Za posmatrača koji se nalazi na sjevernoj hemisferi, na primjer, u evropskom dijelu Rusije, Sunce obično izlazi na istoku i izlazi na jug, zauzimajući najvišu poziciju na nebu u podne, a zatim se naginje na zapad i skriva se iza linija horizonta. Ovo kretanje Sunca je samo vidljivo i uzrokovano je rotacijom Zemlje oko svoje ose. Ako Zemlju pogledate odozgo u smjeru sjevernog pola, tada će se rotirati u smjeru suprotnom od kazaljke na satu. U isto vrijeme, sunce je na mjestu, vidljivost njegovog kretanja stvara se zbog rotacije Zemlje.
Godišnja rotacija Zemlje
Oko Sunca, Zemlja se takođe okreće u suprotnom smeru kazaljke na satu: ako pogledate planetu odozgo, sa severnog pola. Pošto je Zemljina osa nagnuta u odnosu na ravan rotacije, kako se Zemlja okreće oko Sunca, ona ga neravnomjerno osvjetljava. Neka područja primaju više sunčeve svjetlosti, druga manje. Zbog toga se mijenjaju godišnja doba i mijenja se dužina dana.
Proljetna i jesenja ravnodnevica
Dva puta godišnje, 21. marta i 23. septembra, Sunce podjednako obasjava severnu i južnu hemisferu. Ovi trenuci su poznati kao jesenji ekvinocij. U martu počinje jesen na sjevernoj hemisferi, na južnoj hemisferi. U septembru, naprotiv, dolazi jesen na sjevernu hemisferu, a proljeće na južnu hemisferu.
Ljetni i zimski solsticij
Na sjevernoj hemisferi 22. juna Sunce izlazi najviše iznad horizonta. Dan ima najduže trajanje, a noć na ovaj dan je najkraća. Zimski solsticij nastupa 22. decembra - dan ima najkraće trajanje, a noć najduže. AT južna hemisfera sve se dešava obrnuto.
polarna noć
Zbog nagiba zemljine ose, polarni i subpolarni regioni severne hemisfere tokom zimskih meseci su bez sunčeve svetlosti - Sunce uopšte ne izlazi iznad horizonta. Ovaj fenomen je poznat kao polarna noć. Slična polarna noć postoji i za subpolarna područja južne hemisfere, razlika između njih je tačno pola godine.
Šta daje Zemlji rotaciju oko Sunca
Planete ne mogu a da se ne okreću oko svojih svjetiljki - inače bi se jednostavno privukle i izgorjele. Jedinstvenost Zemlje leži u činjenici da se nagib njene ose od 23,44 stepena pokazao optimalnim za nastanak sve raznolikosti života na planeti.
Zahvaljujući nagibu ose mijenjaju se godišnja doba, postoje različite klimatske zone koje osiguravaju raznolikost zemaljske flore i faune. Promjena zagrijavanja zemljine površine osigurava kretanje zračnih masa, a time i padavina u obliku kiše i snijega.
Optimalno se pokazalo i udaljenost od Zemlje do Sunca od 149.600.000 km. Malo dalje, i voda na Zemlji bi bila samo u obliku leda. Što bliže, temperatura bi već bila previsoka. Sama pojava života na Zemlji i raznolikost njegovih oblika postala je moguća upravo zahvaljujući jedinstvenoj podudarnosti takvog mnoštva faktora.
Zemlja je stalno u pokretu, rotirajući oko svoje ose i oko Sunca. To uzrokuje nastanak raznih pojava na njegovoj površini: smjena godišnjih doba, izmjena dana i noći. Povoljni uslovi za život na Zemlji zaslužni su za ovo kretanje i povoljan položaj planete u odnosu na Sunce (udaljenost oko 150 miliona kilometara). Da je planeta bliže, voda bi isparila sa njene površine. Da dalje - sve živo bi se smrzlo. Važnu ulogu igra atmosfera, koja štiti od štetnih kosmičkih zraka.
Zaustavimo se detaljnije na dva takva stalna nevidljiva saputnika života kao što su kretanje Zemlje oko zamišljene linije (ose) i Sunca.
Brzina Zemljine rotacije oko svoje ose
Zemlja je treća planeta od Sunca. Zajedno sa svim ostalima, okreće se oko Sunca, a ima i vlastitu rotaciju oko svoje ose. Najbrže planete u Sunčevom sistemu su džinovske planete.:
- Jupiter.
- Saturn.
Završavaju dan za 10 sati.
Rotacija Zemlje oko svoje ose traje 23 sata i 56 minuta. Osim toga, potrebno je još 4 minuta da se Sunce vrati u prvobitni položaj. Brzina rotacije na površini zavisi od toga gde se posmatra kretanje.
Ako govorimo o ekvatoru, tada rotacija Zemlje doseže 1670 kilometara na sat ili 465 metara u sekundi. Proračuni se vrše uzimajući u obzir činjenicu da u području ekvatora obim planete doseže preko 40.000 kilometara. Ako se planeta naglo prestane kretati, tada će se ljudi i objekti koji se nalaze istom brzinom odvojiti i poletjeti naprijed.
