Суточное вращение земли. Годовое вращение земли вокруг солнца
Полный оборот вокруг Солнца Земля совершает за 365 дней 6 часов 9 минут и 9 секунд. 21 марта и 23 сентября наклон земной оси нейтрален по отношению к Солнцу(дни равноденствия).21 июня Земля занимает такое положение, при котором ее ось северным концом 22 декабря, в день зимнего солнцестояния, отвесные лучи падают на южный тропик, а северные полярные страны, начиная от Северного полярного круга, не освещаются. На Южном полярном круге и далее к полюсу Солнце круглые сутки находится выше линии горизонта. Так продолжается до дня весеннего равноденствия - 21 марта.
Пояса освещения
Всего насчитывается 13 поясов освещения. Экваториальный пояс располагается по обе стороны от экватора. день и ночь здесь почти всегда равны, сумерки очень короткие, смены времен года нет. Тропические пояса: продолжительность дня и ночи изменяется от 10,5 до 13, 5 часов; сумерки короткие, есть два сезона года, мало отличающиеся по температуре. Субтропические пояса: Продолжительность дня и ночи для крайних широт колеблется от 9 часов до 14 часов. Сумерки непродолжительные, часто выражены зима и лето, слабее выражены весна и осень. Умеренные пояса: Четко выражены все четыре времени года (весна, лето, осень, зима). Зима и лето приблизительно равны. Пояса летних ночей и коротких зимних дней: выражены все четыре времени года, зима длиннее лета. Субполярные пояса. Полярные пояса: времена года совпадают с днем и ночью.
Движение двойной планеты Земля-Луна и приливное трение
Всемирное тяготение уравновешивается всемирным отталкиванием. Суть тяготения (гравитации) заключается в том, что все тела притягиваются друг к другу пропорционально их массам и обратно пропорционально квадрату расстояния между ними. Отталкивание – это центробежная сила, возникающая при вращении и обращении небесных тел. Земля и Луна взаимно притягиваются, но Луна не может упасть на Землю, т. к. она вращается вокруг Земли и тем самым стремится от нее уйти. Равновесие притяжения и отталкивания справедливо для центров планет. Однако оно не распространяется на отдельные точки поверхности Земли. Поэтому происходят приливы и отливы. Взаимодействующая двух сил – силы притяжения и центробежной силы – и есть приливообразующая сила. Лучше всего приливы выражены в Мировом океане.
АТМОСФЕРА
Атмосфера – газовая оболочка Земли. В настоящее время атмосфера состоит из следующих компонентов: Азот – 78, 08 %, Кислород – 20, 94 %, Аргон - 0, 93 %, Углекислый газ – 0, 03 %,Прочие газы – 0, 02 %. Атмосфера состоит из следующих слоев: тропосфера, стратосфера, мезосфера, термосфера и экзосфера. В географическую оболочку входят только тропосфера и нижняя часть стратосферы. Средняя мощность тропосферы составляет примерно 11 км. Над тропосферой располагается тропопауза, представляющая собой тонкий переходный слой мощность около одного километра. Над тропопаузой находится стратосфера. Стратосфера начинается на 8 км над полюсами и 16-18 км над экватором. Над нагретым слоем верхней атмосферы, после стратопаузы, т. е. выше 55 км, лежит мезосфера, простирающаяся до высоты 80 км. В ней температура вновь падает до – 90 0С. На высотах от 80 до 90 км находится мезопауза с постоянной температурой – около 1800 С. Над мезопаузой расположена термосфера, простирающаяся до 800 - 1 000 км. Выше 1 000 км начинается внешняя атмосфера, или экзосфера, простирающаяся до 2 000 – 3 000 км. Тропосферу и нижнюю стратосферу называют нижней атмосферой, а все более высокие слои – верхней атмосферой.
