Наклонът на оста на въртене на земята е. Въртене на Земята. Теория за магнитните полета

Петата по големина планета слънчева система- Земята, образувана преди 4,54 милиарда години от протопланетен прах и газ, има формата на не съвсем правилна топка и се върти не само около Слънцето в орбита под формата на слабо изразена елипса със средна скорост приблизително 108 хиляди km/h, но и около собствената си ос. Въртенето се случва, когато се гледа от северния полюс, в посока от запад на изток, или с други думи обратно на часовниковата стрелка. Именно поради това, че Земята се върти около Слънцето и в същото време около собствената си ос, абсолютно във всички части на тази планета има периодична смяна на деня и нощта, както и последователна смяна на четирите сезона.

Средното разстояние от Слънцето до Земята е приблизително 150 милиона км, а разликата между най-малкото и най-голямото разстояние е приблизително 4,8 милиона км, докато орбитата на Земята променя своя ексцентрицитет много слабо, а цикълът е 94 хиляди години. Важен фактор, влияещ върху климата на Земята, е разстоянието между нея и Слънцето. Има предположения, че ледниковият период на Земята е започнал точно по времето, когато тя е била на максималното възможно разстояние от Слънцето.

Допълнителен ден в календара

Земята прави един оборот около собствената си ос за около 23 часа и 56 минути, а един оборот около Слънцето отнема 365 дни и 6 часа. Тази периодична разлика постепенно се натрупва и веднъж на всеки 4 години в нашия календар се появява допълнителен ден (29 февруари), като такава година се нарича високосна. Също така, този процес се влияе от Луната, разположена в непосредствена близост, под влиянието на гравитационно полекоето въртенето на Земята постепенно забавя, а това от своя страна удължава деня с около една хилядна на всеки 100 години.

Предстои значителна промяна на климата

Смяната на сезоните се дължи на наклона оси на въртенеЗемята към орбитата на Слънцето. Този ъгъл сега е 66° 33'. Привличането на други спътници и планети не променя ъгъла на наклона на земната ос, но кара земята да се движи в кръгъл конус - този процес се нарича прецесия. IN този моментположението на земната ос е такова, че Северният полюс е срещу Полярната звезда. През следващите 12 хиляди години земната ос ще се измести поради въздействието на прецесията и ще бъде срещу звездата Вега, която е само на половината път (пълният цикъл на прецесията е 25 800 години) и ще причини много значителни климатични промени на абсолютно цялата повърхност на Земята.

Колебания, причиняващи изменението на климата на Земята

Два пъти в месеца в момента на преминаване над екватора и два пъти в годината, когато Слънцето е в една и съща позиция, привличането на прецесията намалява и става равно на нула, след което отново се увеличава, т.е. скоростите на прецесията са осцилиращи . Тези колебания се наричат нутация, те достигат максималната си стойност средно веднъж на 18,6 години и по влияние върху климата заемат второ място след смяната на сезоните.

Накратко във въртенето на Земята около Слънцето.

V = (Re R p R p 2 + R e 2 t g 2 φ + R p 2 h R p 4 + Re 4 t g 2 φ) ω (\displaystyle v=\left((\frac (R_(e) \,R_(p))(\sqrt ((R_(p))^(2)+(R_(e))^(2)\,(\mathrm (tg) ^(2)\varphi )))) +(\frac ((R_(p))^(2)h)(\sqrt ((R_(p))^(4)+(R_(e))^(4)\,\mathrm (tg) ^ (2)\varphi )))\right)\omega ), Където R e (\displaystyle R_(e))= 6378,1 km - екваториален радиус, R p (\displaystyle R_(p))= 6356,8 km - полярен радиус.

Самолет, летящ с тази скорост от изток на запад (на височина 12 km: 936 km / h на ширината на Москва, 837 km / h на ширината на Санкт Петербург), ще бъде в покой в инерционната референтна система .
Суперпозицията на въртенето на Земята около оста си с период от един звезден ден и около Слънцето с период от една година води до неравенство на слънчевите и звездните дни: продължителността на средния слънчев ден е точно 24 часа, което е с 3 минути 56 секунди по-дълго от звездния ден.

Физическо значение и експериментално потвърждение

Физическият смисъл на въртенето на Земята около нейната ос

Тъй като всяко движение е относително, е необходимо да се посочи конкретна референтна система, спрямо която се изучава движението на тялото. Когато казват, че Земята се върти около въображаема ос, това означава, че тя извършва въртеливо движение спрямо всяка инерционна отправна система и периодът на това въртене е равен на звездни дни - периодът на пълна революция на Земята (небесен сфера) спрямо небесната сфера (Земята).

Всички експериментални доказателства за въртенето на Земята около нейната ос се свеждат до доказателството, че отправната система, свързана със Земята, е неинерционна отправна система специален вид- референтна система, която извършва въртеливо движение спрямо инерционни референтни системи.

За разлика от инерционното движение (т.е. равномерно праволинейно движение спрямо инерционни отправни системи), за да се открие неинерционно движение на затворена лаборатория, не е необходимо да се правят наблюдения върху външни тела - такова движение се открива с помощта на локални експерименти (т.е. , експерименти, проведени в тази лаборатория). В този смисъл на думата неинерционното движение, включително въртенето на Земята около оста си, може да се нарече абсолютно.

Сили на инерцията

Ефекти на центробежната сила

Зависимост на ускорението на свободното падане от географската ширина.Експериментите показват, че ускорението свободно падане зависи от географската ширина: колкото по-близо до полюса, толкова по-голямо е то. Това се дължи на действието на центробежната сила. Първо, точките на земната повърхност, разположени на по-високи географски ширини, са по-близо до оста на въртене и следователно при приближаване до полюса разстоянието r (\displaystyle r)намалява от оста на въртене, достигайки нула на полюса. Второ, с увеличаване на географската ширина ъгълът между вектора на центробежната сила и равнината на хоризонта намалява, което води до намаляване на вертикалния компонент на центробежната сила.

Това явление е открито през 1672 г., когато френският астроном Жан Рише, докато е на експедиция в Африка, открива, че часовниците с махало работят по-бавно близо до екватора, отколкото в Париж. Нютон скоро обясни това, като каза, че периодът на махалото е обратно пропорционален на корен квадратенот ускорението на гравитацията, което намалява на екватора поради действието на центробежната сила.

