Всем известно, что Земля вращается вокруг своей оси, в результате чего происходит смена дня и ночи. Но насколько строго постоянно направление воображаемой земной оси в пространстве? Или это вращение вызывает перемещение земных полюсов?

Перемещение земных полюсов

Земля – вращающийся волчок

Наша Земля представляет собой в сущности колоссальный, постоянно вращающийся волчок, во многом похожий на игрушку, которую мы привыкли видеть в руках у детей. Как бы сильно вы этот детский волчок ни запустили, всё равно скорость его вращения через одну-две минуты начнёт замедляться, а верхний конец его оси станет описывать всё большие и большие окружности. В конце концов, волчок упадёт.

Что касается Земли, то она вращается подобно волчку вокруг своей оси уже несколько миллиардов лет. Ось ее вращения имеет всё время почти одно и то же направление в пространстве; иначе говоря, она перемещается параллельно сама себе, совершая, как говорят в механике, поступательное движение по орбите. Но, строго говоря, и земная ось имеет некоторые небольшие отклонения от постоянного направления; однако эти отклонения настолько малы, что наличие их можно установить только через очень большие промежутки времени.


Так, например, за период около 26 тысяч лет земная ось описывает вокруг перпендикуляра к плоскости орбиты нашей планеты некоторую коническую поверхность. Гениальный математик Исаак Ньютон впервые объяснил это движение земной оси на основании открытого им закона всемирного тяготения, (подробнее: Закон падения тел).

Кроме того, земная ось совершает непрестанно небольшие колебания с периодом около 18,6 лет. Эти колебания носят название нутации.

Экватор Земли перпендикулярен к оси вращения нашей планеты и вследствие этого, конечно, также перемещается, вызывая в свою очередь изменение широты точек, неподвижных на земной поверхности.

В 1884 году астроному Кюстнеру удалось обнаружить, что широты различных точек на поверхности Земли периодически изменяются.

Непрестанное перемещение земных полюсов

Впоследствии это было объяснено тем, что точки земных полюсов не являются неподвижными – пребывающими всё время строго в покое. Астрономические наблюдения показали, что оба полюса Земли непрестанно перемещаются, описывая некоторые неправильные круги то большего, то меньшего радиуса с периодом около 433 суток.


Знаменитый математик Леонард Эйлер в своих исследованиях показал, что такой сравнительно небольшой период, в течение которого перемещаются земные полюсы, свидетельствует о том, что внутренние части Земли находятся в твёрдом состоянии и что чем меньше твёрдость Земли, тем период движения её полюсов должен быть больше.

Нам теперь известно, что перемещение, например, Северного полюса Земли настолько мало, что он всегда остаётся внутри некоторого квадрата со стороной в 20 метров. Это перемещение земных полюсов происходит по той причине, что направление земной оси внутри земного шара постоянно изменяется, хоть и совсем незначительно.

Какие изменения может повлечь перемещение оси Земли

Посмотрим, что произойдёт, если земная ось, сохраняя строго постоянное направление в пространстве, в то же время будет резко и в больших масштабах менять своё положение внутри самой Земли. Допустим, что в силу каких-то неизвестных нам причин земная ось вдруг резко переместилась внутри нашей планеты и совершила поворот вокруг центра земного шара на 90 градусов. Какие изменения повлечёт за собой это невероятное явление перемещения оси Земли?

Под влиянием тропической жары начнут таять вечные снега и льды, окружающие сейчас Северный и Южный полюсы; талые воды затопят большие пространства и своим мощным напором как бы «подопрут» реки, текущие в настоящее время в северном и южном направлениях, заставят их течь вспять; целые горы льда как бы оживут, проснутся от векового сна и поползут по земной поверхности; новые реки и озёра покроют тогда Землю. Совершится, словом, великое изменение лика Земли.


Белые медведи, непривычные к тропическому зною, с диким воем будут тщетно искать убежища от палящих лучей солнца. С другой стороны, арктический лютый мороз охватит территорию Индии. В отчаянии будут метаться дикие звери этой некогда жаркой страны.

Заполярная ночь окутает Индию на шесть долгих месяцев. Здесь уже не увидят больше Солнца в зените. Мороз скуёт здесь растительный мир. Индийский океан превратится в арктическое море, толстым слоем льда покроются его воды, и уже не будут пересекать их просторы океанские пароходы. А нынешние заполярные моря превратятся в безбрежные океаны и смогут стать одним из путей сообщения между Старым и Новым светом.

