­дать вра­ще­ние бу­ду­щим пла­не­там. А даль­ше пла­не­ты про­дол­жа­ли вра­щать­ся по инерции.

Почему Земля не падает на Солнце?

Когда Земля вращается вокруг Солнца, вырабатывается центробежная сила, которая пытается постоянно отбросить нашу планету. Но у неё это не получится. А всё потому, что Земля всегда движется вокруг светила с одинаковой скоростью и находится от него на безопасном расстоянии, соотносимом с центробежной силой, с которой Землю и пытаются выбить с орбиты. Вот почему Земля не падает на Солнце и не улетает в космос, а продолжает двигаться по заданной траектории.

Расположение

Млечный Путь в небе узнается быстро благодаря широкой и вытянутой белой линии, напоминающей молочный след. Интересно, что эта звездная группа доступна для обзора с момента формирования планеты. На самом деле, этот участок выступает галактическим центром.

Галактика простирается на 100000 световых лет в диаметре. Если бы вам удалось посмотреть на нее сверху, то заметили бы выпуклость в центре, от которой исходят 4 крупных спиральных рукава. Этот тип представляет 2/3 вселенских галактик.

На снимке отображена похожая на нашу галактика NGC 6744

В отличие от привычной спирали, экземпляры с перемычкой вмещают стержень в центре с двумя ответвлениями. У нашей галактики есть два главных рукава и два второстепенных. В рукаве Ориона расположена наша система.

Млечный Путь не статичен и вращается в космосе, перенося с собою все объекты. Солнечная система движется вокруг галактического центра на скорости 828000 км/ч. Но галактика невероятно огромная, поэтому на один проход уходит 230 миллионов лет.

В спиральных рукавах накапливается много пыли и газа, из-за чего создаются прекрасные условия для образования новых звезд. Рукава исходят от галактического диска, охватывающего примерно 1000 световых лет.

В центре Млечного Пути можно заметить выпуклость, наполненную пылью, звездами и газом. Именно из-за этого вам удается увидеть лишь небольшой процент от общего количества галактических звезд. Все дело в густой газовой и пылевой дымке, перекрывающей обзор.

На инфракрасном снимке продемонстрирована протяжность Млечного Пути

В самом центре скрывается сверхмассивная черная дыра, превышающая по массе Солнце в миллиарды раз. Скорее всего, раньше она была намного меньше, но регулярный рацион из пыли и газа позволил ей вырасти. Это невероятная обжора, потому что иногда засасывает даже звезды. Конечно, напрямую ее увидеть невозможно, но гравитационное влияние отслеживается.

Вокруг галактики расположен ореол горячего газа, где проживают старые звезды и шаровые скопления. Он простирается на сотни тысяч световых лет, но вмещает лишь 2% звезд от тех, что находятся в диске. Не будем забывать и про темную материю (90% галактической массы).

Осевое вращение

Земная ось – условная линия, которую можно провести от северного к южному полюсу. Она проходит под углом в 66°33 относительно плоскости нашей планеты. Одно обращение происходит за 23 часа 56 минут и 4 секунды, это время обозначается звездными сутками.

Главный результат осевого вращения – смена дня и ночи на планете. Кроме того, за счет этого движения:

  • Земля имеет форму со сплюснутыми полюсами;
  • тела (течение рек, ветер), движущиеся в горизонтальной плоскости, несколько смещаются (в Южном полушарии – влево, в Северном – вправо).

Эти скорости называют угловыми

Именно расположение оси под определенным углом определяет смену времен года. Находясь именно в таком положении, разные области планеты получают неодинаковое количество тепла в разное время. Если бы наша планета располагалась строго вертикально относительно Солнца, то времен года не было совсем, поскольку освещенные светилом в дневное время северные широты получали столько же тепла и света, сколько и южные широты.

На осевое вращение влияют следующие факторы:

  • сезонные изменения (осадки, движение атмосферы);
  • приливные волны против направления осевого движения.

