Što će se dogoditi ako Zemlja promijeni svoju orbitu. Što se događa ako Zemlja napusti svoju orbitu? Izvadak koji karakterizira promjenu inklinacije orbite

Što uzrokuje promjenu klime na Zemlji?

Astronom Milutin Milankovich (1879.-1958.) proučavao je promjene u orbiti Zemlje oko Sunca i nagib osi našeg planeta. Sugerirao je da su cikličke promjene među njima uzrok dugoročnih klimatskih promjena.

Klimatske promjene su složen proces i na njih utječu mnogi čimbenici. Glavni je odnos Zemlje i Sunca.

Milanković je proučavao tri faktora:

    Promjena nagiba zemljine osi;

    Odstupanja u obliku Zemljine putanje oko Sunca;

    Precesija promjene položaja nagiba osi u odnosu na orbitu..


Zemljina os nije okomita na ravninu orbite. Nagib je 23,5°. To sjevernoj hemisferi daje priliku da dobije više sunca i duže dane u lipnju. U prosincu ima manje sunca i dani postaju kraći. Ovo objašnjava promjenu godišnjih doba. U Južna polutka godišnja doba idu obrnutim redom.

Otklon zemljine osi.

Promjena Zemljine orbite.

Zemlja

Zemlja bez godišnjih doba, nagib osi 0°.

Kraj lipnja: ljeto na sjevernoj hemisferi, zima na južnoj.

Kasni prosinac: ljeto na sjevernoj hemisferi, zima na južnoj.

Nagib zemljine osi

Da nema nagiba osi, ne bismo imali godišnja doba, a dan i noć bi trajali jednako tijekom cijele godine. Količina sunčeve energije koja doseže određenu točku na Zemlji bila bi konstantna. Sada je os planeta pod kutom od 23,5°. Ljeti (od lipnja) na sjevernoj hemisferi ispada da sjeverne geografske širine dobivaju više svjetla nego južne. Dani su sve duži, a položaj sunca sve viši. U isto vrijeme na južnoj hemisferi je zima. Dani su kraći, a sunca niže.

S Nakon šest mjeseci Zemlja se kreće u svojoj orbiti na suprotnu stranu od Sunca. Nagib ostaje isti. Ljeto je na južnoj hemisferi, dani su duži i ima više svjetla. Na sjevernoj hemisferi je zima.

Milanković je sugerirao da nagib zemljine osi nije uvijek 23,5°. S vremena na vrijeme dolazi do fluktuacija. Izračunao je da se promjene kreću od 22,1° do 24,5°, ponavljajući se u razdoblju od 41.000 godina. Kad je nagib manji, temperatura je ljeti niža od uobičajene, a zimi viša. Kako se nagib povećava, primjećuju se ekstremniji klimatski uvjeti.

Kako sve to utječe na klimu? Čak i dok temperature rastu, zima je još uvijek dovoljno hladna za snijeg u područjima daleko od ekvatora. Ako je ljeto hladno, moguće je da će se i snijeg zimi na visokim geografskim širinama sporije topiti. Iz godine u godinu ono će se naslagati, tvoreći ledenjak.

U usporedbi s vodom i kopnom, snijeg reflektira više sunčeve energije u svemir, uzrokujući dodatno hlađenje. S ove točke gledišta, postoji mehanizam pozitivnog Povratne informacije. S padom temperatura dodatno se nakuplja snijeg i povećavaju ledenjaci. Refleksija se s vremenom povećava, a temperatura opada, i tako dalje. Možda su tako počela ledena doba.

Oblik Zemljine putanje oko Sunca

Drugi faktor koji Milanković proučava je oblik Zemljine orbite oko Sunca. Orbita nije savršeno okrugla. U određeno doba godine Zemlja je bliže Suncu nego inače. Zemlja prima znatno više energije od Sunca kada je što bliže zvijezdi (u točki perihela), u usporedbi s njezinom najvećom udaljenošću (točka afela).

Oblik Zemljine orbite ciklički se mijenja s periodima od 90.000 i 100.000 godina. Ponekad oblik postaje izduženiji (eliptičniji) nego što je sada, pa će razlika u količini sunčeve energije primljene u perihelu i afelu biti veća.

Perihel se trenutno promatra u siječnju, afel u srpnju. Ova promjena čini klimu sjeverne hemisfere blažom, donoseći dodatnu toplinu zimi. Na južnoj hemisferi klima je oštrija nego što bi bila da je Zemljina orbita oko Sunca kružna.

Precesija

Postoji još jedna poteškoća. Orijentacija Zemljine osi mijenja se tijekom vremena. Poput vrha, os se kreće u krugu. Ovo kretanje se naziva precesijskim. Ciklus takvog kretanja je 22.000 godina. To uzrokuje postupnu promjenu godišnjih doba. Prije jedanaest tisuća godina, sjeverna hemisfera bila je nagnuta bliže suncu u prosincu nego u lipnju. Zima i ljeto zamijenili su mjesta. 11 000 godina kasnije, sve se opet promijenilo.

