По какой орбите Земля движется вокруг Солнца?
Из школьного курса всем известно, что Земля вращается относительно Солнца. Орбита – это траектория движения нашей планеты вокруг звезды. Есть ли у неё какие-нибудь примечательные особенности?
Форма траектории
Долгое время астрономы полагали, что орбиты небесных тел – это окружности. Однако Иоганн Кеплер установил, что на самом деле планеты, в том числе Земля, двигаются по эллиптической траектории, причем Солнце находится в одном из фокусов этого эллипса.
У эллипса, который выглядит как сплюснутая окружность, есть такой параметр, как эксцентриситет. Он определяет, насколько близка его форма к окружности. Эксцентриситет может принимать значение от нуля до единицы. Если он равен нулю, то орбита становится идеальным кругом, в центре которого расположена звезда. Земной эксцентриситет равен 0,0167, то есть наша орбита очень близка к круговой.
Точка, в которой небесное тело максимально удалено от своего светила, называется апоцентром, а ближайшая точка именуется перицентром. Применительно к планетам Солнечной системы также используются термины афелий и перигелий. Когда Земля находится в афелий, расстояние от неё до Солнца составляет 152 млн км, а в перигелий оно сокращается до 147 млн км.
Столь незначительное изменение радиуса земной орбиты очень важно для жизни на планете, так как оно позволяет поддерживать стабильное значение средней температуры на ней. Для сравнения – радиус орбиты Меркурия меняется от 46 до 70 млн км, что соответствует значению эксцентриситета 0,2.
Расстояние от Земли до Солнца
Средний радиус земной орбиты, равный 150 млн км, принят за одну астрономическую единицу – единицу измерения расстояний в космическом пространстве. Исторически ее удобно было использовать при описании Солнечной системы.
Дело в том, что определить относительные расстояния в ней (например, вычислить, что радиус венерианской орбиты в 1,4 раза меньше радиуса земной), значительно проще, чем рассчитать абсолютные. Поэтому астрономы приняли расстояние между Землей и Солнцем за условную единицу и через нее выражали все остальные линейные размеры в нашей планетной системе. Лишь в 1672 году с помощью измерения параллакса Марса итальянцу Джованни Кассини удалось впервые оценить радиус земной орбиты в 140 млн км.
Более точное значение астрономической единицы удалось получить методом радиолокации Венеры советским астрономам в 1961 году. Они получили значение 149 599 300±2000 км.
Скорость движения Земли
Общая протяженность орбиты нашей планеты составляет 940 млн км, которые Земля преодолевает за 365,25 дня, именно поэтому каждый четвертый год делают високосным, добавляя к нему 29 февраля. При этом небесные тела движутся по орбите с неравномерной скоростью. Быстрее всего планеты движутся в перицентре, а медленней всего в апоцентре. Земля оказывается в афелие 3 июля и замедляется в этот день до 29,2 км/с. 3 января наша планета достигает перигелия, разгоняясь да 30,2 км/с.
Плоскость орбиты
Орбита каждого небесного тела – это плоская фигура, то есть все ее точки лежат в одной плоскости. Плоскость земной орбиты называется эклиптикой. Интересно, что орбиты всех известных нам планет Солнечной системы почти лежат в эклиптике. Ось вращения Земли вокруг собственной оси наклонена под углом 23° к эклиптике, следствием этого наклона является неравномерный нагрев Северного и Южного полушария на разных участках орбиты, из-за чего возникает сезонность погоды. Когда выше экватора лето, ниже него – зима, и наоборот.
Солнце также вращается вокруг собственной оси, причем все планеты вращаются в ту же сторону, что и светило. Это является косвенным доказательством того, что когда-то вещество, из которого состоят все планеты и наша звезда, было единым газопылевым облаком, от которого отделился строительный материал для планет. Однако есть одна аномалия, объяснение которой до сих пор не найдено. Дело в том, что само Солнце вращается не в эклиптике, а с отклонением от неё на шесть градусов. Астрономы предполагают, что это может служить косвенным доказательством того, что в нашей системе есть ещё неоткрытые планеты, которые также двигаются не в эклиптике, и своим гравитационным воздействием раскачивают ось вращения Солнца.
Отклонение орбиты от идеальной формы
Идея Кеплера о том, что орбиты небесных тел – это эллипсы, очень хорошо описывала поведение планет с точки зрения наблюдателей XVII века, однако с повышением точности измерений стали обнаруживаться отклонения от законов Кеплера. Дело в том, что предложенная немецким астрономом математическая модель была построена на двух упрощениях:
- масса планеты пренебрежимо мала относительно массы звезды;
- учитывается только взаимное влияние сил тяжести двух тел, звезды и планеты, а влияние третьих тел (других планет) не учитывается.