Эти факторы тормозят планету, вследствие чего уменьшается ее скорость. Показатель этого уменьшения очень мал всего 1 секунда за 40000 лет, однако, за 1 млрд лет сутки удлинились с 17-и до 24-х часов.

Движение Земли продолжают изучать по сей день. Эти данные помогают составить более точные звездные карты, а также определить связь этого движения с природными процессами на нашей планете.

https://youtube.com/watch?v=MZJ6jImMEkA

Характеристики Луны

Если рассматривать параметры всех спутников Солнечной системы по сравнению с планетами, которые они сопровождают, Луна является рекордсменом: ее диаметр составляет около 25% от земного, а масса — 1/100 часть от массы Земли. Однако если иметь в виду абсолютные величины, то в Солнечной системе существуют спутники и гораздо крупнее Луны.

Образование естественного земного спутника наиболее распространенная сегодня версия связывает с последствиями столкновения двух протопланет неравного размера. В результате тяжелые, имеющие более высокую плотность, ядра космических тел слились в единую структуру, а из осколков верхних слоев грунта обеих протопланет сформировался естественный спутник.

С таким механизмом образования связано более высокое содержание железа в земных породах и преобладание каменных пород в составе лунного грунта.

Естественный спутник Земли движется по эллиптической траектории. Эксцентриситет орбиты Луны (величина, выражающая степень отклонения от окружности) — 0,0549. Средний радиус его составляет 1737,1 км. Скорость движения Луны по орбите — 1,023 км/с.

Фаза Луны — видимая часть спутника с поверхности планеты Земля. Credit: NASA.

Что заставляет Венеру вертеться иначе, чем другие планеты?

Венера, ставшая ответом на вопрос-загадку: «Какая планета вращается в другую сторону Солнечной системы?», изучена лучше остальных нетипично вертящихся тел. Были предложены три разных гипотезы причин ее необычного обращения.

  1. Предполагается, что, когда Солнечная система представляла собой газопылевой диск, закрученный против часовой стрелки, тот сгусток энергии и пыли, которому предстояло стать Венерой, крутился в ту же сторону, что и другие протопланеты. Столкновение с прото-Меркурием «развернуло» Венеру, «раскрутило» ее в противоположном направлении.
  2. По другой гипотезе толстая плотная венерианская атмосфера тормозит движение, закручивает ее в обратную сторону.
  3. Есть интересная версия, рассказывающая, что сильные гравитационные приливы, спровоцированные влиянием Солнца, и трение мантии о ядро планеты перевернуло ее. Направление вращения осталось тем же, но воспринимается иначе из-за поворота «вверх тормашками».

Что будет, если Земля перестанет вращаться?

На самом деле гравитация Земли намного сильнее центростремительного ускорения. В точке, которая находится на экваторе, центростремительное ускорение в 33 раза слабее гравитации Земли. Другими словами, вы даже не замечаете этого, хотя весите на экваторе чуть меньше, чем на полюсах .

НАСА говорит, что в течение следующих нескольких миллиардов лет вероятность остановки вращения Земли “практически равна нулю”. Теоретически, однако, если Земля действительно внезапно остановится, то это будет иметь катастрофические последствия. Атмосфера всё ещё будет двигаться с первоначальной скоростью вращения Земли. Это означает, что всё будет сметено с Земли, включая людей, здания и даже деревья, а также верхний слой почвы и камни.

Что если процесс будет более постепенным? По словам НАСА, это более вероятный сценарий, который будет происходить на протяжении миллиардов лет, потому что Солнце и Луна влияют на вращение Земли. Это даст людям, животным и растениям достаточно времени, чтобы привыкнуть к переменам. По законам физики, наиболее медленное вращение, которым может обладать Земля, составляет один оборот за 365 дней. В этом случае одна сторона нашей планеты всегда будет обращена к Солнцу, а другая – от Солнца. Для сравнения наша Луна уже находится в синхронном с Землёй вращении, где одна сторона Луны всегда обращена к нам, а другая сторона – отвёрнута от нас.

