Солнечная система > Система Земля-ЛунаПланета Земля > Орбита Земли

Орбита Земли вокруг Солнца в Солнечной системе: описание эллиптического движения, смена сезонов планеты, весеннее и осеннее равноденствия, точки Лагранжа.

В 16-м веке Николай Коперник произвел настоящую революцию, доказав, что в центре Солнечной системы установлено Солнце, а остальные объекты совершают обороты вокруг (гелиоцентрическая система). Тогда что насчет круговой орбиты Земли?

Орбитальные характеристики Земли

Земля вращается вокруг Солнца по орбите с ускорением в 108000 км/ч, тратя на один проход 365.242199 солнечных дней. Да, именно поэтому через каждые 4 года мы нуждаемся в добавлении дня.

Расстояние от Земли до Солнца меняется по мере прохода. Планета приближается (перигелий) на 147 098 074 км. Средняя удаленность – 149.6 млн. км. Наибольшая отстраненность (афелий) – 152 097 701 км.

Если вы проживаете в северном полушарии, то могли отметить, что тепло/холод не сходятся с принципом удаленности, потому что зависят от осевого наклона.

Эллиптическая орбита Земли


Нет, маршрут планеты не выступает идеальным кругом. Мы вращаемся по вытянутому эллипсу. Впервые это описал Иоганн Кеплер. Можете изучить движение Земли по орбите на схеме.

Ученый измерил орбиты Земли и Марса и понял, что периодически они ускорялись и тормозили. Это совпадало с показателями афелия и перигелия, а значит дистанция от звезды основывается на орбитальной скорости (никакой круговой орбиты).

Для характеристики природы эллиптических орбит исследователи используют понятие эксцентриситета – от 0 к 1. Если он приближен к 0, то имеем практически круг. У Земли – 0.02, то есть близка к круговой.

Сезонные перемены орбиты

Большую роль играет наклон оси Земли. Наши 4 сезона (времена года) появились только благодаря тому, что вращение оси находится под углом в 23.4°. Это приводит к солнцестоянию и равноденствию.

То есть, если северное полушарие отошло от Солнца, то уходит в зимнее время, а на южном – летний зной. Через 6 месяцев они меняются местами. Зимнее солнцестояние приходит 21 декабря, летнее – 21 июня, весеннее равноденствие – примерно 20 марта, а осеннее – 23 сентября.


О точках Лагранжа

Что такое точки Лагранжа в космосе? Это также интересный момент. На нашем орбитальном пути расположено 5 точек, где общая гравитационная сила между Землей и Солнцем гарантирует центростремительную силу.

Точки отмечены от L1 до L5. L1, L2 и L3 установлены на прямой линии от нас к Солнцу. Они не отличаются стабильностью, а значит отправленный туда спутник будет смещаться.

L4 и L5 пребывают на углах двух треугольников, где внизу располагаются Солнце и Земля. Из-за своей устойчивости являются наилучшими местами для позиции зондов и телескопов.

Нам важно изучать орбиту не только родной планеты, но и чужих миров в Солнечной системе. Потому что удаленность от звезды часто играет ключевую роль в наличии жизни на Земле.

Читайте также:

Источник: v-kosmose.com

Физические параметры орбиты


История открытия наличия орбиты

Значительная часть ученых древности считала, что Земля есть центр Вселенной, вокруг которого обращаются все небесные тела, так называемая геоцентрическая система мира.

Впервые идею, что Земля вращается орбитой вокруг Солнца, так называемый гелиоцентризм, высказал древнегреческий астроном Аристарх Самосский в III в. до н. э.. Он допустил, что Луна, не светит самостоятельно, а всего лишь отражает свет Солнца. Наблюдая лунное затмение, пришел к выводам, что диаметр Солнца больше чем Земля в двадцать раз (на самом деле в 109 раз). Получив такие размеры, он решил, что было бы странным, если большее Солнце вращалось вокруг меньшей Земли[4].