Bliže 30. geografskoj širini, rotacija Zemlje oko svoje ose opada na 1440 kilometara na sat, postepeno pada na 0 kilometara na sat na polovima (pravilo radi i prema južnom i sjevernom polu). Ovaj pokret ostaje neprimjetan za ljude zbog ogromne mase planete.
Iz ovog videa ćete naučiti zašto ne osjećamo rotaciju Zemlje.
Značaj za čovečanstvo
Razlike u brzini kretanja imaju svoj praktični značaj. Zemlje radije grade svemirske luke bliže ekvatoru. Zbog brzine rotacije planete, potrebno je manje pogonskog goriva da dođe do orbite, ili se može podići veća količina korisnog tereta. Istovremeno, na startu raketa već ima brzinu od 1.675 kilometara na sat, pa joj je lakše da ubrza do orbitalne brzine od 28.000 kilometara na sat.
Mesec svojim uticajem stalno stabilizuje nagib ose planete. Zbog toga se brzina rotacije planete postepeno smanjuje. Dva puta godišnje, u novembru i aprilu, dužina dana se povećava za 0,001 sekundu.
Vrijeme potpune revolucije oko Sunca
Brzina rotacije Zemlje oko Sunca je oko 107.000 kilometara na sat. Planeta napravi potpunu revoluciju za 365 dana, 5 sati 48 minuta i 46 sekundi, prošavši za to vrijeme oko milijardu kilometara. Svake godine "uleti" dodatnih pet sati koje astronomi zbrajaju i dodaju 366 dana svake četiri godine - takva godina se naziva prijestupnom.
Ako preračunate, ispada da svake sekunde Zemlja preleti u svemir oko 30 kilometara. Čak je i brzina najbržeg trkačkog automobila na svijetu samo oko 300 kilometara na sat - to je 350 puta manje od brzine planete u orbiti. Čovjek ne može adekvatno zamisliti tako ogromne brzine.
Prilikom rotacije nastaje sila koja može baciti osobu ili predmet sa površine Zemlje poput predmeta predenog na užetu. Ali malo je vjerovatno da će se to dogoditi u doglednoj budućnosti, jer je ova sila gotovo potpuno potisnuta gravitacijom i čini samo 0,03% od nje.
Poput rotacije oko ose, ovo kretanje se postepeno usporava za obične ljude neprimjetne. Takođe, osa u pravcu kretanja tokom godine postepeno odstupa, tako da regioni naizmenično menjaju mesta u kojima:
- zima ljeto;
- jesen/proljeće.
Nekada su ljudi vjerovali da je Zemlja nepomično tijelo oko kojeg se Sunce i svi drugi objekti okreću. Dugoročna zapažanja i poboljšanje tehnologije omogućili su postupno razumijevanje problema, a sada gotovo svi stanovnici planete znaju koliko brzo se Zemlja rotira i da ona sama mora naporno raditi, zamjenjujući strane ogromne zvijezde obezbediti dan/noć i zima/leto.
Video
Iz ovog videa ćete naučiti kako i kojom brzinom se Zemlja okreće oko Sunca.
Naša planeta je u stalnom kretanju, okreće se oko Sunca i svoje ose. Zemljina osa je zamišljena linija povučena od sjevernog prema južnom polu (oni ostaju nepomični tokom rotacije) pod uglom od 66 0 33 ꞌ u odnosu na ravan Zemlje. Ljudi ne mogu primijetiti trenutak rotacije, jer se svi objekti kreću paralelno, njihova brzina je ista. Izgledalo bi potpuno isto kao da plovimo na brodu i ne primjećujemo kretanje predmeta i predmeta na njemu.
Potpuna rotacija oko ose se obavlja unutar jednog sideralnog dana, koji se sastoji od 23 sata 56 minuta i 4 sekunde. Tokom ovog intervala, tada se jedna ili druga strana planete okreće prema Suncu, primajući od njega različitu količinu topline i svjetlosti. Osim toga, rotacija Zemlje oko svoje ose utiče na njen oblik (spljošteni polovi su rezultat rotacije planete oko svoje ose) i na odstupanje kada se tela kreću u horizontalnoj ravni (reke, struje i vetrovi južne hemisfere odstupaju od lijevo, sjeverno - desno).
Linearna i ugaona brzina rotacije
(Zemljina rotacija)
Linearna brzina Zemljine rotacije oko svoje ose je 465 m/s ili 1674 km/h u ekvatorijalnoj zoni, kako se udaljavamo od nje, brzina se postepeno usporava, na sjevernom i južnom polu jednaka je nuli. Na primjer, za građane ekvatorijalnog grada Kita (glavnog grada Ekvadora u Južnoj Americi), brzina rotacije je samo 465 m/s, a za Moskovljane koji žive na 55. paraleli sjeverno od ekvatora - 260 m/s (skoro upola manje).
Svake godine se brzina rotacije oko ose smanjuje za 4 milisekunde, što je povezano s utjecajem Mjeseca na jačinu morskih i okeanskih oseka i oseka. Povlačenje Mjeseca "vuče" vodu u smjeru suprotnom od aksijalne rotacije Zemlje, stvarajući blagu silu trenja koja usporava brzinu rotacije za 4 milisekunde. Brzina ugaone rotacije ostaje svuda ista, njena vrijednost je 15 stepeni na sat.