Допустим теперь мысленно обратное явление. Пусть, например, земная ось, сохраняя внутри Земли своё неизменное положение, повернётся в пространстве на 90 градусов и совпадёт с плоскостью земной орбиты.

Тогда Земля будет не двигаться, а катиться вдоль своей орбиты, обращенная к Солнцу всё время только одним, например, Северным полюсом. Такое примерно поступательное движение, как бы лёжа на боку, в настоящее время совершает в солнечной системе только одна планета – Уран. Её ось наклонена только под углом в 7° к плоскости её орбиты.

Некоторые планеты солнечной системы (напр. Меркурий) движутся по своей орбите так, что обращены к Солнцу всё время только одной стороной. Но Меркурий не катится, а движется по орбите (подобно тому, как Луна обращается вокруг Земли), совершая в одно и то же время полный оборот вокруг оси и вокруг Солнца.

iv>
Небо на Земной оси

Фото звездного неба на Земной оси с выдержкой 24 минуты.

Трудно судить, как долго могла бы сохранить такое положение наша планета, но ясно одно, что при этом в Северном полушарии, обращенном к Солнцу, будет вечное лето и вечно жаркий день. Здесь уже никогда не будет осадков в виде снега и никогда не замёрзнут реки.

Все теплолюбивые птицы и звери переселятся на это полушарие. С течением времени сменятся его флора и фауна. Животный и растительный мир постепенно приспособится к жизни в условиях вечного дня под лучами вечно палящего Солнца.

На другом, противоположном, полушарии нашей планеты в это же время будет вечно холодная зима и вечно тёмная ночь. Сюда никогда не проникнет солнечный луч, и будет свирепствовать такой холод, что самые большие морозы Верхоянска покажутся оттепелью.

При таких температурных условиях, разумеется, исчезнет весь животный и растительный мир. Всё это полушарие будет представлять одно сплошное кладбище, скованное лютым морозом.


Если допустить мысль, что земная ось в силу каких-то неизвестных причин, сохраняя положение внутри Земли, потеряет устойчивость своего направления в пространстве и будет занимать по отношению к плоскости земной орбиты различные положения, на нашей планете должны произойти ещё более удивительные перемены.

Тогда точки земных полюсов, занимая одно и то же положение на поверхности Земли, одновременно будут непрестанно менять своё направление относительно нашего дневного светила.

При этих условиях потеряют всякий смысл те условные линии, которые мы называем параллелями и меридианами; потеряет своё значение деление поверхности земного шара на холодные и жаркие пояса; тогда не будет таких понятий, как тропические страны и заполярные области; тогда хаотически будут меняться климатические условия различных зон на поверхности нашей планеты.

Вследствие такой неустойчивости направления земной оси нарушится правильное чередование зимы и лета, правильная смена дня и ночи; нарушится наше представление о сутках; мы не сможем установить, когда начинается новый день, да и день сам по себе перестанет быть тем закономерным явлением, к которому мы привыкли.

Вот какие неприятные и грозные явления на Земле могли бы иметь место, если бы земная ось вдруг стала занимать другое направление в пространстве или если бы она потеряла устойчивость своего положения относительно плоскости земной орбиты.

Важность устойчивого направления в пространстве земной оси

>

Но, как нам уже известно, земная ось достаточно строго сохраняет устойчивость своего направления в пространстве, всё время перемещается в общем параллельно самой себе. Мы, следовательно, навсегда избавлены от описанных выше превращений, и нам теперь вполне понятно, какое исключительно важное значение имеет для жизни Земли неизменность направления в пространстве её оси вращения.

Теперь мы, без сомнения, можем утверждать, что в различные геологические эпохи, вероятно, происходили те или иные перемещения земных полюсов и материков на нашей планете.

Источник: LibTime.ru

Земля вращается вокруг оси с запада на восток, т. е. против часовой стрелки, если смотреть на Землю с Полярной звезды (с Северного полюса). При этом угловая скорость вращения, т. е. угол, на который поворачивается любая точка на поверхности Земли, одинаков и составляет 15° за час. Линейная скорость зависит от широты: на экваторе она наибольшая – 464 м/с, а географические полюса неподвижны.

Главным физическим доказательством вращения Земли вокруг оси служит опыт с качающимся маятником Фуко. После того как французский физик Ж. Фуко в 1851. г. в парижском Пантеоне осуществил свой знаменитый опыт, вращение Земли вокруг оси стало непреложной истиной. Физическим доказательством осевого вращения Земли являются также измерения дуги 1° меридиана, которая у экватора составляет 110,6 км, а у полюсов – 111,7 км (рис. 15). Эти измерения доказывают сжатие Земли у полюсов, а оно свойственно лишь вращающимся телам.