Сплескване на Земята.Влиянието на центробежната сила води до сплескване на Земята на полюсите. Това явление, предсказано от Хюйгенс и Нютон в края на 17-ти век, е открито за първи път от Пиер дьо Мопертюи в края на 1730 г. в резултат на обработка на данни от две френски експедиции, специално оборудвани за решаване на този проблем в Перу (водени от Пиер Бугер и Шарл дьо ла Кондамин) и Лапландия (водена от Алексис Клеро и самия Мопертюи).

Ефекти на силата на Кориолис: Лабораторни експерименти

Този ефект трябва да бъде най-ясно изразен на полюсите, където периодът на пълно завъртане на равнината на махалото е равен на периода на въртене на Земята около оста си (звездни дни). В общия случай периодът е обратно пропорционален на синуса на географската ширина, на екватора равнината на трептенията на махалото е непроменена.

Жироскоп- въртящо се тяло със значителен инерционен момент запазва ъглов момент, ако няма силни смущения. Фуко, който беше уморен да обяснява какво се е случило с махалото на Фуко не на полюса, разработи друга демонстрация: окачен жироскоп запази ориентацията си, което означава, че бавно се върти спрямо наблюдателя.

Отклоняване на снаряди по време на стрелба с оръдие.Друго наблюдавано проявление на силата на Кориолис е отклонението на траекториите на снарядите (надясно в северното полукълбо, наляво в южното полукълбо), изстреляни в хоризонтална посока. От гледна точка на инерционната отправна система, за снаряди, изстреляни по меридиана, това се дължи на зависимостта на линейната скорост на въртене на Земята от географската ширина: когато се движи от екватора към полюса, снарядът запазва хоризонталната компонента на скоростта остава непроменена, докато линейната скорост на въртене на точки от земната повърхност намалява, което води до изместване на снаряда от меридиана в посоката на въртене на Земята. Ако изстрелът е изстрелян успоредно на екватора, тогава изместването на снаряда от паралела се дължи на факта, че траекторията на снаряда лежи в една равнина с центъра на Земята, докато точките на земната повърхност се движат в равнина, перпендикулярна на оста на въртене на Земята. Този ефект (за случая на стрелба по меридиана) е предсказан от Грималди през 40-те години на 17 век. и публикуван за първи път от Ричоли през 1651 г.

Отклонение на свободно падащи тела от вертикалата. ( ) Ако скоростта на тялото има голяма вертикална компонента, силата на Кориолис е насочена на изток, което води до съответно отклонение на траекторията на свободно падащо (без начална скорост) тяло от висока кула. Когато се разглежда в инерционна референтна система, ефектът се обяснява с факта, че върхът на кулата спрямо центъра на Земята се движи по-бързо от основата, поради което траекторията на тялото се оказва тясна парабола и тялото е малко по-напред от основата на кулата.

Ефект на Eötvös.В ниските географски ширини силата на Кориолис, когато се движи по земната повърхност, е насочена във вертикална посока и нейното действие води до увеличаване или намаляване на ускорението на свободното падане в зависимост от това дали тялото се движи на запад или на изток. Този ефект се нарича ефект на Eötvös в чест на унгарския физик Lorand Åtvös, който го открива експериментално в началото на 20 век.

Експерименти, използващи закона за запазване на ъгловия момент.Някои експерименти се основават на закона за запазване на импулса: в инерционна референтна система стойността на импулса (равна на произведението на импулса инерцията по ъгловата скорост на въртене) не се променя под действието на вътрешни сили. Ако в някакъв начален момент инсталацията е неподвижна спрямо Земята, тогава скоростта на нейното въртене спрямо инерционната отправна система е равна на ъгловата скорост на въртене на Земята. Ако промените инерционния момент на системата, тогава ъгловата скорост на нейното въртене трябва да се промени, тоест ще започне въртене спрямо Земята. В неинерциална отправна система, свързана със Земята, въртенето възниква в резултат на действието на силата на Кориолис. Тази идея е предложена от френския учен Луи Поансо през 1851 г.

Първият подобен експеримент е извършен от Хаген през 1910 г.: две тежести върху гладка напречна греда са монтирани неподвижно спрямо повърхността на Земята. След това разстоянието между товарите беше намалено. В резултат на това инсталацията влезе в ротация. Още по-показателен експеримент е направен от немския учен Ханс Бука през 1949 г. Пръчка с дължина около 1,5 метра е монтирана перпендикулярно на правоъгълна рамка. Първоначално прътът беше хоризонтален, инсталацията беше неподвижна спрямо Земята. След това прътът беше приведен във вертикално положение, което доведе до промяна на инерционния момент на инсталацията с около 10 4 пъти и бързото му въртене с ъглова скорост 10 4 пъти по-висока от скоростта на въртене на Земята.

Фуния във ваната.

Тъй като силата на Кориолис е много слаба, тя има незначителен ефект върху посоката на завихрянето на водата при източване в мивка или вана, така че като цяло посоката на въртене във фуния не е свързана с въртенето на Земята. Само при внимателно контролирани експерименти е възможно да се отдели ефектът на силата на Кориолис от други фактори: в северното полукълбо фунията ще бъде усукана обратно на часовниковата стрелка, в южното полукълбо - обратно.

Ефекти от силата на Кориолис: явления в околната среда

Оптични експерименти

Редица експерименти, демонстриращи въртенето на Земята, се основават на ефекта на Саняк: ако пръстенният интерферометър се върти, тогава поради релативистични ефекти се появява фазова разлика в насрещните лъчи

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

Където A (\displaystyle A)- площта на проекцията на пръстена върху екваториалната равнина (равнината, перпендикулярна на оста на въртене), c (\displaystyle c)- скоростта на светлината, ω (\displaystyle \omega )- ъглова скорост на въртене. За да демонстрира въртенето на Земята, този ефект е използван от американския физик Майкелсън в серия от експерименти, проведени през 1923-1925 г. В съвременните експерименти, използващи ефекта на Саняк, трябва да се вземе предвид въртенето на Земята, за да се калибрират пръстеновидните интерферометри.

