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
Скорость вращения Земли вокруг своей оси и Солнца в км/ч и м/с
Земля всегда находится в движении. Хотя кажется, что мы стоим неподвижно на поверхности планеты, она беспрерывно вращается вокруг своей оси и Солнца. Это движение не чувствуется нами, так как оно напоминает полет в самолете. Мы движемся с той же скоростью, что и самолет, поэтому не ощущаем, что движемся вообще.
С какой скоростью Земля вращается вокруг своей оси?
Земля делает один оборот вокруг своей оси почти за 24 часа (если быть точными, то за 23ч 56 мин 4,09 сек или 23,93 часа). Поскольку окружность Земли на экваторе составляет 40075 км, то любой объект на экваторе вращается со скоростью приблизительно 1674 км в час или примерно 465 метров (0,465 км) в секунду (40075 км делим на 23,93 часа и получаем 1674 км в час).
На Северном полюсе (90 градусах северной широты) и Южном полюсе (90 градусах южной широты), скорость фактически равна нулю, потому что точки полюсов вращаются на очень медленной скорости.
Для того чтобы определить скорость на любой другой широте, просто умножьте косинус широты на скорость вращения планеты на экваторе (1674 км в час). Косинус 45 градусов равен 0,7071, таким образом, умножаем 0,7071 на 1674 км в час и получаем 1183,7 км в час.
Косинус необходимой широты легко определить с помощью калькулятора или посмотреть в таблице косинусов.
Скорость вращения Земли для других широт:
- 10 градусов: 0.9848×1674=1648,6 км в час;
- 20 градусов: 0.9397×1674=1573,1 км в час;
- 30 градусов: 0.866×1674=1449,7 км в час;
- 40 градусов: 0.766×1674=1282,3 км в час;
- 50 градусов: 0.6428×1674=1076,0 км в час;
- 60 градусов: 0.5×1674=837,0 км в час;
- 70 градусов: 0.342×1674=572,5 км в час;
- 80 градусов: 0.1736×1674=290,6 км в час.
Циклическое торможение
Все циклично, даже скорость вращения нашей планеты, которую геофизики могут измерить с точностью до миллисекунд. Вращение Земли, как правило, имеет пятилетние циклы замедления и ускорения, и последний год цикла замедления часто взаимосвязан со всплеском землетрясений по всему миру.
Так как 2018 год является последним в цикле замедление, ученые ожидают в этом году рост сейсмической активности. Корреляция не является причинно-следственной связью, но геологи всегда ищут инструменты, чтобы попытаться предсказать, когда произойдет очередное мощное землетрясение.
Колебания земной оси
Земля при вращении совершает небольшие колебания, поскольку ее ось дрейфует на полюсах. Было замечено, что дрейф земной оси ускорился с 2000 года, двигаясь со скоростью 17 см в год на восток. Ученые установили, что ось по-прежнему движется на восток вместо того, чтобы двигаться вперед и назад из-за комбинированного эффекта таяния Гренландии и Антарктиды, а также потери воды в Евразии.
Дрейф оси, как предполагается, особенно чувствителен к изменениям, происходящим на 45 градусах северной и южной широты. Это открытие привело к тому, что ученые наконец смогли ответить на давний вопрос о том, почему ось вообще дрейфует. Колебание оси на Восток или Запад было вызвано сухими или влажными годами в Евразии.
С какой скоростью Земля движется вокруг Солнца?
В дополнение к скорости вращения Земли вокруг своей оси, наша планета также вращается вокруг Солнца со скоростью около 108000 км в час (или примерно 30 км в секунду), и полностью завершает свою орбиту вокруг Солнца за 365,256 дней.
Только в 16-м веке люди поняли, что Солнце является центром нашей Солнечной системы, и что Земля перемещается вокруг него, а не является неподвижным центром Вселенной.
Источник
С какой скоростью Земля движется вокруг Солнца
Скорость вращения Земли вокруг Солнца является переменной величиной, наравне с остальными параметрами движения нашей планеты. Она изменяется в зависимости от положения небесного тела относительно звезды.
