Рух землі

Земля обертається навколо своєї осі, навколо спільного центра з Місяцем, навколо Сонця, разом з Сонячною системою навколо ядра Галактики, а з останньою - у Всесвіті. Але головними з цих рухів є обертання навколо осі та Сонця, бо вони мають вирішальне значення для процесів, що відбуваються на поверхні Землі та в її надрах.

Осьове обертання. Нині ні в кого не викликає сумніву твердження, що Земля обертається навколо своєї осі. Переконливими доказами цього є відхилення на схід тіл, що вільно падають згори, дослід з маятником Фуко і сама форма Землі.

Відхилення на схід тіл, що вільно падають, пояснюється лінійною швидкістю, яка виникає під час обертання Землі і залежить від радіусу обертання. Чим більший радіус, тим більша швидкість. Очевидно, що на вершині башти тіло матиме більшу швидкість, ніж біля підніжжя. Падаючи, воно за інерцією зберігатиме ту швидкість, яку мало на вершині, і тому падатиме не точно по радіусу, а відхиляючись від нього на схід (мал. 5). Найбільше відхилення буде на екваторі, найменше (нуль) - на полюсі.

Ц ікавим доказом осьового обертання Землі є дослід з маятником, який вперше був показаний в 1851 р. в Парижі французьким фізиком Л. Фуко. Суть досліду в тому, що вільно підвішене тіло - маятник зберігає площину свого коливання. Якщо під ним накреслити коло з позначками, то при кожному коливанні він наближатиметься до нової позначки, розташованої праворуч від попередньої. Це можливо лише тому, що під маятником обертається земна поверхня. Уявне відхилення маятника за годину становить на полюсах 15°, на екваторі - 0°.

Форма Землі також свідчить про її обертання. Еліпсоїдної форми Земля набула під дією відцентрової сили, яка виникає при обертанні. Найбільшою відцентрова сила буде на екваторі, найменшою - на полюсах, тому вона розтя­гує земну поверхню по екватору.

Наслідки осьового обертання. Обертаючись з заходу на схід, Земля робить повний оберт за 23 год. 54 хв. 4 с. При цьому виникає кутова і лінійна швидкість. Кутова швидкість скрізь однакова і становить 15° на годину. Лінійна швидкість - це рух тіла по колу. Вона залежить від радіусу обертання, тому найбільшою буде на екваторі (465 м/с), найменшою - на полюсі (0 м/с).

Іншими наслідками осьового обертання є можливість побудови географічної сітки, виникнення сили Коріоліса, можливість розрахунку часу, зміна дня і ночі, земні припливи й відпливи.

Географічна сітка. Оскільки Земля куляста і обертається, на її поверхні виникли дві нерухомі точки - полюси, крізь які проходить уявна земна вісь. Їх взаємно протилежне розташування дає можливість провести меридіани і паралелі. За початок їх відліку приймають екватор і Гринвіцький меридіан.

Екватор - велике уявне коло, площина якого перпендикулярна до земної осі і ділить земну кулю на дві рівні частини — північну і південну. Паралелі - також уявні кола, площини яких паралельні до площини екватора. Меридіани - уявні великі овальні лінії, близькі до кола, площини яких проходять через земну вісь перпендикулярно до площини екватора. їх можна провести безліч, і всі вони перетинаються на полюсах. Паралелі й меридіани вимірюються в градусах широти й довготи і утворюють координатну географічну сітку, за допомогою якої визначають місцезнаходження будь-якої точки на земній поверхні або на карті.

Географічна широта – кут, що утворюється між прямовисною лінією даного місця і площиною екватора. Географічну широту обчислюють від екватора до полюсів від 0° до 90°. Отже, існує широта північна й південна. Широта - дуже важливий географічний фактор. З нею пов’язана висота Сонця над горизонтом і кількість сонячної енергії, що потрапляє на Землю і зумовлює життя на ній.

Географічною довготою називають двогранний кут між пло­щиною нульового меридіану і меридіану даної точки. Довгота буває східна і західна, бо її рахують від початкового меридіану на схід і на захід від 0° до 180°.

С

Мал.. 6 Відхилення руху по меридіану (А) і паралелі (Б) у Північній півкулі (а) і Південній півкулі (б)

ила Коріоліса. За законами інерції всяке тіло, що рухається в просторі, зберігає свій попередній напрям і швидкість руху відносно світового простору. Якщо тіло рухається відносно земної поверхні, спостерігачу здається, що воно відхиляється. Насправді тіло продов­жує свій політ у заданому напрямі, то під ним обертається земна поверхня. Так виникає відхиляюча сила обертання Землі, або сила Коріоліса. Вона завжди перпендикулярна до руху тіла і спрямована в Північній півкулі праворуч, у Південній - ліворуч, збільшуючись від екватора до полюсів (мал. 6).