Има редица други експериментални демонстрации на денонощното въртене на Земята.

Неравномерно въртене

Прецесия и нутация

История на идеята за ежедневното въртене на Земята

Античност

Обяснението на ежедневното въртене на небето с въртенето на Земята около оста й е предложено за първи път от представителите на Питагорейската школа, сиракузците Хикет и Екфант. Според някои реконструкции питагореецът Филолай от Кротон (V в. пр. н. е.) също твърди въртенето на Земята. Твърдение, което може да се тълкува като указание за въртенето на Земята, се съдържа в Платоновия диалог Тимей .

За Гикета и Екфант обаче не се знае почти нищо и дори самото им съществуване понякога се поставя под въпрос. Според мнението на повечето учени Земята в системата на света на Филолай не се въртеше, а се движеше напред около Централния огън. В другите си писания Платон следва традиционния възглед за неподвижността на Земята. Въпреки това получихме многобройни доказателства, че идеята за въртенето на Земята е била защитавана от философа Хераклид Понтийски (4 век пр.н.е.). Вероятно друго предположение на Хераклид е свързано с хипотезата за въртенето на Земята около оста си: всяка звезда е свят, който включва земя, въздух, етер и всичко това се намира в безкрайно пространство. Наистина, ако ежедневното въртене на небето е отражение на въртенето на Земята, тогава предпоставката звездите да се разглеждат като разположени върху една и съща сфера изчезва.

Около век по-късно се появи предположението за въртенето на Земята интегрална частпървият, предложен от великия астроном Аристарх от Самос (3 век пр. н. е.). Аристарх е подкрепян от вавилонския Селевк (II в. пр.н.е.), както и от Хераклид Понтийски, който смята Вселената за безкрайна. Фактът, че идеята за ежедневното въртене на Земята има своите поддръжници още през 1 век сл. н. е. д., свидетелстват някои твърдения на философите Сенека, Деркилид, астронома Клавдий Птолемей. По-голямата част от астрономите и философите обаче не се съмняваха в неподвижността на Земята.

Аргументи срещу идеята за движението на Земята се намират в трудовете на Аристотел и Птолемей. И така, в своя трактат За РаяАристотел оправдава неподвижността на Земята с факта, че на въртяща се Земя телата, хвърлени вертикално нагоре, не могат да паднат до точката, от която започва тяхното движение: повърхността на Земята ще се движи под хвърленото тяло. Друг аргумент за неподвижността на Земята, даден от Аристотел, се основава на неговата физическа теория: Земята е тежко тяло и тежките тела са склонни да се движат към центъра на света, а не да се въртят около него.

От работата на Птолемей следва, че привържениците на хипотезата за въртенето на Земята отговориха на тези аргументи, че както въздухът, така и всички земни обекти се движат заедно със Земята. Очевидно ролята на въздуха в това разсъждение е фундаментално важна, тъй като се разбира, че именно неговото движение заедно със Земята крие въртенето на нашата планета. Птолемей контрира това, като казва това

телата във въздуха винаги ще изглеждат изостанали ... И ако телата се въртят заедно с въздуха като цяло, тогава нито едно от тях няма да изглежда пред другото или изоставащо от него, а ще остане на място, в полет и хвърлянето му не би направило отклонения или движения на друго място, каквито виждаме със собствените си очи, и те изобщо не биха се забавили или ускорили, защото Земята не е неподвижна.

Средна възраст

Индия

Първият от средновековните автори, който предполага, че Земята се върти около оста си, е великият индийски астроном и математик Ариабхата (края на V - началото на VI век). Той го формулира на няколко места в своя трактат. Ариабхатия, Например:

Точно както човек на кораб, който се движи напред, вижда неподвижни обекти, движещи се назад, така и наблюдателят ... вижда неподвижни звезди, движещи се по права линия на запад.

Не е известно дали тази идея принадлежи на самия Арябхата или той я е заимствал от древногръцки астрономи.

Арябхата е подкрепен само от един астроном, Пртхудака (9 век). Повечето индийски учени защитиха неподвижността на Земята. Така астрономът Варахамихира (6 век) твърди, че на въртяща се Земя птиците, летящи във въздуха, не могат да се върнат в гнездата си, а камъните и дърветата ще излетят от повърхността на Земята. Изтъкнатият астроном Брахмагупта (6 век) също повтаря стария аргумент, че тяло, паднало от висока планина, може да потъне в основата си. В същото време обаче той отхвърли един от аргументите на Варахамихира: според него дори Земята да се върти, обектите не могат да се откъснат от нея поради гравитацията си.

ислямски изток

Възможността за въртене на Земята беше разгледана от много учени от мюсюлманския Изток. Така известният геометр ал-Сиджизи изобретил астролабията, чийто принцип на действие се основава на това предположение. Някои ислямски учени (чиито имена не са достигнали до нас) дори откриха Правилният начинопровергаване на основния аргумент срещу въртенето на Земята: вертикалността на траекториите на падащи тела. По същество в същото време беше заявен принципът на суперпозиция на движенията, според който всяко движение може да се разложи на два или повече компонента: по отношение на повърхността на въртящата се Земя падащото тяло се движи по отвес, но точката, която е проекцията на тази линия върху повърхността на Земята, ще бъде пренесена върху нея.въртене. Това се доказва от известния учен-енциклопедист ал-Бируни, който самият обаче е бил склонен към неподвижността на Земята. Според него, ако някаква допълнителна сила действа върху падащото тяло, тогава резултатът от нейното действие върху въртящата се Земя ще доведе до някои ефекти, които всъщност не се наблюдават.