Sva tri faktora: aksijalni nagib, oblik orbite i precesija mijenjaju klimu planeta. Budući da se to događa na različitim vremenskim skalama, interakcija ovih čimbenika je složena. Ponekad se međusobno pojačavaju, a ponekad oslabljuju. Na primjer, prije 11 000 godina, precesija je uzrokovala početak ljeta na sjevernoj hemisferi u prosincu, učinak povećanja sunčevog zračenja na perihelu u siječnju i smanjenja na afelu u srpnju povećao bi međusezonsku razliku na sjevernoj hemisferi, umjesto da ublaži sada smo navikli. Nije sve tako jednostavno kao što se čini, budući da se datumi perihela i afela također pomiču.

Ostali čimbenici koji utječu na klimu

Osim učinka pomicanja Zemljinog gibanja, postoje li drugi čimbenici koji utječu na klimu?

promjena nagiba putanje planeta, promjena nagiba putanje elektrona
Promjena inklinacije orbite umjetni satelit - orbitalni manevar, čija je svrha (u općem slučaju) prebaciti satelit u orbitu s različitim nagibom. Postoje dvije vrste ovog manevra:
  1. Promjena nagiba orbite prema ekvatoru. Proizvodi se uključivanjem raketnog motora u uzlaznom čvoru orbite (iznad ekvatora). Puls se emitira u smjeru okomitom na smjer orbitalne brzine;
  2. Promjena položaja (dužine) uzlaznog čvora na ekvatoru. Proizvedeno uključivanjem raketnog motora iznad pola (u slučaju polarne orbite). Impuls se, kao iu prethodnom slučaju, šalje u smjeru okomitom na smjer orbitalne brzine. Zbog toga se uzlazni čvor orbite pomiče duž ekvatora, a nagib orbitalne ravnine prema ekvatoru ostaje nepromijenjen.

Promjena nagiba orbite izuzetno je energetski zahtjevan manevar. Dakle, za satelite u niskoj orbiti (imaju orbitalnu brzinu od oko 8 km/s), promjena nagiba orbite prema ekvatoru za 45 stupnjeva zahtijeva približno istu energiju (povećanje karakteristične brzine) kao i za ubacivanje u orbitu - oko 8 km/s. Za usporedbu, može se primijetiti da energetske mogućnosti Space Shuttlea omogućuju, uz puno korištenje rezerve goriva na brodu (oko 22 tone: 8,174 kg goriva i 13,486 kg oksidatora u orbitalnim manevarskim motorima), promjenu vrijednost orbitalne brzine za samo 300 m/s, a inklinacija, sukladno tome (tijekom manevra u niskoj kružnoj orbiti) iznosi približno 2 stupnja. Zbog toga se umjetni sateliti lansiraju (ako je moguće) izravno u orbitu s ciljanim nagibom.

Međutim, u nekim je slučajevima promjena nagiba orbite ipak neizbježna. Dakle, pri lansiranju satelita u geostacionarnu orbitu s kozmodroma visoke geografske širine (na primjer, Baikonur), budući da je nemoguće odmah postaviti uređaj u orbitu s nagibom manjim od geografske širine kozmodroma, koristi se promjena nagiba orbite . Satelit se lansira u nisku referentnu orbitu, nakon čega se uzastopno formira nekoliko srednjih, viših orbita. Za to potrebne energetske mogućnosti osigurava gornji stupanj ugrađen na raketu-nosač. Promjena nagiba se provodi u apogeju visoke eliptične orbite, budući da je brzina satelita u ovoj točki relativno mala, a manevar zahtijeva manje energije (u usporedbi sa sličnim manevrom u niskoj kružnoj orbiti).

Proračun troškova energije za manevar promjene nagiba orbite

Izračun prirasta brzine () potrebnog za izvođenje manevra izračunava se pomoću formule:

  • - ekscentričnost
  • - argument periapsis
  • - prava anomalija
  • - doba
  • - glavna osovina