Идея гелиоцентризма, высказанная им в работе «О величинах и расстояниях Солнца и Луны», не получила распространения. Одним из контраргументов времен античности было отсутствие параллакса звезд. Ведь если Земля вращается вокруг такого далекого Солнца, то углы между звездами должны значительно смещаться в зависимости от места наблюдателя на орбите. Также теория гелиоцентризма не могла предвидеть точное движение планет. Считалось, что все орбиты имеют форму круга, а это противоречило наблюдениям. В теории геоцентризма подобную проблему решали сферами, которые движутся вокруг сфер. На протяжении тысячелетий эти аргументы и авторитет Птолемея, Платона и Аристотеля не давал развиться идее гелиоцентризма.

Этот же аргумент приводили и во времена Коперника. Благодаря его работе «О вращении небесных тел» (лат. De revolutionibus orbium coelestium), изданной в 1534 году, теория гелиоцентризма воскресла. В астрономии начала укореняться мысль про наличие орбиты у Земли.

История исследований

iv>

Следствие перемещения Земли вокруг Солнца

Из-за предварения равноденствий смещаются на более ранние сроки начала всех сезонов года. Спустя 13 тысяч лет произойдет обмен между датами осеннего и весеннего равноденствия, зима начнется в июне, а лето — в декабре.

В нынешнюю эпоху ось передвижения Земли располагается под углом 66,5° к плоскости орбиты и совершает перемещение на протяжении года параллельно самой себе в пространстве. Следствием этого (движения нашей планеты по орбите вокруг Солнца) является изменение времен года и неравенство ночи и дня.

См. также

  • Земля
  • Науки о Земле
  • Возраст Земли
  • Геологические периоды Земли

Источники

  • Michael Zeilik, Stephen A. Gregory Introductory astronomy and astrophysics. — Saunders College Pub. — 1998.


Отрывок, характеризующий Орбита Земли

Север улыбнулся.
– Потому что ты – Из-и-до-ра… Ты молишься другим богам. Да и вряд ли им нужно молиться! Они с тобою всегда и они не могут тебя покинуть. Твои боги – Добро и Любовь, Свет и Знание, и Чистая первозданная Сила. Это Боги Мудрости, и это то, чему «молимся» мы. Люди же не признают их пока. Им пока нужно другое… Людям нужен кто-то, кому они могут пожаловаться, когда им плохо; кого они могут обвинить, когда не везёт; кого они могут просить, когда чего-то хочется; кто им может простить, когда они «грешат»… Вот, что пока лишь нужно человеку… И пройдёт ещё уйма времени, пока человек не будет нуждаться в таком Боге, который делал бы за него всё, и уж тем более – всё бы прощал… Это слишком удобно, чтобы суметь отказаться, Изидора… Человек ещё не готов ничего делать сам.
– Покажи мне его, Север… – шёпотом попросила я. – Покажи мне, каким он был.
Воздух вокруг заколебался мягкими волнами, искрясь и сгущаясь, будто открывалась таинственная невидимая дверь. И тут я увидела их!.. В просторной каменной пещере, двое чудесных белокурых детей весело беседовали о чём-то, сидя у маленького природного каменного фонтана. Мир вокруг них казался счастливым и солнечным, впитывавшим струившуюся от их чудесных душ, тихую радость… Мальчик был гордым, высоким и очень стройным для своих тринадцати лет.