Сред учените от XIII-XVI век, свързани с обсерваториите Марага и Самарканд, се разгръща дискусия за възможността за емпирично оправдание за неподвижността на Земята. Така известният астроном Kutb ad-Din ash-Shirazi (XIII-XIV в.) вярва, че неподвижността на Земята може да бъде проверена чрез експеримент. От друга страна, основателят на обсерваторията Марага, Насир ад-Дин ат-Туси, вярваше, че ако Земята се върти, тогава това въртене ще бъде разделено от слой въздух, съседен на нейната повърхност, и всички движения в близост до повърхността на Земята ще се случи точно по същия начин, както ако Земята е неподвижна. Той обосновава това с помощта на наблюдения на комети: според Аристотел кометите са метеорологично явление в горните слоеве на атмосферата; въпреки това астрономическите наблюдения показват, че кометите участват в ежедневното въртене на небесната сфера. Следователно горните слоеве на въздуха се увличат от въртенето на небето и следователно долните слоеве също могат да бъдат увлечени от въртенето на Земята. Така експериментът не може да отговори на въпроса дали Земята се върти. Въпреки това той остава привърженик на неподвижността на Земята, тъй като това е в съответствие с философията на Аристотел.

Повечето от ислямските учени от по-късно време (ал-Урди, ал-Казвини, ан-Найсабури, ал-Джурджани, ал-Бирджанди и други) се съгласиха с ат-Туси, че всички физически явления на въртяща се и неподвижна Земя биха довели до същия начин. Но ролята на въздуха в този случай вече не се счита за фундаментална: не само въздухът, но и всички обекти се транспортират от въртящата се Земя. Следователно, за да се оправдае неподвижността на Земята, е необходимо да се привлече учението на Аристотел.

Специална позиция в тези спорове заема третият директор на Самаркандската обсерватория Алаудин Али ал-Кушчи (XV век), който отхвърля философията на Аристотел и смята въртенето на Земята за физически възможно. През 17 век иранският теолог и учен-енциклопедист Баха ал-Дин ал-Амили стига до подобно заключение. Според него астрономите и философите не са предоставили достатъчно доказателства, за да опровергаят въртенето на Земята.

латински запад

Подробно обсъждане на възможността за движение на Земята се съдържа широко в трудовете на парижките схоластици Жан Буридан, Алберт Саксонски и Николас Орем (втората половина на 14 век). Най-важният аргумент в полза на въртенето на Земята, а не на небето, даден в техните трудове, е малката земя в сравнение с Вселената, което прави приписването на ежедневното въртене на небето на Вселената крайно неестествено.

Всички тези учени обаче в крайна сметка отхвърлиха въртенето на Земята, макар и на различни основания. Така Алберт Саксонски смята, че тази хипотеза не е в състояние да обясни наблюдаваните астрономически явления. Буридан и Орем правилно не са съгласни с това, според което небесните явления трябва да се случват по един и същи начин, независимо от това какво прави въртенето, Земята или Космоса. Буридан може да намери само един съществен аргумент срещу въртенето на Земята: стрелите, изстреляни вертикално нагоре, падат по отвесна линия, въпреки че с въртенето на Земята, според него, те трябва да изостанат от движението на Земята и да паднат на запад от точката на изстрела.

Но дори този аргумент беше отхвърлен от Оресме. Ако Земята се върти, тогава стрелата лети вертикално нагоре и в същото време се движи на изток, като е уловена от въздуха, който се върти със Земята. Така стрелата трябва да падне на същото място, от което е изстреляна. Въпреки че тук отново се споменава увличащата роля на въздуха, в действителност тя не играе особена роля. Това се илюстрира със следната аналогия:

По същия начин, ако въздухът беше затворен в движещ се кораб, тогава би изглеждало на човек, заобиколен от този въздух, че въздухът не се движи ... Ако човек беше в кораб, движещ се с висока скорост на изток, без да знае за това движение и ако протегне ръката си в права линия покрай мачтата на кораба, би му се сторило, че ръката му прави праволинейно движение; по същия начин според тази теория ни се струва, че същото се случва със стрела, когато я изстреляме вертикално нагоре или вертикално надолу. Вътре в кораб, движещ се с висока скорост на изток, могат да се извършват всякакви движения: надлъжно, напречно, надолу, нагоре, във всички посоки - и те изглеждат точно същите, както когато корабът е неподвижен.

Освен това Орем дава формулировка, която предвижда принципа на относителността:

Следователно заключавам, че е невъзможно да се докаже с какъвто и да било опит, че небето има денонощно движение, а земята не.

Окончателната присъда на Оресме за възможността за въртене на Земята обаче беше отрицателна. Основа за това заключение беше текстът на Библията:

Но засега всички подкрепят и аз вярвам, че [Небето], а не Земята се движи, защото „Бог създаде кръга на Земята, който няма да се разклати“, въпреки всички противоположни аргументи.

Възможността за ежедневно въртене на Земята е спомената и от средновековни европейски учени и философи от по-късно време, но не са добавени нови аргументи, които не се съдържат в Буридан и Орем.

Така на практика никой от средновековните учени не приема хипотезата за въртенето на Земята. Въпреки това, в хода на обсъждането му от учени от Изтока и Запада, бяха изразени много дълбоки мисли, които след това ще бъдат повторени от учените на Новото време.

Ренесанс и ново време

През първата половина на 16 век са публикувани няколко произведения, които твърдят, че причината за ежедневното въртене на небето е въртенето на Земята около оста си. Един от тях е трактатът на италианеца Челио Калканини „За факта, че небето е неподвижно, а Земята се върти, или за вечното движение на Земята“ (написан около 1525 г., публикуван през 1544 г.). Той не е направил голямо впечатление на съвременниците си, тъй като по това време фундаменталната работа на полския астроном Николай Коперник „За въртенията“ вече е била публикувана. небесни сфери”(1543), където хипотезата за ежедневното въртене на Земята за него става част от хелиоцентричната система на света, подобно на Аристарх от Самос. Преди това Коперник е изразил мислите си в малко ръкописно есе. Малък коментар(не по-рано от 1515 г.). Две години по-рано от основния труд на Коперник е публикуван трудът на немския астроном Георг Йоахим Ретик. Първи разказ(1541), където теорията на Коперник е популярно изложена.