Zašto se dan pretvara u noć
(Promena dana i noći)
Vrijeme potpune rotacije Zemlje oko svoje ose je jedan siderički dan (23 sata 56 minuta 4 sekunde), u tom vremenskom periodu strana obasjana Suncem je prva „u moći“ dana, strana sjena je na milost i nemilost noći, a onda obrnuto.
Kada bi Zemlja rotirala drugačije i jedna njena strana bila stalno okrenuta prema Suncu, onda bi bilo toplota(do 100 stepeni Celzijusa) i sva voda bi isparila, s druge strane - naprotiv, bjesnili su mrazevi i voda je bila pod debelim slojem leda. I prvi i drugi uslov bili bi neprihvatljivi za razvoj života i postojanje ljudske vrste.
Zašto se godišnja doba mijenjaju
(Promjena godišnjih doba na zemlji)
Zbog činjenice da je os nagnuta u odnosu na površinu zemlje pod određenim uglom, njeni dijelovi primaju različite količine topline i svjetlosti u različito vrijeme, što uzrokuje promjenu godišnjih doba. Prema astronomskim parametrima neophodnim za određivanje godišnjeg doba, kao referentne tačke uzimaju se neke vremenske tačke: za leto i zimu to su dani solsticija (21. juna i 22. decembra), za proleće i jesen ekvinocije (20. marta i 23. septembra). Od septembra do marta, sjeverna hemisfera je manje vremena okrenuta prema Suncu i, shodno tome, prima manje topline i svjetlosti, zdravo zima-zimo, južna hemisfera u ovo vrijeme prima puno topline i svjetlosti, živjelo ljeto! Prođe 6 mjeseci i Zemlja se pomjeri na suprotnu tačku svoje orbite i sjeverna hemisfera već prima više topline i svjetlosti, dani postaju duži, Sunce se diže više - ljeto dolazi.
Kada bi se Zemlja nalazila u odnosu na Sunce isključivo u vertikalnom položaju, onda godišnja doba uopšte ne bi postojala, jer bi sve tačke na polovini obasjane Suncem primale istu i ujednačenu količinu toplote i svetlosti.
Rotacija Zemlje je jedno od kretanja Zemlje koje odražava mnoge astronomske i geofizičke pojave koje se dešavaju na površini Zemlje, u njenim utrobama, u atmosferi i okeanima, kao i u bliskom svemiru.
Rotacija Zemlje objašnjava smjenu dana i noći, vidljivo dnevno kretanje nebeskih tijela, rotaciju ravni ljuljanja tereta okačenog na niti, otklon tijela koja padaju na istok itd. Zbog rotacije Zemlje, tela koja se kreću duž njene površine pod uticajem su Coriolisove sile, čiji se uticaj manifestuje u potkopavanju desnih obala reka na severnoj hemisferi i leve - na južnoj Zemljinoj hemisferi i u nekim karakteristikama Zemlje. atmosferska cirkulacija. Centrifugalna sila nastala rotacijom Zemlje dijelom objašnjava razlike u ubrzanju gravitacije na ekvatoru i na polovima Zemlje.
Da bi se proučavali obrasci Zemljine rotacije, uvode se dva koordinatna sistema sa zajedničkim ishodištem u Zemljinom centru mase (slika 1.26). Zemljani sistem X 1 Y 1 Z 1 učestvuje u dnevnoj rotaciji Zemlje i ostaje nepomičan u odnosu na tačke zemljine površine. Zvjezdani koordinatni sistem XYZ nije povezan sa dnevnom rotacijom Zemlje. Iako se njegov početak kreće u svjetskom prostoru s određenim ubrzanjem, sudjelujući u godišnjem kretanju Zemlje oko Sunca u Galaksiji, ovo kretanje relativno udaljenih zvijezda može se smatrati jednoličnim i pravolinijskim. Stoga se kretanje Zemlje u ovom sistemu (kao i bilo kojeg nebeskog objekta) može proučavati prema zakonima mehanike za inercijski referentni okvir. Ravan XOY je poravnata sa ravninom ekliptike, a X osa je usmerena na tačku prolećne ravnodnevnice γ početne epohe. Pogodno je uzeti glavne ose Zemljine inercije kao ose Zemljinog koordinatnog sistema, moguć je i drugi izbor osa. Položaj zemaljskog sistema u odnosu na zvjezdani sistem obično je određen sa tri Eulerova ugla ψ, υ, φ.
Sl.1.26. Koordinatni sistemi koji se koriste za proučavanje rotacije Zemlje
Osnovne informacije o rotaciji Zemlje daju zapažanja dnevnog kretanja nebeskih tijela. Rotacija Zemlje se dešava od zapada prema istoku, tj. u smjeru suprotnom od kazaljke na satu gledano sa sjevernog pola Zemlje.
Prosečna inklinacija ekvatora prema ekliptici početne epohe (ugao υ) je skoro konstantna (1900. godine iznosila je 23° 27¢ 08,26² i povećala se za manje od 0,1² tokom 20. veka). Linija preseka Zemljinog ekvatora i ekliptike početne epohe (linija čvorova) polako se kreće duž ekliptike od istoka prema zapadu, pomerajući se 1° 13¢ 57,08² po veku, usled čega se ugao ψ menja za 360° za 25.800 godina (precesija). Trenutna os rotacije OR se uvijek gotovo poklapa sa najmanjom osom inercije Zemlje. Ugao između ovih osa, prema zapažanjima od kraja 19. veka, ne prelazi 0,4².