Естественно, в реальности всё сложнее. На самом деле правильнее считать, что не Земля вращается вокруг Солнца, а оба объекта вращаются относительно общего центра масс, который называется барицентром. Но в силу огромной массы звезды барицентр находится внутри неё.
Точные астрономические измерения показывают, что в наше время расстояние между Землей и Солнцем медленно увеличивается со скоростью 15 см в год. Однако это не значит, что наша планета будет постоянно удаляться от светила, периоды удаления могут чередоваться с периодами сближения.
Например, астроном Милутин Миланкович обнаружил, что эксцентриситет земной орбиты не постоянен, а циклически изменяется. Длительность таких циклов составляет около 100 тысяч лет, в течение которых эксцентриситет меняется от 0,005 до 0,05. Именно эти колебания являются причиной ледниковых периодов.
Устойчива ли орбита Земли?
По законам Кеплера планеты могут вращаться вокруг звезды бесконечно долго, однако из-за отклонений от этих законов возможен вариант и неустойчивости, когда планеты покидают свою орбиту или, наоборот, падают на светило. Аналитически рассчитать это невозможно, поэтому приходиться применять компьютерное моделирование.
Проведенные расчеты не позволяют однозначно предсказать судьбу планет Солнечной системы. В некоторых моделях Меркурий либо падает на Солнце, либо сталкивается с Венерой или Землей. Также он может спровоцировать столкновение других планет. Но произойдет это через миллиарды лет.
Источник
Движение Земли вокруг Солнца и вокруг своей оси
Движение Земли: Freepick
Движение Земли вокруг Солнца непрерывно. Благодаря этому постоянному вращению наблюдаем, как меняются на нашей планете времена года. Облетая вокруг небесного светила, Земля еще успевает совершать движение вокруг оси — так сменяются день и ночь. Почему не ощущаем этого движения и как все это происходит? Попробуем отыскать ответы.
Движение Земли вокруг Солнца
Ученые древности сформулировали идею геоцентричности мира. Считалось, что наша планета — недвижимый центр, а все небесные тела совершают вращение вокруг нее.
Первым мысль о том, что Земля вращается вокруг Солнца, высказал великий астроном Аристарх Самосский в III веке до н. э. Он предложил революционную на тот момент гелиоцентрическую систему мира.
Идею поддержали вавилонянин Селевк (II век до н. э.), Гераклид Понтийский, Сенека. Но все же эти ученые оставались в меньшинстве. Так, Аристотель и Птолемей активно доказывали обратное, а в их работах можно прочесть много аргументов в пользу того, что никакого движения Земли не происходит.
Закон Паскаля простыми словами: суть и значимость
Вопросом продолжили заниматься средневековые авторы. Вновь гипотеза о вращении Земли была сформулирована великим индийским астрономом и математиком Ариабхатой (конец V — начало VI вв.).
Поворотным моментом в этой дискуссии стала публикация фундаментального труда «О вращениях небесных сфер», который написал и издал в 1543 году польский и немецкий астроном Николай Коперник. Ему удалось обосновать гипотезу вращения Земли и добиться того, чтобы гелиоцентрическая система мира была рассмотрена и принята человечеством.
Понадобилось еще много экспериментов для подтверждения выводов ученого. Много было скептиков и противников этой идеи.
Только когда Галилей вывел принцип относительности движения, споры начали утихать. Он установил, что равномерное движение Земли не сказывается на процессах, которые на ней протекают. Ученый объяснил, почему мы, жители планеты, ничего не ощущаем во время ее постоянного движения.
Пифагор: биография, открытия, цитаты
Земля в Космосе: Freepick
Для современного человека то, что Земля вращается вокруг Солнца, не сенсация. Исследователи установили такие подробности этого процесса:
- Это движение происходит по особенной орбите (траектории движения), длина которой составляет примерно 930 млн км.
- Скорость движения Земли по орбите равна около 30 км/c, то есть 107 218 км/ч.
- Вращение нашей планеты происходит в направлении востока.
- Земля во время этого вращения сохраняет расстояние от светила в 150 млн км.
- Для одного полного оборота Земле необходимо 365 суток и 6 часов. Промежуток времени, в течение которого происходит это вращение, называем годом.
- За каждые четыре года набираются еще одни сутки. Поэтому через три года на календаре появляется февраль, в котором 29 дней.
