Лекция №4 Движения Земли и их следствия
Виды движений Земли.
Земля, как и другие планеты Солнечной системы одновременно участвует в
нескольких видах движений. Главными, из которых являются - суточное вращение вокруг своей оси и
годовое движение по орбите вокруг Солнца.
Движение вокруг своей оси. Земля вращается с запада на восток, против часовой стрелки, при
этом угловая скорость вращения, т.е. угол на который поворачивается любая точка
на поверхности Земли, одинакова и составляет 15 градусов. Линейная скорость
зависит от широты местности: на экваторе она максимальна и составляет 464 м/с,
на полюсах скорость падает до нуля. Полный оборот вокруг своей оси наша планета
производит за 23 часа 56 мин 4 сек. (сутки). За земную ось принимают
воображаемую прямую линию, проходящую через полюса, вокруг которой вращается
Земля. Перпендикулярно оси расположен экватор – это большой круг, образованный
пересечением Земли, перпендикулярный оси вращения на расстоянии, равном от
обоих полюсов. Если мысленно пересечь рядом параллельных экватору плоскостей,
на земной поверхности появятся линии называемые параллелями. Они имеют
направление запад-восток. Длина параллелей от экватора к полюсам уменьшается,
соответственно уменьшается и скорость вращения точек. Если пересечь Землю
плоскостями, проходящими через ось вращения то на поверхности возникают линии,
которые называются меридианами. Они имеют направление север-юг, линейная
скорость вращения точек на меридианах различна и от экватора к полюсам
уменьшается.
Следствия движения Земли вокруг своей оси:
1.
1. При вращении Земли возникает центробежная
сила, которая играет важную роль в формировании фигуры планеты и тем самым
уменьшает силу притяжения.
2.
2. Происходит смена дня и ночи.
3.
3. Появляется отклонение тел от направления их
движения, этот процесс был назван сила Кориолиса (в честь французского ученого,
открывшего это явление в 1835 году). Все тела по инерции стремятся сохранить
направление своего движения. Если движение происходит относительно
перемещающейся поверхности происходит отклонение этого тела слегка в сторону.
Все тела, движущиеся в северном полушарии отклоняются вправо, в южном полушарии
– влево. Данная сила проявляется во многих процессах: она изменяет движение
воздушных масс, морских течений. По этой причине происходит подмыв правых
берегов в северном полушарии и левых берегов в южном полушарии.
4.
4. С осевым движением связаны явления суточной
ритмичности и биоритмы. Суточный ритм связан со световыми и температурными
условиями. Биоритмы – это важный процесс в развитии и существовании жизни. Без
них невозможны фотосинтез, жизнедеятельность дневных и ночных животных и
растений и, конечно же, жизнь самого человека (люди совы, люди жаворонки).
Значение астрономического положения Земли
для ее природы: 1. вследствие осевого и орбитального вращения Земли все
природные процессы имеют свои ритмы. 2. температурный режим Земли
благоприятный. 3. спутник Земли – Луна вызывает приливы и отливы. С вращением Земли связана единственная
единица измерения времени – сутки, а также смена дня и ночи. С этим процессом
связано понятие о времени. Время бывает местным, поясным, декретным, летним и
зимним. Местным временем принято называть время на одном меридиане. Различия
между меридианами стоящими рядом составляет 4 минуты, следовательно, через один
градус время меняется на 4 минуты. Наличие в различных пунктах, лежащих на
разных меридианах, своего времени приводило к различным неудобствам, поэтому на
Международном астрономическом конгрессе в 1884 году был принят поясной счет
времени. Для этого всю поверхность Земли разделили на 24 часовых пояса по 15
градусов каждый. За поясное время принято брать среднее время меридиана каждого
пояса. Отсчет производится от Нулевого или Гринвичского меридиана, проходящего
через обсерваторию города Гринвич, расположенного недалеко от Лондона. Время
начального меридиана принято в качестве всемирного времени. Счет времени
ведется с запада на восток. Границы часовых поясов на суше для удобства
проведены не строго по меридианам, а по естественным рубежам (горам, рекам,
административным границам). С 1981 года наша страна для экономии электроэнергии
перешла на так называемое летнее время, когда стрелки часов в последнее
воскресенье апреля переводят на один час вперед. В конце октября стрелки
переводят на один час назад – это время называется зимним. Время второго
часового пояса, в котором расположена Москва, называется московским. По
московскому времени в нашей стране составляется расписание движения поездов,
самолетов, отмечают время на телеграммах. Меридиан 180 градус принят за
международную линию перемены дат. Эта условная линия на поверхности земного
шара, по обе стороны от которой часы и минуты совпадают, а календарные даты
отличаются на одни сутки. Например, Новый год к западу от этой линии начинается
1 января, а к востоку 31 декабря. При пересечении границы дат с запада на
восток в счете календарных дней возвращаются на одни сутки назад, а с востока
на запад – одни сутки в счете пропускаются.