Vremenski period tokom kojeg Zemlja napravi jednu rotaciju oko svoje ose u odnosu na neku tačku na nebu naziva se dan. Tačke koje određuju dužinu dana mogu biti:
tačka prolećnog ekvinocija;
Centar vidljivog Sunčevog diska, pomjeren godišnjom aberacijom („pravo Sunce“);
· "Srednje sunce" - fiktivna tačka, čiji se položaj na nebu može teoretski izračunati za bilo koji trenutak.
Tri različita vremenska perioda određena ovim tačkama nazivaju se sideralnim, pravim solarnim i srednjim solarnim danom, respektivno.
Brzinu Zemljine rotacije karakteriše relativna vrijednost
gdje je Pz trajanje zemaljskog dana, T je trajanje standardnog dana (atomskog), koje je jednako 86400s;
- ugaone brzine koje odgovaraju zemaljskim i standardnim danima.
Budući da se vrijednost ω mijenja samo na devetom - osmom decimalu, tada su vrijednosti ν reda 10 -9 -10 -8 .
Zemlja napravi jedan potpuni okret oko svoje ose u odnosu na zvijezde u kraćem vremenskom periodu nego u odnosu na Sunce, budući da se Sunce kreće duž ekliptike u istom smjeru u kojem se Zemlja rotira.
Siderički dan je određen periodom rotacije Zemlje oko svoje ose u odnosu na bilo koju zvezdu, ali pošto zvezde imaju svoje i, štaviše, veoma složeno kretanje, dogovoreno je da se računa početak zvezdanog dana. od momenta gornjeg vrhunca prolećne ravnodnevice, a interval vremena između dva uzastopna gornja vrhunca prolećne ravnodnevice koja se nalaze na istom meridijanu.
Zbog fenomena precesije i nutacije, relativni položaj nebeskog ekvatora i ekliptike se stalno mijenja, što znači da se shodno tome mijenja i lokacija proljetne ravnodnevnice na ekliptici. Utvrđeno je da je siderički dan kraći za 0,0084 sekunde od stvarnog perioda dnevne rotacije Zemlje i da Sunce, krećući se po ekliptici, u tačku prolećne ravnodnevnice stiže ranije nego na isto mesto u odnosu na zvezde.
Zemlja se, pak, oko Sunca ne okreće u krug, već u elipsu, pa nam kretanje Sunca sa Zemlje izgleda neravnomjerno. Zimi je pravi solarni dan duži nego ljeti, na primjer, krajem decembra iznosi 24 sata 04 minuta i 27 sekundi, a sredinom septembra - 24 sata i 03 minuta. 36sec. Smatra se da je prosječna jedinica solarnog dana 24 sata i 03 minuta. 56,5554 sekundi sideralno vrijeme.
Ugaona brzina Zemlje u odnosu na Sunce, zbog eliptičnosti Zemljine orbite, zavisi od doba godine. Zemlja kruži najsporije kada je u perihelu, najudaljenijoj tački svoje orbite od Sunca. Kao rezultat toga, trajanje pravog sunčevog dana nije isto tokom cijele godine - eliptičnost orbite mijenja trajanje pravog sunčevog dana prema zakonu koji se može opisati sinusoidom s amplitudom od 7,6 minuta. i period od 1 godine.
Drugi razlog neravnomjernosti dana je nagib Zemljine ose prema ekliptici, što dovodi do prividnog kretanja Sunca gore-dolje od ekvatora tokom godine. Prava ascenzija Sunca u blizini ekvinocija (slika 1.17) se sporije mijenja (pošto se Sunce kreće pod uglom prema ekvatoru) nego tokom solsticija, kada se kreće paralelno s ekvatorom. Kao rezultat, sinusoidalni termin sa amplitudom od 9,8 minuta dodaje se trajanju pravog solarnog dana. i period od šest mjeseci. Postoje i drugi periodični efekti koji mijenjaju dužinu pravog sunčevog dana i zavise od vremena, ali su mali.
Kao rezultat zajedničkog delovanja ovih efekata, najkraći pravi solarni dani su zabeleženi 26-27. marta i 12-13. septembra, a najduži - 18-19. juna i 20-21. decembra.
Da bi se eliminisala ova varijabilnost, koristi se srednji sunčev dan, vezan za takozvano srednje Sunce - uslovnu tačku koja se ravnomerno kreće duž nebeskog ekvatora, a ne duž ekliptike, kao pravo Sunce, i koja se poklapa sa centrom Sunca. u vreme prolećne ravnodnevice. Period okretanja prosječnog Sunca u nebeskoj sferi jednak je tropskoj godini.
Srednji sunčev dan nije podložan periodičnim promjenama, kao pravi solarni dan, ali se njegovo trajanje monotono mijenja zbog promjene perioda Zemljine aksijalne rotacije i (u manjoj mjeri) s promjenom dužine tropskog godine, povećavajući se za oko 0,0017 sekundi po veku. Tako je trajanje srednjeg sunčevog dana početkom 2000. bilo jednako 86400,002 SI sekunde (SI sekunda je određena intra-atomskim periodičnim procesom).