>
нём бушевала огромная внутренняя сила, но, в то же время, он был мягким и очень приятным. Он глядел на мир весело, и … очень мудро, будто было ему внутри не менее сотни лет. Временами его лучистые синие глаза вспыхивали, пронизывая стальным серым цветом, но тут же опять искрились весельем, любуясь своей очаровательной смешливой собеседницей… А девочка и правда была необычайно хороша. Она напоминала чистого ангела, только что спустившегося с небес. Прижавши к груди, она держала старую, толстую книгу. И видимо ни за что не собиралась её отпускать. Волнистые, очень длинные золотые волосы, были подвязаны голубой шёлковой лентой, удачно оттенявшей цвет её смеющихся, небесно-голубых глаз. Маленькие ямочки на розовых щеках делали её милой и весёлой, как чистое майское утро… Дети были одеты в длинные, снежно белые, одинаковые одежды, подпоясанные золотыми поясами и выглядели чудесной парой, вышедшей из красивой старой картины… Они чудесно подходили друг другу, чем-то дополняя и соединяя недостающее каждому, создавая одно целое, которое порвать было невозможно… Это были Иисус и Магдалина, будущий Спаситель Человечества и его единственная и большая, будущая Любовь.
– Но ведь они совершенно другие! – искренне удивляясь, воскликнула я. – Совсем не такие, какими их рисуют! Разве же они не иудеи?!
– А они ими никогда и не были – пожал плечами Север. – Это люди, которым нужна была власть, очень «умно» решили стать «детьми убитого Бога», этим же самым, делая «ИЗБРАННЫМ» самый опасный на Земле народ. Иисус же был сыном Белого Волхва и нашей ученицы, Ведуньи Марии. Они родили его, чтобы привести на Землю его удивительную Душу.
Я остолбенело уставилась на Севера…
– А как же иудейка Мария и Иосиф?! Как же тот же самый Назарет?..


– Никогда не было иудейки Марии, Изидора, ни Иосифа рядом с Иисусом. Была Ведунья Мария, которая прямо перед его рождением шла сюда, в Мэтэору, чтобы он родился здесь, среди Волхвов и Ведьм. Но она опоздала… Иисус родился неделей раньше, НА ЗАРЕ, в маленьком домике на берегу реки. А его рождение сопровождала Светлая Утренняя Звезда. Наши Волхвы спешили к нему, чтобы увидеть его и защитить. А его Учитель и Отец пришёл поклониться, чудесной душе своего новорождённого сына. Волхвы призвали его на Землю, чтобы остановить «чуму», которая, как паук, уже давно плела здесь свои чёрные сети. И именно Волхвы послали Христа к иудеям. Но сам Иисус никогда иудеем не был. Волхвы надеялись, что у него найдётся достаточно сил, чтобы остановить «чёрное» Зло, уже расползавшееся по Земле. Но Иисус проиграл, недооценив «великих слабостей» человека… Земля не была готова к Его приходу, так же, как не готова к приходу ВЕДАЮЩИХ, Изидора. А мы не готовы ей помочь. Когда придёт правильное время – мы откроем Двери. И, возможно, на Земле восторжествует Свет. Но этого не будет ещё очень долго… Ты прости.

Источник: o-ili-v.ru

Орбитальная скорость


Скорость движения по геостационарной орбите вычисляется умножением угловой скорости на радиус орбиты: Длина орбиты земликм/с

Это примерно в 2.5 раза меньше, чем первая космическая скорость равная 8 км/с для околоземной орбиты (с радиусом 6400 км). Так как квадрат скорости для круговой орбиты обратно пропорционален её радиусу, то уменьшение скорости по отношению к первой космической достигается увеличением радиуса орбиты более чем в 6 раз.

Длина орбиты

Длина геостационарной орбиты: Длина орбиты земли. При радиусе орбиты 42 164 км получаем длину орбиты 264 924 км. Длина орбиты крайне важна для вычисления «точек стояния» спутников.

Удержание спутника в орбитальной позиции на геостационарной орбите. Спутник, обращающийся на геостационарной орбите, находится под воздействием ряда сил (возмущений), изменяющих параметры этой орбиты. В частности, к таким возмущениям относятся гравитационные лунно-солнечные возмущения, влияние неоднородности гравитационного поля Земли, эллиптичность экватора и т.д. Деградация орбиты выражается в двух основных явлениях:

1) Спутник смещается вдоль орбиты от своей первоначальной орбитальной позиции в сторону одной из четырёх точек стабильного равновесия, так называемых «потенциальных ям геостационарной орбиты» (их долготы 75,3°E, 104,7°W, 165,3°E, и 14,7°W) над экватором Земли;


2) Наклонение орбиты к экватору увеличивается (от первоначального =0) со скоростью порядка 0,85 градусов в год и достигает максимального значения 15 градусов за 26,5 лет.