Коридор затмений 2021: чего ожидать и опасаться
Когда наша планета совершает это вращение, то ее угол наклона остается неизменным. По этой причине на определенном отрезке траектории Земля больше поворачивается к светилу нижней частью, в Южном полушарии наступает летний сезон.
В это же время на Северный полюс солнечные лучи попадают в гораздо меньшей степени — там наступает период зимних холодов. Есть и периоды, когда Солнце более-менее равномерно бросает лучи на оба полушария. Происходит это весной и осенью.
Итак, разобрались, с какой скоростью движется Земля вокруг Солнца, и в том, что такое орбита Земли. Но на этом особенности движения Земли не заканчиваются.
Движение Земли вокруг своей оси
Если между Северным и Южным полюсами нашей планеты провести воображаемую линию, то получится так называемая земная ось. Вокруг нее постоянно происходит вращение, о котором известно:
Парад планет: что это, чего ожидать от явления
- Земная ось — это не перпендикулярная линия. Она расположена под углом 23,5° по отношению к орбите планеты.
- Вращение вокруг оси осуществляется, как и по орбите, в восточном направлении. Если рассматривать нашу планету сверху в сторону Северного полюса, то вращение оценивается как такое, которое происходит против стрелки часов.
- По мере этого вращения день сменяется ночью.
- Скорость вращения Земли рядом с экватором (разделительная линия, равноудаленная от обоих полюсов, которая проходит по всей окружности планеты) составляет 465 м/с (1 674 км/ч). По мере удаления от экватора скорость такого движения уменьшается.
Последний факт мало известен, но вызывает интерес. Наглядно его можно продемонстрировать так:
- Рядом с экватором расположен город Кито. Люди, которые в нем живут, незаметно для себя постоянно двигаются вместе с планетой на скорости 465 м/с.
- Жители Москвы, которые живут севернее линии экватора, вращаются практически в два раза медленнее. Их скорость примерно равна 260 м/с.
Ретроградный Меркурий: что о нем надо знать
Земля и Солнце в Космосе: Freepick
Этого вращательного движения люди не ощущают, так как оно осуществляется постоянно и равномерно. При этом еще и меняется. Ученые установили, что каждый год происходит замедление вращения в среднем на четыре миллисекунды.
Объясняют это явление притяжением Луны, которое оказывает воздействие на протекание приливов и отливов на планете. Когда они происходят, Луна старается притянуть к себе воду и двигает ее в направлении, которое противоположно ходу Земли.
Это своеобразное противодействие провоцирует возникновение незначительной силы трения на дне водоемов. По законам физики данный процесс приводит к небольшому замедлению скорости движения Земли.
Крайние точки в процессе вращения нашей планеты — это такие даты:
- Зимнее солнцестояние (21 декабря). В области Южного полярного круга в этот день ночь не наступает. Северный полярный круг, наоборот, оказывается на сутки под покровом ночи.
- Летнее солнцестояние (21 июня). На этот раз все происходит с точностью наоборот: Южный полярный круг на сутки пленяет ночь, а на Северном день продолжается все 24 часа.
- В дни весенних (20 марта) и осенних равноденствий (22 или 23 сентября в зависимости от года) ближе всего к Солнцу располагается экватор, а день с ночью равны по продолжительности в обоих полушариях.
Есть ли жизнь на Марсе: пояснения, теории
Почему же Земля не улетает в космические просторы и не падает на Солнце, если она постоянно находится в движении? Действительно, во время ее вращения происходит выработка центробежной силы, которая направлена на то, чтобы отбросить планету от Солнца.
Но это не происходит, потому что движение Земли всегда имеет одинаковую скорость, а безопасное расстояние до светила соотносится с центробежной силой.
Если бы Солнце не притягивало Землю, она бы отправилась «путешествовать» по Галактике. Наша планета упала бы на свою звезду, если бы скорость вращения на орбите была медленнее. Благодаря идеальному природному балансу всех этих сил и скоростей ни того, ни другого не происходит.
Существует ли судьба у человека?
Движение Земли вокруг Солнца подчиняется целому ряду законов, которые человечество разгадывало в течение веков. Люди долго пытались найти иные объяснения смене дня и ночи и времен года. Но теперь точно установлено, что наша планета вращается, а мы движемся вместе с ней.
Уникальная подборка новостей от нашего шеф-редактора
Источник
Топ заблуждений об астрономии. 2. Земля вращается вокруг Солнца
Да-да, это заблуждение тоже очень широко распространено. Например, в нескольких телепередачах с его помощью проверяли «уровень образованности» граждан. Часть людей отвечала, что Солнце вращается вокруг Земли, и зачислялась в «плохо образованные». Другая же часть утверждала, что это, наоборот, Земля вращается вокруг Солнца. И их записывали в «хорошо образованные». Говорят, вторых было не так уж и много.