Но вернёмся к сценарию отсутствия вращения: магнитное поле предположительно исчезнет, ​​потому что считается, что оно создаётся вращением. Мы потеряем наши красочные сияния, а радиационные пояса Ван Аллена, окружающие Землю, вероятно, тоже исчезнут. В результате Земля окажется незащищённой перед солнечными выбросами. И это станет серьёзной проблемой для биологических видов.

Эффекты центробежной силы

При следовании круговому движению планеты к телу (человека) должна прилагаться сила. В противном случае под воздействием инерции тело перемещалось быть по прямой линии.

Речь в данном случае ведется о силе тяжести, которая может быть рассмотрена как следующие понятия:

  • сила тяжести (отвечающая за ускорение 9,81 м/с2), она возникает под воздействием массы Земли, притягивает все расположенные на поверхности планеты тела к ее центру;
  • центробежная сила (отвечает за ускорение 0,02 м/с2), возникает под воздействием вращения Земли и стремится вытолкнуть предметы с ее поверхности.

Центробежный эффект слабее силы тяжести (0,02 м/с меньше 9, 81 м/с), именно поэтому люди не чувствуют, как вращается Земля.

Мне нравитсяНе нравится

Почему Земля вращается вокруг своей оси?

Этот вопрос имеет длинную историю. Однако в разные времена он звучал по-разному. Вернее вопрос был в следующем: что именно вращается и как?

Представления древности о Земле были разные: то киты держат, то Атланты. Позже все-таки убедились, что планета имеет форму шара, но только беда в том, что осталось не понятным, откуда берется солнце. И сделали простой, но очень ошибочный вывод о том, что это солнце вращается вокруг нас и так день сменяет ночь. И все остальные тела тоже вращаются вокруг нас. А мы стоим на месте. Мы – центр Вселенной и все вокруг нас движется. Эту версию даже приняла католическая церковь, а значит, ее даже нельзя было оспорить. Но нашлись ученые, благодаря которым мы сегодня знаем правду: Земля вращается вокруг солнца и вокруг своей оси. Это были Коперник, Галилей и Бруно.

Однако давайте попробуем выяснить, почему Земля  вращается вокруг своей оси?

Вращение земли вокруг своей оси происходит в период одни звездные сутки

Причину этого явления следует искать в истоках появления космических тел, в первую очередь звезд и планет. Все дело в том, что когда-то твердых тел не был, были скопления газов, которые при взаимодействии друг с другом приходили в движение. Так образовывались облака. Они в свою очередь также двигались по инерции заданной после образования. Сталкиваясь с другими облаками, они продолжали увеличиваться. Однако именно с интенсивностью движения эти газовые туманности постепенно затвердевали. Таких объектов почти твердой формы становилось все больше. В физике действует закон взаимного притяжения, так эти тела начинали влиять друг на друга, то есть образовывать то, что можно назвать системой. Они стали двигаться в четкой последовательности, как механизм часов, где каждая шестеренка выполняет определенные действия, а вся их система называется часы. Именно так начала функционировать наша Солнечная система.

Правда ученые предполагают, что в моменты своего образования планеты Солнечной системы не раз меняли наклон оси или движение. Это происходило из-за столкновения с другими планетами (или очень большими космическими телами). Возможно, так появился пояс астероидов между четвертой и пятой планетами, так Венера стала вращаться в обратную сторону, а Юпитер «упал» на бок. А что же Земля, сталкивалась ли она с кем-либо? Ученые предполагают, что на стадии формирования наша планета сталкивалась с большим космическим телом (возможно, планетой). Земля выстояла, а в память об этом столкновении у нашей планеты появился спутник – Луна. Она вращается вокруг нас, а мы вокруг Солнца. Вот такой сложный и интересный космический мир.