Солнечная радиация
Солнечная радиация – это вся совокупность солнечной материи и энергии, поступающей на Землю. Солнечная радиация несет свет и тепло. Интенсивность солнечной радиации необходимо измерять в первую очередь за пределами атмосферы, т. к. при прохождении через воздушную сферу она преобразуется и ослабевает. Интенсивность солнечной радиации выражается солнечной постоянной. Солнечная постоянная – это поток солнечной энергии за 1 минуту на площадь сечением в 1 см2, перпендикулярную солнечным лучам и расположенную вне атмосферы. Солнечная постоянная, вопреки своему названию, не остается постоянной. Она изменяется в связи с изменением расстояния от Солнца до Земли в процессе движения Земли по орбите. Как бы ни были малы эти колебания, они всегда сказываются на погоде и климате.
Земля совершает полный оборот вокруг Солнца за 365 суток и 6 часов. Для удобства принято считать, что в году 365 дней. А через каждые четыре года, когда «накопятся» лишние 24 часа, наступает високосный год, в котором не 365, а 366 дней (29 - в феврале).
В сентябре, когда после летних каникул вы снова приходите в школу, наступает осень. Дни становятся короче, а ночи - длиннее и прохладнее. Через месяц-другой с деревьев опадут листья, улетят перелётные птицы, в воздухе закружатся первые снежинки. В декабре, когда снег укроет белой пеленой землю, придёт зима. Наступят самые короткие дни в году. Восход Солнца в это время поздний, а заход ранний.
В марте, когда приходит весна, дни удлиняются, солнце светит всё ярче, воздух становится теплее, кругом начинают журчать ручьи. Природа вновь оживает, и вскоре начинается долгожданное лето.
Так было и будет всегда из года в год. А задавались ли вы когданибудь вопросом: почему происходит смена времён года?
Географические следствия движения Земли
Вы уже знаете, что у Земли два основных движения: она вращается вокруг своей оси и обращается по орбите вокруг Солнца. При этом земная ось наклонена к плоскости орбиты на 66,5°. Движение Земли вокруг Солнца и наклон земной оси определяют на нашей планете смену времён года и продолжительность дня и ночи.
Два раза в году весной и осенью - наступают дни, когда на всей Земле долгота дня равна долготе ночи - 12 часов. День весеннего равноденствия наступает 21-22 марта, день осеннего равноденствия 22 23 сентября. На экваторе день всегда равен ночи.
Самый длинный день и самая короткая ночь на Земле наступают в Северном полушарии - 22 июня, а в Южном - 22 декабря. Это дни летнего солнцестояния.
После 22 июня, вследствие перемещения Земли по орбите, в Северном полушарии высота Солнца над постепенно уменьшается, дни становятся короче, а ночи - длиннее. А в Южном полушарии Солнце поднимается над горизонтом выше и световой день увеличивается. Южное полушарие получает всё больше солнечного тепла, а Северное - всё меньше.
Самый короткий день в Северном полушарии наступает 22 декабря, а в Южном 22 июня. Это день зимнего солнцестояния.
На экваторе угол падения солнечных лучей на земную поверхность и продолжительность дня изменяются мало, поэтому смену времён года там заметить практически невозможно.
О некоторых особенностях движения нашей планеты
На Земле есть две параллели, на которых Солнце в полдень в дни летнего и зимнего солнцестояния находится в зените, то есть стоит прямо над головой наблюдателя. Такие параллели именуются тропиками. На Северном тропике (23,5° с. ш.) Солнце в зените бывает 22 июня, на Южном тропике (23,5° ю. ш.) - 22 декабря.
Параллели, расположенные на 66,5° северной и южной широты, называются полярными кругами. Они считаются границами территорий, где наблюдаются полярные дни и полярные ночи. Полярный день - это период, когда Солнце не опускается за горизонт. Чем ближе от полярного круга к полюсу, тем длиннее полярный день. На широте полярного круга он длится всего одни сутки, а на полюсе - 189 суток. В Северном полушарии на широте Северного полярного круга полярный день начинается 22 июня в день летнего солнцестояния, а в Южном - 22 декабря. Продолжительность полярной ночи бывает от одних суток (на широте полярных кругов) до 176 (на полюсах). Всё это время Солнце не появляется над горизонтом. В Северном полушарии это явление природы начинается 22 декабря, а в Южном - 22 июня.
