Как земля вертится: Вращение Земли вокруг своей оси и вокруг Солнца Форма и размеры Земли

Почему Земля вращается неравномерно и как это влияет на счет времени

Леонид Зотов, Кристиан Бизуар
«Природа» №3, 2021

Об авторах

Сутки на Земле состоят из 86 400 секунд. Для точного счета используют шкалу UTC (Coordinated Universal Time) всемирного координированного времени, которая определяется по показаниям атомных часов, установленных в разных точках планеты. Счет атомного времени ведут с 1970-х годов, когда Генеральная ассамблея по мерам и весам постановила: «Секунда времени равна 9 192 631 770 периодам излучения атома цезия-133 при переходах между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния». В России этим занимается Главный метрологический центр Государственной службы времени, частоты и определения параметров вращения Земли — отделение Всероссийского научно-исследовательского института физико-технических и радиотехнических измерений под Москвой. По его показаниям осуществляется настройка главных часов страны — кремлевских курантов. Переход от астрономического счета времени к атомному времени потребовался, когда стало понятно, что вращение Земли не идеально [1].

О возможных изменениях скорости вращения Земли задумывался еще И.  Кант. Он писал о том, что Земля должна замедляться под действием приливов, в своей работе «Исследование вопроса, претерпела ли Земля в своем вращении вокруг оси, благодаря которому происходит смена дня и ночи, некоторые изменения со времени своего возникновения» (1754). Кант утверждал, что «когда планета содержит в себе значительное количество жидкого вещества, совместное притяжение Луны и Солнца, приводя в движение эту жидкую материю, сообщает Земле некоторую долю этого колебания». В XVIII в. подтвердить теорию Канта было невозможно — не было столь точных приборов. Тем не менее, его идеи нашли развитие в работах последователей, например П.-С. Лапласа.

В XX в. точность астрономических приборов возросла, появились средства космической геодезии, такие как GPS (Global Positioning System), ГЛОНАСС (Глобальная навигационная спутниковая система), РСДБ (Радиоинтерферометрия со сверхдлинными базами), DORIS (Doppler Orbitography and Radiopositioning Integrated by Satellite), изобрели кварцевые, а потом и атомные часы, и стало возможным зарегистрировать все неоднородности во вращении планеты с точностью до десятых долей миллисекунд. Как и говорил Лаплас, под действием перераспределений масс океана и атмосферы, а также приливов, происходит изменение продолжительности земных суток на несколько тысячных долей секунды. Продолжительность суток (по-английски length of day — LOD) уменьшается с ускорением вращения Земли (рис. 1).

Часть изменчивости можно объяснить зональными лунно-солнечными приливами. Особенно стоит отметить 18,6-летний цикл, связанный с прецессией лунной орбиты. Он хорошо заметен по огибающей амплитуды приливов на оранжевом графике. Под влиянием приливов экваториальное сжатие Земли то увеличивается, то уменьшается, при этом она либо замедляется, либо ускоряется. Приливные колебания происходят с периодами 5–9 дней, две недели, месяц и более (рис. 2). Как отмечает метеоролог Н. С. Сидоренков, на максимумы и минимумы приливных изменений LOD зачастую приходятся резкие перепады в погодных явлениях [2].

Колебания, связанные с приливами, довольно регулярны. Однако далеко не вся изменчивость скорости вращения планеты обусловлена ими. Внутригодовая изменчивость связана с атмосферой [3]. В течение года зональные ветра в атмосфере и распределение давления меняются. Если на планете усиливаются западные ветра, то атмосфера, вращаясь быстрее, отбирает часть вращательного момента у твердой Земли. Вследствие атмосферного цикла Земля имеет самую медленную скорость вращения примерно 1 мая и 7 декабря. А вот 4 августа сутки становятся на миллисекунду короче, поскольку Земля немного ускоряется. Еще есть незначительное ускорение вращения в районе 27 февраля, но оно несравнимо с августовским.

Одной из важнейших климатических осцилляций на планете является Эль-Ниньо — Южное Колебание (ЭНЮК), возникающее в экваториальной части Тихого океана каждые 2–7 лет. В ходе положительной фазы этого явления из-за разности давлений западные ветра усиливаются, восточная часть океана нагревается, термоклин выравнивается. При этом длительность суток может увеличиться на миллисекунду (см. рис. 1). Противоположная фаза ЭНЮК называется Ла-Нинья; она имела место, к примеру, в 2020 г. Эти явления изучаются в Институте природно-технических систем в Севастополе [4].

Обратимся к более длительным наблюдениям LOD (рис. 3). Ранние данные (XIX в.) не слишком точны — они были получены по наблюдениям за движением Луны и за покрытием ею звезд. Видно, что на вековых интервалах, как и предвидел Кант, Земля замедляется, и длительность суток увеличивается примерно на 1,2 мс за 100 лет. Этот эффект связан с торможением Земли под действием лунных и солнечных приливов. Раньше Земля вращалась быстрее. Несколько сотен миллионов лет назад в году было не 365 дней, а, скажем, 400, т.е. в сутках было меньше 22 часов. Перемещаясь с востока на запад вслед за видимым движением Луны и Солнца, приливные волны немного отстают из-за трения, тормозят вращение Земли и удлиняют сутки. Приливы, которые вызывает Луна на Земле, по закону сохранения углового момента заставляют Луну удаляться примерно на 4 см в год.

Особенно интересна многолетняя изменчивость LOD. На циклы с периодами в несколько десятилетий влияют процессы в океане и недрах Земли. Так, для нас оказалось неожиданностью, что после 2016 г. Земля стала ускоряться, и кривая LOD резко пошла вниз. В 2020 г. мы наблюдали экстремально быстрое вращение Земли. Можно сказать, что земные сутки приблизились к самым коротким по продолжительности из наблюдавшихся в последние 50 лет (см. рис. 1, красные стрелки). Это может привести к необходимости вычесть секунду из шкалы времени UTC.

Ранее секунду неоднократно добавляли к шкале всемирного координированного времени UTC, последний раз это делали в новогоднюю ночь с 2016 на 2017 г. Атомная шкала UTC устроена так, что ее подправляют, как только разногласие между нею и шкалой вращения Земли UT1^** приближается к пороговому значению в 0,9 с. С ноября 2018 г., впервые за многие годы, разногласие стало отрицательным и приблизилось в начале 2021 г. к −0,2 с. Раз в полгода директор Центра ориентации и параметров вращения Земли Международной службы вращения Земли и систем отсчета в Парижской обсерватории (в настоящее время эту должность занимает один из авторов статьи, К.  Бизуар) подписывает бюллетень, где говорится, появится в грядущем полугодии дополнительная секунда или нет. На сайте Международной службы вращения Земли и систем отсчета представлен график, из которого следует, что с 2016 г. LOD в среднем уменьшалась на 0,3 мс/год и в начале 2021 г. достигла рекордного минимума в −1,5 мс (см. рис. 1). В настоящее время, из-за начавшегося в 2016 г. ускорения, секунда вращения Земли на 10⁻⁹ с короче секунды, утвержденной в 1970-е годы в системе СИ. Время по шкале вращения Земли UT1 идет быстрее, чем время UTC, которое является основой юридического времени во всем мире. Даже если продолжительность суток стабилизируется на текущем уровне, расхождение UT1 — UTC достигнет 1 с через 30 лет. Поскольку Земля продолжает ускоряться, ожидается, что эта разница будет достигнута за 5 лет. Прогноз показывает, что расхождение UT1 — UTC может оказаться отрицательным и превысить международный стандарт |UT1 — UTC| < 0,9 с в 2026 г. Возможно, впервые в истории придется «подкрутить» UTC на одну секунду назад.

Вернемся к вопросу о многолетних колебаниях. То, что происходит с длительностью суток на периодах 20 лет, 60 лет, не поддается окончательному объяснению. Многолетние колебания с амплитудами порядка 2–3 мс происходят синхронно с колебаниями климата [5, 6]. Считается, что эти изменения LOD вызваны процессами в недрах Земли, но причем здесь глобальная температура на поверхности?

График ускорения и замедления вращения Земли (см. рис. 3) напоминает плавные волны: например, в 1930-е годы Земля ускорилась и длительность суток уменьшилась, а температура на Земле немного возросла (на 0,3°). Потом Земля замедлялась вплоть до 1970-х годов, далее стала разгоняться. В 2005 г. что-то произошло, и Земля снова начала замедлять свое вращение, а в 2016-м, после сильного Эль-Ниньо, ускорилась. Вопрос, исследуемый одним из авторов этой статьи (Л. В. Зотовым): могут ли изменения скорости вращения Земли быть связаны с изменениями климата [7]. Подмечено, что, когда Земля ускоряется, потепление усиливается, и наоборот. Колебания температуры на Земле с периодом около 60 лет связывают с Атлантической многолетней осцилляцией. На 2020 г. не только пришелся максимум температуры и скорости вращения Земли, но и чандлеровское колебание полюса практически сошло на нет. Насколько случайно такое совпадение, не пошла ли энергия, поддерживающая его, на ускорение вращения Земли, еще предстоит выяснить. В рамках GGOS (Global Geodetic Observing System — Глобальная геодезическая система наблюдений) уже создана международная комиссия по вопросам климатических сигналов во вращении Земли, в которую входят и авторы этой статьи.

Литература
1. Bizouard C. Geophysical Modelling of the Polar Motion // De Gruyter Studies in Mathematical Physics, 31. 2020. DOI: 10.1515/9783110298093.
2. Сидоренков Н. С., Чазов В. В., Зотов Л. В., Вильсон И. 206-суточный лунный цикл в аномалиях погоды // Природа. 2018; 4: 19–23.
3. Сидоренков Н. С., Бизуар К., Зотов Л., Салстейн Д. Угловой момент атмосферы // Природа. 2014; 4: 22–28.
4. Лубков А. С., Воскресенская Е. Н., Марчукова О. В. Применение нейронных сетей для прогноза явлений Эль-Ниньо и Ла-Нинья и их типов // Метеорология и гидрология. 2020; 11: 111–121.
5. Sidorenkov N., Dionis E., Bizouard C., Zotov L. V. Decadal fluctuations in Earth’s rotation as evidences of lithospheric drift over the asthenosphere // Proceedings of Journees. 2019: 243–247.
6. Zotov L., Bizouard Ch., Sidorenkov N., Ustinov A., Ershova T. Multidecadal and 6-year variations of LOD // Journal of Physics: Conference Series. 2020; 1705: 012002.
7. Зотов Л. В. Исследование связей между вращением Земли и геофизическими процессами. Дисс. … д-ра физ.-мат. наук. М., 2019.

^* Массив данных ежемесячных измерений температуры. Данные о температуре поверхности моря собираются Центром Хэдли Метеорологического бюро Великобритании, о температуре приземного воздуха — Отделом климатических исследований Университета Восточной Англии.

^** Система отсчета времени, основанная на средних солнечных сутках, средний интервал между двумя последовательными прохождениями Солнца через Гринвичский меридиан (0°).

Оборот земли вокруг солнца совершается за. Почему Земля вращается вокруг Солнца и крутится вокруг своей оси? Сколько же по времени занимает один оборот Земли вокруг себя

Независимо от того, что постоянные передвижения нашей планеты обычным образом неощутимы, разнообразные научные факты давно доказали, что планета Земля перемещается по своей, строго определенной траектории не только вокруг самого Солнца, но и вокруг собственной оси. Именно этим обуславливаются масса природных явлений, наблюдаемых людьми ежедневно, таких, например, как смена времени дня и ночи. Даже в данную секунду, читая эти строки, вы пребываете в постоянном движении, движении, которое обусловлено перемещением родной планеты.

Непостоянное движение

Интересно, что скорость самой Земли не является величиной постоянной, по причинам, которые ученым, к сожалению, до этого времени не удалось объяснить, однако, доподлинно известно, что каждый из веков Земля несколько замедляет скорость своего обычного вращения на величину, равную приблизительно 0,0024 секунды. Считается, что подобная аномалия напрямую связана с неким лунным притяжением, обуславливающим приливы и отливы, на которые и наша планета также расходует значимую долю своей собственной энергии, которая и «тормозит» ее индивидуальное вращение. Так называемые приливные выступы, движущиеся по обыкновению в направлении, противоположном ходу Земли, обуславливают возникновение неких сил трения, которые, в соответствии с законами физики, являются главным тормозящим фактором такой мошной космической системы, как Земля.

Конечно, никакой оси на самом деле нет, это воображаемая прямая, которая помогает производить расчеты.

За один час, считается, Земля совершает оборот в 15 градусов. За сколько она оборачивается вокруг оси полностью, догадаться нетрудно: 360 градусов — за одни сутки в 24 часа.

Сутки в 23 часа

Понятно, что Земля оборачивается вокруг своей собственной оси за привычные людям 24 часа — обыкновенные земные сутки, а точнее — за 23 часа минут и почти 4 секунды. Движение происходит неизменно с западной части на восточную и никак иначе. Нетрудно вычислить, что при таких условиях скорость на экваторе будет достигать около 1670 километров в час, постепенно снижаясь при приближении к полюсам, где плавно переходит к нулю.

Невооруженным глазом обнаружить вращение, совершаемое Землей со столь гигантской скоростью, нельзя, ведь вместе с людьми движутся и все окружающие предметы. Все планеты солнечной системы совершают подобные движения. Так, например, Венера имеет гораздо меньшую скорость движения, именно поэтому ее сутки отличаются от земных более чем в двести сорок три раза.

Самыми быстрыми из известных сегодня планет считаются Юпитер и планета Сатурн, совершающие свой полный поворот вокруг оси за десять и десять с половиной часов соответственно.

Нужно отметить, что вращение Земли вокруг своей оси — крайне интересный и непознанный факт, нуждающийся в дальнейшем пристальном изучении ученых всего мира.

Земля в пространстве перемещается подобно юле, которая вращается вокруг себя и одновремен-но движется по кругу. Наша планета так же осу-ществляет два основных движения: вращается вокруг своей оси и совершает движение вокруг Солнца.

Вращение Земли вокруг оси.
Вы уже видели, как глобус-Земля вращается вокруг стержня-оси. Наша планета осуществляет такое движение постоянно. Но мы этого не замечаем, поскольку вместе с ней враща-емся и мы, и все земные тела — равнины, горы, реки, моря и даже воздух, окружающий Землю. Нам кажется, что Земля остаётся неподвижной, а перемещаются по небосклону Солнце, Луна и звёзды. Мы говорим, что Солнце восходит на востоке, а заходит на западе. В действительности, это Земля движется, вращаясь с запада на восток (против часовой стрелки).

Следовательно, вращаясь вокруг оси, Земля освеща-ется Солнцем то с одной стороны, то с другой (рис. 86). В результате этого на планете наступает то день, то ночь. Полный оборот вокруг своей оси Земля осуществляет за24 часа. Этот период называют сутками.
Движение Земли вокруг оси равномерное и не прекращается ни на миг.

Вследствие вращения Земли вокруг своей оси про-исходит смена дня и ночи. Полный оборот вокруг оси наша планета осуществляет за сутки
(24 ч).

Движение Земли вокруг Солнца.
Земля движется вокруг Солнца по орбите. Полный оборот она делает за год
— 365 дней
.

Посмотрите внимательно на глобус. Вы заметите, что ось Земли не вертикальная, а наклонена под углом. Это имеет большое значение: наклон оси при движении Земли вокруг Солнца — причина смены времён года. Ведь солнечные лучи на протяжении года освещают больше то Северное полушарие (и день там длиннее), то Южное.