наконец, третье доказательство – отклонение падающих тел от отвесной линии на всех широтах, кроме полюсов (рис. 16). Причина этого отклонения обусловлена сохранением ими по инерции большей линейной скорости точки А (на высоте) по сравнению с точкой В (у земной поверхности). Падая, предметы отклоняются на Земле к востоку потому, что она вращается с запада на восток. Величина отклонения максимальна на экваторе. На полюсах тела падают вертикально, не отклоняясь от направления земной оси.

Ось вращения земли

Ось вращения земли

Рис. 15. Эллипсоид вращения (разница полуосей «а» и «в» утрирована). Для наглядности угол 1° преувеличен

Рис. 16. Отклонение падающих тел к востоку при вращении Земли

Географическое значение осевого вращения Земли исключительно велико. Прежде всего оно влияет на фигуру Земли. Сжатие Земли у полюсов – результат ее осевого вращения. Раньше, когда Земля вращалась с большей угловой скоростью, полярное сжатие было значительнее. Удлинение суток и, как следствие, уменьшение экваториального радиуса и увеличение полярного сопровождается тектоническими деформациями земной коры (разломы, складки) и перестройкой макрорельефа Земли.


Важным следствием осевого вращения Земли является отклонение тел движущихся в горизонтальной плоскости (ветров, рек, морских течений и др.). от их первоначального направления: в северном полушарии – вправо, в южном – влево (это одна из сил инерции, названная ускорением Кориолиса в честь французского ученого, который первым объяснил это явление). По закону инерции каждое движущееся тело стремится сохранить неизменными направление и скорость своего движения в мировом пространстве (рис. 17). Отклонение – результат того, что тело участвует одновременно как в поступательном, так и во вращательном движениях. На экваторе, где меридианы параллельны друг другу, направление их в мировом пространстве при вращении не меняется и отклонение равно нулю. К полюсам отклонение нарастает и становится у полюсов наибольшим, поскольку там каждый меридиан за сутки изменяет свое направление в пространстве на 360°. Сила Кориолиса вычисляется по формуле F = m x 2ω x υ x sin φ, где F – сила Кориолиса, т – масса движущегося тела, ω – угловая скорость, υ – скорость движущегося тела, φ – географическая широта.


оявление силы Кориолиса в природных процессах весьма многообразно. Именно из-за нее в атмосфере возникают вихри разного масштаба, в том числе циклоны и антициклоны, отклоняются от градиентного направления ветры и морские течения, оказывая влияние на климат и через него на природную зональность и региональность; с ней связана асимметрия крупных речных долин: в северном полушарии у многих рек (Днепр, Волга и др.) по этой причине правые берега крутые, левые – пологие, а в южном – наоборот.

С вращением Земли связана естественная единица измерения времени – сутки и происходит смена дня и ночи. Сутки бывают звездные и солнечные. Звездные сутки – промежуток времени между двумя последовательными верхними кульминациями звезды через меридиан точки наблюдения. За звездные сутки Земля совершает полный оборот вокруг своей оси. Они равны 23 ч 56 мин 4 с. Звездные сутки используются при астрономических наблюдениях. Истинные солнечные сутки – промежуток времени между двумя последовательными верхними кульминациями центра Солнца через меридиан точки наблюдения. Продолжительность истинных солнечных суток изменяется в течение года прежде всего из-за неравномерного движения Земли по эллиптической орбите. Следовательно, они также неудобны для измерения времени. В практических целях пользуются средними солнечными сутками. Среднее солнечное время измеряют по так называемому среднему Солнцу – воображаемой точке, равномерно перемещающейся по эклиптике и совершающей полный оборот за год, как и истинное Солнце.


едние солнечные сутки равны 24 ч. Они длиннее звездных, так как Земля вращается вокруг оси в том же направлении, в котором движется по орбите вокруг Солнца с угловой скоростью около 1° в сутки. Из-за этого Солнце смещается на фоне звезд, и Земле нужно еще «довернуться» примерно на 1°, чтобы Солнце «пришло» на тот же самый меридиан. Таким образом, за солнечные сутки Земля совершает оборот примерно на 361°. Для перевода истинного солнечного времени в среднее солнечное время вводится поправка – так называемое уравнение времени. Его максимальное положительное значение + 14 мин 11 февраля, наибольшее отрицательное –16 мин 3 ноября. За начало средних солнечных суток принимают момент нижней кульминации среднего Солнца – полночь. Такой счет времени называют гражданским временем.