Bilješke

  1. NASA. Skladištenje i distribucija pogonskog goriva. NASA (1998). Preuzeto 8. veljače 2008. Arhivirano iz izvornika 30. kolovoza 2012.
  2. Gorivo za svemirske letjelice
  3. Kontrola kretanja svemirskih letjelica, M. Znanje. Kozmonautika, Astronomija - B.V. Rauschenbach (1986).
p·o·r Orbite
Vrste
Osnovni, temeljni Orbita okvira Orbita hvatanja Eliptična orbita / Visoka eliptična orbita Orbita za bijeg Orbita zakopavanja Hiperbolična putanja Nagnuta orbita / nenagnuta orbita Oskulirajuća orbita Parabolična putanja Referentna orbita (uključujući nisku) Sinkrona orbita (polusinkrona subsinkrona) Stacionarna orbita
Geocentrično Geosinkrona orbita Geostacionarna orbita Sunce-sinkrona orbita Niska Zemljina orbita Srednja Zemljina orbita Visoka Zemljina orbita Molniya orbita Bliska ekvatorijalna orbita Mjesečeva orbita Polarna orbita Tundra-orbita TLE
Oko drugih
nebeska tijela i točke		 Areosinhrona orbita Areostacionarna orbita Halo orbita Lissajousova orbita Cilunarna orbita Heliocentrična orbita Sunčevo-sinkrona orbita
Parametri Orbitalni manevri Bieliptična prijenosna orbita · Karakteristična granica brzine · Geotransferna orbita · Gravitacijski manevar · Gravitacijska rotacija · Hohmannova orbita · Jeftina prijenosna putanja · Oberthov efekt · Promjena inklinacije orbite· Faziranje orbite · Pristajanje · Transpozicija, pristajanje i izvlačenje · Manevar povlačenja Ostale teme iz astrodinamike Nebeski koordinatni sustav · Ekvatorijalni koordinatni sustav · Epoha · Efemeride · Keplerovi zakoni · Gravitacijski problem N-tijela · Lagrangeove točke · Perturbacija · Međuplanetarna transportna mreža
Orbitalna jednadžba · Apocentar i periapsis · Orbitalna brzina · Gravitacijski parametar · Vektori stanja orbite · Posebna orbitalna energija · Poseban relativni moment · Kretanje naprijed · Retrogradno gibanje · Orbitalna putanja

promjena nagiba zemljine putanje, promjena nagiba putanje planeta, promjena nagiba putanje elektrona

Ekologija

Zemlja prolazi kroz četiri godišnja doba dok napravi jednu revoluciju oko Sunca, a sve se to događa zajedno s povećanjem i opadanjem dnevnog svjetla tijekom šest mjeseci koji se događaju između zimskog i ljetnog solsticija.

Također živimo u 24-satnom dnevnom ciklusu tijekom kojeg se Zemlja okreće oko svoje osi, štoviše, postoji 28-dnevni ciklus rotacije Mjeseca oko Zemlje. Ti se ciklusi beskrajno ponavljaju. Međutim, postoje mnoge suptilnosti skrivene unutar i oko ovih ciklusa kojih većina ljudi nije svjesna, ne može ih objasniti ili jednostavno ne primjećuju.


10. Najviša točka

Činjenica: Sunce ne mora nužno doseći svoju najvišu točku u podne.

Ovisno o godišnjem dobu, položaj Sunca na najvišoj točki varira. To se događa iz dva razloga: Zemljina je orbita elipsa, a ne krug, a Zemlja je pak nagnuta prema Suncu. Budući da se Zemlja gotovo uvijek vrti jednakom brzinom, a njena orbita je brža od drugih u određeno doba godine, ponekad naš planet ili prestigne ili zaostane za svojom kružnom orbitom.


Promjene uzrokovane Zemljinim nagibom najbolje se vide zamišljanjem točaka blizu jedna drugoj na Zemljinom ekvatoru. Ako krug točaka nagnete za 23,44 stupnja (trenutni nagib Zemlje), vidjet ćete da će sve točke osim onih koje se trenutno nalaze na ekvatoru i tropima promijeniti svoju dužinu. Također postoje promjene u vremenu kada je Sunce na najvišoj točki, one su također povezane sa zemljopisnom dužinom u kojoj se nalazi promatrač, međutim, ovaj faktor je konstantan za svaku dužinu.

9. Smjer izlaska sunca

Činjenica: Izlazak i zalazak sunca ne mijenjaju smjer odmah nakon solsticija.

Većina ljudi vjeruje da se na sjevernoj hemisferi najraniji zalazak sunca događa oko prosinačkog solsticija, a najkasnije oko lipanjskog solsticija. Zapravo to nije istina. Solsticiji su jednostavno datumi koji označavaju duljinu najkraćeg i najdužeg dnevnog svjetla. Međutim, promjene vremena tijekom podnevnog razdoblja povlače za sobom promjene razdoblja izlaska i zalaska sunca.


Tijekom prosinačkog solsticija, podne kasni 30 sekundi svaki dan. Budući da nema promjena u dnevnom svjetlu tijekom solsticija, i zalazak i izlazak sunca kasne za 30 sekundi svaki dan. Budući da zalazak sunca kasni tijekom zimskog solsticija, najraniji zalazak sunca već ima vremena da se "dogodi". U isto vrijeme, na isti dan izlazak sunca također dolazi kasno, morate čekati najnoviji izlazak sunca.