Вследствие наклона земной оси во время движения нашей планеты вокруг Солнца на Земле происходит смена времён года
.

На протяжении года бывают дни, когда одно из полушарий, обернувшись к Солнцу, освещается наибольше, а другое — наименьше и наоборот. Это дни солнцестояния
. За время одного оборота Земли во-круг Солнца бывает два солнцестояния: летнее и зимнее. Дважды в год оба полушария бывают освещены одинаково (тогда и продолжительность дня в обоих полушариях одинакова). Это дни равноденствия
.

Рассмотрите рис. 87 и проследите движение Зем-ли по орбите. Когда Земля обращена к Солнцу Се-верным полюсом, оно больше освещает и нагревает Северное полушарие. Дни становятся длиннее, чем ночи. Наступает тёплое время года — лето. 22 июня
день будет самым длинным, а ночь — самой корот-кой в году, это день летнего солнцестояния

.
В это время Солнце меньше освещает и нагревает Южное полушарие. Там зима. Материал с сайта

Через три месяца, 23 сентября
, Земля занимает такое положение относительно Солнца, когда сол-нечные лучи одинаково будут освещать как Север-ное, так и Южное полушария. На всей Земле, кроме полюсов, день будет равен ночи (по 12 часов). Этот день называют днём осеннего равноденствия.
Ещё через три месяца к Солнцу будет обращено Южное полушарие. Там наступит лето. При этом у нас, в Се-верном полушарии, будет зима. 22 декабря
день бу-дет самым коротким, а ночь — самой длинной. Это день зимнего солнцестояния

. 21 марта
снова оба полушария будут освещены одинаково, день будет равен ночи. Это день весеннего равноденствия

.

На протяжении года (за время полного оборота Земли вокруг Солнца) по освещённости земной поверхности различают дни:

• солнцестояния
  
  — зимнего 22 декабря, летнего 22 июня;
  
• равноденствия
  
  — весеннего 21 марта, осеннего 23 сентября.
  

На протяжении года полушария Земли получают разное количество солнечного света и тепла. Происхо-дит смена времён (сезонов) года. Эти изменения ока-зывают влияние на все живые организмы на Земле.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском

Земля вращается вокруг наклонной оси с запада на восток. Половина земного шара освещается солнцем, там в это время день, вторая половина находится в тени, там ночь. Благодаря вращению Земли происходит смена дня и ночи. Один оборот вокруг своей оси Земля делает за 24 часа — сутки.

Из-за вращения происходит отклонение движущихся потоков (рек, ветров) в северном полушарии — вправо, а в южном — влево.

Вращение Земли вокруг Солнца

Вокруг солнца Земля вращается по круговой орбите, полный оборот совершается за 1 год. Земная ось не вертикальна, она наклонена под углом 66,5° к орбите, угол этот остается постоянным во время всего вращения. Главным следствием этого вращения является смена времен года.

Рассмотрим вращения Земли вокруг Солнца.

• 22 декабря
  — день зимнего солнцестояния. Ближе всего к солнцу (солнце находится в зените) в этот момент находится южный тропик — поэтому в южном полушарии лето, в северном – зима. Ночи в южном полушарии короткие, на южном полярном круге 22 декабря день длится 24 часа, ночь не наступает. В северном полушарии все, наоборот, на северном полярном круге ночь длится 24 часа.
• 22 июня
  — день летнего солнцестояния. Ближе всего к солнцу находится северный тропик, в северном полушарии лето, в южном – зима. На южном полярном круге ночь длится 24 часа, а на северном ночь не наступает вовсе.
• 21 марта, 23 сентября
  — дни весеннего и осеннего равноденствий Ближе всего к солнцу находится экватор, день равен ночи в обоих полушариях.

Миллиарды лет, изо дня в день, Земля вращается вокруг своей оси. Это делает восходы и закаты обыденностью для жизни на нашей планете. Земля делает это с тех пор, как сформировалась 4,6 миллиарда лет назад. И будет продолжать делать это до тех пор, пока не прекратит свое существование. Вероятно это произойдет тогда, когда Солнце превратится в красный гигант и проглотит нашу планету. Но почему Земля ?

Почему вращается Земля?

Земля образовалась из газопылевого диска, который вращался вокруг новорожденного Солнца. Благодаря этому пространственному диску частицы пыли и горной породы сложились вместе, образуя Землю. По мере того, как Земля росла, космические камни продолжали сталкиваться с планетой. И оказывали на нее воздействие, которое заставило нашу планету вращаться. И поскольку все обломки в ранней Солнечной системе вращались вокруг Солнца примерно в одном и том же направлении, столкновения, которые заставили вращаться Землю (и большинство остальных тел Солнечной системы) — раскрутили ее в этом же самом направлении.

Газопылевой диск

Возникает резонный вопрос — а почему вращался сам газопылевой диск? Солнце и Солнечная система образовались в тот момент, когда облако пыли и газа стало уплотняться под действием собственного веса. Большая часть газа собралась вместе, чтобы стать Солнцем, а оставшийся материал создал окружающий его планетарный диск. Прежде чем он обрел форму, молекулы газа и частицы пыли перемещались в его границах равномерно во всех направлениях. Но в какой-то момент, случайным образом, некоторые молекулы газа и пыли сложили свою энергию в одном направлении. Это установило направление вращения диска. Когда газовое облако стало сжиматься, его вращение ускорилось. Тот же процесс происходит когда фигуристы начинают вращаться быстрее, если прижмут к телу руки.

В космосе не так много факторов, способных вращение планет. Поэтому как только они начинают вращаться, этот процесс уже не прекращается. Вращающаяся молодая Солнечная система большой угловой момент. Эта характеристика описывает тенденцию объекта к продолжению вращения. Можно предположить, что все экзопланеты, вероятно, тоже начинают вращаться в одинаковом направлении вокруг своих звезд, когда формируется их планетарная система.

А мы вращаемся наоборот!

Интересно, что в Солнечной системе некоторые планеты имеют направление вращения, обратное движению вокруг Солнца. Венера вращается в противоположном направлении относительно Земли. А ось вращения Урана наклонена на 90 градусов. Ученые не до конца понимают процессы, заставившие эти планеты получить такие направления вращения. Но у них есть некоторые предположения. Венера, возможно, получила такое вращение в результате столкновения с другим космическим телом на ранней стадии своего формирования. Или, возможно, Венера начала вращаться так же, как и другие планеты. Но со временем гравитация Солнца стала тормозить ее вращение из-за ее плотных облаков. Что в сочетании с трением между ядром планеты и ее мантией заставило планету вращаться в другую сторону.

В случае с Ураном ученые предположили, что произошло столкновение планеты с огромным каменистым обломком. Или, возможно, с несколькими разными объектами, которые изменили ось его вращения.

Несмотря на такие аномалии, очевидно, что все объекты в космосе вращаются в том или ином направлении.

Все вращается

Астероиды вращаются. Звезды вращаются. Согласно данным NASA, галактики тоже вращаются. Солнечной системе требуется 230 миллионов лет, чтобы совершить один оборот вокруг центра Млечного Пути. Одни из самых быстро вращающихся объектов во Вселенной — это плотные, круглые объекты, называемые пульсарами. Они являются остатками массивных звезд. Некоторые пульсары, имеющие размеры города, могут совершить оборот вокруг своей оси сотни раз за секунду. Самый быстрый и известный из них, обнаруженный в 2006 году и получивший название Terzan 5ad, вращается 716 раз в секунду.

Черные дыры могут делать это еще быстрее. Предполагается, что одна из них, названная GRS 1915 + 105, может вращаться со скоростью от 920 до 1150 раз в секунду.

Однако законы физики неумолимы. Все вращения в итоге замедляются. Когда , оно вращалось вокруг своей оси со скоростью один оборот за каждые четыре дня. Сегодня нашей звезде требуется около 25 дней, чтобы совершить один оборот. Ученые считают, что причиной этого является то, что магнитное поле Солнца взаимодействует с солнечным ветром. Именно это замедляет его вращение.

Вращение Земли тоже замедляется. Гравитация Луны воздействует на Землю таким образом, что она медленно замедляет свое вращение. Ученые рассчитали, что вращение Земли замедлилось в сумме примерно на 6 часов за последние 2740 лет. Это составляет всего 1,78 миллисекунды в течение столетия.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter
. {2}\varphi }}}\right)\omega }
, где
R
e
{\displaystyle R_{e}}
= 6378,1 км — экваториальный радиус,
R
p
{\displaystyle R_{p}}
= 6356,8 км — полярный радиус.

• Самолёт, летящий с этой скоростью с востока на запад (на высоте 12 км: 936 км/ч на широте Москвы , 837 км/ч на широте Санкт-Петербурга) в инерциальной системе отсчёта будет покоиться.
• Суперпозиция вращения Земли вокруг оси с периодом в одни звёздные сутки и вокруг Солнца с периодом в один год приводит к неравенству солнечных и звёздных суток: длина средних солнечных суток составляет ровно 24 часа, что на 3 минуты 56 секунд длиннее звёздных суток.

Физический смысл и экспериментальные подтверждения

Физический смысл вращения Земли вокруг оси

Поскольку любое движение является относительным, необходимо указывать конкретную систему отсчета , относительно которой изучается движение того или иного тела. Когда говорят, что Земля вращается вокруг воображаемой оси, имеется в виду, что она совершает вращательное движение относительно любой инерциальной системы отсчёта , причем период этого вращения равен звездным суткам — периоду полного оборота Земли (небесной сферы) относительно небесной сферы (Земли).

Все экспериментальные доказательства вращения Земли вокруг оси сводятся к доказательству того, что система отсчёта, связанная с Землей, является неинерциальной системой отсчёта специального вида — системой отсчета, совершающей вращательное движение относительно инерциальных систем отсчёта .

В отличие от инерциального движения (то есть равномерного прямолинейного движения относительно инерциальных систем отсчета), для обнаружения неинерциального движения замкнутой лаборатории не обязательно производить наблюдения над внешними телами, — такое движение обнаруживается с помощью локальных экспериментов (то есть экспериментов, произведенных внутри этой лаборатории). В этом смысле слова неинерциальное движение, включая вращение Земли вокруг оси, может быть названо абсолютным.

Силы инерции

Эффекты центробежной силы

Зависимость ускорения свободного падения от географической широты.
Эксперименты показывают, что ускорение свободного падения зависит от географической широты : чем ближе к полюсу, тем оно больше. Это объясняется действием центробежной силы. Во-первых, точки земной поверхности, расположенные на более высоких широтах, ближе к оси вращения и, следовательно, при приближении к полюсу расстояние
r
{\displaystyle r}
от оси вращения уменьшается, доходя до нуля на полюсе. Во-вторых, с увеличением широты угол между вектором центробежной силы и плоскостью горизонта уменьшается, что приводит к уменьшению вертикальной компоненты центробежной силы.

Это явление было открыто в 1672 году, когда французский астроном Жан Рише , находясь в экспедиции в Африке , обнаружил, что у экватора маятниковые часы идут медленнее, чем в Париже . Ньютон вскоре объяснил это тем, что период колебаний маятника обратно пропорционален квадратному корню из ускорения свободного падения, которое уменьшается на экваторе из-за действия центробежной силы.

Сплюснутость Земли.
Влияние центробежной силы приводит к сплюснутости Земли у полюсов. Это явление, предсказанное Гюйгенсом и Ньютоном в конце XVII века, было впервые обнаружено Пьером де Мопертюи в конце 1730-х годов в результате обработки данных двух французских экспедиций, специально снаряженных для решения этой проблемы в Перу (под руководством Пьера Бугера и Шарля де ла Кондамина) и Лапландию (под руководством Алексиса Клеро и самого Мопертюи).

Эффекты силы Кориолиса: лабораторные эксперименты

Наиболее отчетливо этот эффект должен быть выражен на полюсах, где период полного поворота плоскости маятника равен периоду вращения Земли вокруг оси (звёздным суткам). В общем случае, период обратно пропорционален синусу географической широты , на экваторе плоскость колебаний маятника неизменна.

Гироскоп
— вращающееся тело со значительным моментом инерции сохраняет момент импульса, если нет сильных возмущений. Фуко, которому надоело объяснять, что происходит с маятником Фуко не на полюсе, разработал другую демонстрацию: подвешенный гироскоп сохранял ориентацию, а значит медленно поворачивался относительно наблюдателя.

Отклонение снарядов при орудийной стрельбе.
Другим наблюдаемым проявлением силы Кориолиса является отклонение траекторий снарядов (в северном полушарии вправо, в южном — влево), выстреливаемых в горизонтальном направлении. С точки зрения инерциальной системы отсчета, для снарядов, выстреливаемых вдоль меридиана , это связано с зависимостью линейной скорости вращения Земли от географической широты: при движении от экватора к полюсу снаряд сохраняет горизонтальную компоненту скорости неизменной, в то время как линейная скорость вращения точек земной поверхности уменьшается, что приводит к смещению снаряда от меридиана в сторону вращения Земли. Если выстрел был произведен параллельно экватору, то смещение снаряда от параллели связано с тем, что траектория снаряда лежит в одной плоскости с центром Земли, в то время как точки земной поверхности движутся в плоскости, перпендикулярной оси вращения Земли . Этот эффект (для случая стрельбы вдоль меридиана) был предсказан Гримальди в 40-х годах XVII в. и впервые опубликован Риччоли в 1651 г.

Отклонение свободно падающих тел от вертикали.

(
)
Если скорость движения тела имеет большую вертикальную составляющую, сила Кориолиса направлена к востоку, что приводит к соответствующему отклонению траектории тела, свободно падающего (без начальной скорости) с высокой башни . При рассмотрении в инерциальной системе отсчета эффект объясняется тем, что вершина башни относительно центра Земли движется быстрее, чем основание , благодаря чему траектория тела оказывается узкой параболой и тело слегка опережает основание башни .

Эффект Этвёша.
На низких широтах сила Кориолиса при движении по земной поверхности направлена в вертикальном направлении и её действие приводит к увеличению или уменьшению ускорения свободного падения, в зависимости от того, движется ли тело на запад или восток. Этот эффект назван эффектом Этвёша в честь венгерского физика Лоранда Этвёша , экспериментально обнаружившего его в начале XX века.

Опыты, использующие закон сохранения момента импульса.
Некоторые эксперименты основаны на законе сохранения момента импульса : в инерциальной системе отсчёта величина момента импульса (равная произведению момента инерции на угловую скорость вращения) под действием внутренних сил не меняется. Если в некоторый начальный момент времени установка неподвижна относительно Земли, то скорость её вращения относительно инерциальной системы отсчета равна угловой скорости вращения Земли. Если изменить момент инерции системы, то должна измениться угловая скорость её вращения, то есть начнётся вращение относительно Земли. В неинерциальной системе отсчёта, связанной с Землёй, вращение возникает в результате действия силы Кориолиса. Эта идея была предложена французским учёным Луи Пуансо в 1851 г.

Первый такой эксперимент был поставлен Хагеном в 1910 г. : два груза на гладкой перекладине были установлены неподвижно относительно поверхности Земли. Затем расстояние между грузами было уменьшено. В результате установка пришла во вращение . Ещё более наглядный опыт поставил немецкий учёный Ханс Букка (Hans Bucka) в 1949 г. Стержень длиной примерно 1,5 метра был установлен перпендикулярно прямоугольной рамке. Первоначально стержень был горизонтален, установка была неподвижной относительно Земли. Затем стержень был приведен в вертикальное положение, что привело к изменению момента инерции установки примерно в 10 4 раз и её быстрому вращению с угловой скоростью, в 10 4 раз превышающей скорость вращения Земли .