Нельзя не отметить и тот чудесный период в начале лета, когда вечерняя заря сходится с утренней и всю ночь длятся сумерки, белые ночи. Наблюдаются они в обоих полушариях на широтах, превышающих 60 , когда Солнце в полночь опускается за горизонт не более чем на 7°. В (около 60° с. ш.) белые ночи продолжаются с 11 июня по 2 июля, а в Архангельске (64° с. ш.) - с 13 мая по 30 июля.
Пояса освещённости
Следствием годового движения Земли и её суточного вращения является неравномерное распределение солнечного света и тепла по земной поверхности. Поэтому на Земле существуют пояса освещённости.
Между Северным и Южным тропиками по обе стороны от экватора пролегает тропический пояс освещённости. Он занимает 40 % земной поверхности, на которые приходится наибольшее количество солнечного света. Между тропиками и полярными кругами в Южном и Северном полушариях находятся умеренные пояса освещённости, получающие меньшее количество солнечного света, чем тропический пояс. От полярного круга до полюса в каждом полушарии расположены полярные пояса. Этой части земной поверхности меньше всего достаётся солнечного света. В отличие от других поясов освещённости только здесь бывают полярные дни и ночи.
Вспомни! Что называют орбитой Земли? На какие полушария делит Землю экватор?
Каждый день утром восходит Солнце, в полдень оно стоит высоко в небе, а вечером скрывается за горизонтом и наступает ночь. Почему же так происходит?
Подумайте! Или может Солнце одновременно осветить всю Землю? Почему? Могут ли солнечные лучи пройти сквозь Землю или обогнуть ее? Почему?
Рис. 13. Вращение Земли вокруг своей оси
Земля - непрозрачное космическое тело, которое движется вокруг своей оси с запада на восток. Когда одна сторона Земли, повернутая к Солнцу и освещается его лучами, то противоположную сторону в это время находится в тени. На освещенной стороне длится день, на неосвещенном - ночь. Полный оборот вокруг своей оси Земля делает за одни сутки, которая длится 24 часа. Следовательно, вращение Земли вокруг оси вызывает смену дня и ночи.
Вращаясь вокруг своей оси, Земля одновременно движется по орбите вокруг Солнца.
Существенно, что воображаемая ось Земли всегда расположена под одинаковым углом. Во время движения вокруг Солнца наша планета больше возвращается к нему то Южной, то Северной полушарием. Когда к Солнцу повернуто Северное полушарие, она получает много света и тепла, и на ней царит лето. В Южном полушарии в это время зима.
Рис. 14. Годовое движение Земли вокруг Солнца
Земля постоянно движется. Постепенно она все больше поворачивается к Солнцу Южным полушарием и отворачивается от него Северной. Там, где было лето, наступает осень, а в Южное полушарие после холодной зимы приходит весна.
Продолжая движение, через некоторое время Земля поворачивается к Солнцу так, что Северное полушарие освещается и согревается еще меньше, а Южная - еще больше. Тогда в Северном полушарии наступает зима, а в Южном - лето.
Впоследствии Земля снова начинает возвращаться к Солнцу Северным полушарием. Там теплеет и наступает весна, а в Южное полушарие приходит осень.
Итак, Северная и Южная полушария Земли во время ее вращения вокруг Солнца одновременно получают неодинаковое количество солнечного света и тепла, что обусловливает смену времен года.
Полный оборот вокруг Солнца Земля делает за один год, который длится 365 суток 5 ч 48 мин 46 сек. Это число округляют и в течение трех лет в календаре записывают по 365 дней. За 4 года 5 часов с минутами и секундами добавляют, и получается еще одна эпоха. Поэтому каждый четвертый год в календаре появляется 29 февраля. Год продолжительностью 366 суток называют високосным.
Обсудите! Что было бы на Земле, если бы ось не была наклонена?
Високосный год.
Проверь свои знания
1. Почему на Земле происходит смена дня и ночи?
2. Что такое сутки? Сколько времени она длится?
3. Почему на Земле меняются времена года?