Для компенсации этих возмущений и удержания спутника в назначенной точке стояния спутник оснащается двигательной установкой (химической или электроракетной). Периодическими включениями двигателей малой тяги (коррекция «север-юг» для компенсации роста наклонения орбиты и «запад-восток» для компенсации дрейфа вдоль орбиты) спутник удерживается в назначенной точке стояния. Такие включения производятся по нескольку раз в несколько (10—15) суток. Существенно, что для коррекции «север-юг» требуется значительно большее приращение характеристической скорости (около 45—50 м/с в год), чем для долготной коррекции (около 2 м/с в год). Для обеспечения коррекции орбиты спутника на протяжении всего срока его эксплуатации (12—15 лет для современных телевизионных спутников) требуется значительный запас топлива на борту (сотни килограммов, в случае применения химического двигателя). Химический ракетный двигатель спутника имеет вытеснительную систему подачи топлива (газ наддува – гелий), работает на долгохранимых высококипящих компонентах (обычно несимметричный диметилгидразин и азотный тетраксид). На ряде спутников устанавливаются плазменные двигатели. Их тяга существенно меньше, чем у химических, однако большая эффективность позволяет (за счет продолжительной работы, измеряемой десятками минут для единичного маневра) радикально снизить потребную массу топлива на борту. Выбор типа двигательной установки определяется конкретными техническими особенностями аппарата.


Эта же двигательная установка используется, при необходимости, для маневра перевода спутника в другую орбитальную позицию. В некоторых случаях – как правило, в конце срока эксплуатации спутника, для сокращения расхода топлива коррекция орбиты «север-юг» прекращается, а остаток топлива используется только для коррекции «запад-восток». Запас топлива является основным лимитирующим фактором срока службы спутника на геостационарной орбите.

Источник: StudFiles.net

Особенности вращения Земли вокруг Солнца

строение Солнечной системы

(Строение Солнечной системы)

В античную эпоху ученые астрономы считали, что Земля располагается в центре Вселенной и все небесные тела вращаются вокруг неё, эта теория носила название геоцентрической. Её развенчал польский астроном Николай Коперник в 1534 году, создавший гелиоцентрическую модель мира, доказывавшую, что Солнце не может вращаться вокруг Земли, как бы это не хотелось Птолемею, Аристотелю и их последователям.

Земля вращается вокруг Солнца по эллиптической траектории, называемой орбитой, её длина около 940 миллионов км и это расстояние планета проходит за 365 суток 6 часов 9 минут и 9 секунд. По прошествию четырех лет эти шесть часов накопляются в сутки, они добавляются к году как еще один день (29 февраля), такой год високосный.

перигелий и афелий

(Перигелий и афелий)

В период движения по заданной траектории расстояние от Земли до Солнца может быть максимальным (данное явление происходит 3 июля и носит название афелий или апогелий) – 152 милл. км или минимальным – 147 милл. км (имеет место 3 января, называют перигелием).

В результате удаления и приближения Земли к Солнцу, вследствие наклона земной оси к плоскости её орбиты вокруг Солнца в 66,50, земная поверхность получает неодинаковое количество тепла и света, что становится причиной смены времен года и изменения продолжительности дневного и ночного времени суток. Экваториальные дни и ночи всегда одинаково продолжительны, они длятся 12 часов.

оборот вокруг Солнца Земли

(Оборот вокруг Солнца Земли: 365 суток 6 часов 9 минут и 9 секунд)

Скорость Земли, движущейся по орбите

Средняя скорость движения Земли по орбите вокруг Солнца — 30 км/с или 108000 км/час (это 1/10000 часть скорости света). Для сравнения диаметр нашей планеты составляет 12700 км, с этой скоростью можно покрыть данное расстояние за 7 минут, а расстояние от Земли до Луны (384 тыс. км) за четыре часа. Удаляясь от Солнца в период афелия скорость движения Земли замедляется до 29,3 км/с, в период перигелия ускоряется до 30,3 км/с.

Влияние орбиты Земли вокруг Солнца на изменение времен года

Угол между осью Земли и плоскостью эллипса – 66,30, по всей длине орбиты он одинаков. Угол между плоскостью, в которой движется Земля по отношению к Солнцу (он называется эклиптикой), и осью её вращения — 26026.

