Все планеты, астероиды, кометы вращаются вокруг Солнца в одном направлении (против хода часовой стрелки, если смотреть с северного полюса мира). Орбиты планет практически круговые, их плоскости мало наклонены к плоскости орбиты Земли. Только две планеты – Меркурий и Плутон – имеют орбиты с большим наклоном к эклиптике.
Орбиты же комет вытянутые, имеют большой эксцентриситет. Большинство объектов Солнечной системы вращаются вокруг своей оси в одном направлении, которое называется прямым. Однако Венера вращается в обратном направлении, а Уран вращается, как говорят, «лежа на боку».
Почти все спутники обращаются вокруг планеты в том же направлении, что и планеты вокруг Солнца. Исключение составляют спутники Юпитера, чьи названия заканчиваются на «е» – Карме, Синопе, Ананке, Пасифе, и спутник Нептуна Тритон. По-видимому, все они образовывались не вместе со своими планетами, а были захвачены ими позже.
Дни и годы на каждой из планет различны по своей продолжительности. Все планеты вращаются вокруг Солнца с разными скоростями. Самая большая скорость у Меркурия, медленнее всего вокруг Солнца вращается планета Плутон со своим спутником Хароном.
1
Рисунок 4.1.2.1.
От угла наклона экватора планеты к плоскости орбиты и от вытянутости орбиты планеты зависит смена времен года на планете. Наклон оси вращения планеты – это угол между осью вращения планеты и перпендикуляром к плоскости ее орбиты, или, другими словами, угол между плоскостью экватора планеты и плоскостью орбиты. Ось вращения Земли отклонена от перпендикуляра к плоскости ее орбиты на угол, равный примерно 23,5°. Если бы не было этого наклона, смены времен года на Земле не существовало бы. Регулярная смена времен года – следствие движения Земли вокруг Солнца и наклона оси вращения Земли к плоскости орбиты. Аналогичная смена времен года происходит на Марсе.
Самые длинные сутки на Венере, они продолжаются 243 земных суток. Планеты-гиганты вращаются вокруг своей оси очень быстро. Продолжительность суток на Юпитере всего 9,92 часа.
2
Рисунок 4.1.2.2.
Одним из важнейших факторов, влияющих на климат планет, является солнечное излучение, падающее на планету. Солнечное излучение, падающее на планету, частично отражается в космическое пространство, частично поглощается. Поглощенная энергия нагревает поверхность планеты. Исключительно важным фактором, влияющим на климат планет, является наличие или отсутствие атмосферы. Атмосфера планеты влияет на тепловой режим планеты. Плотная атмосфера планеты влияет на климат несколькими путями:
парниковый эффект увеличивает температуру поверхности;
движение воздушных масс (циркуляция атмосферы) сглаживает разность температур между экватором и полюсом.
В 1766 году Иоганном Тициусом, а в 1772 году независимо от него Иоганном Боде, была подмечена закономерность в ряде чисел, выражающих средние расстояния планет от Солнца, так называемое правило Тициуса – Боде :
= 0,1•(3•2 – 2 + 4) а. е.,
где = 1 для Меркурия, 2 для Венеры, 3 для Земли и так далее. В полученном ряду цифр место для пятой планеты отсутствовало. В 1781 году был открыт Уран. Формула для него предсказывала 19,6 а. е. Действительное значение среднего расстояния составило 19,19 а. е. Таким образом, правило давало практически правильные результаты для больших полуосей орбит.
Источник
Как вращается Земля
Наша планета всегда в движении. Вращение Земли происходит одновременно вокруг центральной точки Солнечной системы и вокруг своей оси.
Земная ось и ее наклон
Под земной осью понимают условную прямую, проходящую через центр и оба географических полюса планеты.
Она не вертикальна — наклонена под углом 66°33´, и это объясняет смену времен года:
при положении Солнце на 23°27´ с. ш. (над Северным тропиком) северное полушарие получает максимум тепла и света, в этот период здесь начинается лето;
через полгода Солнце поднимается уже над другим тропиком — Южным, находящимся на 23°27´ ю. ш., теперь больше света и тепла получает южное полушарие, а в северном начинается зима.