Вам будет интересно:

Элементы орбиты

У каждой орбиты имеется свой набор параметров. К тому же, именно он задаёт её форму, размер и расположение в пространстве. В астрономии принято использовать кеплеровы элементы орбиты. К ним относятся:

  • большая полуось — геометрическая характеристика объектов. Образуется коническим сечением, то есть пересечением плоскости с поверхности кругового конуса.
  • эксцентриситет — это параметр конического сечения, выраженный в числах. Он указывает его отклонение от окружности.
  • наклонение — угол между плоскость и орбитой.
  • аргумент перицентра — угол между направлениями из центра на восходящий узел орбиты. Сам перицентр определяют как ближнюю точку орбиты к притягивающему центру.
  • долгота восходящего узла — математическое описание линии плоскости орбиты в отношении к базовой плоскости.
  • средняя аномалия — это произведение среднего движения тела и интервала времени от перицентра. Имеет стабильную угловую скорость.

https://youtube.com/watch?v=oaBjfsoulao

Вращение планеты — на что влияет?

Постоянное перемещение планеты вокруг собственной оси сопровождается такими явлениями как смена дня и ночи, смена времен года.

Один оборот вокруг собственной оси занимает календарный год. Вокруг солнца Земля оборачивается за 24 часа.

Вся человеческая жизнь поделена на эти временные промежутки. Вращение земли определяет периоды сна и бодрствования.

Следовательно нам позволяет поддерживать организм в тонусе. Любые отклонения, нарушения в режиме, могут вызывать негативные последствия для здоровья.

Вращение Земли вокруг оси оказывает с одной стороны определяющее воздействие на жизнь всех форм жизни, обитающих на планете.

Человек не замечает данное вращение на физическом уровне, не видит движение планеты.

Вращение Земли вокруг Солнца

Наша планета пятая по величине и третья по удаленности от Солнца. Она сформировалась из элементов солнечной туманности около 4,55 млрд лет назад.Обращение планеты по отношению к центральной точке нашей системы происходит по эллиптической орбите на среднем расстоянии от центра системы почти 149,6 млн км со средней орбитальной скоростью примерно 29,8 км/с.

Пока Земля совершает полный оборот вокруг Солнца, она успевает сделать примерно 365,25 своего собственного витка. Столько дней входит в 1 астрономический год.

Вращение Земли вокруг Солнца

Значение скорости изменяется в зависимости от расположения нашей планеты в космическом пространстве: находясь в ближайшей к Солнцу точке (она называется перигелием), это небесное тело движется быстрее — более 30 км/с, в афелии (наиболее удаленной от светила позиции) — медленнее, около 29,3 км/с. Такой цикл Земля проходит бесконечно, и от точности соблюдения траектории зависит жизнь на планете.

Чередование времен года

Совершая оборот вокруг Солнца, Земля движется по направлению с запада на восток. Во время своего путешествия это небесное тело не меняет угол наклона, поэтому на определенном участке орбиты она полностью обращена какой-то одной стороной. Этот период на планете воспринимается живым миром как лето, а на необращенной к Солнцу стороне в это время года будет царить зима. Благодаря постоянному движению на планете происходит смена сезонов.

Два раза в году на обоих Полушариях планеты устанавливается относительно одинаковое сезонное состояние. Земля в это время повернута к Солнцу таким образом, что оно равномерно освещает ее поверхность. Это происходит осенью и весной в дни равноденствия.

Високосный год

Земля делает один оборот вокруг собственной оси примерно за 23 часа 56 минут, а один оборот вокруг Солнца происходит за 365 дней и 6 часов. Эта разница периодов постепенно накапливается и один раз в 4 года у нас в календаре появляется лишний день (29 февраля), и такой год называется високосным.

Также на данный процесс оказывает определенное воздействие располагающаяся в непосредственной близости Луна, под действием гравитационного поля которой вращение Земли постепенно замедляется, а это свою очередь удлиняет сутки примерно на одну тысячную каждые 100 лет.

Что такое год?