През 16 век Коперник е напълно подкрепян от астрономите Томас Дигес, Ретик, Кристоф Ротман, Михаел Мьостлин, физиците Джамбатиста Бенедети, Симон Стевин, философът Джордано Бруно, теологът Диего де Зунига. Някои учени приемат въртенето на Земята около оста си, отхвърляйки движението й напред. Това беше позицията на немския астроном Николас Раймерс, известен още като Урсус, както и италианските философи Андреа Чезалпино и Франческо Патричи. Гледната точка на изключителния физик Уилям Гилбърт, който подкрепя аксиалното въртене на Земята, но не говори за нейното транслационно движение, не е напълно ясна. В началото на 17 век хелиоцентричната система на света (включително въртенето на Земята около оста си) получава впечатляваща подкрепа от Галилео Галилей и Йоханес Кеплер. Най-влиятелните противници на идеята за движението на Земята през 16-ти - началото на 17-ти век са астрономите Тихо Браге и Кристофър Клавиус.

Хипотезата за въртенето на Земята и формирането на класическата механика

Всъщност през XVI-XVII век. единственият аргумент в полза на аксиалното въртене на Земята беше, че в този случай няма нужда да се приписват огромни скорости на въртене на звездната сфера, тъй като още в древността вече беше надеждно установено, че размерът на Вселената значително надвишава размера на Земята (този аргумент се съдържа и от Буридан и Орем).

Срещу тази хипотеза бяха изразени аргументи, основани на динамичните идеи от онова време. На първо място, това е вертикалността на траекториите на падащи тела. Имаше и други аргументи, например равен обсег на огън в източната и западната посока. Отговаряйки на въпроса за ненаблюдаемостта на ефектите от денонощното въртене в земните експерименти, Коперник пише:

Върти се не само Земята със свързаната с нея водна стихия, но и значителна част от въздуха и всичко, което по някакъв начин е сродно със Земята, или въздухът, вече най-близо до Земята, наситен със земна и водна материя, следва същите закони на природата като земята или е придобил движение, което му се съобщава от съседната земя в постоянно въртене и без никакво съпротивление

По този начин увличането на въздуха от неговото въртене играе основна роля за ненаблюдаемостта на въртенето на Земята. Това мнение се споделя от мнозинството коперниканци през 16 век.

Привърженици на безкрайността на Вселената през 16 век са били още Томас Дигес, Джордано Бруно, Франческо Патричи – всички те са поддържали хипотезата за въртенето на Земята около оста си (а първите двама и около Слънцето). Кристоф Ротман и Галилео Галилей вярваха, че звездите се намират на различни разстояния от Земята, въпреки че не говориха изрично за безкрайността на Вселената. От друга страна, Йоханес Кеплер отричаше безкрайността на Вселената, въпреки че беше привърженик на въртенето на Земята.

Религиозният контекст на дебата за въртенето на Земята

Редица възражения срещу въртенето на Земята бяха свързани с противоречията му с текста на Светото писание. Тези възражения бяха два вида. Първо, някои места в Библията бяха цитирани, за да потвърдят, че Слънцето прави ежедневното движение, например:

Слънцето изгрява и слънцето залязва, и бърза към мястото си, където изгрява.

В този случай аксиалното въртене на Земята беше атакувано, тъй като движението на Слънцето от изток на запад е част от ежедневното въртене на небето. В тази връзка често се цитира пасаж от книгата на Исус Навин:

Исус извика към Господа в деня, в който Господ предаде аморейците в ръцете на Израел, когато ги порази в Гаваон и те бяха бити пред лицето на израилтяните, и каза пред израилтяните: Спрете, слънцето е над Гаваон, а луната е над долината на Авалон!

Тъй като командата за спиране е дадена на Слънцето, а не на Земята, от това се заключава, че Слънцето извършва ежедневното движение. Други пасажи са цитирани в подкрепа на неподвижността на Земята, като например:

Ти си поставил земята върху здрави основи; тя няма да се поклати до века.

Тези пасажи се считат за противоречащи както на представата за въртенето на Земята около оста й, така и на революцията около Слънцето.

Поддръжниците на въртенето на Земята (по-специално Джордано Бруно, Йохан Кеплер и особено Галилео Галилей) защитават в няколко посоки. Първо, те посочиха, че Библията е написана на разбираем за обикновените хора език и ако нейните автори са дали научно ясни формулировки, тя не би могла да изпълни основната си религиозна мисия. Така Бруно пише:

В много случаи е глупаво и нецелесъобразно да се дават много разсъждения според истината, а не според дадения случай и удобство. Например, ако вместо думите: „Слънцето се ражда и изгрява, минава през обяд и се навежда към Аквилон“, мъдрецът казва: „Земята върви в кръг на изток и, оставяйки слънцето, което залязва, се накланя към два тропика, от Рака до Юга, от Козирога до Аквило”, тогава слушателите започват да си мислят: „Как? Казва ли, че земята се движи? Каква е тази новина? Накрая щяха да го сметнат за глупак и той наистина щеше да е глупак.

Отговори от този вид бяха дадени главно на възражения относно ежедневното движение на Слънцето. Второ, беше отбелязано, че някои пасажи от Библията трябва да се тълкуват алегорично (вижте статията Библейски алегоризъм). И така, Галилей отбеляза, че ако Светото писание се приема изцяло буквално, тогава се оказва, че Бог има ръце, той е подвластен на емоции като гняв и т.н. Като цяло, основна идеяЗащитниците на учението за движението на Земята бяха, че науката и религията имат различни цели: науката разглежда явленията на материалния свят, ръководена от аргументите на разума, целта на религията е моралното усъвършенстване на човека, неговото спасение. Галилей цитира кардинал Баронио в тази връзка, че Библията учи как да се изкачи на небето, а не как са направени небесата.

Католическата църква смята тези аргументи за неубедителни и през 1616 г. учението за въртенето на Земята е забранено, а през 1631 г. Галилей е осъден от Инквизицията за своята защита. Извън Италия обаче тази забрана не оказа значително влияние върху развитието на науката и допринесе главно за падането на авторитета на самата католическа църква.

Трябва да се добави, че религиозни аргументи срещу движението на Земята са представени не само от църковни лидери, но и от учени (например Tycho Brage). От друга страна, католическият монах Паоло Фоскарини пише кратко есе „Писмо за възгледите на питагорейците и Коперник за подвижността на Земята и неподвижността на Слънцето и за новата питагорейска система на Вселената“ (1615 г.), където той изразява съображения, близки до галилейските, а испанският теолог Диего де Зунига дори използва теорията на Коперник, за да тълкува някои пасажи от Светото писание (въпреки че по-късно променя мнението си). По този начин конфликтът между теологията и учението за движението на Земята не е толкова конфликт между науката и религията като такава, а по-скоро конфликт между старите (вече остарели в началото на 17 век) и новите методологични принципи основната наука.