Воронка в ванне.

Поскольку сила Кориолиса очень слаба, она оказывает пренебрежимо малое влияние на направление закручивания воды при сливе в раковине или ванне, поэтому в общем случае направление вращения в воронке не связано с вращением Земли. Лишь только в тщательно контролируемых экспериментах можно отделить действие силы Кориолиса от других факторов: в северном полушарии воронка будет закручена против часовой стрелки, в южном — наоборот .

Эффекты силы Кориолиса: явления в окружающей природе

Оптические эксперименты

В основе ряда опытов, демонстрирующих вращение Земли, используется эффект Саньяка : если кольцевой интерферометр совершает вращательное движение, то вследствие релятивистских эффектов во встречных лучах появляется разность фаз

Δ
φ
=
8
π
A
λ
c
ω
,
{\displaystyle \Delta \varphi ={\frac {8\pi A}{\lambda c}}\omega ,}

где
A
{\displaystyle A}
— площадь проекции кольца на экваториальную плоскость (плоскость, перпендикулярную оси вращения),
c
{\displaystyle c}
— скорость света ,
ω
{\displaystyle \omega }
— угловая скорость вращения. Для демонстрации вращения Земли этот эффект был использован американским физиком Майкельсоном в серии экспериментов, поставленных в 1923-1925 гг. В современных экспериментах, использующих эффект Саньяка, вращение Земли необходимо учитывать для калибровки кольцевых интерферометров.

Существует ряд других экспериментальных демонстраций суточного вращения Земли .

Неравномерность вращения

Прецессия и нутация

История идеи суточного вращения Земли

Античность

Объяснение суточного вращения небосвода вращением Земли вокруг оси впервые было предложено представителями пифагорейской школы , сиракузянами Гикетом и Экфантом . Согласно некоторым реконструкциям, вращение Земли утверждал также пифагореец Филолай из Кротона (V век до н. э.). Высказывание, которое можно трактовать как указание на вращение Земли, содержится в Платоновском диалоге Тимей
.

Однако о Гикете и Экфанте практически ничего неизвестно, и даже само их существование иногда подвергается сомнению . Согласно мнению большинства ученых, Земля в системе мира Филолая совершала не вращательное, а поступательное движение вокруг Центрального огня. В других своих произведениях Платон следует традиционному мнению о неподвижности Земли. Однако до нас дошли многочисленные свидетельства, что идею вращения Земли отстаивал философ Гераклид Понтийский (IV век до н. э.) . Вероятно, с гипотезой о вращении Земли вокруг оси связано ещё одно предположение Гераклида: каждая звезда представляет собой мир, включающий землю, воздух, эфир, причем всё это располагается в бесконечном пространстве. Действительно, если суточное вращение неба является отражением вращения Земли, то исчезает предпосылка считать звезды находящимися на одной сфере.

Примерно столетие спустя предположение о вращении Земли стало составной частью первой , предложенной великим астрономом Аристархом Самосским (III век до н. э.) . Аристарха поддержал вавилонянин Селевк (II век до н. э.) , также, как и Гераклид Понтийский , считавший Вселенную бесконечной. О том, что идея суточного вращения Земли имела своих сторонников ещё в I веке н. э., свидетельствуют некоторые высказывания философов Сенеки , Деркиллида, астронома Клавдия Птолемея . Подавляющее большинство астрономов и философов, однако, не сомневалось в неподвижности Земли.

Аргументы против идеи движения Земли имеются в произведениях Аристотеля и Птолемея . Так, в своем трактате О Небе
Аристотель обосновает неподвижность Земли тем, что на вращающейся Земле брошенные вертикально вверх тела не могли бы упасть в ту точку, из которой началось их движение: поверхность Земли сдвигалась бы под брошенным телом . Другой довод в пользу неподвижности Земли, приводимый Аристотелем, основан на его физической теории: Земля является тяжелым телом, а для тяжелых тел свойственно движение к центру мира, а не вращение вокруг него.

Из сочинения Птолемея следует, что сторонники гипотезы вращения Земли на эти доводы отвечали, что и воздух и все земные предметы совершают движение вместе с Землей. По всей видимости, роль воздуха в этом рассуждении принципиально важна, поскольку подразумевается, что именно его движение вместе с Землей скрывает вращение нашей планеты. Птолемей на это возражает, что

находящиеся в воздухе тела всегда будут казаться отстающими… А если бы тела вращались вместе с воздухом как одно целое, то никакое из них не казалось бы опережающим другое или отстающим от него, но оставалось бы на месте, в полете и бросании оно не совершало бы отклонений или движений в другое место вроде тех, которые мы воочию видим совершающимися, и у них вообще не происходило бы замедления или ускорения, оттого что Земля не является неподвижной .

Средние века

Индия

Первым из средневековых авторов, высказавший предположение о вращении Земли вокруг оси, был великий индийский астроном и математик Ариабхата (кон. V — нач. VI вв.). Он формулирует её в нескольких местах своего трактата Ариабхатия
, например:

Точно также, как человек на движущемся вперед корабле видит закрепленные объекты движущимися назад, так и наблюдатель… видит неподвижные звезды движущимися по прямой линии на запад .

Неизвестно, принадлежит ли эта идея самому Ариабхате или он её заимствовал у древнегреческих астрономов .

Ариабхату поддержал только один астроном, Пртхудака (IX век) . Большинство индийских ученых отстаивало неподвижность Земли. Так, астроном Варахамихира (VI в.) утверждал, что на вращающейся Земле летящие в воздухе птицы не могли бы вернуться к своим гнездам, а камни и деревья слетали бы с поверхности Земли. Выдающийся астроном Брахмагупта (VI в.) повторил также старый аргумент, что тело, упавшее с высокой горы, но смогло бы опуститься к её основанию. При этом он, однако, отверг один из доводов Варахамихиры : по его мнению, даже если бы Земля вращалась, предметы не могли бы оторваться от неё вследствие своей тяжести.

Исламский Восток

Возможность вращения Земли рассматривали многие ученые мусульманского Востока. Так, известный геометр ас-Сиджизи изобрел астролябию , принцип действия которой основан на этом предположении . Некоторые исламские ученые (имена которых до нас не дошли) даже нашли правильный способ опровержения основного довода против вращения Земли: вертикальности траекторий падающих тел. По существу, при этом был высказан принцип суперпозиции движений, согласно которому любое перемещение можно разложить на два или несколько составляющих: по отношению к поверхности вращающейся Земли падающее тело двигается по отвесной линии, но точка, являющаяся проекцией этой линии на поверхность Земли, переносится бы её вращением. Об этом свидетельствует знаменитый ученый-энциклопедист ал-Бируни , который сам, однако, склонялся к неподвижности Земли. По его мнению, если на падающее тело будет действовать какая-то дополнительная сила, то результат её действия на вращающейся Земле приведет к некоторым эффектам, которые на самом деле не наблюдаются .

Среди ученых XIII-XVI веков, связанных с Марагинской и Самаркандской обсерваториями, развернулась дискуссия о возможности эмпирического обоснования неподвижности Земли. Так, известный астроном Кутб ад-Дин аш-Ширази (XIII-XIV вв.) полагал, что неподвижность Земли может быть удостоверена экспериментом. С другой стороны, основатель Марагинской обсерватории Насир ад-Дин ат-Туси полагал, что если бы Земля вращалась, то это вращение разделял бы слой воздуха, прилегающий к её поверхности, и все движения вблизи поверхности Земли происходили бы точно также, как если бы Земля была неподвижной. Он это обосновывал с помощью наблюдений комет: согласно Аристотелю , кометы являются метеорологическим явлением в верхних слоях атмосферы; тем не менее, астрономические наблюдения показывают, что кометы принимают участие в суточном вращении небесной сферы. Следовательно, верхние слои воздуха увлекаются вращением небосвода, поэтому и нижние слои также могут увлекаться вращением Земли. Таким образом, эксперимент не может дать ответ на вопрос о том, вращается ли Земля. Однако он оставался сторонником неподвижности Земли, поскольку это соответствовало философии Аристотеля.

Большинство исламских учёных более позднего времени (аль-Урди , аль-Казвини , ан-Найсабури , ал-Джурджани , ал-Бирджанди и другие) были согласны с ат-Туси, что все физические явления на вращающейся и неподвижной Землей проистекали бы одинаково. Однако роль воздуха при этом уже не считалась принципиальной: не только воздух, но и все предметы переносятся вращающейся Землей. Следовательно, для обоснования неподвижности Земли необходимо привлекать учение Аристотеля .

Особую позицию в этих спорах занял третий директор Самаркандской обсерватории Алауддин Али аль-Кушчи (XV в.), отвергавший философию Аристотеля и считавший вращение Земли физически возможным . В XVII веке к аналогичному выводу пришел иранский теолог и ученый-энциклопедист Баха ад-Дин ал-Амили . По его мнению, астрономы и философы не представили достаточных доказательств, опровергающих вращение Земли .

Латинский Запад

Подробное обсуждение возможности движения Земли широко содержится в сочинениях парижских схоластов Жана Буридана , Альберта Саксонского , и Николая Орема (вторая половина XIV в.). Важнейшим аргументом в пользу вращения Земли, а не неба, приведенным в их работах, является малость Земли по сравнению со Вселенной, что делает приписывание суточного вращения небосвода Вселенной в высшей степени противоестественным.

Однако все эти ученые в конечном итоге отвергли вращение Земли, хотя и на разных основаниях. Так, Альберт Саксонский полагал, что эта гипотеза не способна объяснить наблюдаемые астрономические явления. С этим справедливо не согласились Буридан и Орем , по мнению которых небесные явления должны происходить одинаково независимо от того, что совершает вращение, Земля или Космос. Буридан смог найти только один существенный довод против вращения Земли: стрелы, пускаемые вертикально вверх, падают вниз по отвесной линии, хотя при вращении Земли они, по его мнению, должны были бы отставать от движения Земли и падать к западу от точки выстрела.

Но даже и этот довод был отвергнут Оремом . Если Земля вращается, то стрела летит вертикально вверх и одновременно с этим движется на восток, будучи захваченная воздухом, вращающимся вместе с Землей. Таким образом, стрела должна упасть на то же место, откуда она была выпущена. Хотя здесь снова упоминается об увлекающей роли воздуха, в действительности он не играет особой роли. Об этом говорит следующая аналогия:

Подобным образом, если бы воздух был закрыт в движущемся судне, то человеку, окруженному этим воздухом, показалось бы, что воздух не движется… Если бы человек находился в корабле, движущемся с большой скоростью на восток, не зная об этом движении, и если бы он вытянул руку по прямой линии вдоль мачты корабля, ему бы показалось, что его рука совершает прямолинейное движение; точно так же, согласно этой теории, нам представляется, что такая же вещь происходит со стрелой, когда мы пускаем её вертикально вверх или вертикально вниз. Внутри корабля, движущегося с большой скоростью на восток, могут иметь место все виды движения: продольное, поперечное, вниз, вверх, во всех направлениях — и они кажутся точно такими же, как тогда, когда корабль пребывает неподвижным.

Далее Орем приводит формулировку, предвосхищающую принцип относительности :

Я заключаю, следовательно, что с помощью какого бы то ни было опыта невозможно продемонстрировать, что небеса имеют суточное движение и что Земля его не имеет.

Тем не менее, окончательный вердикт Орема о возможности вращения Земли был отрицательным. Основанием для такого вывода был текст Библии :

Однако до сих пор все поддерживают и я верю, что они [Небеса], а не Земля движется, ибо «Бог сотворил круг Земли, который не поколеблется», несмотря на все противоположные аргументы.

О возможности суточного вращения Земли упоминали и средневековые европейские ученые и философы более позднего времени, однако никаких новых аргументов, не содержавшихся у Буридана и Орема , добавлено не было.

Таким образом, практически никто из средневековых ученых так и не принял гипотезу о вращении Земли. Однако в ходе её обсуждения учеными Востока и Запада было высказано множество глубоких мыслей, которые потом будут повторены учеными Нового времени.

Эпоха Возрождения и Новое время

В первой половине XVI века увидели свет несколько сочинений, утверждавших, что причиной суточного вращения небосвода является вращение Земли вокруг оси. Одним из них был трактат итальянца Челио Кальканьини «О том, что небо неподвижно, а Земля вращается, или о вечном движении Земли» (написан около 1525 г., издан в 1544 г.). Он не произвел большого впечатления на современников, поскольку к тому времени уже был опубликован фундаментальный труд польского астронома Николая Коперника «О вращениях небесных сфер» (1543 г.), где гипотеза суточного вращения Земли у него стала частью гелиоцентрической системы мира , как у Аристарха Самосского . Свои мысли Коперник ранее изложил в небольшом рукописном сочинении Малый Комментарий
(не ранее 1515 г.). Два года ранее основного труда Коперника вышло сочинение немецкого астронома Георга Иоахима Ретика Первое повествование
(1541 г.), где популярно изложена теория Коперника.

В XVI веке Коперника полностью поддержали астрономы Томас Диггес , Ретик , Кристоф Ротман, Михаэль Мёстлин , физики Джамбатиста Бенедетти , Симон Стевин , философ Джордано Бруно , богослов Диего де Цунига . Некоторые учёные принимали вращение Земли вокруг оси, отвергая её поступательное движение. Такова была позиция немецкого астронома Николаса Реймерса , известного также как Урсус, а также итальянских философов Андреа Чезальпино и Франческо Патрици . Не совсем ясна точка зрения выдающегося физика Вильяма Гильберта , который поддержал осевое вращение Земли, но не высказывался по поводу её поступательного движения. В начале XVII века гелиоцентрическая система мира (включая вращение Земли вокруг оси) получила внушительную поддержку со стороны Галилео Галилея и Иоганна Кеплера . Наиболее влиятельными противниками идеи движения Земли в XVI — начале XVII века были астрономы Тихо Браге и Христофор Клавиус .

Гипотеза о вращении Земли и становление классической механики

По существу, в XVI-XVII вв. единственным аргументом в пользу осевого вращения Земли было то, что в этом случае отпадает надобность в приписывании звездной сфере огромных скоростей вращения, ведь ещё в античности уже было надежно установлено, что размер Вселенной значительно превышает размер Земли (этот аргумент содержался ещё у Буридана и Орема).

Против этой гипотезы высказывались соображения, основанные на динамических преставлениях того времени. Прежде всего, это вертикальность траекторий падающих тел . Появились и другие доводы, например, равная дальность стрельбы в восточном и западном направлениях. Отвечая на вопрос о ненаблюдаемости эффектов суточного вращения в земных экспериментах, Коперник писал:

Вращается не только Земля с соединенной с ней водной стихией, но также и немалая часть воздуха и все, что каким-либо образом сродно с Землёй, или уже ближайший к Земле воздух пропитанный земной и водной материей, следует тем же самым законам природы, что и Земля, или имеет приобретенное движение, которое сообщается ему прилегающей Землей в постоянном вращении и без всякого сопротивления

Таким образом, главную роль в ненаблюдаемости вращения Земли играет увлечение воздуха её вращением. Такого же мнения придерживались и большинство коперниканцев в XVI веке.