Siderični dan je 365,2422/366,2422=0,997270 srednjih solarnih dana. Ova vrijednost je konstantan omjer sideralnog i solarnog vremena.
Srednje solarno vrijeme i sideralno vrijeme povezani su sljedećim odnosima:
24h Wed solarno vrijeme = 24h. 03 min. 56.555sec. zvezdano vreme
1 sat = 1h. 00 min. 09.856 sec.
1 minuta. = 1 min. 00.164 sek.
1 sek. = 1,003 sek.
24 sata zvezdano vrijeme = 23 sata 56 minuta 04.091 sek. cf. solarno vrijeme
1 sat = 59 minuta 50.170 sec.
1 minuta. = 59,836 sek.
1 sek. = 0,997 sek.
Vrijeme u bilo kojoj dimenziji - sideralnoj, pravoj solarnoj ili srednjoj solarnoj - je različito na različitim meridijanima. Ali sve tačke koje leže na istom meridijanu u isto vreme imaju isto vreme, koje se zove lokalno vreme. Kada se krećete istom paralelom prema zapadu ili istoku, vrijeme na početnoj tački neće odgovarati lokalnom vremenu svih ostalih geografskih tačaka koje se nalaze na ovoj paraleli.
Da bi se ovaj nedostatak donekle otklonio, Kanađanin S. Fleshing je predložio uvođenje standardnog vremena, tj. sistem odbrojavanja vremena zasnovan na podjeli Zemljine površine na 24 vremenske zone, od kojih je svaka udaljena 15° od susjedne zone po geografskoj dužini. Flushing je ucrtao 24 glavna meridijana na karti svijeta. Približno 7,5° istočno i zapadno od njih uvjetno su ucrtane granice vremenske zone ove zone. Vrijeme iste vremenske zone u svakom trenutku za sve njene tačke smatralo se istim.
Prije Flushinga, karte s različitim početnim meridijanima objavljivane su u mnogim zemljama svijeta. Tako su, na primjer, u Rusiji geografske dužine brojane od meridijana koji prolazi kroz opservatoriju Pulkovo, u Francuskoj - kroz Parisku opservatoriju, u Njemačkoj - kroz Berlinsku opservatoriju, u Turskoj - kroz Istanbulsku opservatoriju. Za uvođenje standardnog vremena bilo je potrebno objediniti jedan početni meridijan.
Standardno vrijeme je prvi put uvedeno u Sjedinjenim Državama 1883., a 1884. godine. u Vašingtonu na Međunarodnoj konferenciji, na kojoj je učestvovala i Rusija, doneta je dogovorena odluka o standardnom vremenu. Učesnici konferencije su se složili da se meridijan Greenwich opservatorija smatra početnim ili nultim meridijanom, a lokalno srednje solarno vrijeme griničkog meridijana nazvano je univerzalnim ili svjetskim vremenom. Na konferenciji je uspostavljena i takozvana „datumska linija“.
Standardno vrijeme je u našoj zemlji uvedeno 1919. godine. Uzimajući kao osnovu međunarodni sistem vremenskih zona i tada postojeće administrativne granice, vremenske zone od II do zaključno XII bile su označene na karti RSFSR-a. Po lokalnom vremenu vremenske zone koje se nalaze istočno od Greenwich meridijana, od zone do pojasa povećavaju se za sat vremena, a zapadno od Greenwicha, respektivno, smanjuju se za sat.
Prilikom računanja vremena u kalendarskim danima važno je utvrditi na kojem meridijanu počinje novi datum (dan u mjesecu). Prema međunarodnom sporazumu, linija promjene datuma prolazi najvećim dijelom duž meridijana, koji je 180 ° udaljen od Greenwicha, povlačeći se od njega: na zapad - u blizini otoka Wrangel i Aleutskih ostrva, na istok - uz obalu Azije , ostrva Fidži, Samoa, Tongatabu, Kermandek i Chatham.
Zapadno od datumske linije, dan u mesecu je uvek jedan više nego istočno od njega. Stoga, nakon prelaska ove linije sa zapada na istok, potrebno je smanjiti broj mjeseca za jedan, a nakon prelaska od istoka prema zapadu povećati ga za jedan. Ova promjena datuma se obično vrši u najbližu ponoć nakon prelaska međunarodne datumske linije. Jasno je da novi kalendarski mjesec i Nova godina početi na međunarodnoj datumskoj liniji.
Dakle, početni meridijan i meridijan od 180° E, duž kojih teče međunarodna datumska linija, dijele globus na zapadnu i istočnu hemisferu.
Kroz istoriju čovječanstva, dnevna rotacija Zemlje uvijek je služila kao idealan mjerilo vremena, koji je regulirao aktivnosti ljudi i bio simbol jednoličnosti i tačnosti.