В повседневной жизни средним солнечным временем пользоваться тоже неудобно, поскольку на каждом меридиане оно свое, местное время. Например, на двух соседних меридианах, проведенных с интервалом в 1°, местное время отличается на 4 мин. Наличие в различных пунктах, лежащих на разных меридианах, своего местного времени приводило ко многим неудобствам. Поэтому на Международном астрономическом конгрессе в 1884 г. был принят поясной счет времени. Для этого всю поверхность земного шара разделили на 24 часовых пояса, по 15° каждый. За поясное время принято местное время среднего меридиана каждого пояса. Для перевода местного времени в поясное и обратно существует формула Tnm = Nλ°, где Тп – поясное время, m – местное время, N – число часов, равное номеру пояса, λ° – долгота, выраженная в часовой мере. Нулевой (он же 24-й) пояс тот, по середине которого проходит нулевой (Гринвичский) меридиан. Его время принято в качестве всемирного времени. Зная всемирное время, легко вычислить поясное время по формуле Tn = T0+N, где Т0 – всемирное время. Счет поясов ведется на восток. В двух соседних поясах поясное время отличается ровно на 1 ч. Границы часовых поясов на суше для удобства проведены не строго по меридианам, а по естественным рубежам (рекам, горам) или государственным и административным границам.

Ось вращения земли

В нашей стране поясное время введено с 1 июля 1919 г. Россия расположена в десяти часовых поясах: со второго по одиннадцатый. Однако в целях более рационального использования летом дневного света в нашей стране в 1930 г. специальным постановлением правительства было введено так называемое декретное время, опережающее поясное на 1 ч. Так, например, Москва формально находится во втором часовом поясе, где поясное время исчисляется по местному времени меридиана 30° в. д. Но фактически время зимой в Москве устанавливается по времени третьего часового пояса, соответствующего местному времени на меридиане 45° в. д. Подобная «передвижка» действует на всей территории России, кроме Калининградской области, время в которой реально соответствует второму часовому поясу.

Рис. 17. Отклонение тел, движущихся по меридиану, в северном полушарии – вправо, в южном полушарии – влево

В ряде стран время переводят на один час вперед лишь на лето. В России с 1981 г. на период с апреля по октябрь также вводится летнее время за счет перевода времени еще на час вперед по сравнению с декретным. Таким образом, летом время в Москве фактически соответствует местному времени на меридиане 60° в. д. Время, по которому живут жители Москвы и второго часового пояса, в котором она расположена, называется московским. По московскому времени в нашей стране составляют расписание движения поездов, самолетов, отмечается время на телеграммах.

По середине двенадцатого пояса, примерно вдоль 180° меридиана, в 1884 г. проведена международная линия перемены даты. Это условная линия на поверхности земного шара, по обе стороны от которой часы и минуты совпадают, а календарные даты отличаются на одни сутки. Например, в Новый год в 0 ч 00 мин к западу от этой линии наступает уже 1 января нового года, а к востоку – только 31 декабря старого года. 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 дат пропускаются.

Смена дня и ночи создает суточную ритмичность в живой и неживой природе. Суточный ритм связан со световыми и температурными условиями. Общеизвестен суточный ход температуры, дневной и ночной бризы и т. д. Очень ярко проявляется суточный ритм живой природы. Известно, что фотосинтез возможен лишь днем, при наличии солнечного света, что многие растения раскрывают свои цветки в разные часы. Животных по времени проявления активности можно подразделить на ночных и дневных: большинство из них бодрствует днем, но многие (совы, летучие мыши, ночные бабочки) – во мраке ночи. Жизнь человека тоже протекает в суточном ритме.

Ось вращения землиРис. 18. Сумерки и белые ночи

Период плавного перехода от дневного света к ночной темноте и обратно называется сумерками. В основе их лежит оптическое явление, наблюдаемое в атмосфере перед восходом и после захода Солнца, когда оно еще (или уже) находится под линией горизонта, но освещает небосвод, от которого отражается свет. Продолжительность сумерек зависит от склонения Солнца (углового расстояния Солнца от плоскости небесного экватора) и географической широты места наблюдения. На экваторе сумерки короткие, с увеличением широты возрастают. Различают три периода сумерек. Гражданские сумерки наблюдаются, когда центр Солнца погружается под горизонт неглубоко (на угол до 6°) и ненадолго. Это фактически белые ночи, когда вечерняя заря сходится с утренней зарей. Летом они наблюдаются на широтах 60° и более. Например/в Санкт-Петербурге (широта 59°56′ с.ш.) они продолжаются с 11 июня по 2 июля, в Архангельске (64°33′ с.ш.) – с 13 мая по 30 июля. Навигационные сумерки наблюдаются, когда центр солнечного диска погружается под горизонт на 6–12°. При этом видна линия горизонта, и с корабля можно определить угол звезд над ней. И наконец, астрономические сумерки наблюдаются, когда центр диска Солнца погружается под горизонт на 12–18°. При этом заря на небе еще препятствует астрономическим наблюдениям слабых светил (рис. 18).