Сторонниками бесконечности Вселенной в XVI веке были также Томас Диггес , Джордано Бруно , Франческо Патрици — все они поддерживали гипотезу о вращении Земли вокруг оси (а первые двое — также вокруг Солнца). Кристоф Ротман и Галилео Галилей полагали звезды расположенными на разных расстояниях от Земли, хотя явно не высказывались по поводу бесконечности Вселенной. С другой стороны, Иоганн Кеплер отрицал бесконечность Вселенной, хотя и был сторонником вращения Земли.

Религиозный контекст споров о вращении Земли

Ряд возражений против вращения Земли был связан с её противоречиями тексту Священного Писания. Эти возражения были двух видов. Во-первых, некоторые места в Библии приводились в подтверждение того, что суточное движение совершает именно Солнце, например:

Восходит солнце и заходит солнце, и спешит к месту своему, где оно восходит .

В данном случае под удар попадало осевое вращение Земли, поскольку движение Солнца с востока на запад является частью суточного вращения небосвода. Часто в этой связи цитировался отрывок из книги Иисуса Навина :

Иисус воззвал к Господу в тот день, в который предал Господь Аморрея в руки Израилю, когда побил их в Гаваоне, и они побиты были пред лицем сынов Израилевых, и сказал пред Израильтянами: стой, солнце, над Гаваоном, и луна, над долиною Авалонскою !

Поскольку команда остановиться была дана Солнцу, а не Земле, отсюда делался вывод, что суточное движение совершает именно Солнце. Другие отрывки приводились в поддержку неподвижности Земли, например:

Ты поставил землю на твердых основах: не поколеблется она во веки и веки .

Эти отрывки считались противоречащими как мнению о вращении Земли вокруг оси, так и обращению вокруг Солнца.

Сторонники вращения Земли (в частности, Джордано Бруно , Иоганн Кеплер и особенно Галилео Галилей ) проводили защиту по нескольким направлениям. Во-первых, они указывали, что Библия написана языком, понятным простым людям, и если бы её авторы давали четкие с научной точки зрения формулировки, она не смогла бы выполнять свою основную, религиозную миссию . Так, Бруно писал:

Во многих случаях глупо и нецелесообразно приводить много рассуждений скорее в соответствии с истиной, чем соответственно данному случаю и удобству. Например, если бы вместо слов: «Солнце рождается и поднимается, переваливает через полдень и склоняется к Аквилону» — мудрец сказал: «Земля идет по кругу к востоку и, покидая солнце, которое закатывается, склоняется к двум тропикам, от Рака к Югу, от Козерога к Аквилону», — то слушатели стали бы раздумывать: «Как? Он говорит, что Земля движется? Что это за новости?» В конце концов они его сочли бы за глупца, и он действительно был бы глупцом .

Такого рода ответы давались в основном на возражения, касавшиеся суточного движения Солнца. Во-вторых, отмечалось, что некоторые отрывки Библии должны быть трактованы аллегорически (см. статью Библейский аллегоризм). Так, Галилей отмечал, что если Св. Писание целиком понимать буквально, то окажется, что у Бога есть руки, он подвержен эмоциям типа гнева и т. п. В целом, главной мыслью защитников учения о движении Земли было то, что наука и религия имеют разные цели: наука рассматривает явления материального мира, руководствуясь доводами разума, целью религии является моральное усовершенствование человека, его спасение. Галилей в этой связи цитировал кардинала Баронио , что Библия учит тому, как взойти на небеса, а не тому, как устроены небеса.

Эти доводы были сочтены католической церковью неубедительными, и в 1616 г. учение о вращении Земли было запрещено, а в 1631 г. Галилей был осужден судом инквизиции за его защиту. Однако за пределами Италии этот запрет не оказал существенного влияния на развитие науки и способствовал главным образом падению авторитета самой католической церкви.

Необходимо добавить, что религиозные доводы против движения Земли приводили не только церковные деятели, но и ученые (например, Тихо Браге ). С другой стороны, католический монах Паоло Фоскарини написал небольшое сочинение «Письмо о воззрениях пифагорейцев и Коперника на подвижность Земли и неподвижность Солнца и о новой пифагорейской системе мироздания» (1615 г.), где высказывал соображения, близкие к галилеевским, а испанский богослов Диего де Цунига даже использовал теорию Коперника для толкования некоторых мест Священного Писания (хотя впоследствии он изменил своё мнение). Таким образом, конфликт между богословием и учением о движении Земли был не столько конфликтом между наукой и религией как таковыми, сколько конфликтом между старыми (к началу XVII века уже устаревшими) и новыми методологическими принципами, полагаемыми в основу науки.

Значение гипотезы о вращении Земли для развития науки

Осмысление научных проблем, поднимаемых теорией вращающейся Земли, способствовало открытию законов классической механики и созданию новой космологии, в основе которой лежит представление о безграничности Вселенной. Обсуждавшиеся в ходе этого процесса противоречия между этой теорией и буквалистским прочтением Библии способствовали размежеванию естествознания и религии.

Движение Земли вокруг Солнца и вокруг своей оси

Опубликовано:

13 апреля 2021, 16:18

Движение Земли: Freepick

Движение Земли вокруг Солнца непрерывно. Благодаря этому постоянному вращению наблюдаем, как меняются на нашей планете времена года. Облетая вокруг небесного светила, Земля еще успевает совершать движение вокруг оси — так сменяются день и ночь. Почему не ощущаем этого движения и как все это происходит? Попробуем отыскать ответы.

Движение Земли вокруг Солнца

Ученые древности сформулировали идею геоцентричности мира. Считалось, что наша планета — недвижимый центр, а все небесные тела совершают вращение вокруг нее.

Первым мысль о том, что Земля вращается вокруг Солнца, высказал великий астроном Аристарх Самосский в III веке до н. э. Он предложил революционную на тот момент гелиоцентрическую систему мира.

Идею поддержали вавилонянин Селевк (II век до н. э.), Гераклид Понтийский, Сенека. Но все же эти ученые оставались в меньшинстве. Так, Аристотель и Птолемей активно доказывали обратное, а в их работах можно прочесть много аргументов в пользу того, что никакого движения Земли не происходит.

Вопросом продолжили заниматься средневековые авторы. Вновь гипотеза о вращении Земли была сформулирована великим индийским астрономом и математиком Ариабхатой (конец V — начало VI вв.).

Поворотным моментом в этой дискуссии стала публикация фундаментального труда «О вращениях небесных сфер», который написал и издал в 1543 году польский и немецкий астроном Николай Коперник. Ему удалось обосновать гипотезу вращения Земли и добиться того, чтобы гелиоцентрическая система мира была рассмотрена и принята человечеством.

Понадобилось еще много экспериментов для подтверждения выводов ученого. Много было скептиков и противников этой идеи.

Только когда Галилей вывел принцип относительности движения, споры начали утихать. Он установил, что равномерное движение Земли не сказывается на процессах, которые на ней протекают. Ученый объяснил, почему мы, жители планеты, ничего не ощущаем во время ее постоянного движения.

Земля в Космосе: Freepick

Для современного человека то, что Земля вращается вокруг Солнца, не сенсация. Исследователи установили такие подробности этого процесса:

• Это движение происходит по особенной орбите (траектории движения), длина которой составляет примерно 930 млн км.
• Скорость движения Земли по орбите равна около 30 км/c, то есть 107 218 км/ч.
• Вращение нашей планеты происходит в направлении востока.
• Земля во время этого вращения сохраняет расстояние от светила в 150 млн км.
• Для одного полного оборота Земле необходимо 365 суток и 6 часов. Промежуток времени, в течение которого происходит это вращение, называем годом.
• За каждые четыре года набираются еще одни сутки. Поэтому через три года на календаре появляется февраль, в котором 29 дней.

Когда наша планета совершает это вращение, то ее угол наклона остается неизменным. По этой причине на определенном отрезке траектории Земля больше поворачивается к светилу нижней частью, в Южном полушарии наступает летний сезон.

В это же время на Северный полюс солнечные лучи попадают в гораздо меньшей степени — там наступает период зимних холодов. Есть и периоды, когда Солнце более-менее равномерно бросает лучи на оба полушария. Происходит это весной и осенью.

Итак, разобрались, с какой скоростью движется Земля вокруг Солнца, и в том, что такое орбита Земли. Но на этом особенности движения Земли не заканчиваются.

Движение Земли вокруг своей оси

Если между Северным и Южным полюсами нашей планеты провести воображаемую линию, то получится так называемая земная ось. Вокруг нее постоянно происходит вращение, о котором известно:

• Земная ось — это не перпендикулярная линия. Она расположена под углом 23,5° по отношению к орбите планеты.
• Вращение вокруг оси осуществляется, как и по орбите, в восточном направлении. Если рассматривать нашу планету сверху в сторону Северного полюса, то вращение оценивается как такое, которое происходит против стрелки часов.
• По мере этого вращения день сменяется ночью.
• Скорость вращения Земли рядом с экватором (разделительная линия, равноудаленная от обоих полюсов, которая проходит по всей окружности планеты) составляет 465 м/с (1 674 км/ч). По мере удаления от экватора скорость такого движения уменьшается.

Последний факт мало известен, но вызывает интерес. Наглядно его можно продемонстрировать так:

• Рядом с экватором расположен город Кито. Люди, которые в нем живут, незаметно для себя постоянно двигаются вместе с планетой на скорости 465 м/с.
• Жители Москвы, которые живут севернее линии экватора, вращаются практически в два раза медленнее. Их скорость примерно равна 260 м/с.

Земля и Солнце в Космосе: Freepick

Этого вращательного движения люди не ощущают, так как оно осуществляется постоянно и равномерно. При этом еще и меняется. Ученые установили, что каждый год происходит замедление вращения в среднем на четыре миллисекунды.

Объясняют это явление притяжением Луны, которое оказывает воздействие на протекание приливов и отливов на планете. Когда они происходят, Луна старается притянуть к себе воду и двигает ее в направлении, которое противоположно ходу Земли.

Это своеобразное противодействие провоцирует возникновение незначительной силы трения на дне водоемов. По законам физики данный процесс приводит к небольшому замедлению скорости движения Земли.

Крайние точки в процессе вращения нашей планеты — это такие даты:

1. Зимнее солнцестояние (21 декабря). В области Южного полярного круга в этот день ночь не наступает. Северный полярный круг, наоборот, оказывается на сутки под покровом ночи.
2. Летнее солнцестояние (21 июня). На этот раз все происходит с точностью наоборот: Южный полярный круг на сутки пленяет ночь, а на Северном день продолжается все 24 часа.
3. В дни весенних (20 марта) и осенних равноденствий (22 или 23 сентября в зависимости от года) ближе всего к Солнцу располагается экватор, а день с ночью равны по продолжительности в обоих полушариях.

Почему же Земля не улетает в космические просторы и не падает на Солнце, если она постоянно находится в движении? Действительно, во время ее вращения происходит выработка центробежной силы, которая направлена на то, чтобы отбросить планету от Солнца.

Но это не происходит, потому что движение Земли всегда имеет одинаковую скорость, а безопасное расстояние до светила соотносится с центробежной силой.

Если бы Солнце не притягивало Землю, она бы отправилась «путешествовать» по Галактике. Наша планета упала бы на свою звезду, если бы скорость вращения на орбите была медленнее. Благодаря идеальному природному балансу всех этих сил и скоростей ни того, ни другого не происходит.

Движение Земли вокруг Солнца подчиняется целому ряду законов, которые человечество разгадывало в течение веков. Люди долго пытались найти иные объяснения смене дня и ночи и времен года. Но теперь точно установлено, что наша планета вращается, а мы движемся вместе с ней.

Оригинал статьи: https://www.nur.kz/family/school/1907566-dvizhenie-zemli-vokrug-solntsa-i-vokrug-svoey-osi/

Земля кружится вокруг своей оси. Почему и в какую сторону вращается Земля вокруг Солнца? Движение Земли вокруг Солнца

Человеку потребовалось множество тысячелетий на понимание того, что Земля не является центром Вселенной и пребывает в постоянном движении.

Фраза Галилео Галлилея «И все-таки она вертится!» навсегда вошла в историю и стала своеобразным символом той эпохи, когда ученые из разных стран пытались опровергнуть теорию о геоцентрической системе мира.

Хотя вращение Земли было доказано около пяти столетий назад, точные причины, побуждающие ее двигаться, неизвестны до сих пор.

Почему Земля крутится вокруг оси?

В Средневековье люди считали, что Земля неподвижна, а Солнце и другие планеты вертятся вокруг нее. Только в XVI веке астрономам удалось доказать обратное. Несмотря на то что многие связывают это открытие с Галлилеем, на самом деле оно принадлежит другому ученому – Николаю Копернику.

Именно он в 1543 году написал трактат «Об обращении небесных сфер», где выдвинул теорию о движении Земли . Долгое время эта идея не получала поддержки ни со стороны его коллег, ни со стороны церкви, но в итоге оказала огромное влияние на научную революцию в Европе и стала основополагающей в дальнейшем развитии астрономии.

После того как теория о вращении Земли была доказана, ученые принялись искать причины этого явления. На протяжении последних столетий было выдвинуто множество гипотез, но даже сегодня точно ответить на этот вопрос не может ни один астроном.

В настоящее время существует три основные версии, которые имеют право на жизнь – теории об инертном вращении, магнитных полях и воздействии на планету солнечного излучения.

Теория об инертном вращении

Некоторые ученые склонны полагать, что когда-то (еще во времена своего появления и формирования) Земля раскрутилась, а сейчас вращается по инерции. Образовавшись из космической пыли, она стала притягивать к себе другие тела, которые придавали ей дополнительный импульс. Это предположение относится и к другим планетам Солнечной системы.

У теории есть немало противников, поскольку она не может объяснить, почему в разное время скорость движения Земли то увеличивается, то уменьшается. Непонятен также тот факт, по какой причине некоторые планеты Солнечной системы вращаются в другую сторону, как например Венера.

Теория о магнитных полях

Если попытаться соединить между собой два магнита с одинаково заряженным полюсом, они начнут отталкиваться друг от друга. Теория о магнитных полях предполагает, что полюса Земли тоже заряжены одинаково и как бы отталкиваются друг от друга, что заставляет планету вращаться.

Что интересно, недавно ученые сделали открытие, согласно которому магнитное поле Земли толкает ее внутренне ядро с запада на восток и заставляет его вращаться быстрее, чем остальная планета.

Гипотеза о воздействии Солнца

Наиболее вероятной принято считать теорию об излучении Солнца. Хорошо известно, что оно прогревает поверхностные оболочки Земли (воздух, моря, океаны), но при этом нагрев происходит неравномерно, в результате чего образуются морские и воздушные течения.

Именно они при взаимодействии с твердой оболочкой планеты заставляют ее вращаться. Своего рода турбинами, определяющими быстроту и направление движения, выступают континенты. Если они недостаточно монолитны, начинается их дрейф, что оказывает влияние на рост или снижение скорости.

Почему Земля движется вокруг Солнца?

Причиной обращения Земли вокруг Солнца называют инерцию. Согласно теории об образовании нашей звезды, около 4,57 млрд. лет назад в космосе возникло огромное количество пыли, которое постепенно превратилось в диск, а затем – в Солнце.

Внешние частички этой пыли стали соединяться между собой, образуя планеты. Уже тогда они по инерции начали вращаться вокруг звезды и продолжают двигаться по той же траектории и сегодня.