Изначально под годом подразумевался полный цикл смен времён года (зима, весна, лето, осень). Лишь после создания гелиоцентрической теории было доказано, что понятие года неразрывно связано с вращением Земли вокруг Солнца (а также наклоном земной оси). Для повышения точности вычисления траекторий небесных тел и решения других астрономических задач необходимо было чёткое определение термина «год», в результате чего на свет появилось несколько его трактовок:

  • Тропический год: временной отрезок, за который Солнце возвращается в изначальное положение на небесной сфере (с точки зрения наблюдателя на поверхности Земли). Продолжительность – 365 дней 5 часов 48 минут 45.19 секунд (незначительно меняется каждый год).
  • Сидерический: временной отрезок, за который Земля делает полный оборот вокруг Солнца и возвращается в начальную точку (отсчёт ведётся относительно звёзд, положение которых на небесной сфере изменяется очень медленно). Продолжительность — 365 дней 6 часов 9 минут 8,97 секунд.
  • Аномалистический год: временной отрезок, за который наша планета возвращается в определённую точку собственной орбиты – перицентр. Продолжительность – 365 дней 6 часов 13 минут 52,6 секунд.
  • Календарный год: временной отрезок, приближённо обозначающий полный сезонный цикл. Продолжительность 365 дней (в григорианском календаре).

Почему Плутон ретрограден?

Еще один ответ на вопрос «Какая планета в Солнечной системе вращается в другую сторону?» – Плутон. Предполагается, что в ретроградном движении карликовой планеты Плутона был задействован Нептун. Массивный объект, выброшенный из его недр, взорвался, распался на два фрагмента с подобной, но несколько различающейся массой. Меньший объект приобрел большую скорость и улетел за пределы воздействия Нептуна, превратившись в самостоятельную карликовую планету. Оставшееся, более массивное тело стало ретроградно обращающимся вокруг Нептуна спутником Тритоном.

На сегодня ученые уже отыскали во Вселенной множество ответов на вопрос: «Какая планета вращается в обратном направлении?». Немало таких открытий еще ждет их впереди.

Теория о магнитных полях

Научно доказано, что если просто соединить 2 одинаково позитивно или негативно заряженных магнита, то они оттолкнутся. Поэтому, исходя из данной теории, противоположные полюса круглой Земли всегда имеют одинаковый заряд, поэтому они будто отталкиваются как можно дальше по отношению друг к другу. Это и считается одним из явных объяснений тому, почему Земля крутится вокруг своей оси. Научно доказано, что наша планета не только эллипсообразная, но и представлена своеобразным внутренним ядром. Образовавшееся магнитное поле практически всегда заставляет его толкать планету только с запада на восток, что приводит к более быстрому вращению самого ядра, если сравнивать его с остальной планетой.

Земля

Теперь можно рассмотреть и планету, которая стала домом для человечества – Землю. Среднее расстояние до Солнца – почти 150 миллионов километров. Именно это расстояние принято называть одной астрономической единицей – их используют при подсчете небольших (по меркам Вселенной) расстояний в космосе.

Сложно поверить, но пока вы читаете эту статью, вы движетесь вместе с Землей на скорости почти 30 километров в секунду. Но даже при столь внушительной скорости, чтобы сделать полный оборот вокруг Солнца, планета тратит на это больше 365 суток или 1 год. Зато вокруг своей оси вращается довольно быстро – всего за 24 часа. Впрочем, эти и многие другие факты о Земле очевидны всем, поэтому подробно рассматривать нашу родную планету не станем. Перейдем сразу к следующей.

Гравитация и масса тела

На силу гравитации влияет также масса тел, то есть количество вещества в них. Земля и Солнце взаимно притягивают друг друга, но поскольку масса Солнца намного больше, то оно притягивает Землю сильнее. Ученые считают, что гравитация формирует пространство, которое искривляется вокруг сгустков материи. Чем массивнее сгусток, тем больше искривляется пространство. Каким образом это происходит? Вместе с приятелем туго растяните на весу простыню. Положите на простыню тяжелый металлический шар. Простыня прогнется под тяжестью шара и примет его форму.

Интересный факт: ученые убеждены, что сила гравитации искривляет пространство, придавая ему форму.