Također se događa da se zadnji zalazak sunca dogodi kratko vrijeme nakon ljetnog solsticija, a najraniji izlazak sunca dogodi se malo prije ljetnog solsticija. Međutim, ta razlika nije toliko značajna u usporedbi s prosinačkim solsticijem jer promjena u podne zbog ekscentričnosti na ovom solsticiju ovisi o promjenama u podne zbog nagnutosti, ali je ukupna stopa promjene pozitivna.

8. Eliptična putanja Zemlje

Većina ljudi zna da se Zemlja okreće oko Sunca po elipsi, a ne po kružnici, ali ekscentricitet Zemljine orbite je otprilike 1/60. Planet koji kruži oko svog Sunca uvijek ima ekscentricitet između 0 i 1 (računajući 0, ali ne računajući 1). Ekscentricitet od 0 označava da je orbita savršeni krug sa suncem u središtu i planetom koji rotira konstantnom brzinom.


Međutim, postojanje takve orbite vrlo je malo vjerojatno, budući da postoji kontinuum mogućih vrijednosti ekscentriciteta, koji se u zatvorenoj orbiti mjeri dijeljenjem udaljenosti između sunca i središta elipse. Orbita postaje duža i tanja kako se ekscentricitet približava 1. Planet se uvijek okreće brže što se približava Suncu, a usporava kako se od njega udaljava. Kada je ekscentricitet veći ili jednak 1, planet jednom obiđe svoje sunce i zauvijek odleti u svemir.

7. Zemlja se njiše

Zemlja povremeno prolazi kroz vibracije. To se uglavnom objašnjava utjecajem gravitacijskih sila, koje "rastežu" ekvatorijalnu izbočinu Zemlje. Sunce i Mjesec također vrše pritisak na ovu izbočinu, stvarajući tako vibracije Zemlje. Međutim, za svakodnevna astronomska promatranja ti su učinci zanemarivi.


Zemljin nagib i dužina imaju period od 18,6 godina, što je vrijeme koje je potrebno Mjesecu da kruži kroz čvorove, stvarajući kolebanja u rasponu od dva tjedna do šest mjeseci. Trajanje ovisi o orbiti Zemlje oko Sunca i o orbiti Mjeseca oko Zemlje.

6. Ravna Zemlja

Činjenica (nekako): Zemlja je uistinu ravna ploča.

Katolici Galileovog doba možda su bili samo donekle u pravu kada su vjerovali da je Zemlja ravna. Dešava se da Zemlja ima gotovo sferni oblik, ali je malo spljoštena na polovima. Zemljin ekvatorijalni radijus iznosi 6378,14 kilometara, a polarni 6356,75 kilometara. Posljedično, geolozi su morali smisliti različite verzije geografske širine.


Geocentrična geografska širina mjeri se vizualnom geografskom širinom, to jest, to je kut u odnosu na ekvator i središte Zemlje. Geografska širina je širina sa stajališta promatrača, odnosno kut koji se sastoji od linije ekvatora i ravne linije koja prolazi ispod stopala osobe. Geografska širina je standard za izradu karata i određivanje koordinata. Međutim, mjerenje kuta između Zemlje i Sunca (koliko sjeverno ili južno Sunce obasjava Zemlju ovisno o dobu godine) uvijek se vrši u geocentričnom sustavu.

5. Precesija

Zemljina je os usmjerena prema vrhu. Osim toga, elipsa koja tvori Zemljinu orbitu rotira vrlo sporo, zbog čega je oblik kretanja Zemlje oko Sunca vrlo sličan tratinčici.


U vezi s obje vrste precesije, astronomi su identificirali tri vrste godina: zvjezdanu godinu (365, 256 dana), koja ima jednu orbitu u odnosu na udaljene zvijezde; anomalna godina (365,259 dana), koja je vremenski period tijekom kojeg se Zemlja kreće od svoje najbliže točke (perihel) do svoje najudaljenije točke od Sunca (afel) i natrag; tropska godina (365, 242 dana), koja traje od jednog dana proljetnog ekvinocija do sljedećeg.

4. Milankovićevi ciklusi

Astronom Milutin Milanković otkrio je početkom 20. stoljeća da Zemljin nagib, ekscentricitet i precesija nisu stalne veličine. U razdoblju od oko 41.000 godina, Zemlja završi jedan ciklus, tijekom kojeg se naginje od 24,2 - 24,5 stupnjeva do 22,1 - 22,6 stupnjeva i natrag. Trenutno se Zemljin aksijalni nagib smanjuje, a mi smo točno na pola puta do minimalnog nagiba od 22,6 stupnjeva, koji će biti dostignut za oko 12.000 godina. Zemljin ekscentricitet prati mnogo nestalniji ciklus, koji traje 100 000 godina, a tijekom kojeg vremena fluktuira između 0,005 i 0,05.