Согласно закону Ньютона, все космические тела передвигаются по прямой, то есть на самом деле планеты Солнечной системы, включая Землю, должны были давно улететь в открытый космос. Но этого не происходит.

Причина заключается в том, что Солнце имеет большую массу и, соответственно, огромную силу притяжения. Земля во время движения все время пытается устремиться от него по прямой линии, но гравитационные силы притягивают ее обратно, поэтому планета удерживается на орбите и крутится вокруг Солнца.

В том факте, что Земля крутится как вокруг своей оси, так и вокруг Солнца, нашего естественного светила, сегодня нет сомнений ни у кого из людей. Это абсолютный и подтвержденный факт, однако почему Земля крутится именно так, как она это делает? В данном вопросе мы сегодня и разберемся.

Почему Земля крутится вокруг своей оси

Начнем мы с самого первого вопроса, который заключается в природе самостоятельного вращения нашей планеты.

И ответом на данный вопрос, как на многие другие вопросы о тайнах нашей вселенной, является Солнце. Именно воздействие Солнечных лучей на нашу планету приводит её в движение. Если же немного больше углубиться в данный вопрос, то стоит отметить, что солнечные лучи прогревают атмосферу и гидросферу планеты, которые приводятся в движения в процессе нагрева. Такое движение и заставляет Землю двигаться.

Что же касается ответа на вопрос, почему Земля крутится против часовой стрелки, а не по ней, то как такового фактического подтверждения данному факту нет. Однако стоит отметить, что большинство тел в нашей Солнечной системе вращается именно по направлению против часовой стрелки. Именно поэтому данное условие коснулось и нашей планеты.

Кроме того, важно понимать, что Земля вращается против часовой стрелки только при условии, что на её движение наблюдение будет происходить с северного полюса. В случае наблюдений со стороны южного полюса, вращения будут происходить иначе – по часовой стрелке.

Почему Земля крутится вокруг Солнца

Что же касается более глобального вопроса, связанного с вращением нашей планеты вокруг своего естественного светила, то его мы максимально подробно рассматривали в рамках соответствующей статьи на нашем сайте. Однако если говорить коротко, то причиной такому вращению является закон всемирного тяготения, который в Космосе действует как и на Земле. И он заключается в том, что тела с более большой массой притягивают к себе менее «увесистые» тела. Таким образом, Земля притягивается к Солнцу и осуществляет вращение вокруг звезды за счет своей массы, а также ускорения, двигаясь строго по существующей орбите.

Почему Луна крутится вокруг Земли

Природу вращений естественного спутника нашей планеты мы также уже рассматривали, и причина такого движения имеет аналогичный характер – закон всемирного тяготения. Земля, разумеется, имеет более серьезную массу, чем Луна. Соответственно – Луна притягивается к Земле и производит движение по её орбите.

Теория о мире, как геоцентрической системе, в былые времена не раз подвергалась критике и сомнениям. Известно, что над доказательством этой теории трудился Галилео Галилей. Это ему принадлежит вошедшая в историю фраза: «И все-таки она вертится!». Но всё же не ему удалось это доказать, как думают многие, а Николаю Копернику, который в 1543 написал трактат о движении небесных тел вокруг Солнца. Удивительно, но, несмотря на все эти доказательства, о круговом ходе Земли вокруг огромного светила, в теории остаются ещё открытые вопросы о причинах, побуждающих её к этому движению.

Причины движения

Средневековье позади, когда люди считали нашу планету неподвижной, и ее движения уже никто не оспаривает. А вот причины, по которым Земля направляется в путь вокруг Солнца, доподлинно неизвестны. Выдвинуто три теории:

• инертное вращение;
• магнитные поля;
• воздействие солнечного излучения.

Существуют и другие, но они не выдерживают критики. Интересно и то, что вопрос: «В какую сторону вращается Земля вокруг огромного небесного светила?», тоже недостаточно корректен. Ответ на него получен, но он точен лишь относительно общепринятого ориентира.

Солнце — это огромная звезда, вокруг которой сосредоточена жизнь в нашей планетарной системе. Все эти планеты совершают ход вокруг Солнца по своим орбитам. Земля движется по третьей орбите. Изучая вопрос: «В какую сторону вращается Земля по орбите?», учёные сделали множество открытий. Они поняли, что сама орбита не идеальна, поэтому наша зелёная планета находится от Солнца в разных её точках на отличных друг от друга расстояниях. Поэтому было высчитано среднее значение: 149 600 000 км.

Ближе всего Земля к Солнцу 3 января, а дальше — 4 июля. С этими явлениями связывают понятия: наименьший и наибольший временной день в году, по отношению к ночи. Изучая всё тот же вопрос: «В какую сторону вращается Земля по своей солнечной орбите?», учёные сделали ещё один вывод: процесс кругового хода происходит и по орбите, и вокруг собственного невидимого стержня (оси). Сделав открытия этих двух вращений, учёные задались вопросами не только причин, вызывающих такие явления, но и о форме орбиты, а также скорости вращения.

Как учёные определили, в какую сторону вращается Земля вокруг Солнца в планетарной системе?

Орбитальную картину планеты Земля описал немецкий астроном и математик В своём фундаментальном труде «Новая астрономия» он называет орбиту эллиптической.

Все объекты на поверхности Земли вращаются вместе с ней, используя общепринятые описания планетарной картины Солнечной системы. Можно сказать, что, наблюдая со стороны севера из космоса, на вопрос: «В какую сторону вращается Земля вокруг центрального светила?», ответ будет следующим: «С запада на восток».

Сравнивая с движениями стрелки в часах — это против её хода. Такую точку зрения приняли относительно Полярной звезды. То же самое увидит человек, находящийся на поверхности Земли со стороны Северного полушария. Представив себя на шаре, движущемся вокруг неподвижного светила, он увидит своё вращение справа налево. Это равносильно ходу против стрелки часов или с запада на восток.

Земная ось

Все это касается и ответа на вопрос: «В какую сторону вращается Земля вокруг своей оси?» — в противоположном ходу стрелки часов. Но если представить себя наблюдателем в Южном полушарии, картина будет выглядеть иначе — наоборот. Но, понимая, что в космосе понятия запада и востока отсутствуют, учёные оттолкнулись от земной оси и Полярной звезды, на которую ось направлена. Это и определило общепринятый ответ на вопрос: «В какую сторону вращается Земля вокруг своей оси и вокруг центра Солнечной системы?». Соответственно Солнце показывается утром из-за горизонта с восточного направления, а скрывается от наших взоров на западе. Интересно то, что многие сравнивают земные обороты вокруг собственного невидимого осевого стержня с вращением волчка. Но при этом земная ось не видна и несколько наклонена, а не вертикальна. Всё это отражается на форме Земного шара и эллиптической орбиты.

Звёздные и солнечные сутки

Кроме ответа на вопрос: «В какую сторону вращается Земля по часовой или против хода стрелки часов?», учёные рассчитали время оборота вокруг своей невидимой оси. Оно составляет 24 часа. Интересно то, что это лишь примерное число. Фактически, полный оборот на 4 минуты меньше (23 ч. 56 мин. 4,1 сек.). Это так называемый звёздный день. Мы же считаем сутки по солнечному дню: 24 часа, так как Земле на своей планетарной орбите каждый день необходимы ещё дополнительные 4 минуты, чтобы вернуться на своё место.

Земля находится постоянно в движении, вращаясь вокруг Солнца и вокруг своей собственной оси. Это движение и постоянный наклон оси Земли (23,5°) определяет многие эффекты, которые мы наблюдаем как нормальные явления: ночь и день (из-за вращения Земли вокруг своей оси), смена сезонов (из-за наклона оси Земли), и разный климат в различных областях. Глобусы можно вращать и их ось имеет наклон как и ось Земли (23,5°), поэтому с помощью глобуса можно проследить движение Земли вокруг своей оси довольно точно, а с помощью системы «Земля — Солнце» можно проследить движение Земли вокруг Солнца.

Земля вращается вокруг своей собственной оси с запада на восток (против часовой стрелки, если смотреть со стороны Северного полюса). Земле требуются 23 часа, 56 минут, и 4.09 секунды, чтобы закончить один полный оборот вокруг собственной оси. День и ночь обусловлены вращением Земли. Угловая скорость вращения Земли вокруг своей оси или угол, на который поворачивается любая точка на поверхности Земли, одинаков. Он составляет 15 градусов за один час. А вот линейная скорость вращения в любом месте на экваторе составляет приблизительно 1 669 километров в час (464 м/с), уменьшаясь до нуля на полюсах. Например, скорость вращения на широте 30° — 1445 км/ч (400 м/с).
Мы не замечаем вращения Земли по той простой причине, что параллельно и одновременно с нами движутся с той же скоростью все предметы вокруг нас и нет «относительных» движений предметов вокруг нас. Если, например, корабль будет идти равномерно, без ускорения и торможения по морю в спокойную погоду без волнения на поверхности воды, мы совсем не будем ощущать того, как такой корабль движется, если будем находиться в каюте без иллюминатора, поскольку все предметы внутри каюты будут двигаться параллельно вместе с нами и кораблём.

В то время, как Земля вращается вокруг собственной оси, она обращается и вокруг Солнца с запада на восток против часовой стрелки, если смотреть с северного полюса. Земле требуется один звездный год (около 365,2564 суток), чтобы закончить один полный оборот вокруг Солнца. Путь движения Земли вокруг Солнца называется орбитой Земли
и эта орбита не идеально круглая. Среднее расстояние от Земли до Солнца — приблизительно 150 миллионов километров, и это расстояние изменяется до 5 миллионов километров, формируя небольшой овал орбиты (эллипс). Ближайшая к Солнцу точка орбиты Земли, называется — Перигелий. Земля проходит эту точку в начале января. Наиболее удалённая от Солнца точка орбиты Земли, называется — Афелий. Земля проходит эту точку в начале июля.
Так как наша Земля движется вокруг Солнца по эллиптической траектории, то скорость по орбите изменяется. В июле скорость минимальна (29,27 км/сек) и после прохождения афелия (верхняя красная точка на анимации) она начинает ускоряться, а в январе скорость максимальна (30,27 км/сек) и начинает замедляться после прохождения перигелия (нижняя красная точка).
В то время, пока Земля делает один оборот вокруг Солнца, она преодолевает расстояние равное 942 миллионов километров за 365 дней, 6 часов, 9 минут и 9.5 секунд, то есть мы мчимся вместе с Землёй вокруг Солнца со средней скоростью 30 км в секунду (или 107 460 км в час), и в тоже самое время Земля вращается вокруг своей собственной оси за 24 часа один раз (за год 365 раз).
На самом деле, если рассматривать движение Земли более скрупулёзно, то оно намного сложнее, так как на Землю влияют различные факторы: вращение Луны вокруг Земли, притяжение других планет и звезд.

Шарообразна, однако, это не идеальный шар. Из-за вращения планета немного сплюснута у полюсов, такую фигуру принято называть сфероидом или геоидом — «подобным земле».

Земля огромна, ее размер трудно представить. Основные параметры нашей планеты следующие:

• Диаметр — 12570 км
• Длина экватора — 40076 км
• Длина любого меридиана — 40008 км
• Общая площадь поверхности Земли — 510 млн. км2
• Радиусу полюсов — 6357 км
• Радиусу экватора — 6378 км

Земля одновременно вращается вокруг солнца и вокруг собственной оси.

Земля вращается вокруг наклонной оси с запада на восток. Половина земного шара освещается солнцем, там в это время день, вторая половина находится в тени, там ночь. Благодаря вращению Земли происходит смена дня и ночи. Один оборот вокруг своей оси Земля делает за 24 часа — сутки.

Из-за вращения происходит отклонение движущихся потоков (рек, ветров) в северном полушарии — вправо, а в южном — влево.

Вращение Земли вокруг Солнца

Вокруг солнца Земля вращается по круговой орбите, полный оборот совершается за 1 год. Земная ось не вертикальна, она наклонена под углом 66,5° к орбите, угол этот остается постоянным во время всего вращения. Главным следствием этого вращения является смена времен года.

Рассмотрим крайние точки вращения Земли вокруг Солнца.

• 22 декабря
  — день зимнего солнцестояния. Ближе всего к солнцу (солнце находится в зените) в этот момент находится южный тропик — поэтому в южном полушарии лето, в северном – зима. Ночи в южном полушарии короткие, на южном полярном круге 22 декабря день длится 24 часа, ночь не наступает. В северном полушарии все, наоборот, на северном полярном круге ночь длится 24 часа.
• 22 июня
  — день летнего солнцестояния. Ближе всего к солнцу находится северный тропик, в северном полушарии лето, в южном – зима. На южном полярном круге ночь длится 24 часа, а на северном ночь не наступает вовсе.
• 21 марта, 23 сентября
  — дни весеннего и осеннего равноденствий Ближе всего к солнцу находится экватор, день равен ночи в обоих полушариях.

Как доказали, что Земля вертится?

То, что Земля действительно вращается вокруг своей оси, можно доказать разными способами.

Когда учёные точно измерили Землю, оказалось, что она имеет не совсем правильную форму шара, а слегка сплюснута с двух противоположных сторон — у своих полюсов. Это открытие, однако, совсем не было неожи­данным, так как ещё значительно раньше великий англий­ский математик Ньютон доказал с помощью расчётов, что благодаря своему вращению Земля обязательно должна быть сплюснутой. Объясняется это действием на Землю так называемой центробежной силы.

Вы знаете, что если привязать камень к концу ве­рёвки и, взяв верёвку за другой конец, начать её быстро вращать вместе с камнем, верёвка сильно натянется, а иногда может и разорваться. Это объясняется действием на камень центробежной силы, возникшей при его вра­щении. Кусочки грязи, прилипшие к колесу телеги, при вращении колеса далеко отбрасываются под действием той же центробежной силы.

Наш земной шар из-за своего вращения тоже под­вергается действию центробежной силы. Правда, ско­рость вращения Земли не настолько велика, чтобы цен­тробежная сила могла разорвать Землю на части. Но всё-таки, как показывают расчёты, внешний вид Земли под действием этой силы должен несколько измениться: Земля должна потерять правильную форму шара, а именно, несколько растянуться поперёк оси своего вра­щения и одновременно сжаться вдоль этой оси.

На рис. 4 изображена Земля, ось вращения которой проведена сверху вниз. Эта ось, как мы знаем, проходит через земные по­люсы — северный и южный. Оба полюса неподвижны, все же осталь­ные места земной поверхности вращаются с тем большей ско­ростью, чем дальше они отстоят от полюсов. Всего быстрее дви­жутся места, расположенные на так называемом экваторе — круге, находящемся как раз посредине между двух полюсов и делящем Землю на два полушария: север­ное и южное. Места на экваторе за одну минуту пере­мещаются приблизительно на 30 километров. Вот именно вдоль по экватору земной шар и растянут под дей­ствием центробежной силы и сжат в то же время у полюсов.

Ось вращения земного шара

Когда размеры Земли были точно измерены, то ока­залось, что поперечник экватора на 43 километра длин­нее расстояния между северным и южным полюсами Земли. Это, конечно, очень мало, и при правильном изо­бражении Земли на рисунке, на глаз её сплюснутость не­заметна. Но это вполне подтвердило правильность расчётов Ньютона о сплюснутости Земли, которые он сделал, исходя из вращения Земли вокруг оси.