Najstariji instrument za određivanje vremena prije nove ere bio je gnomon, na grčkom pokazivač, okomiti stub na nivelisanoj platformi, čija je sjena, mijenjajući smjer kada se Sunce kreće, pokazivala jedno ili drugo doba dana na skali označenoj na tlo u blizini stuba. Sunčani satovi su poznati od 7. veka pre nove ere. U početku su bili rasprostranjeni u Egiptu i zemljama Bliskog istoka, odakle su se preselili u Grčku i Rim, a još kasnije prodrli u zemlje zapadne i istočne Evrope. Pitanjima gnomonike - umjetnosti pravljenja sunčanih satova i sposobnosti njihovog korištenja - bavili su se astronomi i matematičari antičkog svijeta, srednjeg vijeka i modernog doba. U 18. vijeku i početkom 19. veka. gnomonika je bila izložena u udžbenicima matematike.
I tek nakon 1955. godine, kada su zahtjevi fizičara i astronoma za preciznošću vremena uveliko porasli, postalo je nemoguće zadovoljiti se dnevnom rotacijom Zemlje kao standardom vremena, već neujednačenim sa traženom tačnošću. Vrijeme, određeno rotacijom Zemlje, je neravnomjerno zbog kretanja pola i preraspodjele ugaonog momenta između različitih dijelova Zemlje (hidrosfera, plašt, tečno jezgro). Meridijan prihvaćen za računanje vremena određen je EOR tačkom i tačkom na ekvatoru koja odgovara nultoj geografskoj dužini. Ovaj meridijan je veoma blizu Greenwicha.
Zemlja rotira neravnomjerno, što uzrokuje promjenu dužine dana. Brzina Zemljine rotacije najjednostavnije se može okarakterisati odstupanjem trajanja Zemljinog dana od referentne (86.400 s). Što je Zemljin dan kraći, Zemlja se brže okreće.
Postoje tri komponente u veličini promjene brzine Zemljine rotacije: sekularno usporavanje, periodične sezonske fluktuacije i nepravilne povremene promjene.
Sekularno usporavanje Zemljine rotacije uzrokovano je djelovanjem plimnih sila privlačenja Mjeseca i Sunca. Sila plime i oseke proteže Zemlju duž prave linije koja povezuje njen centar sa centrom uznemirujućeg tijela - Mjesecom ili Suncem. U ovom slučaju, sila kompresije Zemlje raste ako se rezultanta poklapa s ravninom ekvatora, a smanjuje se kada odstupa prema tropima. Moment inercije komprimirane Zemlje veći je od momenta nedeformirane sferne planete, a budući da ugaoni moment Zemlje (tj. proizvod njenog momenta inercije i ugaone brzine) mora ostati konstantan, brzina rotacije sabijena Zemlja je manja od one nedeformisane. Zbog činjenice da se deklinacije Mjeseca i Sunca, udaljenosti od Zemlje do Mjeseca i Sunca stalno mijenjaju, sila plime i oseke fluktuira s vremenom. Kompresija Zemlje se u skladu s tim mijenja, što na kraju uzrokuje plimne fluktuacije u brzini Zemljine rotacije. Najznačajnije od njih su fluktuacije sa polumjesečnim i mjesečnim periodima.
Usporavanje brzine Zemljine rotacije nalazi se u astronomskim opservacijama i paleontološkim studijama. Posmatranja drevnih pomračenja Sunca dovela su do zaključka da se trajanje dana povećava za 2 s svakih 100.000 godina. Paleontološka promatranja koralja pokazala su da topli morski koralji rastu i formiraju pojas čija debljina ovisi o količini svjetlosti koja se prima dnevno. Tako je moguće utvrditi godišnje promjene u njihovoj strukturi i izračunati broj dana u godini. U modernom dobu pronađeno je 365 koraljnih pojaseva. Prema paleontološkim zapažanjima (Tabela 5), trajanje dana raste linearno s vremenom za 1,9 s na 100.000 godina.
Tabela 5
Prema zapažanjima u proteklih 250 godina, dan se povećavao za 0,0014 s po vijeku. Prema nekim podacima, pored usporavanja plime, dolazi i do povećanja brzine rotacije za 0,001 s po vijeku, što je uzrokovano promjenom momenta inercije Zemlje zbog sporog kretanja materije unutar Zemlje i na njegovoj površini. Vlastito ubrzanje smanjuje dužinu dana. Shodno tome, da ga nema, dan bi se povećavao za 0,0024 s po veku.
Prije stvaranja atomskih satova, Zemljina rotacija je kontrolirana poređenjem promatranih i izračunatih koordinata Mjeseca, Sunca i planeta. Na taj način se mogla steći predstava o promjeni brzine Zemljine rotacije tokom posljednja tri stoljeća – od kraja 17. stoljeća, kada su prva instrumentalna zapažanja kretanja Mjeseca, Sunca , i počele su da se prave planete. Analiza ovih podataka pokazuje (sl. 1.27) da je od početka 17.st. do sredine 19. veka. Brzina Zemljine rotacije se malo promijenila. Od druge polovine 19. veka Do sada su uočene značajne nepravilne fluktuacije brzine sa karakterističnim vremenima reda od 60-70 godina.
Sl.1.27. Odstupanje dužine dana od referentne za 350 godina
Zemlja se najbrže rotirala oko 1870. godine, kada je trajanje Zemljinog dana bilo 0,003 s kraće od referentnog. Najsporije - oko 1903. godine, kada je Zemljin dan bio duži od referentnog dana za 0,004 s. Od 1903. do 1934. godine došlo je do ubrzanja rotacije Zemlje, od kraja 30-ih do 1972. godine. došlo je do usporavanja, a od 1973. Zemlja trenutno ubrzava svoju rotaciju.