Kao što je već spomenuto, njegov trenutni pokazatelj je 1/60 ili 0,0166, ali sada je u padu. Svoj minimum dosegnut će za 28.000 godina. Predložio je da su ti ciklusi uzrokovali ledeno doba. Kada su vrijednosti nagiba i ekscentriciteta posebno visoke, a precesija je takva da je Zemlja nagnuta od ili prema Suncu, završavamo s prehladnom zimom na zapadnoj hemisferi, s previše topljenja leda u proljeće ili ljeto.

3. Spora rotacija

Zbog trenja uzrokovanog plimom i zalutalim česticama u svemiru, brzina Zemljine rotacije postupno se usporava. Procjenjuje se da sa svakim stoljećem Zemlji treba pet stotinki sekunde više da se jednom okrene. Na početku nastanka Zemlje dan nije trajao više od 14 sati umjesto današnjih 24. Usporavanje Zemljine rotacije razlog je zašto svakih nekoliko godina duljini dana dodajemo djelić sekunde.


No, vrijeme kada će naš 24-satni sustav prestati biti relevantan toliko je daleko da gotovo nitko ne pretpostavlja što ćemo učiniti s dodatnim vremenom koje se pojavi. Neki vjeruju da bismo svakom danu mogli dodati vremensko razdoblje, što bi na kraju moglo dobiti 25-satni dan, ili promijeniti duljinu sata tako da dan podijelimo na 24 jednaka dijela.

2. Mjesec se udaljava

Svake godine Mjesec se udalji od svoje Zemljine orbite za 4 centimetra. To je zbog plime i oseke koje "donosi" na Zemlju.


Mjesečeva gravitacija koja djeluje na Zemlju iskrivljuje Zemljina kora za nekoliko centimetara. Budući da se Mjesec okreće mnogo brže od svoje orbite, izbočine povlače Mjesec za sobom i izvlače ga iz njegovih orbita.

1. Sezonalnost

Solsticij i ekvinocij simboliziraju početak svojih godišnjih doba, a ne njihovu sredinu. To je zato što je Zemlji potrebno vrijeme da se zagrije ili ohladi. Dakle, sezonalnost se razlikuje po odgovarajućoj duljini dnevnog svjetla. Taj se učinak naziva sezonski odmak i varira ovisno o geografskom položaju promatrača. Što je osoba dalje od polova, to je manja tendencija zaostajanja.


U mnogim sjevernoameričkim gradovima kašnjenje je obično oko mjesec dana, što rezultira najhladnijim vremenom 21. siječnja, a najtoplijim 21. srpnja. No, ljudi koji žive na takvim geografskim širinama uživaju iu toplim ljetnim danima krajem kolovoza, u laganoj odjeći, pa čak iu odlasku na plažu. Štoviše, isti datum s "druge strane" ljetnog solsticija odgovarat će otprilike 10. travnja. Mnogi će ostati samo u iščekivanju ljeta.

Postoje 3 opcije za izlazak iz orbite - prelazak na novu orbitu (koja zauzvrat može biti bliže ili dalje od Sunca, ili čak biti jako izdužena), pad u Sunce i napuštanje Sunčevog sustava. Razmotrimo samo treću opciju, koja je, po mom mišljenju, najzanimljivija.

Što se više udaljavamo od sunca, bit će manje ultraljubičastog svjetla dostupnog za fotosintezu, a prosječna temperatura na planetu padat će iz godine u godinu. Biljke će prve stradati, što će dovesti do velikih poremećaja u prehrambenim lancima i ekosustavima. A ledeno doba će doći vrlo brzo. Jedine oaze s više ili manje uvjeta bit će u blizini geotermalnih izvora i gejzira. Ali ne zadugo.

Nakon određenog broja godina (usput, više neće biti godišnjih doba), na određenoj udaljenosti od sunca, počet će neobične kiše na površini našeg planeta. Bit će to kiše kisika. Ako budete imali sreće, možda padne snijeg od kisika. Ne mogu sa sigurnošću reći hoće li se ljudi na površini moći prilagoditi tome - neće biti ni hrane, čelik će u takvim uvjetima biti previše krhak, pa je nejasno kako doći do goriva. površina oceana će se smrznuti do znatne dubine, ledena kapa zbog širenja leda pokrit će cijelu površinu planeta osim planina - naš planet će postati bijel.