Кстати, знаете ли вы, что случится, если предполо­жить, что произойдёт невероятное событие — Земля пе­рестанет вращаться вокруг своей оси? Центробежная сила тогда на Земле исчезнет, и вода океанов, которая при вращении Земли поддерживается этой силой на вы­пуклости земного экватора, стечёт к полюсам. Случись так, на Земле осталось бы только два океана: северный полярный и южный полярный, и вся промежуточная область превратилась бы в один огромный материк, опоясывающий Землю кругом.

Есть ещё несколько доказательств вращения Земли. Из них наиболее наглядное было дано около ста лет тому назад французским физиком Фуко.

В одном из высоких парижских зданий, внутренняя высота которого почти достигает 70 метров, Фуко на длинной проволоке подвесил груз весом около 30 кило­граммов. Получился прибор, который носит название маятника. Но этот маятник несколько отличался от всем известного маятника стенных часов. Дело в том, что маятник стенных часов может качаться только в одном направлении, а маятник, устроенный Фуко, мог качаться в разных направлениях, так как груз здесь был подвешен на проволоке.

Наукой установлено, что каждый маятник, такой ли большой, как его соорудил Фуко, или маленький, состоя­щий из короткой нити и небольшого груза, стремится качаться всё время в одном направлении, в том самом, в котором его первоначально толкнули. Маятник сохра­няет это направление и в том случае, если подставку, на которой он подвешен, начать вращать в ту или другую сторону.

Фуко понял, что, пользуясь этим свойством маятника, можно обнаружить вращение Земли. Ведь потолок того здания, в котором Фуко подвесил свой маятник, да и всё здание в целом участвуют во вращении Земли, сам же маятник, после того как его раскачают, будет сопроти­вляться этому вращению и стремиться качаться в прежнем направлении. Значит, как только здание, в котором ка­чается маятник, повернётся из-за вращения Земли на зна­чительный угол, маятник должен изменить направление своего качания относительно здания.

Когда Фуко в 1851 году впервые поставил свой опыт, его расчёты блестяще подтвердились: спустя несколько минут после того как маятник заставили качаться, все присутствующие заметили, что направление качания маятника стало изменяться. Сомнений не было — это был результат вращения Земли.

Почему Фуко, ставя свой опыт, воспользовался маятником таких больших размеров? Во-первых, по­тому, что чем больше маятник, тем легче можно за­метить изменение направления его качания. Во-вторых, большой маятник может качаться сравнительно долго, в то время как маленький маятник быстро перестанет качаться, главным образом потому, что на нём силь­но сказывается тормозящее действие сопротивления воздуха.

Опыт Фуко повторялся много раз в различных ме­стах Земли, и во всех случаях те, кто его ставили, своими глазами убеждались в существовании вращения Земли.

В 1931 году, то есть через 80 лет после Фуко, его опыт был поставлен в Ленинграде в бывшем Исаакиевском со­боре в ещё больших размерах. Длина проволоки маятника была 98 метров, вес груза — 60 килограммов. На одно своё полное колебание этот огромный маятник тратил 20 секунд. И уже после трёх-четырёх таких колебаний большинство присутствующих (а их было около 7000 чело­век) смогло заметить, что маятник несколько изменил на­правление своего качания в сторону, противоположную вращению Земли.

• ← Отчего происходит смена дня и ночи?
• Отчего летом теплее, чем зимой? →

Почему мы не чувствуем вращения Земли?. Все обо всем. Том 4

Почему мы не чувствуем вращения Земли?. Все обо всем. Том 4

ВикиЧтение

Все обо всем. Том 4
Ликум Аркадий

Содержание

Почему мы не чувствуем вращения Земли?

Еще несколько столетий назад люди верили, что Земля неподвижна, а Солнце, Луна и звезды вращаются вокруг нее. Легко понять, почему люди так думали. По крайней мере, именно так все выглядело. И никто не мог почувствовать, что Земля вращается. Если Земля вращается, почему предметы не улетают с нее, включая воду в океанах? Сегодня мы, конечно, знаем, что Земля вращается в двух направлениях. Она движется вокруг Солнца и вращается вокруг собственной оси.

Причина того, почему мы не чувствуем этого, — в том, что мы движемся вместе с поверхностью Земли. Нас, как и воду в океанах, на поверхности Землиудерживает гравитация. Вращение Земли известно нам по многим вещам, которые мы наблюдаем и чувствуем. Именно вращение вызывает смену дня и ночи. Если бы Земля не вращалась, то на стороне, обращенной к Солнцу, всегда был бы день, а противоположная сторона всегда находилась бы в темноте. Но каждая точка Земли в течение 24 часов находится сначала на освещенной стороне, а затем на темной.

Другое важное движение Земли, которое мы не можем «чувствовать», но которое меняет нашу жизнь, — это вращение Земли вокруг Солнца. Именно это движение является причиной смены времен года, а вы знаете, как меняется наша жизнь каждый сезон. Это путешествие вокруг Солнца происходит за 365,25 дня, то есть за год, который является мерилом нашей истории, наших жизней и т. д. Смена времен года вызвана наклоном земной оси. Он составляет 23,5 градуса по вертикали. Каждый полюс наклонен к Солнцу в течение полугода и отклонен от него в течение второй половины. Поэтому 6 месяцев северная часть Земли получает больше солнечного света и тепла (на ней лето), а в течение других месяцев она получает меньше солнечного света (это более прохладные времена года).

Почему некоторые древние города оказались под слоями земли и откуда она взялась?

Почему некоторые древние города оказались под слоями земли и откуда она взялась?
Причиной захоронения некоторых древних городов (как, впрочем, и многих других творений рук человеческих) под слоями земли являются несколько факторов, действующих, как правило, совместно.

Первое «Почему?»: почему об этом нужно писать?

Первое «Почему?»: почему об этом нужно писать?
Давайте начнем с основного вопроса: почему я хочу писать именно эту книгу? Если у вас есть одновременно несколько проектов, то, применяя технику «Почему?» к каждому из них, вы сможете решить, с какого начать. Все очень просто:

28. Что такое коды? Почему мигает лампочка “OD OFF”, “Hold”, “S” или “Check AT”? Почему отсутствуют переключения передач?

28. Что такое коды? Почему мигает лампочка “OD OFF”, “Hold”, “S” или “Check AT”? Почему отсутствуют переключения передач?
Здесь речь пойдет об автоматических коробках с электронной системой управления. Работой “электронных” АКПП управляет бортовой трансмиссионный компьютер,

Почему нельзя путешествовать внутри Земли?

Почему нельзя путешествовать внутри Земли?
Во многих произведениях фантастической литературы рассказывается о том, как люди совершают путешествия в глубь Земли. Самым известным произведением подобного рода является роман Жюля Верна, который так и называется –

Почему центр Земли горячий?

Почему центр Земли горячий?
Земля состоит из трех главных слоев – коры, мантии и ядра. Верхний слой – кора. Она состоит из твердых пород, и под континентами ее толщина достигает от 30 до 50 километров.Следующий слой, мантия, уходит вглубь на 2 900 километров. Она также

* Книга Земли*

* Книга Земли*
Стратегия есть искусство воина. Командиры должны воплощать его, а рядовые – знать Путь. Но сейчас в мире нет воинов, отчетливо понимающих Путь Стратегии.В системе мироздания существуют различные Пути. Есть Путь Спасения посредством соблюдения Закона Будды,

Почему Антарктида – самый высокий материк Земли?

Почему Антарктида – самый высокий материк Земли?
Средняя высота коренной (подледной) поверхности Антарктиды равна всего 410 метрам, в то время как средняя высота поверхности всех остальных материков составляет 730 метров. Тем не менее именно Антарктиду считают самым

Как мы чувствуем вкус?

Как мы чувствуем вкус?
Это работа вкусовых рецепторов, находящихся во вкусовых сосочках. Вкусовые сосочки – это скопления клеток, или нервных окончаний, на крохотных бугорках, расположенных на языке. Вкусовые сосочки языка необычайно чувствительны. Они способны

Чувствуем и переживаем вместе с ребенком

Чувствуем и переживаем вместе с ребенком
• Как уже сейчас ребенок общается с внешним миром.• Что он ощущает.• Какое влияние это оказывает на ребенка в дальнейшем.Ни в один из моментов своей дальнейшей жизни человек не развивается столь интенсивно, как в перинатальном

Почему центр Земли горячий?

Почему центр Земли горячий?
Земля состоит из трех главных слоев — коры, мантии и ядра. Верхний слой — кора. Она состоит из твердых пород, и под континентами ее толщина достигает от 30 до 50 километров. Следующий слой, мантия, уходит вглубь на 2900 километров. Она также состоит

Он был «от земли»

Он был «от земли»
Странно распорядилась жизнь судьбою художника Николая Петровича Богданова-Бельского (1868—1945). Он рассказывал о себе: «Я ведь — от земли. Отца не видал: я незаконнорожденный сын бедной бобылки, оттого Богданов, а Бельским стал от имени

Что заставляет Землю каждый день вращаться вокруг своей оси?

Это статья из серии «Любопытные дети» для детей. Разговор просит детей присылать вопросы, на которые они хотели бы получить ответ от эксперта. Приветствуются любые вопросы – серьезные, странные или дурацкие!

Что заставляет Землю каждый день вращаться вокруг своей оси? – Рид, 5 лет, Мельбурн.

Чтобы ответить на этот каверзный вопрос, мы должны оглянуться назад во времени, когда Земля родилась, 4,5 миллиарда лет назад. Мы должны спросить: почему Земля вообще начала вращаться?

Когда наша Солнечная система образовалась из газового облака, называемого туманностью, в ней было много пыли и газа, собравшихся вместе под действием силы гравитации. Пыль и газ уже двигались по кругу. Когда все это слилось воедино, образовав Солнце и планеты, эти новые объекты начали вращаться, а затем вращаться еще быстрее.

Читать далее:
Любознательные дети: Почему у нас лопаются уши?

Как ускорилось вращение

Когда вы делаете вращающийся объект более компактным, он вращается быстрее. Это похоже на то, как фигурист или балерина сводит руки, когда хочет вращаться быстрее.

Итак, когда все камни в скоплении пыли и газа начали собираться вместе, это ускорило вращение Земли.

Мы рассмотрели, что заставило Землю начать вращаться и что заставило ее набрать скорость. Но почему продолжает вращаться ?

Почему вращение продолжается

Теоретически вращающийся объект будет продолжать вращаться вечно, пока вы не добавите или не уберете энергию.

Представьте себе волчок. Вы добавили к нему энергии, запустив спин-офф своей рукой. В конце концов он останавливается, потому что земля, на которой он вращается, равна 9.0003 забирает энергию из игрушечной вершины посредством чего-то, что называется трением.

Трение — это когда что-то трется о предмет или тянет его за собой и отнимает энергию. Вы когда-нибудь замедляли себя во время спуска, волоча ногу по земле? Это трение.

В игрушке-спиннере не так много трения. Вот почему они могут крутиться так долго.

Но, в конце концов, даже воздух вокруг вас может вызвать трение и замедлить волчок или спиннер.

Назад на Землю

Теперь представьте Землю, парящую в космосе. Он будет продолжать вращаться, если что-то не замедлит его. Потребуется МНОГО энергии, чтобы замедлить вращающуюся Землю, потому что она такая большая.

Он не вращается на земле, поэтому земля его не замедлит. За пределами нашей собственной атмосферы нет воздуха, который мог бы его замедлить. Вот почему Земля продолжала вращаться в течение очень долгого времени.

Читать далее:
Любознательные дети: будет ли Вселенная расширяться вечно или сжиматься в результате большого сжатия?

Однако некоторые вещи замедляют движение Земли или могут изменить ее вращение в будущем.

Возможно, вы слышали, что Луна вызывает волны и приливы в наших океанах. Из-за этого Земля замедляется очень медленно (около 1 секунды каждые 50 000 лет). В результате Луна также медленно удаляется от нас.

Когда Земля и Луна были совсем молодыми, Луна была намного ближе (на самом деле считается, что Луна когда-то была частью Земли, но они развалились во время взрывного столкновения с огромным астероидом.)

Откуда мы это знаем? Что ж, ученые, исследующие горные породы, поняли, что раньше в году было намного больше дней. В эпоху динозавров в сутках было 22 часа, а не 24 часа, как сегодня.

Притяжение Солнца также заставляет Землю немного замедляться. И если астероид или комета столкнутся с Землей, это может ускорить нас, замедлить или даже сбить с ног (ученые думают, что это могло произойти с Ураном, который на самом деле лежит на боку — вы можете сказать по вертикальным полосам, облака, а не горизонтальные, которые вы видите на Земле, Юпитере и Сатурне).

Вот еще несколько интересных фактов о вращении планет:

• У всех планет разная продолжительность дня. Сутки Меркурия длятся около 59 земных суток, а сутки Юпитера длятся всего 10 земных часов.

• У Венеры самый длинный день (если вы определяете день как один полный оборот) почти из 117 земных дней. На самом деле он вращается в направлении, противоположном всем остальным планетам, кроме Урана.

• Такая разная продолжительность дня обусловлена ​​тем, как сформировались планеты и что на них повлияло, когда они были очень молоды.

Привет, любознательные малыши! У вас есть вопрос, на который вы хотели бы получить ответ от эксперта? Попросите взрослого отправить нам свой вопрос. Они могут:

* Расскажите нам в Твиттере

CC BY-ND

_Пожалуйста, сообщите нам ваше имя, возраст и город, в котором вы живете. Вы также можете прислать аудиозапись вашего вопроса, если хотите. Присылайте столько вопросов, сколько хотите! Мы не сможем ответить на все вопросы, но постараемся.

Видео: Почему у нас разные времена года?

Знаете ли вы, что солнечный свет падает на Землю по-разному в разное время года? В этой визуализации наблюдайте, как Земля вращается вокруг Солнца, вращаясь, как слегка наклоненный волчок. Это вращение изменяет угол, под которым солнечный свет падает на поверхность нашей планеты, создавая разные времена года, которые мы наблюдаем здесь, на Земле. Вы видите, как солнечный свет в разное время года меняет продуктивность жизни на суше и в наших океанах?

Предлагаемое развитие модуля

Преподаватели заметят естественное развитие содержания, охватывающего науки о земле и жизни, в этой серии из трех роликов с использованием обширных наборов научных данных. Начните свой модуль с практического, умственного моделирования причины смены времен года на Земле (Задание 1), используя приведенное выше видео в качестве подкрепления. Затем исследуйте влияние времен года на фотосинтез по всему миру в потрясающем временном отрезке. Последний клип добавляет животных в смесь, накладывая на эту уже знакомую карту набор данных о моделях миграции птиц.

Задание 1: Дни длиннее, ночи короче (3–8 классы)

Вышеупомянутый ролик служит полезным дополнением к более длинному уроку, который объясняет, почему на Земле есть времена года. Попросите своих учеников встать и использовать свои тела в активной модели! Эта кинестетическая деятельность демонстрирует учащимся, что наклон Земли ответственен за смещение световых паттернов и смену времен года. После того, как ваши ученики получат более четкое представление об этой традиционно запутанной концепции, используйте приведенный выше ролик, чтобы просмотреть и закрепить их понимание.

