Вікі-стаття учнів 4

Назва проекту

Форма і рух Землі

Автори проекту

група учнів - астрономів

Тема дослідження

Форма Землі

Результати дослідження

Земля – одна з планет Сонячної системи, яку утворюють Сонце і космічні тіла, що обертаються навколо нього. Ця система, як і інші галактики входять до складу Всесвіту. Окрім Землі, навколо Сонця обертається ще вісім планет ( – холодні кулясті небесні тіла, що не випромінюють світло) з супутниками, понад 1600 астероїдів, а також метеорити ( – уламки небесних тіл, переважно астероїдів, які падають на поверхню Землі чи Місяця), метеори ( – дрібні частинки каміння, які прилітають з космосу в атмосферу і згоряють у ній), хмари космічного пилу і комети (яскраві "хвостаті" зорі). Всі вони входять до Сонячної системи.

Вперше думку про це, що Земля та інші планети обертаються навколо Сонця, висловив у XV ст. Миколай Коперник – польський астроном, ідеї якого були визнані майже через 100 років. До цього часу існувала геоцентрична система світу Птоломея, за якою всі планети, зорі та інші небесні тіла обертаються навколо нерухомої Землі.

Земля розміщена на відстані 150 млн. км від Сонця. Ця відстань називається світловим роком. Разом з Меркурієм, Венерою і Марсом, Земля входить у внутрішню (земну) групу планет, що суттєво відрізняються від планет зовнішньої групи – планет-гігантів: Юпітера, Сатурна, Урана, Нептуна, Плутона. Ці планети представляють собою величезні кулеподібні тіла, що практично повністю складені з водню та гелію. Значно менші за розмірами планети внутрішньої групи мають високу щільність і тверду поверхню. Їх газові оболонки (атмосфери) відрізняються за складом та щільністю, У Меркурія атмосфери взагалі немає. Серед інших планет внутрішньої групи немає двох повністю однакових, незважаючи на деяку загальну схожість. Всі планети обертаються в одному напряму і мають досить близький кут нахилу орбіти.

Різні діаметри планет та їхня віддаленість від Сонця обумовлюють відмінність у масі, будові їхніх поверхонь і надр, густоти речовин, їхньому фізичному стані, складі і щільності планетних атмосфер.

У шести планет Сонячної системи є супутники. Місяць є п'ятим за розмірами серед 50, що входять в склад системи. Його маса тільки у 81,3 рази менша від маси Землі. Близькість масивного супутника до Землі (384 тис км). впливає на неї, проявляючись, наприклад, в припливно-відпливних рухах води.

Ми завжди бачимо один бік Місяця, бо доба на ньому триває 29,5 земних діб і навколо Землі він робить повний оберт за такий самий час.

На Місяці немає атмосфери і води, його поверхня порита кратерами від метеоритів. 

Меркурій – найнаближеніша до Сонця планета системи, з поперечним діаметром, що складає 0,38 земного і в 17 раз легший за Землю. Меркурій надзвичайно швидко обертається навколо Сонця (88 земних діб) і дуже повільно обертається навколо своєї осі (58 земних діб). На стороні Меркурія, що повернутий до Сонця температура складає +510°С, а на протилежній - 185°С. 

Венера - друга планета від Сонця, близька за розмірами та масою до Землі. Має атмосферу, що складається з вуглекислого газу (97%), азоту (2%), а також кисню, водяної пари та інших газів. Доба на Венері триває 24 земних доби.

Марс – тривалість доби близька до земної. Нахил орбіти також близький до земної, тому чітко виражені пори року. В марсіанській атмосфері міститься до 95% вуглекислого газу, азот, аргон, водяна пара, кисень та інші гази. Має два супутники - Фобос і Деймос.

Юпітер і Сатурн – найбільші планети Сонячної системи. Складені вони в основному з водню і його сполук з вуглецем (метану) і азоту (аміаку). Вони в свою чергу утворюють навколо планет щільні хмари з льодових кристалів у вигляді смуг, товщиною до 20 км і шириною кільця до 50000 км. 

Уран і Нептун - складаються з невеликого кам'янистого ядра і рідкого водню та гелію. Мають атмосферу також з водню і гелію, а також метану, що надає їм блакитного забарвлення. Температура на поверхні — -200 °С.

Плутон — найвіддаленіша від Сонця планета, що в п'ятеро менша за Землю. Тривалість року на Плутоні складає 248 земних років. Температура на поверхні планети є дуже низькою — -220°С.