Ali temperatura jezgre i plašta planeta neće se promijeniti, pa će ispod ledene kape na dubini od nekoliko kilometara temperatura ostati prilično podnošljiva. (ako iskopate takav rudnik i osigurate mu stalnu hranu i kisik, možete čak i živjeti tamo)

Najsmješnije je u morskim dubinama. Gdje ni sada tračak svjetlosti ne prodire. Tamo, na dubini od nekoliko kilometara ispod površine oceana, postoje čitavi ekosustavi koji apsolutno ne ovise o suncu, o fotosintezi, o sunčevoj toplini. Ima svoje cikluse tvari, kemosintezu umjesto fotosinteze, a potrebnu temperaturu održava toplina našeg planeta (vulkanska aktivnost, podvodni topli izvori i sl.) Budući da je temperatura unutar našeg planeta osigurana njegovom gravitacijom , masa, čak i bez sunca, također je izvan solarnih sustava, tamo će se održavati stabilni uvjeti i potrebna temperatura. A život koji vrije u morskim dubinama, na dnu oceana, neće ni primijetiti da je sunce nestalo. Taj život neće ni znati da se naš planet jednom okretao oko Sunca. Možda će se razviti.

Također je malo vjerojatno, ali također moguće, da će snježna kugla - Zemlja - jednog dana, milijardama godina kasnije, doletjeti do jedne od zvijezda naše galaksije i pasti u njezinu orbitu. Također je moguće da će se u toj orbiti neke druge zvijezde naš planet “otopiti” i na površini će se pojaviti uvjeti povoljni za život. Možda će život u morskim dubinama, prošavši cijeli ovaj put, opet isplivati ​​na površinu, kao što se već jednom dogodilo. Možda će se nakon toga, kao rezultat evolucije, ponovno pojaviti inteligentni život na našem planetu. I konačno, možda će u ostacima nekog od podatkovnih centara pronaći preživjele medije s pitanjima i odgovorima s mjesta

Znan tri ciklička procesa, što dovodi do sporih, takozvanih sekularnih fluktuacija u vrijednostima solarne konstante. Odgovarajuće sekularne klimatske promjene obično se povezuju s tim fluktuacijama solarne konstante, što se odrazilo u radovima M.V. Lomonosov, A.I. Voeykova i dr. Kasnije, kada se razvijalo ovo pitanje, pojavilo se astronomska hipoteza M. Milankovića, objašnjavajući promjene klime na Zemlji u geološkoj prošlosti. Sekularna kolebanja solarne konstante povezana su sa sporim promjenama oblika i položaja zemljine orbite, kao i orijentacije zemljine osi u svjetskom prostoru, uzrokovane međusobnim privlačenjem Zemlje i drugih planeta. Budući da mase drugih planeta Sunčev sustav znatno manji od mase Sunca, njihov se utjecaj osjeća u obliku malih poremećaja elemenata Zemljine orbite. Kao rezultat složenog međudjelovanja gravitacijskih sila, putanja Zemlje oko Sunca nije stalna elipsa, već prilično složena zatvorena krivulja. Ozračenje Zemlje koje prati ovu krivulju neprestano se mijenja.

Prvi ciklički proces je promjena oblika orbite od eliptične do gotovo kružne s periodom od oko 100 000 godina; naziva se oscilacija ekscentriciteta. Ekscentricitet karakterizira izduženost elipse (mali ekscentricitet – okrugla orbita, veliki ekscentricitet – orbita – izdužena elipsa). Procjene to pokazuju karakteristično vrijeme promjena ekscentriciteta je 10 5 godina (100 000 godina).

Riža. 3.1 − Promjena Zemljine orbitalne ekscentričnosti (bez mjerila) (od J. Silvera, 2009.)

Promjene ekscentriciteta su neperiodične. Oni fluktuiraju oko vrijednosti 0,028, u rasponu od 0,0163 do 0,0658. Trenutno se orbitalni ekscentricitet od 0,0167 nastavlja smanjivati, a njegova minimalna vrijednost bit će dosegnuta za 25 tisuća godina. Očekuju se i duža razdoblja smanjenja ekscentričnosti - do 400 tisuća godina. Promjena u ekscentricitetu zemljine orbite dovodi do promjene u udaljenosti između Zemlje i Sunca, a posljedično, i u količini energije koja se u jedinici vremena dovodi na jedinicu površine okomito na sunčeve zrake na vrhuncu atmosfere. Utvrđeno je da kada se ekscentricitet promijeni od 0,0007 do 0,0658, razlika između tokova sunčeve energije od ekscentriciteta za slučajeve kada Zemlja prolazi perihel i afel orbite se mijenja od 7 do 20−26% solarne konstante. Trenutno je Zemljina orbita blago eliptična i razlika u protoku Sunčeve energije je oko 7%. Za vrijeme najveće eliptičnosti ta razlika može doseći 20−26%. Iz ovoga slijedi da se pri malim ekscentričnostima količina sunčeve energije koja dolazi na Zemlju, koja se nalazi u perihelu (147 milijuna km) ili afelu (152 milijuna km) orbite, malo razlikuje. Pri najvećem ekscentricitetu više energije dolazi u perihel nego u afel za iznos jednak četvrtini Sunčeve konstante. Sljedeći karakteristični periodi identificirani su u fluktuacijama ekscentričnosti: oko 0,1; 0,425 i 1,2 milijuna godina.