По поводу этого вопроса со мной умудрялись спорить даже те люди, которые, по их заверениям, окончили естественно-научные вузы. Хотя вроде бы в самом начале этой вашей физики сообщаются сведения, достаточные для правильного понимания данного явления.
Штука в том, что фраза «Земля вращается вокруг Солнца» совершенно вернá. Однако если к ней добавить «а не наоборот» или даже просто «на самом деле», то она тут же станет неверной: поскольку фраза «Солнце вращается вокруг Земли» верна ровно в той же степени.
Это может поразить воображение, но это так: если один объект вращается вокруг второго, то второй с неизбежностью будет вращаться вокруг первого. Всё зависит о того, с какой точки мы на эти объекты смотрим. Что именно мы будем считать неподвижным: если первый объект, то вокруг него будет вращаться второй, а если второй — вокруг него будет вращаться первый.
Причём траектории их вращения будут абсолютно идентичными.
На иллюстрации красная точка — Солнце. Синяя — Земля. Маленькая зелёная точка — второй фокус эллиптической орбиты Земли.
r — расстояние между фокусами.
По определению эллипса сумма зелёных отрезков равна константе — c. t — коэффициент, меняющийся от 0 до 1, который определяет текущее соотношение расстояний от каждого из фокусов.
Их траектории друг относительно друга, как можно видеть, по форме совершенно идентичные. 
То же самое можно представить и в анимированном виде.
И вот тут мы доходим до более интересной части. Точнее, сразу до целого комплекта интересных частей.
Во-первых, в таком ракурсе неясно, а какие вообще претензии были к Галилею и к Джордано Бруно, которого вообще за что-то такое сожгли.
Во-вторых, возникает вопрос: ну, с выбором абстрактной точки отсчёта-то понятно, однако, как оно на самом деле? На самом деле-то кто вокруг кого вращается?
Начнём, пожалуй, со второго вопроса. Ответ на него: никакого «на самом деле» вообще нет. Во вселенной не существует избранной, «настоящей» системы отсчёта — они все равноправны. Вы можете измерять положение объектов относительно какого вам заблагорассудится другого объекта, и любое такое измерение будет не более «настоящим», чем любое другое.
Этот принцип — один из ключевых принципов физики: все точки отсчёта равны между собой.
Впрочем, по некоторым характеристикам они всё-таки отличаются. И этим иногда ошибочно пользуются, чтобы обосновать «настоящесть» одной системы по сравнению с другой.
Есть системы, в которых выполняется первый закон Ньютона. То есть, если сумма сил (а точнее их равнодействующая), приложенных к телу, равна нулю, то это тело покоится или движется равномерно и прямолинейно. А есть системы, где такое не выполняется.
Примером системы второго типа может быть разгоняющийся поезд: когда вы в нём стоите, вас начинает «тянуть» к хвосту поезда. Хотя, конечно, «на самом деле» это не вас тянет, а поезд из-под вас всё время пытается выехать. Если же он вдруг поедет с постоянной скоростью, тянуть назад вас перестанет, поскольку вы, благодаря сцеплению с полом или со скамейкой, разогнались относительно земли до той же скорости, что и поезд, и теперь с этой скоростью вместе с ним движетесь, или — если считать относительно поезда — не движетесь.
Системы первого типа называются «инерциальными», а второго «неинерциальными».
Так вот, часто можно слышать, будто «на самом деле Земля вращается вокруг Солнца, поскольку система с точкой отсчёта в центре Земли — неинерциальная».
Однако проблема тут в том, что и система, с точкой отсчёта в центре Солнца тоже не инерциальная. И даже с точкой отсчёта в центре масс Земли и Солнца (в виду огромной разницы их масс находящейся, впрочем, довольно близко к центру Солнца).
Потому что Земля с Солнцем не одни. Вокруг них целая куча других звёзд, галактик и, самое главное, других планет Солнечной системы. И вся эта толпа своим присутствием портит красоту картины.
В этом смысле, можно говорить лишь о том, что Солнце — «более инерциальная» система, чем Земля: эффекты от «неинерциальности» в этой системе менее заметны.
И это, правда, так. Однако в ряде случаев эффекты от неинерциальности Земли тоже заметны весьма слабо. Например, когда вы стоите на этой самой Земле и что-то там делаете. Совершенно точно, в таком контексте относительно Земли всё будет гораздо «инерциальнее», чем относительно Солнца.