4. Сколько времени длится обычный земной год? А високосный?
5. По мнению Димы, если Солнце больше освещает Северное полушарие, то на ее территории наступает весна. Прав ли мальчик? Объясни, почему.
Подытожим вместе
Земля одновременно осуществляет суточное и годовое движение. Смена дня и ночи является следствием ее вращения вокруг своей оси, которое длится 24 часа - сутки. Год - это период времени, за который Земля делает полный оборот вокруг Солнца. Он длится примерно 365 суток. Движение Земли вокруг Солнца вызывает смену времен года.
Изюминка для любознательных
Земля движется вокруг своей оси с определенной скоростью. Наибольшей она является на экваторе и составляет 464 м/сек. Средняя скорость движения Земли вокруг Солнца 30 км/сек.
Наша планета находится в постоянном движении. Вместе с Солнцем она перемещается в космосе вокруг центра Галактики. А та, в свою очередь, движется во Вселенной. Но наибольшее значение для всего живого играет вращение Земли вокруг Солнца и собственной оси. Без этого движения условия на планете были бы непригодными для поддержания жизни.
Солнечная система
Земля как планета Солнечной системы по расчетам ученых сформировалась более 4,5 млрд лет назад. За это время расстояние от светила практически не изменялось. Скорость движения планеты и сила притяжения Солнца уравновесили ее орбиту. Она не идеально круглая, но стабильная. Если бы сила притяжения светила была сильнее или скорость Земли заметно уменьшилась, то она бы упала на Солнце. В противном случае она рано или поздно улетела бы в космос, перестав быть частью системы.
Расстояние от Солнца до Земли делает возможным поддержание оптимальной температуры на ее поверхности. В этом немаловажную роль играет и атмосфера. Во время вращения Земли вокруг Солнца меняются времена года. Природа приспособилась к таким циклам. Но если бы наша планета была отдалена на большее расстояние, то температура на ней стала бы отрицательной. Очутись она ближе - вся вода бы испарилась, так как столбик термометра превысил бы точку кипения.
Путь планеты вокруг светила называется орбитой. Траектория этого полета не идеально круглая. Она имеет эллипсность. Максимальная разница составляет 5 млн км. Самая близкая точка орбиты к Солнцу находится на расстоянии 147 км. Она называется перигелием. Земля ее проходит в январе. В июле планета находится от светила на максимальном отдалении. Наибольшее расстояние - 152 млн км. Эта точка называется афелием.
Вращение Земли вокруг своей оси и Солнца обеспечивает соответственно смену суточных режимов и годовых периодов.
Для человека движение планеты вокруг центра системы незаметно. Это из-за того, что масса Земли огромна. Тем не менее каждую секунду мы пролетаем в пространстве около 30 км. Это кажется нереальным, но таковы расчеты. В среднем считается, что Земля находится от Солнца на расстоянии около 150 млн км. Один полный оборот вокруг светила она делает за 365 дней. Пройденное расстояние за год составляет почти миллиард километров.
Точное расстояние, которое наша планета проходит за год, двигаясь вокруг светила, составляет 942 млн км. Мы вместе с ней движемся в пространстве по эллиптической орбите со скоростью 107 000 км/час. Направление вращения - с запада на восток, то есть против условной часовой стрелки.
Полный оборот планета завершает не ровно за 365 дней, как принято считать. При этом проходит еще около шести часов. Но для удобства летоисчисления это время учитывают суммарно за 4 года. В итоге «набегает» один дополнительный день, его добавляют в феврале. Такой год считается високосным.
Скорость вращения Земли вокруг Солнца непостоянна. Она имеет отклонения от среднего значения. Это связано с эллиптической орбитой. Разница между значениями наиболее проявляется в точках перигелия и афелия и составляет 1 км/сек. Эти изменения незаметны, так как мы и все окружающие нас предметы двигаются в системе координат одинаково.
Смена сезонов
Вращение Земли вокруг Солнца и наклон оси планеты делает возможным смену времен года. Это меньше заметно на экваторе. Но ближе к полюсам годовая цикличность проявляется больше. Северное и Южное полушария планеты обогреваются энергией Солнца неравномерно.