Periodične godišnje i polugodišnje fluktuacije u stopi rotacije Zemlje objašnjavaju se periodičnim promjenama momenta inercije Zemlje zbog sezonske dinamike atmosfere i planetarne distribucije padavina. Prema savremenim podacima, dužina dana tokom godine varira za ±0,001 sekundu. Istovremeno, najkraći dan pada u julu-avgustu, a najduži - u martu.
Periodične promjene brzine rotacije Zemlje imaju periode od 14 i 28 dana (lunarni) i 6 mjeseci i 1 godinu (solarni). Minimalna brzina Zemljine rotacije (ubrzanje je nula) odgovara 14. februaru, prosečna brzina (maksimalno ubrzanje) - 28. maja, maksimalna brzina (ubrzanje je nula) - 9. avgusta, prosečna brzina (minimalno usporavanje) - 6. novembra .
Uočavaju se i nasumične promjene brzine Zemljine rotacije, koje se javljaju u nepravilnim intervalima, skoro višestrukim od jedanaest godina. Apsolutna vrijednost relativne promjene ugaone brzine dostigla je 1898. godine. 3,9 × 10 -8, a 1920. god. - 4,5 × 10 -8. Priroda i priroda nasumičnih fluktuacija u brzini Zemljine rotacije su malo proučavane. Jedna od hipoteza objašnjava nepravilne fluktuacije ugaone brzine Zemljine rotacije rekristalizacijom određenih stijena unutar Zemlje, čime se mijenja njen moment inercije.
Prije otkrića neravnomjernosti Zemljine rotacije, izvedena jedinica vremena - sekunda - definirana je kao 1/86400 dijela srednjeg sunčevog dana. Promjenljivost srednjeg sunčevog dana zbog neravnomjerne rotacije Zemlje natjerala nas je da napustimo takvu definiciju sekunde.
U oktobru 1959 Međunarodni biro za utege i mjere odlučio je dati sljedeću definiciju osnovnoj jedinici vremena, drugoj:
"Sekunda je 1/31556925,9747 tropske godine za 1900. godinu, 0 januara, u 12 sati po efemeridnom vremenu."
Tako definisana sekunda se zove "efemerida". Broj 31556925.9747=86400´365.2421988 je broj sekundi u tropskoj godini čije je trajanje za 1900. godinu, 0. januara, u 12 sati po efemeridnom vremenu (jednoobrazno Njutnovo vrijeme) bilo 365,242198 srednjih solarnih dana.
Drugim riječima, efemeridna sekunda je vremenski interval jednak 1/86400 prosječne dužine srednjeg sunčevog dana koji su imali 1900. godine, 0. januara, u 12 sati po efemeridnom vremenu. Tako je i nova definicija sekunde bila povezana sa kretanjem Zemlje oko Sunca, dok se stara definicija zasnivala samo na njenoj rotaciji oko svoje ose.
Danas je vrijeme fizička veličina koja se može izmjeriti s najvećom preciznošću. Jedinica vremena - sekunda "atomskog" vremena (SI sekunda) - izjednačena je sa trajanjem od 9192631770 perioda zračenja koji odgovaraju prelazu između dva hiperfina nivoa osnovnog stanja atoma cezijuma-133, uvedena je 1967. odlukom XII Generalne konferencije za utege i mere, a 1970. godine „atomsko vreme je uzeto kao osnovno referentno vreme. Relativna tačnost standarda frekvencije cezija je 10 -10 -10 -11 za nekoliko godina. Standard atomskog vremena nema ni dnevne ni sekularne fluktuacije, ne stari i ima dovoljnu sigurnost, tačnost i ponovljivost.
Uvođenjem atomskog vremena značajno je poboljšana tačnost određivanja neravnomjerne rotacije Zemlje. Od tog trenutka postalo je moguće registrovati sve fluktuacije u brzini Zemljine rotacije u periodu dužem od mjesec dana. Na slici 1.28 prikazan je tok prosječnih mjesečnih odstupanja za period 1955-2000.
Od 1956. do 1961. godine Zemljina rotacija se ubrzala od 1962. do 1972. godine. - usporio, a od 1973.g. do sadašnjosti - opet ubrzano. Ovo ubrzanje još nije završeno i trajat će do 2010. godine. Ubrzanje rotacije 1958-1961 i usporavanje 1989-1994. su kratkoročne fluktuacije. Sezonske fluktuacije dovode do toga da je brzina Zemljine rotacije najmanja u aprilu i novembru, a najveća u januaru i julu. Januarski maksimum je mnogo manji od julskog. Razlika između minimalnog odstupanja trajanja Zemljinog dana od standardnog u julu i maksimalnog u aprilu ili novembru iznosi 0,001 s.
Sl.1.28. Prosječna mjesečna odstupanja trajanja Zemljinog dana od referentne za 45 godina
Proučavanje neravnomjernosti Zemljine rotacije, nutacija Zemljine ose i kretanja polova je od velike naučne i praktične važnosti. Poznavanje ovih parametara je neophodno za određivanje koordinata nebeskih i zemaljskih objekata. Oni doprinose proširenju našeg znanja u različitim oblastima geonauka.