Да и в целом бо́льшая или меньшая «инерциальность» не делает систему отсчёта «более» или «менее настоящей». Как максимум — более удобной для некоторых расчётов.
Причём именно для некоторых, а не для всех. Да, если взять Солнце за центр, то траектории планет становятся гораздо более понятными, а с центром внутри Земли они очень причудливо выглядят.
Если взять Солнце за центр, то траектории планет понятны, с центром внутри Земли они выглядят очень причудливо.
Однако вот движение Луны более понятно выглядит, если его рассматривать относительно Земли. То же касается и искусственных спутников: рассчитывать параметры их полёта гораздо проще относительно Земли, а не Солнца. И полёт на Луну тоже проще планировать именно в этой системе координат.
А полёт на Марс, например, проще спланировать, если вблизи Земли считать относительно Земли, вблизи Марса — относительно Марса, и только промежуточную его часть — относительно Солнца.
Нет универсально удобной системы отсчёта, как нет «настоящей».
Но за что же тогда сожгли Бруно и затравили Галилея?
Да, собственно, за то, что в те времена всё это было не особо известно. По представлениям тогдашней физики, и, что ещё важнее, по тогдашним религиозным канонам Земля находилась в центре мироздания, поэтому, как тогда казалось, эта самая избранная «настоящая» точка отсчёта была.
Да и планеты со звёздами, в общем-то, основной массой людей воспринимались не как сейчас. Это, кстати, заслуга, в том числе, Галилея с его телескопом и Бруно с его логикой и воображением — в склонении мира к правильному их восприятию.
Однако если Бруно пострадал за свои метафизические воззрения, а не только за пропаганду гелиоцентрической (с Солнцем в центре) системы, то Галилею инквизиция таки вписала в обвинительный приговор именно вот это:
Вследствие рассмотрения твоей вины и сознания твоего в ней присуждаем и объявляем тебя, Галилей, за всё вышеизложенное и исповеданное тобою под сильным подозрением у сего Св. судилища в ереси, как одержимого ложною и противною Священному и Божественному Писанию мыслью, будто Солнце есть центр земной орбиты и не движется от востока к западу, Земля же подвижна и не есть центр Вселенной.
К этому, впрочем, присовокупили ещё и то, что Галилей нарушил прямой запрет на изложение этой мысли, но это не главное.
Главное, что инквизиция банально не поняла основную часть прозрения Галилея. Оно не в том, что Солнце, а не Земля в «центре мира», а в том, что все системы отсчёта равноправны. Этот принцип так и назван в честь него: «Принцип относительности Галилея».
Правда, этот принцип в полной своей форме относился лишь к инерциальным системам отсчёта (в том смысле, что они не просто равноправны, а вообще изнутри неотличимы друг от друга: «как в одной полетит стрела, так и в другой тоже»). Да и про Солнце, как про «чуть более истинный центр», Галилей тоже обмолвился. Но всё-таки в своём понимании устройства мира он продвинулся гораздо дальше, чем его судьи.
Ну а к настоящему моменту физика продвинулась ещё сильнее. И теперь уже понятно, что правильно всё посчитать можно относительно любой точки, и её выбор зависит лишь от задачи — от которой точки её удобнее решать, от той и надо. А «настоящих» попросту нет.
Поэтому те «образованные», которые ответили так, и особенно те, кто их таким способом проверял на образованность, на самом деле не особо-то образованные, а просто заучили наизусть нужную фразу, как заклинание.
Наконец, ещё один нюанс: в природе никто вокруг кого не вращается. Само понятие «вращение» завязано на то, что мы, люди, обладаем памятью, а потому способны заметить, что некоторые явления почти повторяются. Повспоминав расположение планет и звёзд на небе, мы можем вычислить «период повторения» и, например, изобразить эффектным эллипсом, опоясывающим Солнце, траекторию родной Земли. А потом, понаблюдав подольше, нарисовать эллипсы и для других планет тоже. И назвать этот частный случай повторяемости «вращением».
Но вот природа, в отличие от нас, видимо, не помнит своей предыстории. Или, во всяком случае, никак этого не проявляет. Имеет ли тогда смысл пытаться выяснить, а кто вокруг кого вращается «на самом деле»?
Кстати, о более долгих наблюдениях. Чтобы пронаблюдать полный оборот Плутона вокруг Солнца нам бы потребовалось смотреть в небо примерно 248 лет. А его открыли только в 1930-м. И уже успели закрыть обратно.
Источник