Двигаясь вокруг светила, они проходят четыре условные точки орбиты. При этом поочередно два раза в течение полугодичного цикла они оказываются к нему дальше или ближе (в декабре и июне - дни солнцестояний). Соответственно в месте, где поверхность планеты прогревается лучше, там температура окружающей среды выше. Период на такой территории принято называть летом. В другом полушарии в это время заметно холоднее - там зима.
Спустя три месяца такого движения с периодичностью в полгода планетарная ось располагается таким образом, что оба полушария находятся в одинаковых условиях для обогрева. В это время (в марте и сентябре - дни равноденствия) температурные режимы приблизительно равны. Тогда, в зависимости от полушария, наступают осень и весна.
Земная ось
Наша планета - это вращающийся шар. Движение ее осуществляется вокруг условной оси и происходит по принципу волчка. Опираясь основанием в плоскость в раскрученном состоянии, он будет удерживать равновесие. Когда скорость вращения ослабевает, волчок падает.
Земля упора не имеет. На планету действуют силы притяжения Солнца, Луны и других объектов системы и Вселенной. Тем не менее она выдерживает постоянное положение в пространстве. Скорость ее вращения, полученная еще при формировании ядра, достаточна для поддержания относительного равновесия.
Земная ось проходит через шар планеты не перпендикулярно. Она наклонена под углом 66°33´. Вращение Земли вокруг своей оси и Солнца делает возможным смену сезонов года. Планета «кувыркалась» бы в пространстве, если бы у нее не было строгой ориентации. Ни о каком постоянстве условий среды и жизненных процессов на ее поверхности не было бы речи.
Осевое вращение Земли
Вращение Земли вокруг Солнца (один оборот) происходит в течение года. За день на ней сменяются день и ночь. Если посмотреть на Северный полюс Земли с космоса, то можно увидеть, как она вращается против часовой стрелки. Полный оборот она совершает приблизительно за 24 часа. Этот период называют сутками.
Скорость вращения определяет быстроту смены дня и ночи. За один час планета оборачивается приблизительно на 15 градусов. Скорость вращения в разных точках ее поверхности различна. Это происходит из-за того, что она имеет шарообразную форму. На экваторе линейная скорость составляет 1669 км/час, или 464 м/сек. Ближе к полюсам этот показатель уменьшается. На тридцатой широте линейная скорость уже будет составлять 1445 км/час (400 м/сек).
Из-за осевого вращения планета имеет несколько сжатую с полюсов форму. Также это движение «заставляет» отклоняться перемещающиеся предметы (в том числе воздушные и водные потоки) от первоначального направления (сила Кориолиса). Еще одним важным следствием такого вращения являются приливы и отливы.
Смена дня и ночи
Шарообразный объект единственным источником света в определенный момент освещается только наполовину. Применительно к нашей планете в одной ее части в этот момент будет день. Неосвещенная часть будет скрыта от Солнца - там ночь. Осевое вращение дает возможность сменяться этим периодам.
Кроме светового режима изменяются условия обогрева поверхности планеты энергией светила. Такая цикличность имеет важное значение. Скорость смены световых и тепловых режимов осуществляется сравнительно быстро. За 24 часа поверхность не успевает ни чрезмерно нагреться, ни остыть ниже оптимального показателя.
Вращение Земли вокруг Солнца и своей оси с относительно постоянной скоростью имеет определяющее для животного мира значение. Без постоянства орбиты планета не удержалась бы в зоне оптимального обогрева. Без осевого вращения день и ночь длились бы по полгода. Ни то ни другое не способствовало бы зарождению и сохранению жизни.
Неравномерность вращения
Человечество за свою историю привыкло к тому, что смена дня и ночи происходит постоянно. Это служило неким эталоном времени и символом равномерности жизненных процессов. На период вращения Земли вокруг Солнца до определенной степени оказывает влияние эллипсность орбиты и другие планеты системы.