Движение Земли вокруг Солнца. Путь Земли вокруг Солнца называется орбитой. Орбита Земли –
это эллипс, близкий к окружности. Ее длина составляет более 930 млн. км. Полный
оборот Земля осуществляет за 365 суток 6 часов и 9 минут. Этот промежуток
называют звездным годом. Ось вращения Земли наклонена к орбите под углом 66,5
градусов, это явление способствует смене времен года. Наклон земной оси к
плоскости орбиты и сохранение ее ориентировки в пространстве обуславливает
различный угол падения солнечных лучей и соответственно различия в поступлении
тепла на земную поверхность, а также влияет на неодинаковую продолжительность
дня и ночи в течение года на всех широтах, кроме экватора. 22 июня земная ось
обращена северным концом к Солнцу, и этот день называется днем летнего
солнцестояния. Солнечные лучи падают отвесно на параллель 23 градусов и 5 минут
северной широты. Все параллели севернее экватора до 66 градуса 5 минут северной
широты освящены большую часть суток, на этих широтах день длиннее ночи.
Севернее 66 градуса территория полностью освящена Солнцем и здесь наблюдается
полярный день. В это же время на Южном полюсе господствует полярная ночь. 22
декабря земная ось уже южным концом обращена к Солнцу. Этот день называется
днем зимнего солнцестояния, когда лучи Солнца почти отвесно падают на параллель
23 градуса 5 минут южной широты. Южнее 66 градусов 5 минут южной широты
наблюдается полярный день, следовательно, в районе Северного полюса – полярная
ночь. 21 марта и 23 сентября – дни весеннего и осеннего равноденствия. В это
время оба полушария освящаются равномерно, день равен ночи. Солнечные лучи
отвесно падают на экватор.
Весна. 21.03
Лето 22.06
Зима
22.12
Осень 23.09
Со сменой времен года связана
сезонная ритмичность в природе. Она проявляется в изменении температуры, влажности
воздуха и многих других метеорологических показателе в режиме водоемов, в жизни
растений и животных. В результате годового движения Земли и наклона оси ее
вращения к плоскости орбиты на нашей планете появились 5 основных поясов
освещения: жаркий, два умеренных и два холодных. Солнце и Луна вызывают не
только приливы в водной оболочке Земли, но и на суше. Под их влиянием даже
твердая Земля несколько удлиняется – до
Календарь. Непосредственно с
орбитальным вращением Земли связано такое явление как календарь. Календарь –
это система измерения больших промежутков времени, основанная на периодических
явлениях окружающего мира, основанная на периодичности таких явлений природы,
как смена дня и ночи, смена фаз Луны, смена времен года. Первое из этих явлений
определяет единицу меры времени – сутки, второе – синодический месяц, средняя
продолжительность которого равна 29,5306 суток, третье – тропический год,
равняющийся в среднем 365,2422 суткам. Синодический месяц и тропический год не
содержат целого числа средних солнечных суток. Таким образом все эти три меры
времени не соизмеримы и невозможно достаточно просто выразить одну из них через
другую. Стремление хотя бы до некоторой степени согласовать между собой сутки,
месяц и год привело к тому, что в разные эпохи, различными народами было создано
много различных календарей, которые можно разделить на три главные типа:
лунные, солнечные, лунно-солнечные. В основе лунных календарей лежит
продолжительность синодического месяца, в основе солнечного – продолжительность
тропического года, а лунно-солнечные основаны на обоих этих периодах. Родина
лунного календаря – Вавилон. Год в этом календаре состоял из 12 лунных месяцев
по 29 или 30 дней. Мусульманский лунный календарь существует в настоящее время
в ряде арабских стран. Количество дней в месяцах в этом календаре меняется с
таким расчетом, чтобы первые числа месяца начинались с появлением на небе
«нового месяца», т.е. в период новолуния. Продолжительность года 354 или 355
средних солнечных суток, т.е. от короче солнечного года на 10 дней. Более совершенным
является лунно-солнечный календарь, в котором лунные месяцы приблизительно
согласуются с солнечным годом. Один из первых таких календарей появился в
начале первого тысячелетия до н.э. в Древней Греции. Год делился на 12 месяцев,
каждый из которых начинался с новолуния. Для связи же с временами года
(солнечным годом) периодически вставлялся дополнительный 13 месяц. В настоящее
время такая система сохранилась в еврейском календаре. Один из первых солнечных
календарей зародился в Древнем Египте за несколько тысячелетий до нашей эры.