Если бы земная ось располагалась всегда вертикально, явления сезонности планета не знала бы: на освещенной Солнцем половине все точки получали бы одинаковый объем тепла и света.
На угол наклона оси не влияет никакой внешний или внутренний фактор, включая притяжение Солнца, луны или других планет, но сама ось совершает прецессию — перемещение по круговой конической траектории.
Сегодня географический Северный полюс Земли смотрит на Полярную звезду, но уже через 12 тыс. лет ось развернется в противоположную сторону.
Полюс будет направлен на звезду Вега в созвездии Лиры. Через 25,8 тыс. лет он снова вернется к Полярной звезде.
Кроме того, земная ось немного дрейфует в области полюсов из-за того, что Земля вертится, немного колеблясь, двигаясь на восток или на запад со скоростью до 10-15 см/год, объясняется это климатическими изменениями, происходящим до 45° с. ш. и ю .ш.: таянием льдов Антарктиды и Гренландии, потерями воды в Евразии, излишне засушливыми или влажными годами в Австралии.
Вращение Земли вокруг своей оси
Один такой оборот Земли называется сутками и длится 24 часа, точнее — 23 часа 56 минут и несколько секунд. Движение планеты происходит с запада на восток. Это явление объясняет смену дня и ночи: день наблюдается на той половине земного шара, которая освещается Солнцем, а ночь — на теневой стороне.
Из-за такого вращения существует отклонение любых движущихся потоков вещества (воды в реках, воздуха в ветрах) от линий, параллельных экватору: в южном влево, а в северном — в обратную сторону. По-разному движутся и водовороты — от природных круговых водопадов до воды в сливе домашнего умывальника. В северной части планеты вода в воронках крутится по часовой стрелке, в южном полушарии — в обратном направлении.
Линейная скорость такого движения планеты на экваторе — 465 м/с (1674 км/ч).
С увеличением широты на север и на юг скоростные показатели постепенно становятся ниже, например на 55° с.ш. (широта Москвы) они уже почти в 2 раза меньше и равны 260 м/с.
На Южном и Северном полюсах линейная скорость достигает 0 м/с. Угловая скорость вращения планеты в любой ее точке одинакова — 15° в час.
Ученые обнаружили пятилетние циклы ускорения и замедления в обращении Земли вокруг оси, и каждый последний «медленный» год чаще всего сопровождается всплеском количества землетрясений во всем мире. Прямая причинно-следственная связь этого еще не выявлена, но такие циклы могут стать инструментом прогнозирования роста сейсмической активности.
Вращение Земли вокруг Солнца
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.
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.
Пока Земля совершает полный оборот вокруг Солнца, она успевает сделать примерно 365,25 своего собственного витка. Столько дней входит в 1 астрономический год.
Он отличается от календарного, в котором за сутки принят период времени ровно 24 часа и который длится 365 дней. Каждый четвертый год в календарь добавляется дополнительный, 366 день.
В какую сторону вращается Земля
Если глянуть на Солнечную систему «сверху», т. е. так, что земельные участки, расположенные около Северного полюса, будут ровно напротив нашего взгляда, то вращение будет проходить против часовой стрелки
Почему мы не чувствуем ее движения
Человек не может ощущать вращения планеты, потому что вместе с ним параллельно движутся и все объекты на ее поверхности, в том же направлении и с такой же скоростью. Как пример, можно привести плавание на корабле. Находясь на его палубе, мы не замечаем, что окружающие предметы плывут по водоему вместе с нами. Относительно нас самих они остаются неподвижными.
Что, если она остановится
Если Земля перестанет вращаться вокруг своей оси, то:
одна ее сторона будет постоянно повернута к центру Солнечной системы, светило нагреет почву до высочайших температур, и вся влага с поверхности испарится;
вторая сторона планеты погрузится в вечную ночь, тут постоянно будет свирепствовать мороз, вода превратится в толстый слой льда, и его толщина достигнет километров;
условия станут крайне затруднительны для возникновения и развития любых форм жизни, в т.ч. для дальнейшего существования человечества.
Земные сутки будут длиться целый год, длина дня составит 6 месяцев, и после незначительного периода сумерек на планете наступит шестимесячная ночь. Закат и восход станут определяться исключительно вращением планеты вокруг светила — всходить оно будет на западе и заходить на востоке.