Сила Коріоліса проявляється у підмиванні правих берегів річок Північної півкулі, у по­вітряних і водних вихорах різної величини. Враховується в метео­рології та балістиці при розрахунках польотів снарядів та ракет.

Час. Основною одиницею часу є доба, протягом якої відбувається видиме обертання небесної сфери проти годинникової стрілки. Залежно від вибору початкової точки для відліку повороту Землі, розрізняють зоряну і сонячну добу.

Ч ас, протягом якого Земля робить повний оберт відносно зорі називається зоряною добою. Вона становить 23 год. 56 хв. 4 с. Час, протягом якого Земля робить повний оберт навколо своєї осі відносно Сонця, називається сонячною добою. Вона довша за зоряну, оскільки одночасно з обертанням навколо своєї осі, Земля обертається і навколо Сонця (мал. 7).

Р

Мал. 7 Зоряна (1) і справжня сонячна доба

озрізняють справжню сонячну зобу і середню сонячну добу. Справ­жня сонячна доба - це проміжок часу між двома послідовними однойменними кульмінаціями центра сонячного диску на даному меридіані. Верхня кульмінація Сонця справжній полудень. Оскільки рух Землі по орбіті нерівномірний, то тривалість справжньої сонячної доби упродовж року буде неоднаковою. А це призводить до незручностей в користуванні цим часом. Щоб уникнути цих незручностей, справжній сонячний час замінюється середнім сонячним часом, який відраховується не по справжньому, а "середньому Сонцю", тобто по уявному Сонцю, яке проходить річний шлях за той самий час, що і справжнє Сонце, але рівномірно. Середнім сонячним часом користуються щоденно. Зоряний і справжній сонячний час використовують лише з науковою метою.

Зоряний і сонячний час - це місцевий час на меридіані. Місцевий час нульового меридіану називається Всесвітнім. На основі середнього сонячного часу побудовані системи часу - поясний і декретний. Поясний час запроваджено в 1884 р. Всю земну кулю поді­лили на 24 годинні пояси (від 0-го до 23-го) по 15° у кожному. Місцевий час центрального меридіану кожного поясу приймається за поясний. Час кожного поясу відрізняється від часу сусіднього на 1 годину. Межі поясів часто не збігаються з державними, адміністративними або природними межами.

Декретний час - це поясний час, збільшений декретом уряду на 1 годину. В Росії декретний час другого часового поясу називається московським. Він був запроваджений у 1930 р. В Україні його скасували в 1991 р. після проголошення Україною незалежності. Зараз в Україні введено перехід в теплу пору року на літній час. З кінця березня місяця до кінця жовтня годинник переводиться на одну годину вперед в порівнянні з декретним часом.

Лінія зміни дат. Якщо рухатися з заходу на схід і в кожному поясі переводити стрілку на годину вперед, то в кінці кругосвітньої подорожі стрілки переведуться на 24 години і таким чином з'явиться зайва доба. При зворотному русі стрілки переводитимуться назад і буде втрачена одна доба. Щоб цього не траплялось, міжнародною угодою прийнята демаркаційна лінія зміни дат, на якій одна доба закінчується, а друга починається. Така лінія умовно проведена по 180-му меридіані. При її перетині з заходу на схід одне й те саме число повторюється два рази, а при перетині в зворотному напрямі до числа додається одиниця.

Зміна дня і ночі. Куляста форма зумовлює існування дня і ночі, а обертання Землі навколо своєї осі - їх зміну. Оскільки земна вісь нахилена до площини орбіти, то день і ніч бувають рівними на всіх широтах лише в дні рівнодення, коли світлодільна площина проходить через земну вісь. У всіх інших випадках день і ніч не бувають рівними. На широтах, які не перетинаються світлодільною площиною, зміни дня і ночі не буде. Тут настає полярний день або полярна ніч. Швидка зміна дня і ночі не дає Землі нагрітися або охолодитися до такої міри, щоб життя на ній загинуло від надмірної спеки, або нестерпного холоду. Зміна дня і ночі зумовлює ритмічність багатьох процесів на Землі.

Земні припливи і відпливи. Притягання Землі тілами Сонячної системи викликає в ній пружні деформації. Найбільші з них утворюються притяганням Місяця і Сонця. Крім сили взаємного притягання тіл на деформацію впливає також відцентрова сила. Взаємодія цих двох сил і є припливною силою. На тій половині поверхні Землі, яка повернена до Місяця або Сонця переважають сили притягання, а на протилежній - відцентрові.

Місячні й Сонячні припливи та відпливи можуть збігатися або не збігатися, залежно від взаємного розташування Сонця, Землі й Місяця. Коли вони збігаються приливна хвиля більша, а коли ні - менша. При добовому обертанні приливні хвилі переміщуються за світилами проти руху Землі. Це призводить до гальмування осьового обертання приблизно на 24 секунди за 1 млн років. Цілком можливо, що мільярд років тому доба тривала 17 год., а рік 420 діб. Через млрд років доба становитиме 31 год., рік - 283 доби.