Если положить на простыню меньшие шары, то они скатятся к большому. По мнению ученых, нечто подобное происходит и со звездами. Они искривляют пространство, как шары простыню в вашем опыте, и заставляют другие объекты «скатываться» по направлению к ним.

Если Вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

С какой скоростью Земля летит сквозь Вселенную

Все планеты нашей системы вращаются вокруг Солнца, но и само светило при этом не стоит на месте. Любой гигантский космический объект обладает большой массой и рождает сильное гравитационное поле, начинающее притягивать к себе соседей. Этим объясняется движение планеты в направлении границ ближайших созвездий Лиры и Геркулеса со скоростью 20 км/с.


Полет Земли через Вселенную. Credit: NASA Solar System Exploration.

Одновременно с этим Солнечная система и соседние с ней объекты притягиваются более крупными звездам. Все вместе они движутся, направляясь к Змееносцу, пересекающему эклиптику большому экваториальному созвездию, в котором вспыхнули последние из наблюдавшихся в нашей Галактике сверхновые звезды. В первом случае скорость перемещения составляет 15 км/с, во втором — 23-25 км/с.

Как часть Млечного Пути, Солнечная система вместе с остальными звездными и планетарными объектами нашей галактики, газовыми облаками, астероидами, кометами, черными дырами, частицами пыли и темной материей движется относительно общего центра масс. Эта условная точка галактики находится на расстоянии около 25 тыс. световых лет от нас. Солнце двигается вокруг нее по эллиптической орбите, 1 полный оборот (галактический год) продолжается 220-250 млн лет. Расчеты показывают, что скорость Солнца составляет около 220 км/с.

Но и сам Млечный Путь нестатичен:

  • он и его соседка по Местной группе галактик Андромеда притягивают друг друга со скоростью примерно 100-150 км/с;
  • находящаяся недалеко от нас крупная галактика М33 тоже движется в нашем направлении примерно с такой же скоростью;
  • большое скопление Девы, находящееся в 15-20 световых годах от нас, настолько массивное, что притягивает Млечный Путь к себе со скоростью 400 км/сек.

Млечный Путь в космосе. Credit: NASA Solar System Exploration.

Но и Андромеда, и М33, и состоящее не менее, чем из 1500 отдельных галактик скопление Девы тоже не являются стационарными объектами. Все они со скоростью 600 км/час движутся по направлению к Великому Аттрактору. Так называют условную точку, расположенную в глубинах Вселенной и состоящую из множества сверхскоплений, притягивающих к себе все окружающее.

Смещение полюсов

В недавней статье в журнале “Природа” он обратил внимание на открытое в XIX веке чандлеровское колебание оси вращения Земли. Так называют смещение полюсов на несколько метров туда-сюда каждые 14 месяцев

На него накладывается еще годичное “подрагивание” — вынужденная нутация. “Земля раскачивается как маятник и в то же время немного отклоняется влево-вправо”, — объясняет ученый.

Каждые сорок лет чандлеровское колебание то усиливается, то ослабевает и ось Земли покачивается синхронно. В статье, принятой сейчас в международный журнал, это показал как раз Леонид Зотов: “Сейчас эпоха затухания чандлеровского колебания. Дрейф оси усилился — она выписывает завихрения, делает загибы”.

В 2020-м сошлись три явления: максимумы глобальной температуры и скорости вращения Земли, а также практически полное затухание чандлеровского колебания. Как все это связано, предстоит выяснить. Возможно, зацепка в недрах Земли или в Северной Атлантике, которая сильно влияет на чандлеровское колебание, а также на глобальную температуру, определяя погоду в Европе от Атлантики до Крыма.

“Видно, что есть какое-то сходство у этих процессов, но надо быть аккуратными в выводах. Я думаю, Земля начнет тормозить. Тогда, возможно, Многолетнее Атлантическое колебание будет спадать и температура пойдет вниз”, — полагает исследователь.