смена времен года на Земле

(Смена времен года на Земле)

Места, где плоскость небесного экватора пересекается плоскостью эклиптики, обозначаются точками весеннего (21 марта) и осеннего равноденствия (23 сентября), дни и ночи одинаково продолжительны, и участки полушарий, обращенные к Солнцу, равномерно освещены и согреты, лучи Солнца падают на линию экватора под углом 900. По датам весеннего и осеннего равноденствия отсчитывают астрономическое начало весны и осени в соответствующих полушариях.

Еще выделяют точки летнего (22 июня) и зимнего (22 декабря) солнцестояния, лучи Солнца становятся перпендикулярными не линии экватора, а Южному и Северному тропику (южная и северная параллель 23,50). В день летнего солнцестояния 22 июня в Северном полушарии до 66,5 параллели день длиннее ночи, в Южном полушарии – ночь длиннее дня, эта дата — астрономическое начало лета в северных широтах и зимы в южных.

22 декабря (день зимнего солнцестояния) в Южном полушарии до 66,5параллели продолжительность дня больше, в Северном севернее до той же параллели – меньше. Дата зимнего солнцестояния – астрономическое начало зимы в Северном полушарии и начало лета в Южном.

Источник: travelel.ru

Земля, подобно другим планетам, движется вокруг Солнца. Этот путь Земли называют орбитой (лат. Orbita – колея, дорога). Доказательствами орбитального движения Земли служат явления аберрации света звезд и их параллактическое смещение, которым присущ периодический характер. Периодичность равна одному году, что соответствует времени обращения Земли вокруг Солнца.

Отражением движения Земли по орбите является движение Солнца по эклиптике. Эклиптика – большой круг небесной сферы, образующийся при пересечении ее плоскостью орбиты. Плоскость эклиптики наклонена к плоскости небесного экватора и пересекается с ней под углом 23°27′. Места их пересечения называются точками весеннего и осеннего равноденствия. В этих точках Солнце бывает дважды в году – 21 марта и 23 сентября при переходе из южного полушария в северное и наоборот.

osvesh1

 

Орбита Земли – эллипс, близкий к окружности, в одном из фокусов которого находится Солнце. Расстояние от Земли до Солнца изменяется в течение года от 147 млн. км в перигелии (2 января) до 152 млн. км в афелии (5 июля). Длина орбиты более 930 млн. км. Земля (точнее, барицентр) движется по орбите с запада на восток, совпадая с направлением ее осевого вращения, со средней скоростью около 29,8 км/с и проходит весь путь за 365 сут. 6 ч 9 мин 9 с. Этот промежуток времени называют звездным (сидерическим) годом.

Тропический год – промежуток времени между двумя последовательными прохождениями Солнца через точку весеннего равноденствия. Он на 20 мин короче сидерического года и равен 365 сут. 5 ч 48 мин 46 с, так как точка весеннего равноденствия медленно смещается в направлении движения Земли по орбите (навстречу видимому годичному движению Солнца) на угол 50″ в год и равноденствие наступает раньше, чем Солнце пройдет 360° по эклиптике. Это явление было названо предварением равноденствий, и вызвано оно прецессией. Прецессия – медленное конусообразное вращение земной оси вокруг перпендикуляра к плоскости орбиты с вершиной в центре Земли. Период ее полного оборота составляет около 26 тыс. лет. Прецессия обусловлена притяжением Солнцем и Луной экваториальной выпуклости Земли и стремлением их повернуть земную ось в перпендикулярное положение к плоскости орбиты, чтобы совместить плоскости небесного экватора и эклиптики. Но Земля, как всякое вращающееся тело, противодействует этим силам, что вызывает конусообразное вращение ее оси вокруг полюсов (подобно оси вращающегося волчка). Из-за изменения положения земной оси и оси мира изменяется положение в пространстве земного и небесного экватора и соответственно точек весеннего и осеннего равноденствия.

Благодаря предварению равноденствий постепенно смещается на более ранние сроки начало всех сезонов года. Через 13 тыс. лет поменяются местами даты весеннего и осеннего равноденствия, лето северного полушария будет приходиться на декабрь, январь и февраль, а зима – на июнь, июль и август.