Osamdesetih godina 20. stoljeća astronomske metode za određivanje parametara Zemljine rotacije zamijenjene su novim metodama geodezije. Dopler osmatranja satelita, lasersko određivanje dometa Meseca i satelita, globalni sistem pozicioniranja GPS, radio interferometrija su efektivna sredstva proučavati neravnomjernu rotaciju Zemlje i kretanje polova. Najpogodniji za radio interferometriju su kvazari - moćni izvori radio-emisije izuzetno male ugaone veličine (manje od 0,02²), koji su, po svemu sudeći, najudaljeniji objekti Univerzuma, praktično nepomični na nebu. Kvazar radio interferometrija je najefikasniji i nezavisan od optičkih merenja alat za proučavanje rotacionog kretanja Zemlje.
17.03.11 15:54
Da li ste se ikada zapitali koliko brzo Zemlja rotira oko svoje ose i kako uspevamo da stabilno hodamo po Zemlji, uprkos činjenici da brzina njene rotacije još uvek nije mala? Počnimo od činjenice da Zemlja ima privlačnu silu koja nas drži na njoj, a ogromna inercija Zemlje nam ne dozvoljava da osjetimo rotaciju! Ovaj članak će nam pomoći da saznamo kolika je brzina Zemlje oko svoje ose, a takođe će nam reći i kojom brzinom se Zemlja okreće oko Sunca.
Kada govorimo o Zemljinoj brzini, moramo imati na umu da je brzina relativna i stoga se uvijek mjeri u odnosu na drugi relativni objekt. To znači da se kretanje može mjeriti samo kada postoji kontrolna tačka. Na primjer, brzina Zemlje se može izračunati samo u odnosu na njenu vlastitu osu, Mliječni put, Sunčev sistem, okolna nebeska tijela ili Sunce. Stoga, da biste saznali, na primjer, brzinu rotacije Zemlje oko Sunca, potrebno je koristiti posebne astronomske jedinice. Zemlji treba godinu dana ili 365 dana da izvrši jedan okret oko Sunca. Zemlja putuje 150 miliona km u svojoj orbiti oko Sunca. Dakle, Zemlja se okreće oko Sunca brzinom od približno 30 km/s.
Zemlja napravi punu rotaciju oko svoje ose za 23 sata 56 minuta i 04,09053 sekunde, ovo vrijeme je okvirno i uzima se kao trajanje dana - 24 sata. Zemljina osa je zamišljena linija koja prolazi kroz centar Zemlje, sjeverni i južni pol. Da bismo shvatili kojom brzinom se Zemlja okreće, moramo shvatiti kojom brzinom se Zemlja okreće na ekvatoru. Da bismo to učinili, moramo znati obim Zemlje na ekvatoru, koji iznosi 40.070 km. Sada, jednostavno podijelivši obim ekvatora sa dužinom dana, dobijamo brzinu rotacije Zemlje oko svoje ose:
Ako želite da pronađete red vožnje vozova u Jekaterinburgu, onda će vam sajt naših partnera dobro doći.
40070 km/24h = 1674,66 km/h
Vrijednost od 1674,66 km/h je odgovor na pitanje koliko brzo Zemlja rotira oko svoje ose na ekvatoru. Međutim, ova brzina se ne može smatrati konstantnom, jer je brzina rotacije na različitim mjestima različita. Brzina varira u zavisnosti od lokacije tačke na zemljinoj površini, odnosno koliko je ta tačka udaljena od ekvatora. Stvar je u tome da je na ekvatoru obim Zemlje najveći, pa stoga, na ekvatoru, vi zajedno sa zemljinom površinom pređete najveću udaljenost oko Zemljine ose za 24 sata. Međutim, kako se približavate Sjevernom polu, obim zemljine površine se smanjuje, a vi i Zemlja pređete kraću udaljenost za 24 sata.
U idealnom slučaju, brzina rotacije na sjevernom i južnom polu padne na nulu! Dakle, brzina rotacije Zemlje oko svoje ose zavisi od geografske širine mesta. Najveća brzina je na ekvatoru, a zatim opada kako se približava sjevernom ili južnom polu. Na primjer, brzina rotacije Zemlje na Aljasci je samo 570 km na sat! U srednjim geografskim širinama brzina rotacije dostiže svoju prosječnu vrijednost. Na primjer, u mjestima kao što su New York i Evropa, brzina Zemljine rotacije je otprilike 1125 -1450 km/h.
Nadamo se da ste sada svjesniji koliko brzo Zemlja rotira oko svoje ose. Da biste izračunali obim zemlje na kojoj se nalazite, samo trebate odrediti kosinus ugla vaše geografske širine, koji je, kao što znate, zadan u uglovima, samo bolje pogledajte kartu. Zatim morate pomnožiti ovu vrijednost sa obimom Zemlje na ekvatoru da biste dobili obim na vašoj geografskoj širini. Podijelivši obim sa 24 (broj sati u danu), dobićete brzinu rotacije Zemlje oko svoje ose na mjestu gdje se nalazite.