Так как линейная вращательная скорость достигает весомых значений, при внезапной остановке планеты все здания, растения, животные и люди будут снесены с поверхности силами инерции.
Исключение составят лишь сооружения, вмурованные в земную твердь или горные породы. По инерции продолжат вращаться океаны, вызвав гигантский цунами.
Сегодня под воздействием центробежных сил Земля несколько сплющена у полюсов и имеет своеобразный «горб» в области экватора. После остановки он исчезнет, вся вода океанов стечет к югу и северу, обнажив дно в экваториальной области до 30° с.ш. и ю.ш.. Так на планете образуется один опоясывающий ее гигантский материк и две полюсные «водяные шапки».
Магнитное поле Земли также пропадет, оставив нас без защиты от солнечного и космического ветров — опасных для всего живого заряженных частиц, которые обрушатся на планету. Потеря магнитного поля приведет к исчезновению полярных сияний.
Все описанные последствия справедливы и для ситуации, если прекратится движение Земли вокруг Солнца, только они будут еще более катастрофическими. Смены времени суток больше не будет, на одной половине планеты установится вечная ночь, на другой — такой же вечный день.
Источник
Как наклон оси вращения планеты влияет на её климат
Наклон оси планеты — важный фактор для развития жизни и эволюции. Рассмотрим где климат лучше — на планетах с большим наклоном оси или там, где наклон оси даже меньше, чем у Земли.
В поиске потенциально пригодных для жизни экзопланет, ученым приходится оценивать множество факторов. Одним из таких факторов является наклон оси вращения планеты к плоскости эклиптики, благодаря которому и происходит смена сезонов, например, на нашей Земле.
Наклон оси вращения Земли сыграл немалую роль в зарождении жизни и дальнейшей эволюции живых существ на нашей планете. То же, по всей видимости, верно и для экзопланет. Если наклона оси не будет совсем, это приведет к фактическому отсутствию смены сезонности, а такая “стабильность” явно не способствует эволюции. А, что, если наклон планетарной оси будет слишком велик?
Наклон оси Земли по отношению к плоскости эклиптики 23,26 градусов: не много и не мало , а в самый раз!
Что лучше для жизни – отсутствия наклона оси планеты или сильный наклон
«Наклон оси вращения планеты к плоскости эклиптики – важнейший параметр, определяющий сезоны и возможную обитаемость планеты», – говорит Рене Геллер из Института астрофизики имени Лейбница в Потсдаме. Геллер – ведущий автор двух работ, посвященных потере наклона оси вращения планетами из-за приливных воздействий их звезд).
Многие факторы оказывают влияние на наклон оси вращения планеты – при всей кажущейся неизменности, этот баланс очень хрупок. Его может изменить как одно событие, например столкновение с крупным астероидом, так и постепенное, незаметное влияние других планет системы и ее звезды. Для нашей планеты, наклон оси составляет 23.5 градуса. Вместе со сменой дня и ночи этот небольшой, но и не маленький – идеальный – наклон обеспечивает небольшой перепад температур между самой теплой и самой холодной точкой поверхности. Эта разница действительно небольшая, если сравнить ее с пятью сотнями градусов для Меркурия (
Если планета не имеет наклон или он составляет всего несколько градусов, на ней не будет смены времен года. Холодные полюса и горячий экватор сузят обитаемую область планеты. Но обратимся теперь к другому случаю – очень большому наклону оси вращения. Пример такой планеты – Уран (наклон 97,7 градусов). Каждый полюс в течение четверти года смотрит прямо на Солнце, а затем на четверть года полностью уходит в тень.
«Наш северный полюс полностью бы растаял менее чем за год, зато на экваторе было бы очень холодно, – говорит Геллер. – Одновременно южный полюс замерз бы очень основательно, вообще не получая тепла».
Такие условия – еще половина беды. Полюса регулярно меняются местами, так что та часть, которая только что полностью замерзла, теперь стерилизуется мощным излучением звезды.