Значение на хипотезата за въртенето на Земята за развитието на науката

Разбирането на научните проблеми, повдигнати от теорията за въртящата се Земя, допринесе за откриването на законите на класическата механика и създаването на нова космология, която се основава на идеята за безкрайността на Вселената. Обсъдени по време на този процес, противоречията между тази теория и буквалния прочит на Библията допринесоха за разграничаването на естествената наука от религията.

Още в древни времена, наблюдавайки звездното небе, хората забелязали, че през деня слънцето, а през нощта - почти всички звезди - повтарят пътя си от време на време. Това предполага, че има две причини за това явление. Или се случва на фона на неподвижно звездно небе, или небето се върти около Земята. Клавдий Птолемей, изключителен древногръцки астроном, учен и географ, изглежда е решил този въпрос, като е убедил всички, че Слънцето и небето се въртят около неподвижната Земя. Въпреки факта, че тя не можеше да обясни, мнозина се примириха с това.

Хелиоцентричната система, основана на друга версия, спечели своето признание в дълга и драматична борба. Джордано Бруно умира на клада, остарелият Галилей признава "правилността" на инквизицията, но "...тя още се върти!"

Днес въртенето на Земята около Слънцето се счита за напълно доказано. По-специално, движението на нашата планета в близка до слънчевата орбита се доказва от аберацията на звездната светлина и паралактичното изместване с периодичност, равна на една година. Днес е установено, че посоката на въртене на Земята, по-точно нейният барицентър, по орбитата съвпада с посоката на въртене около оста си, тоест се случва от запад на изток.

Има много факти, които показват, че Земята се движи в космоса по много сложна орбита. Въртенето на Земята около Слънцето е придружено от нейното движение около оста, прецесия, нутационни колебания и бързо летене заедно със Слънцето в спирала в Галактиката, която също не стои неподвижна.

Въртенето на Земята около Слънцето, подобно на другите планети, се извършва по елиптична орбита. Затова веднъж в годината, на 3 януари, Земята е възможно най-близо до Слънцето и веднъж, на 5 юли, се отдалечава от него на най-голямо разстояние. Разликата между перихелий (147 милиона км) и афелий (152 милиона км), в сравнение с разстоянието от Слънцето до Земята, е много малка.

Движейки се по околослънчева орбита, нашата планета прави 30 км в секунда, а революцията на Земята около Слънцето се извършва за 365 дни 6 ч. Това е така наречената сидерична или звездна година. За практическо удобство е обичайно да се вземат предвид 365 дни в годината. „Допълнителните“ 6 часа за 4 години се събират до 24 часа, тоест още един ден. Тези (текущи, допълнителни) дни се добавят към февруари веднъж на всеки 4 години. Следователно в нашия календар 3 години включват 365 дни, а високосна година - четвъртата година, съдържа 366 дни.

Собствената ос на въртене на Земята е наклонена спрямо орбиталната равнина на 66,5°. В тази връзка през годината слънчевите лъчи падат върху всяка точка от земната повърхност под

ъгли. Така по различно време на годината точките на различни места получават едновременно неравномерно количество светлина и топлина. Поради това в умерените ширини сезоните имат подчертан характер. В същото време през цялата година слънчевите лъчи на екватора падат върху земята под един и същ ъгъл, така че сезоните там се различават малко един от друг.

Земята, както знаете, се движи постоянно и това движение се състои в нейното въртене около оста си и по елипса около Слънцето. Благодарение на тези ротации сезоните на нашата планета се сменят и денят се заменя с нощ. Каква е скоростта на въртене на земята?

Скоростта на въртене на земята около оста си

Ако вземем предвид въртенето на Земята около оста си (разбира се, въображаемо), тогава тя прави едно пълно завъртане за 24 часа (по-точно 23 часа, 56 минути и 4 секунди) и е общоприето, че на екватора скоростта на това въртене е 1670 километра в час. Въртенето на нашата планета около оста си предизвиква смяна на деня и нощта и се нарича денонощно.

Скоростта на въртене на Земята около Слънцето

Около нашето светило Земята се върти по затворена елипсовидна траектория и прави пълен оборот за 365 дни 5 часа 48 минути и 46 секунди (този период от време се нарича година). Часовете, минутите и секундите съставляват още ¼ от деня, а след четири години тези „четвърти“ се събират до цял ден. Следователно всяка четвърта година се състои точно от 366 дни и се нарича

Нашата планета е в постоянно движение:

въртене около собствената си ос, движение около Слънцето;
въртене заедно със Слънцето около центъра на нашата галактика;
движение спрямо центъра на Местната група галактики и други.

Движението на Земята около собствената си ос

Въртене на Земята около нейната ос(Фиг. 1). За земна ос се приема въображаема линия, около която тя се върти. Тази ос се отклонява с 23 ° 27 "от перпендикуляра към равнината на еклиптиката. Земната ос се пресича със земната повърхност в две точки - полюсите - Северен и Южен. Когато се гледа от Северния полюс, въртенето на Земята се извършва обратно на часовниковата стрелка или, както се смята, от запад на изток. Планетата прави пълно завъртане около оста си за един ден.

Ориз. 1. Въртене на Земята около оста си

Един ден е единица време. Разделете звездните и слънчевите дни.

звезден дене времето, необходимо на земята да се завърти около оста си по отношение на звездите. Те са равни на 23 часа 56 минути 4 секунди.

слънчев дене времето, необходимо на земята да се завърти около оста си спрямо слънцето.

Ъгълът на въртене на нашата планета около оста е еднакъв на всички географски ширини. За един час всяка точка от повърхността на Земята се премества с 15° от първоначалното си положение. Но в същото време скоростта на движение е обратно пропорционална на географската ширина: на екватора тя е 464 m / s, а на ширина 65 ° - само 195 m / s.