Орбітальний рух. Земля рухається по еліптичній орбіті, довжина якої 940 млн км. Сонце знаходиться не в центрі, а в одному з фокусів еліпса, тому Земля упродовж року буває то ближче до Сонця, то далі від нього. Точка на орбіті, в якій Земля знаходиться найближче до Сонця, називається перигелієм. Тут Земля перебуває 5 січня і віддаль до Сонця становить 147 млн км. Найдальша точка на орбіті, де Земля перебуває 6 липня на відстані 152 млн км називається афелієм. Весь шлях по орбіті Земля проходить за 365 діб 6 год. 9 хв. 3,6 с, Цей час називають сидеричним (зоряним) роком. Середня швидкість руху Землі по орбіті - 29,76 км/с. В афелію швидкість зменшується до 29,3 км/с, у перигелію - зростає до 30,3 км/с.

Доказами орбітального руху є безперервна зміна висоти Сонця в полудень та місця його сходу і заходу, а також безперервна зміна положення зір на небі. Зорі, що знаходяться ближче до полюса, описують упродовж року кола, в середніх широтах - еліпси і петлі, в низьких широтах - дуги.

З міна пір року. Іноді, як доказ орбітального руху, приводять зміну пір року, але це є наслідком сукупної дії руху Землі по орбіті і нахилення її осі до площини орбіти. В результаті нахилення земної осі під кутом 66° 33' площина земного екватора перетинається з площиною орбіти під кутом 23° 27'. Це і є головною причиною зміни пір року. Щоб зрозуміти це явище потрібно уявити положення Сонця під час весняного і осіннього рівнодення та літнього і зимового сонцестояння (мал. 8).

Навесні 21 березня та восени 23 вересня Сонце знаходиться над екватором і його промені падають прямовисно. На всіх інших широтах кут падіння зменшується з наближенням до полюсів. Світодільна лінія проходить через земну вісь і Сонце освітлює поверхню від полюса до полюса. На всіх широтах день дорівнює ночі. Ці дні називають днями рівнодення.

22 червня (день літнього сонцестояння) земна вісь нахилена північним кінцем до Сонця. Сонячні промені падають прямовисно лише над паралеллю 23° 27' Північної півкулі. Ця паралель називається Північним тропіком. Над паралеллю 66°33' пн. ш. в цей день Сонце не заходить за горизонт і там панує полярний день, а в Південній півкулі на такій самій широті Сонце не з'являється над гори­зонтом і там полярна ніч. Ці паралелі називають Полярними колами.

22 грудня (зимове сонцестояння) сонячні промені опівдні пада­ють прямовисно на Південний тропік (23° 27' пд..ш). На Південному поля­рному колі панує полярний день, на Північному - полярна ніч.

Отже, тропіками (від грец. "тропікос " - лінія повороту) називаються паралелі 23° 27' обох півкуль, на яких Сонце один раз на рік буває в зеніті і повертає до екватора. На всіх інших широтах Сонце ніколи не буває в зеніті, або буває два рази. Полярними колами називають паралелі 66°33' обох півкуль, на яких Сонце одну добу на рік не заходить за горизонт і одну добу не піднімається над ним.

Пояси освітлення. Залежно від висоти Сонця та тривалості дня і ночі виділяють пояси освітлення. Їх межами вважають тропіки і полярні кола. Між Північним і Південним тропіками лежить тропічний світовий пояс в якому Сонце два рази на рік буває в зеніті. Між тропіками і полярними колами знаходяться помірні світлові пояси, в яких Сонце ніколи не буває в зеніті, але упродовж доби обов'язково відбувається зміна дня і ночі, тривалість яких зале­жить від пори року і широти. Тут добре виражені весна, літо, осінь і зима. За полярними колами поширюються пояси полярного дня і полярної ночі. Тривалість їх також залежить від широти. Тут не виражені усі пори року, а є лише довга зима і коротке літо.

Основними наслідками орбітального руху є зміна пір року, нерівномірна тривалість дня і ночі, пояси освітлення, річний цикл природи, який відображається на житті рослин і тварин та господар­ській діяльності людини.

Рік - друга одиниця часу. Другою одиницею виміру часу є тропічний рік, тобто проміжок часу між двома проходженнями Сонця через точку весняного рівнодення. Тропічний рік коротший від сидеричного на 20 хв. і становить 365 діб 5 год. 48 хв. 46 с. Ця різниця обумовлена настанням точки весняного рівнодення раніше, ніж Земля замкне коло. Причиною цього є прецесія, тобто рух земної осі по коловій конічній поверхні.