Земля, як і інші планети має кулеподібну форму. Вона є третьою від Сонця планетою. Внаслідок обертання навколо осі вона слабо приплюснута біля полюсів. Її діаметр становить в середньому 12750 км. Середній радіус Землі дорівнює 6371 км. Довжина полярної напівосі дорівнює 6356 км, а екваторіальної – 6379 км. Таким чином, екваторіальний радіус Землі більший на 21,4 км від полярного радіусу. Довжина екватора складає 40076 км.

Внаслідок нерівностей земної поверхні форма Землі не є геометричне правильною і тому її називають геоїдом; для вимірювань використовують форму еліпсоїда. Його поверхня прирівнюється до поверхні Світового океану і не враховує нерівностей рельєфу. Земний еліпсоїд за розмірами наближається до кулі. Зменшена модель кулі із картографічними зображеннями її поверхні називають глобусом. Глобус складають у масштабі 1:30000000, 1:50000000, 1:83000000. На глобусі розміри і форми об'єктів позначаються без спотворень.

Існує дуже багато доказів кулястості Землі. Один із них висловив ще давньогрецький вчений Аристотель (IV ст. до н.е.), це – серповидна тінь Землі при затемненні Сонця. А ще – кругосвітні подорожі, космічні знімки та ін.

Першим, хто визначив розміри земної кулі, був давньогрецький учений Ератосфен (III - II ст. до н.е.). Він визначив довжину дуги 1° меридіана, а також розрахував довжину всього кола Землі – екватора. Давньогрецький вчений Гіппарх (II ст. до н.е.) запропонував поділити коло на 360° і визначити положення точок на поверхні за їх широтою і довготою, створив спосіб визначення географічних координат.

До XV ст. вчення про кулястість Землі відкидалось. З науково-теоретичних позицій цю ідею обґрунтовували Ніколай Копернік та Джордано Бруно. Христофор Колумб, вірячи, що Земля має форму кулі, шукав західний шлях до Індії і відкрив Америку (1492р.). Фернан Магеллан здійснив у 1519-1521 рр. першу кругосвітню подорож. Приблизно тоді ж Мартін Бехайм вперше створив кулясте зображення Землі – глобус (1492р.).

Земля обертається навколо Сонця по еліпсоїдній орбіті проти годинникової стрілки, здійснюючи повний оберт за рік (за 365 днів 6 год. 9 хв. 9 сек.). Кут нахилу земної осі до площини орбіти завжди сталий і дорівнює 66°33'. Рух Землі навколо Сонця зумовлює зміну пір року на планеті. Земля рухається орбітою з середньою швидкістю близько 30 км/сек.. При цьому в січні вона дещо ближче до Сонця (147 млн. км — т.зв. перегелій), ніж в червні (152 млн. км – афелій). Ця незначна відміна впливає на швидкість руху Землі – чим дальше від Сонця, тим менша і швидкість. Тому в північній півкулі зима коротша від літа, а в південній — навпаки - коротше літо.

Обертаючись навколо Сонця, Земля одночасно обертається навколо умовної осі (осьовий рух) з заходу на схід (в тому ж напрямку, в якому рухається по орбіті), здійснюючи повний оберт за одну добу (23 год. 56 хв. 4 сек.). Вісь обертання постійно нахилена до площини орбіти під кутом 66°33'. Основний наслідок осьового обертання Землі – зміна дня і ночі. Доказом обертання Землі навколо осі є маятник Фуко. Крім того, вагомими доказами руху Землі навколо своєї осі є відхилення тіл, що падають у північній півкулі вправо, а в південній – вліво, підмивання правих берегів рік у північній півкулі та ін. Швидкості обертання точок на поверхні Землі є найбільшими на екваторі і найменшими – на полюсах.

Зміна дня і ночі відбувається безперервно. Але двічі на рік в дні рівнодень (21 березня, 23 вересня) їх тривалість на всіх широтах однакова - 12 год. В ці дні Сонце знаходиться в зеніті над екватором. Світороздільна лінія проходить через полюс так, що одна половина Землі освічена, а інша знаходиться в тіні. Північна та південна півкулі отримують однакову кількість сонячного тепла. Найбільша його кількість потрапляє на екватор, де кут падіння сонячного проміння в цей час складає 90°. Від екватора до полюсів цей кут зменшується до 0°. Відповідно зменшується і кількість сонячного тепла.