Наклон оси вращения планет солнечной системы – обратите внимание на «странный» угол наклона Венеры: это не ошибка, просто Венера вращается в противоположную сторону
Термофилы и Психрофилы – экстремальные обитатели планет с экстремальным наклоном оси
Жизнь умеет адаптироваться ко многим условиям. Возможно, какие-то виды смогут быстро передвигаться, следуя за сменой удобной для них зоны – теплой или холодной. Более вероятны виды, приспособившиеся для жизни в экваториальных регионах. Там хоть и холодно, но зато весь год одинаково! Какие-то организмы даже смогли бы выдерживать перепад температур. На Земле существуют бактерии, которые бы справились с такими изменениями условий.
Живые существа, способные выживать в экстремальных условиях, получили название «экстремофилы». К ним относятся, в частности, термофилы, обитающие в горячих струях около гидротермальных источниках на больших глубинах. Им всегда жарко, но на такие глубины вообще не проникает солнечный свет, а источником энергии служит сама Земля. Изменение наклона оси вращения вряд ли скажется на этих организмах.
Психрофилы, напротив существуют в ледяных условиях. При повышении температуры они впадают в стасис, закрываясь в плотных коконах. В таком виде эти организмы могут существовать миллионы лет, пока условия снова не станут благоприятными.
Однако для более сложных форм жизни вряд ли подойдет планета с наклоном оси заметно большим, чем у Земли, пусть даже и меньшим, чем у Урана. Возможно, наклон всего в 40 градусов является слишком большим для возникновения животных из-за слишком жаркого лета и холодной зимы, затрагивающих большую часть планеты.
Однако похожие условия, возможно, имели место на нашей планете и в течение долгого времени сдерживали эволюцию, не давая появиться животным.
Наклон земной оси и эволюция живых существ
Примерно 580 миллионов лет назад жизнь на Земле ограничивалась простейшими организмами, микроскопическими водорослями и бактериями. Примерно 540 лет назад произошел “Кембрийский взрыв“: жизнь начала эволюционировать бешеными темпами. Окаменелости показывают множество различных сложных организмов, появившихся в это время.
Может быть, до этого Земля была слишком сильно наклонена? Это подтверждает численное моделирование. Ужасное столкновение, имевшее место 4.5 миллиарда лет назад и, согласно ведущей гипотезе, приведшее к образованию Луны, могло изменить наклон оси вращения Земли. Геологические данные подтверждают, что Земля в течение долгого времени, до момента примерно до 600 миллионов лет назад, имела большой наклон.
Конечно наклон оси важен, но все же нельзя его переоценивать: Земля Докембрийского периода с «экстремальным» уровнем наклона все же была населена примитивными бактериями, а Марс наших дней, с почти «идеальным» уровнем наклона оси – безжизненен
Основную информацию по этому поводу предоставляют ледники. Исследования австралийских геофизиков показали, что в те времена ледники формировались в основном на низких широтах. Если наклон оси вращения составлял более 54 градусов, то в среднем экватор становится холоднее, чем полюса. Магнитные линии, замороженные в ледниках вместе с намагниченными частичками, открыли ученым этот факт. Доказательства значительного наклона оси исчезают на границе Докембрийского периода. Земля, вступившая в Фанерозой, стала приобретать ледники на полюсах, и в это же время началось развитие сложных форм жизни.
Видимо, в этот момент условия на Земле значительно улучшились, и наилучшим объяснением для такого быстрого и резкого изменения служит уменьшение наклона оси вращения. Безусловно, существуют и другие объяснения этого явления, и у каждой есть недостаток, делающий ее уязвимой для критики. В случае изменения наклона есть такая фундаментальная проблема.
Изменение наклона прекрасно объясняет произошедшее, но что может объяснить само это изменение? Что вынудило планету повернуться примерно за 100 миллионов лет до появления первых подтвержденных полярных ледников? Объяснение может заключаться в тектонической активности или гравитационном поле Луны, но это лишь догадки.
Современный уровень развития знаний об экзопланетах ещё очень низок. Несмотря на то, что мы знаем сотни экзопланет, мы практически ничего не можем о них сказать, за исключением массы, размера и периода обращения вокруг звезды. Наклон оси вращения – не самый сложный параметр, и возможность отмести как непригодные для жизни те планеты, которые наклонены слишком сильно, позволит сконцентрироваться на остальных, более подходящих для поисках планетах. Осталось лишь научиться определять этот наклон.
1
2