Въртенето на Земята около оста си през 1851 г. е доказано от Ж. Фуко в неговия експеримент. В Париж, в Пантеона, под купола беше окачено махало, а под него кръг с деления. При всяко следващо движение махалото се оказваше на нови деления. Това може да се случи само ако повърхността на Земята под махалото се върти. Положението на равнината на люлеене на махалото на екватора не се променя, тъй като равнината съвпада с меридиана. Аксиалното въртене на Земята има важни географски последици.

Когато Земята се върти, възниква центробежна сила, която играе важна роля при оформянето на формата на планетата и намалява силата на гравитацията.

Друго от най-важните последствия от аксиалното въртене е образуването на сила на завъртане - Кориолисови сили.През 19 век за първи път е изчислено от френски учен в областта на механиката Г. Кориолис (1792-1843). Това е една от инерционните сили, въведени, за да се вземе предвид влиянието на въртенето на движеща се отправна система върху относителното движение на материална точка. Действието му може да се изрази накратко по следния начин: всяко движещо се тяло в Северното полукълбо се отклонява надясно, а в Южното - наляво. На екватора силата на Кориолис е нула (фиг. 3).

Ориз. 3. Действие на силата на Кориолис

Действието на силата на Кориолис се простира върху много явления на географската обвивка. Неговият отклоняващ ефект е особено забележим в посоката на движение на въздушните маси. Под въздействието на отклоняващата сила на въртенето на Земята ветровете на умерените ширини на двете полукълба поемат предимно западна посока, а в тропическите ширини - изток. Подобно проявление на силата на Кориолис се открива в посоката на движение на океанските води. Асиметрията на речните долини също е свързана с тази сила (десният бряг обикновено е висок в Северното полукълбо, в Южното - левият).

Въртенето на Земята около нейната ос също води до движение на слънчевата светлина по земната повърхност от изток на запад, т.е. до смяна на деня и нощта.

Смяната на деня и нощта създава ежедневен ритъм в живата и неживата природа. Дневният ритъм е тясно свързан със светлинните и температурните условия. Известен е дневният ход на температурата, дневният и нощен бриз и т. н. Дневните ритми се срещат и в дивата природа - фотосинтезата е възможна само през деня, повечето растения отварят цветовете си в различни часове; Някои животни са активни през деня, други през нощта. Човешкият живот също протича в ежедневен ритъм.

Друго следствие от въртенето на Земята около оста си е разликата във времето в различни точки на нашата планета.

От 1884 г. е приета зона за времева сметка, т.е. цялата повърхност на Земята е разделена на 24 часови зони от 15 ° всяка. Отзад стандартно времевземете местното време на средния меридиан на всяка зона. Съседните часови зони се различават с един час. Границите на поясите са начертани, като се вземат предвид политическите, административните и икономическите граници.

Нулевият пояс е Гринуич (по името на обсерваторията Гринуич близо до Лондон), който минава от двете страни на основния меридиан. Взема се предвид времето на нулевия или началния меридиан Световно време.

Меридиан 180° е приет за международен линия за измерване на дата- условна линия на повърхността на земното кълбо, от двете страни на която часовете и минутите съвпадат, и календарни датисе различават с един ден.

За още рационално използванелятна дневна светлина през 1930 г. у нас е въведена време за майчинство,пред зоната с един час. За целта стрелките на часовника бяха преместени с един час напред. В това отношение Москва, намирайки се във втората часова зона, живее според времето на третата часова зона.

От 1981 г. между април и октомври времето се измества с един час напред. Този т.нар лятно време.Въвежда се за пестене на енергия. През лятото Москва е с два часа напред от стандартното време.

Часовата зона, в която се намира Москва е Москва.

Движението на Земята около Слънцето

Въртейки се около оста си, Земята едновременно се движи около Слънцето, обикаляйки кръга за 365 дни 5 часа 48 минути 46 секунди. Този период се нарича астрономическа година.За удобство се смята, че една година има 365 дни и на всеки четири години, когато се „натрупат“ 24 часа от шест часа, в годината има не 365, а 366 дни. Тази година се нарича високосна година,и един ден се добавя към февруари.

Пътят в космоса, по който Земята се движи около Слънцето, се нарича орбита(фиг. 4). Орбитата на Земята е елиптична, така че разстоянието от Земята до Слънцето не е постоянно. Когато земята е вътре перихелий(от гръцки. пери- близо, около и хелиос- Слънце) - най-близката точка на орбитата до Слънцето - на 3 януари, разстоянието е 147 милиона км. По това време в Северното полукълбо е зима. Най-голямото разстояние от Слънцето в афелий(от гръцки. аро- далеч от и хелиос- Слънце) - най-голямото разстояние от Слънцето - 5 юли. Равнява се на 152 милиона км. По това време в Северното полукълбо е лято.

Ориз. 4. Движение на Земята около Слънцето

Годишното движение на Земята около Слънцето се наблюдава от непрекъснатата промяна на положението на Слънцето в небето - сменят се обедната височина на Слънцето и положението на неговия изгрев и залез, продължителността на светлите и тъмните части на денят се променя.

При движение в орбита посоката на земната ос не се променя, тя винаги е насочена към Полярната звезда.

В резултат на промяна на разстоянието от Земята до Слънцето, както и поради наклона на земната ос към равнината на нейното движение около Слънцето, се наблюдава неравномерно разпределение на слънчевата радиация на Земята през годината . Така се сменят сезоните, което е характерно за всички планети, които имат наклон на оста на въртене към равнината на своята орбита. (еклиптика)различен от 90°. Орбиталната скорост на планетата в Северното полукълбо е по-висока през зимата и по-ниска през лятото. Следователно зимното полугодие продължава 179, а лятното полугодие - 186 дни.

В резултат на движението на Земята около Слънцето и наклона на земната ос към равнината на нейната орбита с 66,5 °, на нашата планета се наблюдава не само смяната на сезоните, но и промяна в продължителността на деня и нощ.

Въртенето на Земята около Слънцето и смяната на сезоните на Земята са показани на фиг. 81 (равноденствия и слънцестоения според сезоните в Северното полукълбо).