Другая особенность - изменение продолжительности суток. Осевое вращение Земли происходит неравномерно. Выделяют несколько основных причин. Значение имеют сезонные колебания, связанные с динамикой атмосферы и распределением осадков. Кроме того, приливная волна, направленная против хода движения планеты, постоянно его тормозит. Этот показатель ничтожен (за 40 тыс. лет на 1 секунду). Но за 1 млрд лет под действием этого продолжительность суток увеличилась на 7 часов (с 17 до 24).
Следствия вращения Земли вокруг Солнца и своей оси изучаются. Данные исследования имеют большое практическое и научное значение. Их используют не только для точности определения звездных координат, но и для выявления закономерностей, которые могут влиять на процессы жизнедеятельности человека и природные явления в гидрометеорологии и других областях.
Земля вращается вокруг Солнца по эллиптической орбите со скоростью 29,8 км\с, делая полный оборот за 365 сут. 6 час. 9 мин. 9,6 сек. Это звездный, или сидерический, год – промежуток времени между двумя последовательными прохождениями Земли через одну и ту же точку орбиты. По истечении звездного года наблюдатель увидит Солнце около той же звезды, где оно было год назад. Однако деятельность людей связано не с звездным временем: она подчинена солнечному времени. Промежуток времени между двумя последовательными прохождениями Солнца через точку весеннего равноденствия называют тропическим годом, продолжительность которого равна 365 сут. 5 час. 48 мин. 46сек.
Длина орбиты – 940 млн. км. Солнце расположено в одном из фокусов орбиты Земли, вследствие чего расстояние между Землей и Солнцем в течение года меняется от 152 (афелий – 5 июля) до 149 (перигелий – 3 января) млн. км.
Ось Земли наклонена к плоскости орбиты под углом 66 30 . В процессе движения ось перемещается поступательно и параллельно самой себе, поэтому Земля занимает 4 характерных положения: равноденствий и солнцестояний . В дни равноденствий, 21 марта и 23 сентября, зенитальный луч Солнца падает на экватор, граница света и тени проходит через полюсы и делит каждую параллель на равные части, поэтому день равен ночи на всех широтах. При этом северное и южное полушария получают тепло и свет поровну.
В день летнего солнцестояния, 22 июня, Солнце в зените над северным тропиком, граница света и тени является касательной к линиям полярных кругов. Свет и тепло получает большая часть северного полушария, поэтому здесь лето, а все заполярье его освещено, поэтому – полярный день. Южное полушарие получает минимум тепла и света, поэтому там зима, а его заполярье находится в положении полярной ночи.
В день зимнего солнцестояния, 22 декабря, Солнце в зените над южным тропиком и освещение полушарий меняется противоположно.
Таким образом, смена времен года обусловлена вращением Земли вокруг Солнца при наклонном положении оси. Со сменой времен года связана сезонная ритмика процессов и явлений в географической оболочке.
Савцова Т.М. Общее землеведение, М.,2003, стр. 45-50
Мильков Ф.Н. «Общее землеведение», М., 1990, стр. 59-62
Любушкина С.Г Общее землеведение, М.,2004, стр. 19-22
ЛЗ 7-8. Планетарные факторы формирования ГО. Осевое вращение Земли
1. Доказательства осевого вращения Земли
2. Следствия осевого вращения Земли
1. Доказательства осевого вращения Земли
Земля вращается вокруг оси с запада на восток, совершая полный оборот за 23 ч. 56 мин. 4 с. (звездные сутки). Угловая скорость всех точек Земли одинакова: 15ч (360 ч.). Линейная скорость их зависит от того расстояния, которое точки должны пройти за период суточного вращения. Максимальная линейная скорость на экваторе – 464 м/с, на полюсах –0, на других широтах вычисляется по формуле:
V cos м/с, где - широта места
Одним из доказательств суточного вращения Земли служит опыт Фуко, позволяющий наблюдать вращение Земли и определять угловую скорость
W sin ( - широта места)
Наблюдающееся опытным путем отклонение падающих тел к востоку также свидетельствует о вращении Земли вокруг своей оси.