Вращение Земли дает две неподвижные точки – географические полюса (точки пересечения воображаемой оси вращения Земли с земной поверхностью) – и тем самым позволяет построить координатную сетку из параллелей и меридианов. Экватор (лат. aequator – уравнитель) – линия пересечения земного шара плоскостью, проходящей через центр Земли перпендикулярно оси ее вращения. Параллели (греч. parallelos – идущие рядом) – линии пересечения земного эллипсоида плоскостями, параллельными плоскости экватора. Меридианы (лат. meridlanus – полуденный) – линии пересечения земного эллипсоида плоскостями, проходящими через оба ее полюса. Длина 1° меридиана в среднем 111,1 км.

Источник: StudFiles.net

С какой скоростью Земля вращается вокруг своей оси?

Земля делает один оборот вокруг своей оси почти за 24 часа (если быть точными, то за 23ч 56мин 4,09сек или 23,93 часа). Поскольку окружность Земли на экваторе составляет 40075 км, то любой объект на экваторе вращается со скоростью приблизительно 1674 км в час или примерно 465 метров (0,465 км) в секунду (40075 км делим на 23,93 часа и получаем 1674 км в час).

На Северном полюсе (90 градусах северной широты) и Южном полюсе (90 градусах южной широты), скорость фактически равна нулю, потому что точки полюсов вращаются на очень медленной скорости.

Для того чтобы определить скорость на любой другой широте, просто умножьте косинус широты на скорость вращения планеты на экваторе (1674 км в час). Косинус 45 градусов равен 0,7071, таким образом, умножаем 0,7071 на 1674 км в час и получаем 1183,7 км в час.

Косинус необходимой широты легко определить с помощью калькулятора или посмотреть в таблице косинусов.

Скорость вращения Земли для других широт:

  • 10 градусов: 0.9848×1674=1648,6 км в час;
  • 20 градусов: 0.9397×1674=1573,1 км в час;
  • 30 градусов: 0.866×1674=1449,7 км в час;
  • 40 градусов: 0.766×1674=1282,3 км в час;
  • 50 градусов: 0.6428×1674=1076,0 км в час;
  • 60 градусов: 0.5×1674=837,0 км в час;
  • 70 градусов: 0.342×1674=572,5 км в час;
  • 80 градусов: 0.1736×1674=290,6 км в час.

Циклическое торможение

Все циклично, даже скорость вращения нашей планеты, которую геофизики могут измерить с точностью до миллисекунд. Вращение Земли, как правило, имеет пятилетние циклы замедления и ускорения, и последний год цикла замедления часто взаимосвязан со всплеском землетрясений по всему миру.

Так как 2018 год является последним в цикле замедление, ученые ожидают в этом году рост сейсмической активности. Корреляция не является причинно-следственной связью, но геологи всегда ищут инструменты, чтобы попытаться предсказать, когда произойдет очередное мощное землетрясение.

Колебания земной оси

Земля при вращении совершает небольшие колебания, поскольку ее ось дрейфует на полюсах. Было замечено, что дрейф земной оси ускорился с 2000 года, двигаясь со скоростью 17 см в год на восток. Ученые установили, что ось по-прежнему движется на восток вместо того, чтобы двигаться вперед и назад из-за комбинированного эффекта таяния Гренландии и Антарктиды, а также потери воды в Евразии.

Дрейф оси, как предполагается, особенно чувствителен к изменениям, происходящим на 45 градусах северной и южной широты. Это открытие привело к тому, что ученые наконец смогли ответить на давний вопрос о том, почему ось вообще дрейфует. Колебание оси на Восток или Запад было вызвано сухими или влажными годами в Евразии.

С какой скоростью Земля движется вокруг Солнца?

В дополнение к скорости вращения Земли вокруг своей оси, наша планета также вращается вокруг Солнца со скоростью около 108000 км в час (или примерно 30 км в секунду), и полностью завершает свою орбиту вокруг Солнца за 365,256 дней.

Только в 16-м веке люди поняли, что Солнце является центром нашей Солнечной системы, и что Земля перемещается вокруг него, а не является неподвижным центром Вселенной.

Источник: natworld.info