Drugi ciklički proces je promjena nagiba zemljine osi prema ravnini ekliptike, koja ima period od oko 41.000 godina. Tijekom tog vremena, nagib se mijenja od 22,5° (21,1) do 24,5° (Sl. 3.2). Trenutno iznosi 23°26"30". Povećanje kuta dovodi do povećanja visine Sunca ljeti i smanjenja zimi. Istovremeno će se povećati insolacija u visokim geografskim širinama, a na ekvatoru malo će se smanjiti. Što je taj nagib manji, to je manja razlika između zime i ljeta. Toplije zime imaju tendenciju da budu snježnije, a hladnija ljeta sprječavaju da se sav snijeg otopi. Snijeg se nakuplja na Zemlji, potičući rast ledenjaka. nagib se povećava, godišnja doba postaju izraženija, zime su hladnije i ima manje snijega, a ljeta su toplija i ima više snijega i otapa se led. To potiče povlačenje ledenjaka u polarne regije. Dakle, povećanje kuta povećava sezonski , ali smanjuje geografske širine razlike u količini sunčevog zračenja na Zemlji.

Riža. 3.2 – Promjena nagiba Zemljine rotacijske osi tijekom vremena (od J. Silver, 2009.)

Treći ciklički proces je oscilacija osi rotacije zemaljske kugle, nazvana precesija. Precesija zemljine osi- Ovo je sporo kretanje osi rotacije Zemlje duž kružnog stošca. Promjena orijentacije zemljine osi u svjetskom prostoru nastaje zbog neslaganja između središta Zemlje, zbog njegove spljoštenosti, i gravitacijske osi Zemlja–Mjesec–Sunce. Kao rezultat toga, Zemljina os opisuje određenu stožastu plohu (slika 3.3). Period ove oscilacije je oko 26 000 godina.

Riža. 3.3 – Precesija Zemljine orbite

Trenutno je Zemlja bliže Suncu u siječnju nego u lipnju. No, zbog precesije, nakon 13.000 godina bit će bliže Suncu u lipnju nego u siječnju. To će dovesti do povećanih sezonskih temperaturnih varijacija na sjevernoj hemisferi. Precesija zemljine osi dovodi do međusobne promjene položaja točke zimskog i ljetnog solsticija u odnosu na perihel orbite. Period s kojim se ponavlja međusobni položaj orbitalnog perihela i točke zimskog solsticija iznosi 21 tisuću godina. U novije vrijeme, 1250. godine, perihel orbite poklopio se sa zimskim solsticijem. Zemlja sada prolazi perihel 4. siječnja, a zimski solsticij nastupa 22. prosinca. Razlika između njih je 13 dana, odnosno 12º65". Sljedeća podudarnost perihela s točkom zimskog solsticija dogodit će se nakon 20 tisuća godina, a prethodna je bila prije 22 tisuće godina. Međutim, između ovih događaja točka ljetnog solsticija poklopila se s perihel.

Kod malih ekscentričnosti, položaj točaka ljetnog i zimskog solsticija u odnosu na perihel orbite ne dovodi do značajne promjene u količini topline koja ulazi u zemlju tijekom zime i ljetne sezone. Slika se dramatično mijenja ako se orbitalni ekscentricitet pokaže velikim, na primjer 0,06. Ovakav je ekscentricitet bio prije 230 tisuća godina i bit će za 620 tisuća godina. Kod velikih ekscentričnosti Zemlje dio orbite uz perihel, gdje je količina sunčeve energije najveća, prolazi brzo, a preostali dio izdužene orbite kroz proljetni ekvinocij do afela prolazi sporo, dugo vrijeme na velikoj udaljenosti od Sunca. Ako se u to vrijeme poklope perihel i točka zimskog solsticija, na sjevernoj hemisferi bit će kratka, topla zima i dugo, hladno ljeto, dok će na južnoj hemisferi biti kratko, toplo ljeto i duga, hladna zima. Ako se točka ljetnog solsticija poklapa s perihelom orbite, tada će se na sjevernoj hemisferi promatrati vruća ljeta i duge hladne zime, a na južnoj hemisferi obrnuto. Duga, svježa i vlažna ljeta povoljna su za rast ledenjaka na hemisferi gdje je koncentriran najveći dio kopna.

Dakle, sve navedene različite veličine fluktuacije Sunčevog zračenja se superponiraju jedna na drugu i daju složeni sekularni tijek promjena Sunčeve konstante, a posljedično i značajan utjecaj na uvjete za nastanak klime kroz promjene količine primljeno sunčevo zračenje. Kolebanja sunčeve topline su najizraženija kada su sva tri ova ciklička procesa u fazi. Tada su moguće velike glacijacije ili potpuno otapanje ledenjaka na Zemlji.