Занятие 2: Фотосинтез из космоса (6-11 классы)

Теперь, когда ваши ученики понимают причину смены времен года, расширьте модуль, чтобы изучить инструментальную роль солнца в питании пищевых сетей, начиная с производителей. Этот клип иллюстрирует влияние солнца на сезонное изобилие растительного вещества, производимого на суше и в наших океанах. Как растения реагируют на сезонные изменения солнечного света? Какие участки суши и океанов наиболее продуктивны в разное время года и почему?

Занятие 3: Почему птицы мигрируют? (6–10 классы)

Теперь ваш класс уверенно использует шаблоны для определения причинно-следственных связей. Могут ли они расширить этот уровень пищевой цепи до хищников? В этой визуализации вы увидите, как сезонные изменения влияют на модели поведения животных. Отслеживайте перемещение двух перелетных хищных птиц — скопы и стервятника — во время их путешествия между Северной и Южной Америкой в ​​течение одного календарного года. Помогите своим ученикам установить связи относительно того, как популяции организмов зависят от живых существ, на которые они охотятся.

Связи со стандартами

Научные стандарты следующего поколения Основные дисциплинарные идеи для серии из трех видео

• ESS1.A: Вселенная и ее звезды
  • (6-8)  Модели видимого движения солнца, луны и звезд на небе можно наблюдать, описывать, предсказывать и объяснять с помощью моделей.
     
• ESS1.B: Земля и Солнечная система
  • (5)  Орбиты Земли вокруг Солнца и Луны вокруг Земли вместе с вращением Земли вокруг оси между ее Северным и Южным полюсами вызывают наблюдаемые закономерности. К ним относятся день и ночь; ежедневные изменения длины и направления теней; и разное положение солнца, луны и звезд в разное время дня, месяца и года.
  • (6-8)  Ось вращения Земли фиксирована по направлению в краткосрочной перспективе, но наклонена относительно ее орбиты вокруг Солнца. Времена года являются результатом этого наклона и вызваны разной интенсивностью солнечного света в разных областях Земли в течение года.
     
• LS1.C: Организация потоков материи и энергии в организмах
  • (6-8)  Растения, водоросли (включая фитопланктон) и многие микроорганизмы используют энергию света для производства сахаров (пищи) из углекислого газа из атмосферы и воды в процессе фотосинтеза, при котором также выделяется кислород.
  • (9-12)  В процессе фотосинтеза световая энергия преобразуется в накопленную химическую энергию путем преобразования углекислого газа и воды в сахара и высвобождаемый кислород.
     
• LS2.A: Взаимозависимые отношения в экосистемах:
  • (6-8)  Организмы и популяции организмов зависят от их взаимодействия с окружающей средой как с другими живыми существами, так и с неживыми факторами.
  • (6-8)  В любой экосистеме организмы и популяции со схожими потребностями в пище, воде, кислороде или других ресурсах могут конкурировать друг с другом за ограниченные ресурсы, доступ к которым, следовательно, ограничивает их рост и размножение.
• PS3.D: Энергия в химических процессах и повседневной жизни:
  • ​(5)  Энергия, высвобождаемая [из] пищи, когда-то была энергией солнца, которая улавливалась растениями в химическом процессе, образующем растительную материю (из воздуха и воды).
  • (6-8)  Химическая реакция, посредством которой растения производят сложные пищевые молекулы (сахара), требует поступления энергии (например, от солнечного света). В этой реакции углекислый газ и вода объединяются, образуя органические молекулы на основе углерода и выделяя кислород. Клеточное дыхание растений и животных включает химические реакции с кислородом, которые высвобождают накопленную энергию. В этих процессах сложные молекулы, содержащие углерод, реагируют с кислородом с образованием двуокиси углерода и других материалов.
  • (9-12)  Основным способом улавливания и хранения солнечной энергии на Земле является сложный химический процесс, известный как фотосинтез.

Принципы и концепции охраны окружающей среды штата Калифорния

• Принцип III: Природные системы проходят через циклы, от которых люди зависят, от которых получают пользу и которые могут изменять.
  • Концепция a: Учащиеся должны знать, что природные системы проходят через циклы и процессы, необходимые для их функционирования.

Словарь для студентов

• двуокись углерода: бесцветный газ без запаха, присутствующий в атмосфере, образующийся при дыхании, образующийся при разложении органических веществ, используемый растениями в фотосинтезе и образующийся при сжигании любого топлива, содержащего углерод
• орбита: путь, описываемый одним небесным телом при его обращении вокруг другого
• период обращения: время, необходимое данному объекту для совершения одного полного оборота вокруг другого объекта; Земля совершает оборот вокруг Солнца за 365 дней.
• фотосинтез:  процесс, посредством которого клетка улавливает энергию солнечного света и использует ее для приготовления пищи
• первичный производитель: организм, такой как растение, которое может производить себе пищу

Как учителя использовали этот видеоклип?

» Видео о том, почему у нас разные времена года, просто фантастическое, и я буду использовать его вместе с кинестетической астрономией, когда буду рассказывать о системе Солнце-Земля, о том, почему у нас есть времена года и как солнце управляет круговоротом воды. / обеспечивает энергией сезоны / и т. д.» — Учитель естественных наук 6-го класса из Стоктона, Калифорния

«Я хотел бы использовать некоторые видео и наводящие вопросы, чтобы установить связи с явлениями реального мира». – Старшая школа жизни и естествознания, учитель из Беркли, Калифорния

У вас есть идея, которую вы хотели бы, чтобы мы разместили на этой странице? Пишите нам .

Визуализация, основанная на агрегированных данных, предоставляет уникальную возможность вовлечь ваших учащихся в различные научные практики, указанные в научных стандартах нового поколения, включая задавание вопросов, анализ и интерпретацию данных и построение объяснений. Например, преподаватели Академии разработали образцы заданий, таких как этот один и этот.

Рекомендуемые ресурсы

Астрономические занятия
Вы будете удивлены, узнав, как много астрономии вы можете изучить с помощью источника света, малярного скотча и банки пластилина. В этой коллекции представлены девять наших самых популярных занятий.

Почему у нас есть времена года?
Эта веб-страница НАСА опровергает ошибочное представление о том, что расстояние между Землей и Солнцем является причиной смены времен года, и объясняет, что истинной причиной является наклон Земли.

Интерактивная программа «Времена года»
Эта интерактивная программа поможет учащимся понять причину смены времен года, управляя временем и наклоном Земли.

Причина времен года
Этот веб-сайт дает справочную информацию о том, почему у нас есть времена года, и визуализирует угол солнечного света, одну из причин времен года.

Орбита Земли вокруг Солнца
В этой статье Universe Update представлена ​​справочная информация об орбитальной механике системы Земля-Солнце и о том, как это влияет на то, почему у нас есть времена года.

Источники данных

Фитопланктон Блум изображения
НАСА Модис

Данные о производительности земли
НАСА Модис Команда Land Science, NASA Earth Apportingator Team

. Reto Stockeli 91101010101010505050505010101010101010101010101010101010101010101010101010101010 гг. , профессор кафедры ботаники и патологии растений Орегонского государственного университета, www.science.oregonstate.edu/oceanproductivity

Earth Imagery
NASA Visible Earth

Другие клипы из Habitat Earth

video-youtube

Живая почва под нашими ногами

Отправляйтесь под землю, чтобы вблизи увидеть муравьев, амеб и бактерии, поддерживающие здоровую почву.

video-youtube

Совершите виртуальное погружение в лес водорослей

Погрузитесь в калифорнийский лес водорослей и узнайте о сложных, красочных экосистемах прямо у нашего побережья.

видео-youtube

Как распространялась человеческая цивилизация? (Северная Америка)

Как распространилось сельское хозяйство в Северной Америке? Какие закономерности вы замечаете?

Среда обитания Земля в классе

Просмотрите обширный набор образовательных ресурсов из отмеченного наградами шоу  Среда обитания Земля.

Хранилище научных видео

Наша коллекция учебных видео поможет вашим учащимся визуализировать данные и понять научные концепции.

Мы благодарим наших доноров

Инициатива по повышению экологической грамотности, основное финансирование предоставлено

This Month in Physics History

не было очевидной визуальной демонстрации вращения Земли, только астрономические свидетельства.

Еще во времена Галилея ученые пытались продемонстрировать вращение Земли, сбрасывая объекты и измеряя, как далеко на восток они приземляются, но эти попытки были слишком грубыми и неточными, чтобы сделать окончательные выводы.

До знаменитой демонстрации маятника Леона Фуко в 1851 году не было явных динамических доказательств вращения Земли.

Жан Бернар Леон Фуко родился в Париже в сентябре 1819 года в семье издателя. В школьные годы он был довольно робким мальчиком и никогда не добивался больших успехов в учебе. Большая часть его образования была получена дома. Его мать хотела, чтобы он стал врачом, поэтому он поступил в медицинскую школу, но быстро понял, что не выносит вида крови, и бросил учебу.

У Фуко не было формального научного образования, но он обладал большой ловкостью, талантом к созданию механических устройств и прекрасным интуитивным пониманием природы. После окончания медицинского института Фуко работал лаборантом. Затем он заинтересовался недавно изобретенным фотографическим процессом Дагера и использовал его для создания первой фотографии солнца. Вместе со своим соавтором Арманом Физо он разработал способ измерения скорости света с помощью вращающихся зеркал, а в 1850 году показал, что свет в воде распространяется медленнее, чем в воздухе.

Однажды ночью в начале января 1851 года, примерно в 2 часа ночи, согласно его дневникам, Фуко посетило озарение. Он понял, что если бы смог придумать способ подвесить маятник к потолку таким образом, чтобы маятник мог свободно качаться в любом направлении, он смог бы увидеть эффект вращения Земли. Казалось бы, траектория маятника медленно смещалась, в то время как на самом деле плоскость колебаний маятника оставалась неподвижной, пока Земля вращалась под ним.

Он понял, что маятник должен быть спроектирован очень тщательно. Боб должен быть идеально симметричным. Когда маятник начинал качаться, его нужно было осторожно отпускать, так как малейший толчок мог испортить демонстрацию. Но если все сделать правильно, это будет первая четкая и эффектная демонстрация вращения Земли.

Успешно завершив эксперимент в своем подвале, он был готов попробовать его в большем масштабе. 2 февраля 1851 года Фуко отправил ученым в Париж уведомление, в котором говорилось: «Вы приглашены посмотреть, как Земля вращается».

На следующий день в Меридианном зале Парижской обсерватории собравшиеся ученые действительно стали свидетелями поворота Земли. Первая демонстрация маятника прошла успешно.

Фуко также вывел простое уравнение, известное как его закон синусов, которое дает время, которое потребуется маятнику на любой заданной широте, чтобы совершить полный оборот. На экваторе плоскость колебаний маятника никогда не сдвинется с места, а на Северном полюсе плоскость маятника завершит оборот на 360 градусов за 24 часа. В Париже маятник повернется на 270 градусов за день.

Хотя эта первая демонстрация прошла успешно, элитарный научный истеблишмент, который никогда не принимал Фуко из-за отсутствия у него научной подготовки, медленно оценил его результаты. Возможно, они были раздражены тем, что не сделали открытия сами. Некоторые пытались претендовать на приоритет, но Фуко действительно был первым, кто предложил простой закон синусов. На самом деле, некоторые ученые в то время предсказывали, что эффект, столь ясно продемонстрированный Фуко, вообще не возникнет или будет слишком мал, чтобы его можно было наблюдать.

Фуко повторил демонстрацию для публики в марте в Пантеоне, идеальном здании для такой впечатляющей демонстрации из-за высокого купола. Элегантный мраморный пол Пантеона Фуко покрыл деревянной платформой, на которую он рассыпал тонкий слой песка, так что стрелка маятника прослеживала свой путь в песке, делая медленное вращение четким. Сам маятник представлял собой латунный груз весом 28 кг и диаметром 38 см, подвешенный на проволоке длиной 67 метров.

Публика была в восторге от яркой демонстрации. Обычные парижане стекались посмотреть на выставку. Фуко стал знаменитостью, и вскоре в городах по всему миру появилось еще много таких маятников.
Фуко продолжил свою научную работу. В течение года после первой демонстрации своего маятника Фуко изобрел гироскоп как еще один способ показать вращение Земли. Для другой выставки маятника в Париже в 1855 году Фуко изобрел устройство, которое давало маятнику электромагнитный толчок, чтобы он не замедлялся и в конечном итоге не останавливался.

Наполеон III, который сам был ученым-любителем и поддерживал Фуко, устроил его на должность физика при Императорской обсерватории, где он значительно усовершенствовал телескопы. Тем не менее Французская академия наук не хотела избирать его своим членом. В конце концов, после нескольких петиций, Фуко был наконец избран в 1865 году. Он умер в Париже 11 февраля 1868 года в возрасте 49 лет..

Публика продолжает восхищаться маятниками Фуко, которые можно найти в музеях науки и других общественных местах по всему миру.

Вращение Земли замедлилось за миллиарды лет

Если бы вы могли отправиться в прошлое, в неопротерозойскую эру, около 620 миллионов лет назад, вы бы заметили совершенно другую планету. Большинство наблюдаемых форм жизни были бы инопланетными листьями и червями, и, если бы это не заставило вас вернуться к машине времени, вы бы заметили, что даже дни стали другими. Сотни миллионов лет назад день длился всего около 22 часов в результате того, что планета вращалась вокруг своей оси быстрее, чем сейчас.

В течение миллиардов лет вращение Земли постепенно замедлялось. Этот процесс продолжается и по сей день, и оценки показывают, что продолжительность дня в настоящее время увеличивается примерно на 1,8 миллисекунды каждое столетие. Продолжительность дня также немного меняется от года к году; результат бесчисленных сил как на Земле, так и за ее пределами, толкающих и притягивающих ее вращение.

Ученые до сих пор не до конца понимают все факторы, влияющие на изменение вращения Земли. Но появление чрезвычайно чувствительных инструментов для измерения данных и учета времени позволило им отслеживать изменения вращения нашей планеты с точностью до микросекунды. Усилия показали, что вращение Земли находится в постоянном микроскопическом потоке. Каждый день отличается от предыдущего.

Что будет за день?

Земля вращается как волчок с момента своего образования. Развитие небесных тел путем постепенного гравитационного сращивания камней и пыли, плавающих в космосе, приводит к естественному вращательному движению. Но, будучи приведенным в движение, это вращение никогда не бывает постоянным. Силы внутри самой планеты, такие как движение ее ядра и ветры на ее поверхности, влияют на вращение Земли, а также на внешние процессы, такие как гравитационное притяжение других тел.

Сегодня ученые могут измерять даже малейшие изменения во вращении Земли благодаря методу, известному как интерферометрия со сверхдлинной базой. Он опирается на космические телескопы, расположенные далеко друг от друга на поверхности Земли и настроенные на сигналы из космоса. Когда Земля вращается, эти сигналы появляются и исчезают из поля зрения. Сравнивая время, необходимое для исчезновения и повторного появления сигнала, ученые могут с большой точностью рассчитать, сколько времени требуется Земле, чтобы совершить полный оборот.

Хотя на вращение планеты влияет множество факторов, самым важным и долгоживущим является наш естественный спутник Луна. Миллиарды лет Луна так мягко тянула Землю и замедляла ее вращение. Притяжение Луны является причиной того, что те неопротерозойские дни были короче, чем наши сегодня; именно поэтому дни через миллионы лет будут еще длиннее.