Сейчас Леонид Зотов участвует в конкурсе по прогнозированию параметров вращения Земли, организованном Потсдамским центром наук о Земле и Институтом космических исследований в Варшаве. В течение года специалисты со всего мира будут соревноваться в точности недельных прогнозов. В то, что мы увидим, как вычитают секунду, ученый не верит. По его мнению, Земля умерит прыть и вернется в привычный ритм.

Куда убегает секунда

“С 1962 года скорость вращения Земли тщательно изучают, сравнивают показания атомных часов TAI со шкалой UT1, определяемой по положению звезд, квазаров, космических аппаратов. С 2016-го LOD пошла вниз, сутки укоротились с этих пор на три миллисекунды”, — рассказывает доктор физико-математических наук Леонид Зотов, старший научный сотрудник ГАИШ МГУ и доцент НИУ ВШЭ.

Вроде бы отклонение ничтожно мало. Но представьте, что вы на экваторе и собираетесь запускать ракету в цель. Скорость вращения планеты в этом месте — округленно 460 метров в секунду. Если не скорректировать координаты в соответствии с новыми данными, ошибка в миллисекунду составит порядка 46 сантиметров на поверхности, а это уже критично.

Знание скорости и положения оси вращения необходимы для гражданской и военной высокоточной навигации. Измерения со всего мира сводит Международная служба вращения Земли и систем отсчета с центром данных в Парижской обсерватории.

Cейчас время, измеряемое по вращению Земли, начало обгонять атомное. Раньше секунда UTC была короче секунды вращения Земли UT1 и шкала атомного времени как-бы уходила вперед, что требовало введения добавочной секунды, притормаживавшей первые “часы”. Сейчас же две шкалы практически сравнялись. Нынешние 365 оборотов Земли грозят стать рекордно короткими за 60 лет наблюдений. Если планета продолжит ускоряться, то в 2026-м разница приблизится к критической — в 0,9 секунды. Хранители времени будут вынуждены впервые в истории убавить время на секунду.

Орбитальная акробатика

Силы, действующие на вращающиеся тела, приводят к своеобразной «орбитальной акробатике». Представьте, что Вы взяли волчок и раскрутили его. Через какое-то время он начнет колебаться. Этот процесс называется прецессией. Так же происходит и с планетами. Ось Земли, например, совершает циклические колебания с периодом в 26 000 лет с амплитудой в десятки градусов. Это происходит из-за влияния притяжения Луны. Но, в случае с Венерой, сравнительно небольшие гравитационные силы, которые ввели ее в резонанс 3: 2 с Землей, кажутся недостаточно сильными, чтобы сделать ее вращение ретроградным.

Современные ученые в большинстве своем склоняются к тому, что Венера вращается таким образом потому, что в древности с ней произошло какое-то драматическое событие. И произошло оно во время формирования этой планеты (и Урана соответственно). Крупные кратеры, которые астрономы наблюдают на различных планетарных поверхностях, свидетельствуют о том, что вскоре после того, как планеты сформировались, еще могли существовать некоторые крупные протопланеты, вращающиеся вокруг Солнца. Одна из них, возможно, столкнулась с Землей. При этом в космос был выброшен материал, который позднее стал Луной. Спутники внешних планет, вероятно, являются представителями древней популяции подобных тел.

Венера, возможно, когда-то столкнулась с одним из подобных объектов. Но в этом случае, в отличие от случая с Землей, выброшенный материал не образовал новый спутник. А был поглощен телом Венеры. Масса и кинетическая энергия этого объекта могла внести сильный угловой момент в параметры вращения планеты. В результате направление и скорость этого вращения серьезно изменились по сравнению с ее начальным состоянием. Которое могло быть когда-то очень похожим на земное. И, вероятно, результатом этого древнего столкновения является ретроградное вращение Венеры в наше время.

Эту теорию можно распространить и на Уран. И это столкновение, вероятно, произошло до того, как сформировались его спутники. Их орбитальные плоскости выглядят весьма стандартно. То есть лежат практически в плоскости экватора Урана. И не показывают никаких свидетельств драматического гравитационного события, такого как столкновение крупных тел.