Скорость вращения Земли вокруг своей оси
Скорость Земли при вращении вокруг планетарной оси зависит от широты, на которой проводится измерение. Для точек, расположенных на полюсах планеты, эта величина равна нулю. Поэтому смена дня и ночи на полюсах происходит не раз в сутки, а раз в год. На экваторе фиксируется значение около 1 668 км/ч. При этом угловое расстояние, которое проходит каждая точка поверхности, совпадает.
Движение вокруг Солнца
Протяженность линии, по которой Земля вращается вокруг Солнца, составляет 930 млн км. Облететь это расстояние и вернуться в исходную точку планета может за 365 полных суток, 6 часов и 9 с половиной минут.
В применяемом людьми Григорианском календаре лишние часы учитываются благодаря тому, что каждый четвертый год является високосным и длится на 1 день дольше.
Средняя скорость движения Земли по орбите достигает 106 тыс. км/ч. Однако небесное тело движется неравномерно: на протяжении года наблюдаются попеременное ускорение темпов вращения вокруг звезды и снижение этого показателя.
Предельные значения скорости равны:
- минимальное — 105,4 тыс. км/ч;
- максимальное — 109 тыс. км/ч.
Чем обусловлена скорость
Первым фактором, влияющим на скорость обращения планеты вокруг ее звезды, является форма орбиты. Поскольку Земля движется по эллипсу, минимальная скорость наблюдается в афелии. Этим термином называется наиболее удаленная от Солнца точка орбиты.
После прохождения афелия по мере приближения к перигелию, наименее удаленному от звезды месту на траектории движения планеты, скорость движения Земли растет. После его прохождения цикл начинается заново и движение небесного тела замедляется.
Влияние на форму земной орбиты и скорость ее перемещения, помимо Солнца, оказывают и другие тела Солнечной системы, находящиеся в относительной близости от нее. К числу этих объектов относятся не только Луна, но и другие планеты системы.
Связь со сменой времен года
Смена времен года на Земле обуславливается углом наклона, который планета сохраняет неизменным на протяжении полного оборота вокруг звезды. Это приводит к тому, что на одном участке орбиты Южное полушарие получает больше солнечной энергии, чем Северное. В противоположной точке эта ситуация меняется.
Отрезок времени, когда получаемая от звезды энергия максимальна, соответствует лету. Время, когда уровень освещенности становится минимальным и температура воздуха возле поверхности Земли также снижается, называют зимой.
Дважды в год Земля занимает на орбите положение, при котором обоим полушариям достается одинаковое количество энергии. Эти периоды называются весной и осенью.
Форма траектории, по которой происходит движение Земли вокруг Солнца, никакого влияния на смену сезонов не оказывает. Если бы потепление и похолодание в отдельных регионах планеты были связаны с удаленностью от звезды, зима и лето наступали бы по 2 раза в год.
Циклическое торможение
Новейшие исследования показывают, что скорость вращения Земли вокруг оси, как и по солнечной орбите, непостоянна. Установлено, что полный цикл торможения и ускорения планета проходит за 5 лет.
Наблюдения за сейсмической активностью свидетельствуют, что ее пик приходится на год, когда скорость обращения достигает своего минимума. Объяснения связи этих факторов и причин, по которым установилась такая длительность цикла, пока не найдены.
Колебания оси во время вращения
Под влиянием силы тяготения Луны и в меньшей мере Солнца, а также из-за неоднородной плотности вещества внутри планеты направление оси вращения Земли периодически меняется. Схема ее траектории представляет собой конус.
Самое очевидное следствие этого — предварение равноденствий. С каждым годом весеннее равноденствие наступает на 20,5 минуты раньше. Этот процесс тоже является цикличным: его период составляет 25 776 лет.
Для земной оси характерно явление, при котором изменяется наклон эклиптики к экватору, — нутация. Она равна 18,61 года.
Отмечено, что с начала 21 века скорость дрейфа земной оси по направлению к востоку увеличилась и сейчас составляет 17 см в год.
Источник