Механизм сводится к обмену энергией между Землей и Луной. Гравитационное притяжение Луны создает небольшую выпуклость на твердой поверхности Земли рядом с луной, но не точно под ней. Несоответствие между положением выступа и притяжением Луны создает крутящий момент как на Земле, так и на Луне, в результате чего Земля постепенно замедляется. Эта вращательная энергия передается Луне, которая удаляется от Земли очень медленно, со скоростью около полутора дюймов в год.

Этот процесс продолжается с тех пор, как Луна начала вращаться вокруг Земли. Некоторые исследования пытались заглянуть еще дальше в прошлое, и одна группа исследователей подсчитала, что 1,4 миллиарда лет назад день длился всего 18,7 часа. По их словам, в то время Луна, вероятно, была примерно на 27 000 миль ближе к Земле, чем сейчас.

Дни нашей жизни

В более коротких масштабах времени есть много разных факторов, влияющих на скорость вращения Земли. Среди наиболее значительных из них — движение расплавленного ядра Земли. Турбулентность в жидких недрах нашей планеты влияет на вращение планеты в целом, хотя трудно сказать, насколько сильно. Наблюдения за ядром Земли проводить сложно, и ученые до сих пор не могут точно определить, насколько оно влияет на вращение планеты.

На поверхности планеты движение ветра и волн также влияет на скорость вращения Земли. Приливы, которые выплескивают океаны вперед и назад, влияют на скорость вращения, как и ветер. Поскольку воздушные потоки отталкиваются от гор и притягивают поверхность Земли за счет трения, они очень незначительно изменяют скорость вращения Земли. Например, в годы Эль-Ниньо Земля вращается немного медленнее из-за того, как меняются ветры.

Сейсмическая активность тоже может влиять на скорость вращения Земли. После землетрясения 2004 года, опустошившего Индонезию и другие страны вдоль побережья Индийского океана, Земля вращалась примерно на три микросекунды быстрее, заключают ученые из Лаборатории реактивного движения НАСА. Эффект был вызван небольшим изменением баланса массы Земли при смещении континентальных плит. Просто фигурист вращается быстрее, когда сводит руки, когда масса на Земле приближается к ее центру, планета будет вращаться быстрее, и наоборот.

Этот эффект, являющийся логическим следствием законов Ньютона, определяющих сохранение энергии, приводит к постоянным изменениям скорости вращения Земли сегодня. По мере таяния ледников и повышения уровня моря относительно большая масса течет (в виде талой воды) от полюсов ближе к экватору Земли. Это замедляет Землю и постепенно удлиняет наши дни.

Вращение Земли также меняется в зависимости от сезона, ускоряясь в летние месяцы северного полушария и замедляясь зимой. Это потому, что орбита Земли уносит ее немного дальше от Солнца летом и немного ближе зимой. Когда Земля приближается к Солнцу, она движется немного быстрее, что вызывает соответствующее замедление скорости ее собственного вращения, опять же из-за сохранения импульса.

Вы можете увидеть эти сезонные колебания на этой диаграмме, отслеживающей изменения скорости вращения Земли с 2000 года. Как видно, Земля набирает скорость в последние несколько лет после замедления в течение большей части предыдущих двух десятилетий. Но не слишком беспокойтесь о том, что ваши дни ускользают от вас — изменение незначительное и соответствует предыдущим изменениям скорости вращения Земли. Таким образом, хотя дни могут никогда не быть одинаковой длины, изменения во вращении нашей планеты должны быть довольно далеко в списке вещей, о которых следует беспокоиться.

Вопросы

1.
Земля совершает оборот вокруг Солнца примерно за 365 ¼ суток.
За какое время Луна делает оборот вокруг Земли?

Ответ:
Между полнолунием и следующим проходит примерно 28 дней.
но ответ может быть не таким простым. В полнолуние земля
и луна выстраиваются по радиусу, проведенному от солнца через
Земля. За эти двадцать восемь дней Земля прошла 15
градусов дальше своей орбиты вокруг Солнца. Следовательно, между
Полнолуния Луна прошла 360 градусов вокруг Земли плюс
15 градусов, на которые сдвинулась земля. (минус 15 градусов, если
орбита Луны противоположна орбите Земли) А правильнее
ответ может быть 27 дней или 29дней в зависимости от направления
орбиты.

2.
Одна и та же сторона Луны всегда обращена к Земле. Луна
вращаться вокруг своей оси? Насколько быстро, если вообще?

Ответ:
Чтобы одна сторона Луны была обращена к нам, Луна должна
вращаться с той же скоростью, что и вокруг Земли. От полной луны
до полнолуния 29.5 дней или 12,3 раза в году. Земля вращается по орбите
раз в год, что надо прибавить к обороту Луны,
так что в конце концов Луна вращается 13,3 раза в год.

3.
Основание оррери имеет четыре стороны. Могут ли эти стороны представлять
четыре сезона?

Ответ:
Да, четыре стороны базовой модели очень хорошо моделируют четыре сезона.
Если смотреть с Северного полюса Земли, Земля движется в
направлении против часовой стрелки. Поэтому стороны основания
должны быть помечены зима, весна, лето и осень по часовой стрелке
заказ.

4.
Ар
относительные размеры луны, планет и солнца точны?

Ответ:

О, нет. Земля моделируется шаром диаметром 0,9 дюйма. Венера
примерно такого же размера, как Земля, и поэтому имеет смысл, что
это также 0,9-дюймовый мяч. Диаметр Меркурия составляет 40%.
Земли, поэтому в том же масштабе он должен иметь диаметр 0,4
х 0,9или 0,36 дюйма. Реальный размер модели Mercury в 0,4 дюйма,
что лишь немного больше, чем должно быть. Луна должна
составляет 27% Земли и имеет размеры 0,25 дюйма. 0,27 х 0,9 = 0,24.
Этот размер очень близок к размеру, которым он должен быть. Сейчас
Солнце Фактическое Солнце в 110 раз больше в диаметре, чем
Земля. Итак, если Земля 0,9 дюйма, Солнце должно быть 99 дюймов.
в диаметре. Ух ты! Солнце должно быть шаром чуть больше восьми футов.
в диаметре (высота большинства потолков). Модель слишком уж
мало для Солнца.

5.
Расстояния точны?

Ответ:

Зарегистрированные расстояния планет от Солнца: Земля —
149 миллионов километров, Венера 108, Меркурий 58.
расстояние от Земли до Луны 0,38 миллиона километров.
На модели расстояние от Солнца до Земли составляет 7,5 дюйма.
Учащиеся могут использовать пропорции для проверки следующих размеров
для модели. Расстояние от Солнца до Меркурия должно быть 3 дюйма, а от Солнца до
Венера должна быть 5 ¼ дюймов. Используя эту же пропорцию,
расстояние от Земли до Луны должно быть всего 0,019дюймы
(менее 1/32 дюйма). Этот размер неправильно масштабируется
вообще.

6.
День длится 24 часа. Означает ли этот факт, что Земля вращается
ровно 360 градусов за 24 часа?

Ответ:
Ну, не совсем Земля на самом деле вращается на 360 градусов за
4 минуты меньше 24 часов. Причина такого эффекта в том, что
Земля перемещается на один градус каждый день по своей орбите вокруг
Солнце. Земля должна повернуться на 361 градус между полуднем в один день
до полудня следующего дня. Вращение на 360 градусов называется сидерическим.
день.

7.
Учебники
обычно описывают периоды вращения и обращения для
планеты и луна, но редко определяют направление
движения. Можете ли вы проводить наблюдения или планировать эксперименты, чтобы определить
каким образом Луна вращается вокруг Земли? …. куда движется Земля
солнце?

Ответ:
Вы можете определить направление вращения Земли без
постановка эксперимента. Солнце встает на востоке. Следовательно,
Земля должна вращаться против часовой стрелки, если смотреть с севера
Полюс. Используя свой орбитальный аппарат, отметьте положение на Земле. Отметьте направление
в сторону Востока. Вращайте Землю в обе стороны и определите
в каком направлении показывает Солнце на востоке, когда положение перемещается
от темной половины (ночи) к светлой половине (дню).

Рисунок
из направления орбиты для Луны может быть немного сложнее.
Вечером установите палку или ряд из двух палочек, которые указывают
на Луне. Запишите время. На следующую ночь (или последующие ночи)
в одно и то же время суток определить, находится ли Луна в одно и то же время
позиции или дальше на восток или запад. Вы должны заметить, что
Луна дальше на восток. Соответственно Луна взойдет
позже каждую ночь. Он вращается вокруг Земли против часовой стрелки.

Вы
точно так же может определить направление земной орбиты, наблюдая
движение звезд из ночи в ночь. Вы должны выбрать
звезда, которая находится на восточном или западном небе. Измерьте, является ли
звезда движется на восток или запад. Вы должны обнаружить, что звезды
двигаться на запад, указывая на то, что орбита Земли также
против часовой стрелки. Этот эксперимент требует более точного измерения
и часто много дней между чтениями. Помните, Земля только движется
один градус каждый день в своем путешествии вокруг Солнца.

Делать
вы видите закономерность? Почти все вращается или вращается против часовой стрелки
направление в нашей Солнечной системе, но не все. Венера вращается по часовой стрелке
или ретроградный. Можете ли вы дать объяснение?

8.
Есть ли
«день» и «ночь» (период света следовал
периодом темноты) на Луне? Сколько длится «лунный день»?

Ответ:
На Луне день и ночь, как на Земле. Однако каждый
длится около 15 дней на Луне. «Лунный день» последний
29,5 дней.

9.
Приливы преимущественно вызваны движением Луны.
Земля вращается примерно раз в 24 часа. Тем не менее, если высокий
прилив в 9 утра в один день, на следующий день будет прилив
около 10 утра. Как это могло произойти?

Ответ:
Океаны Земли притягиваются к Луне. Когда
Земля вращается каждый день, Луна тоже движется по своей орбите. Когда
сочетая оба эффекта, положение на Земле указывает на
Луна раз в 25 часов вместо каждых 24. По этой причине
приливы примерно на час позже каждый день. Обычно есть
два набора приливов каждый день. Второй набор приливов — это отскок
явление из-за специфической формы и размера наших океанов.

10.
Руки, поддерживающие Землю, Меркурий и Венеру, имеют фиксированную длину.
Это точно?

Ответ:
Да. Орбиты большинства планет, включая все внутренние
планеты очень круглые.

11.
Что
причина того, что на Земле бывают разные времена года? Является ли эта характеристика
точно смоделирован с этим Orrery?

Ответ:
Времена года на Земле вызваны наклоном ее оси относительно
на свою орбиту. Направление наклона остается прежним относительно
к звездам, когда Земля вращается вокруг Солнца. Таким образом,
Северный полюс летом наклоняется к Солнцу и от Солнца
зимой. Летом в Северном полушарии больше
световой день и Солнце более перпендикулярно (больше над головой).
Времена года НЕ вызваны тем, что Земля движется ближе и дальше
вдали от Солнца. Этот орбитальный аппарат не моделирует наклон Земли.

12.
С древности круг всегда имел 360 градусов. Что сделал один
степень представляет?

Ответ:
Один градус представляет собой угол, под которым Земля движется вокруг
Солнце за один день.

13.
Летом световой день длится дольше. Зимой ночь длиннее.
Верно ли это и в Южном полушарии? Есть ли место
на Земле, где количество дневного света не меняется в течение
год?

Ответ:
Солнечный свет падает на половину Земли. Другая половина находится в темноте.
Линия, обозначающая границу между ними, представляет собой окружность, перпендикулярную
к линии, соединяющей Землю с Солнцем. Потому что ось
вращение Земли наклонено примерно на 23 ½ градуса,
Северный и Южный полюса обычно не входят в этот пограничный круг. В
летом Северный полюс находится на солнечной стороне и в любом месте на
Северное полушарие проведет под солнцем более полудня
сторона. Фактически на Северном полюсе не будет ночи вообще.
Пока на Севере лето, в Южном полушарии будет лето.
зима и ночное время будут длиннее половины дня. Аффект
наклона по длине солнечного света уменьшается к экватору
пока не окажешься на экваторе. На экваторе днем ​​и ночью
оба 12 часов в течение всего года.

14.
В США Солнце восходит на востоке, а садится на западе.
В Австралии эти направления меняются местами?

Ответ:
Нет. Солнце повсюду на Земле восходит на Востоке и заходит на
Запад. Отличие заключается в том, где Солнце появляется на небе.
В Соединенных Штатах Солнце находится в южной половине неба.
В Австралии Солнце находится в северной половине.

15.
Венера и особенно Меркурий либо заходят на западе вскоре после
закат или восход на востоке незадолго до рассвета. Они никогда не появляются в
ночное небо прямо над головой. Почему это?

Ответ:
Орбиты Меркурия и Венеры находятся внутри орбиты
Земля. Поскольку эти две планеты движутся вокруг Солнца, самая дальняя
они могут появиться вдали от Солнца, когда их положение в их
орбита перпендикулярна Земле. В этом положении Венера имеет максимум
угол 35 градусов от Солнца и Меркурий имеет максимальный угол
от 21 градуса. Если бы Солнце было только на горизонте, самая высокая Венера
может быть на 35 градусов выше. На самом деле, чтобы увидеть звезды и
Планеты, Солнце должно было сесть на какой-то период времени о
час или около того. Час относится к 15 градусам земной
вращение. Если учесть эти 15 градусов, то получается, что
Венера не видна выше примерно 20 градусов, а Меркурий не выше
чем 5 градусов. Кстати, вы можете заметить разницу между
звезды и планеты, потому что все планеты отслеживаются в
той же области, что и Солнце и Луна (называется эклиптикой) и
планеты не мерцают.

16.
Когда наступит «новая луна», будет ли освещена часть
Луна находится в восточной или западной части Луны.

Ответ:
Зная, что против часовой стрелки направление обеих земных
вращения и орбиты Луны, вы можете поместить Луну в положение
где он виден только в сумерках. Светлая сторона Луны будет
быть обращенным на Запад.

17.
Каково положение Земли и Луны при
затмение Солнца?

Ответ:
Луна окажется между Землей и Солнцем.

18.
Каково положение Земли и Луны при
затмение Луны?

Ответ:
Земля окажется между Луной и Солнцем.

19.
Где находятся Земля и Луна в полнолуние? если ты
находятся на Луне, где их позиции, когда есть «Полный
Земля?»

Ответ:
В полнолуние Луна будет далеко от Солнца, поэтому Земля
увидит всю залитую солнцем сторону. Это положение такое же, как при затмении
Луны. Однако затмение происходит не каждый раз, когда там
полнолуние. Орбита Луны колеблется вверх и вниз. затмение
произойдет только тогда, когда Луна окажется прямо на одной линии с Землей.

20.
Почему зимой тени длиннее, чем летом?

Ответ:
Зимой наклон Земли направлен в сторону от Солнца.
Солнце будет ниже в небе, а тени будут длиннее.

Движение Солнца-Земли-Луны — 8-й КЛАСС НАУКИ

Все тела в Солнечной системе находятся в постоянном движении.

День против ночи

• Земля вращается вокруг своей оси на , так же как вращается на вокруг Солнца. Полное вращение происходит примерно за 24 часа в сутки. Это движение против часовой стрелки происходит с запада на восток, в результате чего кажется, что Солнце восходит на востоке и заходит на западе.

Год

• В то время как Земля вращается вокруг своей оси, она также вращается вокруг Солнца. Для этого движения/орбиты требуется 365 ¼ дней в году.

• Земля вращается вокруг Солнца по эллиптической орбите.

Вращение против вращения