Египтяне заметили, что наступление летнего солнцестояния связано с первым
предутренним восходом Сириуса (созвездия Большого Пса), самой яркой звезды
неба. Было замечено также, что предутренние восходы Сириуса совпадают с началом
разлива Нила. А для египтян разливы Нила имели исключительно большое
хозяйственное значение, так как от них зависел урожай главнейших зерновых
культур. Наблюдение появления Сириуса позволили определить продолжительность
года, которая сначала была принята равной 360 дням, а затем 365 суток. На
основе этих наблюдений был разработан календарь. Год делился на 12 месяцев по
30 дней в каждом. Год также был разделен на три сезона по 4 месяца в каждом:
время разлива Нила, время сева, время сбора урожая. После уточнения
продолжительности солнечного года (365 суток вместо 360) дополнительные 5 дней
прибавлялись в конце года. Солнечный календарь, которым пользуются сейчас почти
все страны мира, ведет свою родословную от календаря древних римлян. Точных
сведений о времени зарождения римского календаря нет. Однако известно, что
около середины 8 века до нашей эры римляне использовали календарь, в котором
год состоял из 10 месяцев и содержал 304 дня. В 7 веке до нашей эры была
произведена реформа римского календаря к календарному году добавили еще 2
месяца, а число дней увеличили до 355. но все же календарный год был короче
тропического более чем на 10 суток, и календарные числа с каждым годом все
менее соответствовали явлениям природы. Чтобы устранить это несоответствие,
каждые 2 года вставлялся добавочный месяц, который содержал попеременно 22 или
23 дня. Таким образом, каждое четырехлетие состояло из двух годов (по 377 или
378 дней). Средняя продолжительность календарного года за четырехлетие
составляла 366,25 суток, что больше продолжительности тропического года на
сутки с лишним. Чтобы избежать расхождения между календарными числами и явлениями природы, надо было
время от времени измерять продолжительность добавочных месяцев. Это было
обязанностью жрецов, которые часто злоупотребляли своей властью, произвольно
удлиняя или укорачивая год. В результате календарная система оказалась
настольно запутанной, что например праздник жатвы по календарю иногда
приходилось отмечать не летом, а зимой. Новая реформа римского календаря была
произведена в 46 году до нашей эры римским государственным деятелем и
полководцем Юлием Цезарем. Счет по новому календарю, получившему название
юлианского, начался с 1 января 45 года до нашей эры. В юлианском календаре три
года подряд содержат по 365 суток, а каждый четвертый по 366 – високосный год.
Високосным считают те года, номера которых делятся на 4 без остатка. В
високосном году в феврале 29 дней, а в простом 28. Продолжительность года в
юлианском календаре в среднем за 4 года равна 365.25 средних солнечных суток,
т.е. календарный год длиннее тропического всего лишь на 0,0078 суток. За 128
лет это дает расхождение со счетом тропических годов одни сутки, а за 400 лет –
около 3 суток. С течением времени календарь запаздывал все больше и больше.
Весеннее равноденствие каждые 128 лет отступало по юлианскому календарю на 1
сутки и в 15 веке перекочевало уже на 11 марта. Это осложнило расчеты церковных
праздников, и тогдашний глава католической церкви папа Григорий 13 создал
специальную комиссию. Она должна была исправить календарь так, чтобы весеннее
равноденствие вернулось к 21 марта и больше не отставало от этой даты. В 1582
году было решено после четверга 4 октября пропустить в счете 10 суток и
следующий день считать пятницей 15 октября, а в будущем соблюдать правило
високосов. Согласно этому правилу високосные годы оканчивающиеся на два нуля,
являются високосными только в том случае, если они делятся на 400. В противном
случае, в отличие от юлианского календаря, они должны быть простыми. Так 1600
год был високосным, а 1700, 1800, 1900 – простыми. Вот и получилось что за 400
лет из календаря исключили три дня. Новая система календаря стала называться
григорианским календарем или новым стилем. Григорианский календарь был введен в
большинство европейских стан в течение 16-17 веков. В нашей стране на новый
стиль перешли в 1918 году. В этом году по декрету Советского правительства
вместо 1 февраля стали считать 14 февраля, так как расхождение юлианского и
григорианского календарей к 1918 составило уже 13 суток. Юлианский календарный
год длиннее солнечного года почти на 11 мин, а григорианский – в сего лишь на
26 сек. Лишние сутки накопятся лишь в 50 веке нашей эры. Для практических
надобностей большей точности и не нужно. Начало календарного года (Новый Год) –
понятие условное. В прошлом в некоторых странах Новый Год начинался например 25
марта или 25 декабря или в другие дни. Установление 12 месяцев в году и 7 дней
в неделе имеют свое астрономическое обоснование. Условным является и выбор
начала счета годов, т.е. установление эры. В прошлом существовало свыше 200
различных эр, связанных либо с реальными событиями (возведение на престол
монарха, войны, олимпиады) либо с религиозными событиями (Сотворение мира,
Великий Потоп). Эры от Сотворения мира и до рождения Христа также являются
таковыми. Юлианским и Григорианским календарем пользуются большинство населения
нашей планеты. В основе лунного календаря лежат фазы Луны. Им пользуются
большинство арабских стран, а также жители большинства стран Азии. Праздник
Белого месяца – Сагалгаан, отмечается по лунному календарю. Лунным календарем,
по сути, является календарь Друидов и древний славянский календарь Велеса.
Литература
Энциклопедический словарь астронома. //
Под. ред. Н.А. Ерпылеева, - М.: Педагогика, 1980