Календар. Календар - система літочислення тривалих проміжків часу. Існують три типи календарів: сонячні, місячні і сонячно-місячні. В основі сонячного календаря лежить тривалість тропічного року, а в основі місячного - тривалість синодичного місяця. Місячно-сонячний календар базується на поєднанні сонячного і місячного календарів. Прикладом місячного календаря є магометанський, рік якого має 354 або 355 діб. У єврейському місячно-сонячному календарі рік має 12 місяців (354 доби) або 13 місяців (384 доби).

Сучасний календар, яким користуються в переважній більшості країн світу, сонячний. Основною одиницею його виміру є тропічний рік. Очевидно, що таким роком користуватися незручно, бо кожного року залишок дня майже в 6 годин переходив би на наступний рік і Новий рік починався б не з 0 год 1 січня, а майже на 6 год пізніше. Щоб уникнути цієї незручності, під час складання сонячного календаря дотримуються принципів, що рік повинен мати ціле число діб.

Таким вимогам відповідав юліанський календар запроваджений римським імператором Юлієм Цезарем у 46 р. до н.е. Згодом, на Нікейському соборі у 325 р. християнська церква прийняла його для обчислення дат Пасхи на десятки років наперед. Юліанський кален­дар мав цикл з чотирьох років: три роки по 365 діб, а четвертий -366 діб. Такий збільшений на одну добу рік називається високосним.

Запровадження високосного року повністю не усунуло розбіжності між тропічним і календарним роком. Заокруглення 5 год 48 хв 46,1 с до 6 год призвело до того, що юліанський календарний рік став довшим за тропічний на 11 хв 14 с. Ця невелика похибка за 128 років становила одну добу, а з початку IV ст. і до XVI ст. - 10 діб. Тому весняне рівнодення, яке на початку IV ст. припадало на 21 березня, у XVI ст. наставало на 10 днів раніше, тобто, 11 березня. Щоб повернути це астрономічне явище на потрібну дату римський папа Григорій XIII у 1582 році здійснив календарну реформу, наказавши вилучити з рахунку 10 днів і вважати 5 жовтня 1582 року днем 15 жовтня, а надалі з кожних 400 років вилучати три доби. Тому в григоріанському календарі ті вікові роки, число століть яких не ділиться без остачі на 4 (1700, 1800, 1900. 2100) вважаються простими. Григоріанський календар назвали новим стилем, юліанський - старим стилем. У XX ст. різниця між старим і новим стилем досягла 13 діб. Новий стиль у країнах Європи почав запроваджуватися ще в XVI ст. В Україні запроваджений лише в лютому 1918 року.

Початок календарного року поняття також умовне. У минулому в деяких країнах Новий рік починався 25 березня або 25 грудня. В Київській Русі до початку XV ст. першим днем року вважався 1 березня, а з XV ст. і до 1700 року - 1 вересня і лише пізніше, за наказом Петра І, початком року прийнято 1 січня.

Умовним вважається вибір початку ери. В минулому за поча­ток ери приймалися реальні події (вступ царя на престол, війни, олімпійські ігри), або легендарні, чи релігійні події (заснування Риму, "створення світу", "Всесвітній потоп", "народження Христа" тощо). Тому в усьому світі існують десятки календарів з різними системами літочислення. Наприклад, 7 липня 1959 року в Іраку та Афганістані почався лише 1379 рік, в Ефіопії в цей день було лише 12 серпня 1953 р., а в Японії йшов 2619 р. За єврейським календарем 23 вересня 1999 р. пішов 5760 рік.

З метою усунення недоліків календаря та уникнення плутанини в літочисленні в 1954 р. ООН схвалила проект всесвітнього календаря, в якому рік ділиться на 4 квартали по 91 дню (І3 тижнів). Кожен квартал починається з неділі і ділиться на З місяці - перший місяць має 31 день, два останні по ЗО днів. Один день немає ні дати, ні назви і святкується в кінці року як Міжнародний день миру і злагоди. У високосні роки зайвий день встановлюється між другим і третім кварталами і святкується як Міжнародний день високосного року (мал. 9). Цей календар пропонували ввести з першого січня 1961 р. але ряд країн заявили про неможливість його прийняття з релігійних міркувань.

Питання для самоконтролю до теми «Характеристика Землі як планети».

1. Що таке «Всесвіт»? Яка його будова?

2. Що являє собою Сонячна система?

3. Які є існують гіпотези про походження Сонячної системи?

4. Які наслідки і географічне значення кулястості Землі?

5. Які основні наслідки осьового руху Землі?

6. Які основні наслідки орбітального руху Землі?

7. Виділіть основні процеси, що відбуваються на Землі під впливом Космосу, Сонця, Місяця.

8. Якими календарями користуються у Світі?

9. В чому різниця між юліанським та григоріанський календарем?