Detaljan teorijski opis mehanizama utjecaja astronomskih ciklusa na Zemljinu klimu predložen je u prvoj polovici 20. stoljeća. istaknuti srpski astronom i geofizičar Milutin Milanković, koji je razvio teoriju periodičnosti ledenih doba. Milankovitch je pretpostavio da cikličke promjene u ekscentricitetu Zemljine orbite (njenoj eliptičnosti), fluktuacije u kutu nagiba osi rotacije planeta i precesija ove osi mogu uzrokovati značajne promjene u klimi na Zemlji. Primjerice, prije otprilike 23 milijuna godina poklopila su se razdoblja minimalne vrijednosti ekscentriciteta Zemljine orbite i minimalne promjene nagiba osi Zemljine rotacije (upravo je taj nagib odgovoran za promjenu godišnjih doba). Tijekom 200 tisuća godina sezonske klimatske promjene na Zemlji bile su minimalne, jer je Zemljina orbita bila gotovo kružna, a nagib Zemljine osi ostao je gotovo nepromijenjen. Kao rezultat toga, razlika u ljetnim i zimskim temperaturama na polovima bila je samo nekoliko stupnjeva, led se nije imao vremena otopiti tijekom ljeta, a vidljivo je povećanje njegove površine.

Milankovitcheva teorija je više puta kritizirana, budući da su varijacije u zračenju iz tih razloga relativno mali, te su izražene sumnje mogu li tako male promjene u zračenju na visokim geografskim širinama uzrokovati značajne klimatske fluktuacije i dovesti do glacijacija. U drugoj polovici 20.st. Dobivena je značajna količina novih dokaza o globalnim klimatskim fluktuacijama u pleistocenu. Značajan dio njih su stupovi oceanskih sedimenata, koji imaju važnu prednost u odnosu na kopnene sedimente u tome što imaju mnogo veću cjelovitost slijeda sedimenata nego na kopnu, gdje su sedimenti često pomaknuti u prostoru i opetovano ponovno taloženi. Zatim je provedena spektralna analiza takvih oceanskih sekvenci koje datiraju unatrag unazad otprilike 500 tisuća godina. Za analizu su odabrane dvije jezgre iz središnjeg Indijskog oceana između suptropske konvergencije i antarktičke oceanske polarne fronte (43–46°S). Ovo je područje podjednako udaljeno od kontinenata i stoga je malo pod utjecajem kolebanja erozijskih procesa na njima. Istodobno, područje karakterizira prilično visoka stopa sedimentacije (više od 3 cm/1000 godina), tako da se mogu razlikovati klimatska kolebanja s periodom znatno kraćim od 20 tisuća godina. Kao pokazatelje klimatskih kolebanja odabrali smo relativni udio teškog izotopa kisika δO 18 u planktonskim foraminiferama, vrstni sastav zajednica radiolarija, kao i relativni udio (u postocima) jedne od vrsta radiolarija. Cycladophora davisiana. Prvi pokazatelj odražava promjene u izotopskom sastavu oceanske vode povezane s pojavom i topljenjem ledenih ploča na sjevernoj hemisferi. Drugi indikator pokazuje prethodne fluktuacije temperature površinske vode (T s) . Treći indikator je neosjetljiv na temperaturu, ali osjetljiv na salinitet. Vibracijski spektri svakog od tri indikatora pokazuju prisutnost tri vrha (slika 3.4). Najveći vrhunac događa se nakon otprilike 100 tisuća godina, drugi najveći nakon 42 tisuće godina, a treći nakon 23 tisuće godina. Prvo od tih razdoblja vrlo je blisko razdoblju promjene orbitalnog ekscentriciteta, a faze promjena se podudaraju. Drugo razdoblje fluktuacija klimatskih pokazatelja poklapa se s razdobljem promjena kuta nagiba zemljine osi. U ovom slučaju održava se konstantan fazni odnos. Konačno, treće razdoblje odgovara kvaziperiodičnim promjenama u precesiji.

Riža. 3.4. Oscilacijski spektri nekih astronomskih parametara:

1 - nagib osi, 2 - precesija ( A); insolacija na 55° juž. w. zimi ( b) i 60° N. w. ljeti ( V), kao i spektre promjena u tri odabrana klimatska indikatora u posljednjih 468 tisuća godina (Hays J.D., Imbrie J., Shackleton N.J., 1976.)

Sve ovo nas tjera da promjene u parametrima Zemljine orbite i nagibu Zemljine osi smatramo važnim čimbenicima klimatskih promjena i ukazuje na pobjedu Milankovićeve astronomske teorije. U konačnici, globalne klimatske fluktuacije u pleistocenu mogu se objasniti upravo ovim promjenama (Monin A.S., Shishkov Yu.A., 1979.).