Следствием прецессии является также перемещение полюсов мира среди звезд. Если сейчас близлежащей звездой к Северному полюсу мира (Р) является Полярная звезда в созвездии Малая Медведица, то через 13 тыс. лет на ее месте окажется и станет полярной звезда Вега в созвездии Лира.

В современную эпоху ось вращения Земли наклонена к плоскости орбиты под углом 66,5° и перемещается в течение года в пространстве параллельно самой себе. Это приводит к смене времен года и неравенству дня и ночи – важнейшим следствиям обращения Земли по орбите вокруг Солнца.

Если бы земная ось была перпендикулярна плоскости орбиты, то светораздельная плоскость и терминатор (светораздельная линия на поверхности Земли) проходили бы через оба полюса и делили бы все параллели пополам, день всегда был бы равен ночи и солнечные лучи на экватор в полдень падали бы всегда отвесно. По мере удаления от экватора угол их падения уменьшался бы и на полюсах становился бы равным нулю. В этих условиях нагревание земной поверхности в течение года уменьшалось бы от экватора к полюсам и смены времен года не было бы.

 

osvesh2

Наклон земной оси к плоскости орбиты и сохранение ее ориентировки в пространстве обусловливают различный угол падения солнечных лучей и соответственно различия в поступлении тепла на земную поверхность в разные сезоны года, а также неодинаковую продолжительность дня и ночи в течение года на всех широтах, кроме экватора, где день и ночь всегда равны 12 ч.

22 июня земная ось северным концом обращена к Солнцу. В этот день – день летнего солнцестояния – солнечные лучи в полдень отвесно падают на параллель 23,5° с. ш. – это Северный тропик (греч. tropikas – круг поворота). Все параллели севернее экватора до 66,5° с. ш. большую часть суток освещены – на этих широтах день длиннее ночи. Севернее 66,5° с. ш. в день летнего солнцестояния территория полностью освещена Солнцем – там полярный день. Параллель 66,5° с. ш. является границей, с которой начинается полярный день,– это Северный полярный круг. В этот же день на всех параллелях южнее экватора до 66,5° ю. ш. день короче ночи. Южнее 66,5° ю. ш. территория не освещена совсем – там полярная ночь. Параллель 66,5° ю. ш. – Южный полярный круг. 22 июня – начало астрономического лета в северном полушарии и астрономической зимы в южном полушарии.

 

22 декабря земная ось южным концом обращена к Солнцу. В этот день – день зимнего солнцестояния – солнечные лучи в полдень отвесно падают на параллель 23,5° ю. ш. – Южный тропик. На всех параллелях южнее экватора до 66,5° ю. ш. день длиннее ночи. Начиная с Южного полярного круга устанавливается полярный день. В этот день на всех параллелях севернее экватора до 66,5° с. ш. день короче ночи. За Северным полярным кругом – полярная ночь. 22 декабря – начало астрономического лета в южном полушарии и астрономической зимы в северном полушарии.

21 марта – в день весеннего равноденствия – и 23 сентября – в день осеннего равноденствия – терминатор проходит через оба полюса Земли и делит все параллели пополам. Северное и южное полушария з эти дни освещены одинаково, день всюду на Земле равен ночи. Солнце в полдень находится в зените над экватором. На Земле 21 марта и 23 сентября – начало астрономической весны и астрономической осени в соответствующих полушариях.

Со сменой времен года связана сезонная ритмичность в природе. Она проявляется в изменении температуры, влажности воздуха и других метеорологических показателей, в режиме водоемов, в жизни растений, животных и т. д.

Литература.

  1. Любушкина С.Г. Общее землеведение : Учеб. пособие для студентов вузов, обучающихся по спец. «География» / С.Г. Любушкина, К.В. пашканг, А.В. Чернов; Под ред. А.В. Чернова. — М. : Просвещение, 2004. — 288 с.

 

 

Еще статьи о внеземном космосе

Еще статьи о Земле как планете

 

 

Источник: www.geo-site.ru