Само два пъти в годината - в дните на равноденствието, продължителността на деня и нощта на цялата Земя е почти еднаква.

Равноденствие- моментът, в който центърът на Слънцето при видимото си годишно движение по еклиптиката пресича небесния екватор. Има пролетно и есенно равноденствие.

Наклонът на оста на въртене на Земята около Слънцето на равноденствията на 20-21 март и 22-23 септември е неутрален по отношение на Слънцето, а частите на планетата, обърнати към него, са равномерно осветени от полюс до полюс (фиг. 5). Слънчевите лъчи падат вертикално на екватора.

Най-дългият ден и най-късата нощ са на лятното слънцестоене.

Ориз. 5. Осветяване на Земята от Слънцето в дните на равноденствието

Слънцестоене- моментът на преминаване през центъра на Слънцето на точките на еклиптиката, най-отдалечени от екватора (точки на слънцестоене). Има лятно и зимно слънцестоене.

В деня на лятното слънцестоене 21-22 юни Земята заема положение, при което северният край на нейната ос е наклонен към Слънцето. И лъчите падат вертикално не на екватора, а на северния тропик, чиято географска ширина е 23 ° 27 "През целия ден и нощ не само полярните региони са осветени, но и пространството отвъд тях до ширина 66 ° 33" ( Арктически кръг). В южното полукълбо по това време само тази част от него, която се намира между екватора и южния арктически кръг (66 ° 33 "), се оказва осветена. Отвъд нея, в този ден, земната повърхност не е осветена.

В деня на зимното слънцестоене на 21-22 декември всичко се случва наобратно (фиг. 6). Слънчевите лъчи вече падат отвесно върху южния тропик. Осветени в южното полукълбо са области, които се намират не само между екватора и тропика, но и около южния полюс. Тази ситуация продължава до пролетното равноденствие.

Ориз. 6. Осветление на Земята в деня на зимното слънцестоене

На два паралела на Земята в дните на слънцестоенето Слънцето по обяд е точно над главата на наблюдателя, тоест в зенита. Такива паралели се наричат тропиците.В северния тропик (23° с.ш.) Слънцето е в зенита си на 22 юни, в южния тропик (23° ю.ш.) на 22 декември.

На екватора денят винаги е равен на нощта. Ъгъл на падане слънчеви лъчина земната повърхност и продължителността на деня там се променят малко, така че смяната на сезоните не е изразена.

арктически кръговезабележителни с това, че те са границите на области, където има полярни дни и нощи.

полярен ден- периодът, когато слънцето не пада под хоризонта. Колкото по-далеч от Арктическия кръг близо до полюса, толкова по-дълъг е полярният ден. На ширината на Северния полярен кръг (66,5°) тя продължава само един ден, а на полюса е с продължителност 189 дни. В Северното полукълбо на ширината на Северния полярен кръг полярният ден се наблюдава на 22 юни - деня на лятното слънцестоене, а в Южното полукълбо на ширината на Южния полярен кръг - на 22 декември.

полярна нощпродължава от един ден на ширината на Арктическия кръг до 176 дни на полюсите. По време на полярната нощ Слънцето не се показва над хоризонта. В Северното полукълбо, на ширината на Арктическия кръг, това явление се наблюдава на 22 декември.

Невъзможно е да не се отбележи такъв прекрасен природен феномен като белите нощи. Бели нощи- това са светли нощи в началото на лятото, когато вечерната зора се сближава с утринната зора и здрачът продължава цяла нощ. Те се наблюдават в двете полукълба на ширини над 60°, когато центърът на Слънцето в полунощ пада под хоризонта с не повече от 7°. В Санкт Петербург (около 60° с.ш.) белите нощи продължават от 11 юни до 2 юли, в Архангелск (64° с.ш.) от 13 май до 30 юли.

Сезонният ритъм във връзка с годишното движение влияе преди всичко върху осветеността на земната повърхност. В зависимост от изменението на височината на Слънцето над хоризонта на Земята има пет осветителни колани.Горещият пояс се намира между северния и южния тропик (тропика на Рака и тропика на Козирога), заема 40% от земната повърхност и се отличава с най-голямото количество топлина, идваща от Слънцето. Между тропиците и арктическите кръгове в южното и северното полукълбо има умерени зони на осветеност. Сезоните на годината вече са изразени тук: колкото по-далеч от тропиците, толкова по-кратко и по-хладно е лятото, толкова по-дълга и по-студена е зимата. Полярните пояси в Северното и Южното полукълбо са ограничени от Арктическите кръгове. Тук височината на Слънцето над хоризонта през годината е ниска, така че количеството слънчева топлина е минимално. Полярните зони се характеризират с полярни дни и нощи.

В зависимост от годишното движение на Земята около Слънцето протичат не само смяната на сезоните и свързаната с това неравномерност на осветеността на земната повърхност по географски ширини, но и значителна част от процесите в географската обвивка: сезонни промени във времето, режим на реки и езера, ритъм в живота на растенията и животните, видове и условия на селскостопанска работа.

Календар.Календар- система за изчисляване на дълги периоди от време. Тази система се основава на периодични природни явления, свързани с движението на небесните тела. Календарът използва астрономически явления – смяна на сезоните, ден и нощ, смяна лунни фази. Първият календар е египетски, създаден през 4 век. пр.н.е д. На 1 януари 45 г. Юлий Цезар въвежда юлианския календар, който все още се използва от руснаците православна църква. Поради факта, че продължителността на Юлианската година е по-голяма от астрономическата с 11 минути 14 секунди, до 16в. натрупана „грешка“ от 10 дни - денят на пролетното равноденствие не дойде на 21 март, а на 11 март. Тази грешка е поправена през 1582 г. с указ на папа Григорий XIII. Броенето на дните беше преместено с 10 дни напред, а денят след 4 октомври беше предписано да се счита за петък, но не 5 октомври, а 15 октомври. Пролетното равноденствие отново беше върнато на 21 март и календарът стана известен като Григориански. Той е въведен в Русия през 1918 г. Той обаче има и редица недостатъци: различна продължителност на месеците (28, 29, 30, 31 дни), неравенство на тримесечия (90, 91, 92 дни), несъответствие на броя на месеците. по дни от седмицата.