Найдовший день і найкоротша ніч – в день літнього сонцестояння (в північній півкулі – це 22 червня, в південній – 22 грудня). 22 червня земна вісь нахилена північним кінцем в бік Сонця. Сонячні промені падають у цей час на північний тропік (23°30') під прямим кутом, світлороздільна лінія проходить так, що більша частина північної півкулі освітлена, на всіх широтах в цій півкулі день довший від ночі. На північ від Північного полярного кола (66°33' пн.ш.) полярна ніч, тривалістю до 24 год. на полярному колі і до половини року – на Північному полюсі. В південній півкулі 22 червня на всіх широтах день коротший від ночі, а південніше Південного полярного кола (66°30' пд.ш) – полярна ніч. Північна півкуля в цей час отримує більше тепла, ніж південна. Відповідно в північній півкулі – літо, в південній – зима.

Після літнього сонцестояння (22 червня), внаслідок переміщення Землі орбітою, в північній півкулі висота Сонця поступово зменшується, дні стають коротшими, ночі довшими. В південній півкулі, навпаки, Сонце піднімається вище, ночі стають коротшими. 22 вересня – день осіннього рівнодення, після якого південна півкуля отримує більше тепла, а північна менше. 22 грудня – день зимового сонцестояння, коли Сонце в зеніті над південним тропіком і максимальна кількість тепла припадає на південну півкулю. В цей час там літо, а в північній півкулі – зима.

На екваторі тривалість дня і ночі однакові. Кут падіння сонячних променів на поверхні майже не змінюється, сонце двічі в рік буває тут в зеніті, а тому зміни пір року немає. На полюсах, де півроку день і півроку ніч, зміна пір року і зміна дня та ночі загалом співпадають. Зміна дня і ночі та зміна пір року обумовлюють добові і річні ритми в природі.

Земля постійно отримує одну двохмільярдну частину енергії, що випромінює Сонце. Вона розподіляється нерівномірно. Поширення сонячного тепла на земній поверхні залежить від форми Землі, її руху і положення відносно Сонця. В залежності від висоти Сонця і від тривалості дня, тобто від освітленості Землі, виділяються пояси освітленості: жаркий, два помірні, два холодні. Вони обмежені тропіками і полярними колами. Тропіки - це уявні лінії на Землі, над якими Сонце буває в зеніті у дні сонцестояння: над Північним тропіком (23° 30' пн.ш.) 22 червня, над Південним тропіком (23° 30' пд.ш.) - 22 грудня. Це - межі зенітального положення Сонця. Поза ними Сонце ніколи не буває в зеніті.

Полярні кола - це уявні лінії, які є межами полярного дня і ночі (66° 30' пн.ш. і 66° 30' пд.ш.).

Жаркий пояс лежить між Північним і Південним тропіками та відрізняється найбільшою кількістю тепла, що рівномірно розподіляється впродовж року. Між тропіками і полярними колами – помірні пояси. В них широтах висота Сонця завжди менша від 90°. При цьому і висота Сонця, і тривалість дня впродовж року змінюються. Тому тут чітко виражені сезони року, і чим дальше від тропіків, тим помітнішим є зміна їх тривалості.

Холодні пояси обмежені полярними колами. На полярних колах висота Сонця змінюється від 47° до 0° взимку. На всіх широтах в цьому поясі буває полярний день. І хоча висота Сонця незначна, кількість сонячного тепла, що отримує поверхня влітку, коли Сонце не заходить, є досить значною.

Місцевий, поясний час, лінія зміни дат. Головним наслідком руху Землі навколо своєї осі є зміна часу на земній кулі. Основною одиницею відліку часу на Землі є доба.

Зоряна доба – проміжок часу між двома послідовними кульмінаціями зірки (найвищим положенням її над горизонтом) через меридіан точки спостереження. За зоряну добу Земля робить повний оберт навколо своєї осі. Вона дорівнює 23 год. 56 хв. 4 сек.

Сонячна доба – проміжок часу між двома послідовними проходженнями центра Сонця через меридіан точки спостереження. У зв'язку з тим, що Земля одночасно здійснює рух навколо Сонця, сонячна доба довша від зоряної і дорівнює 24 години. Ще за II тис. р. до н.е. єгипетські жерці поділили добу на 24 години, а в І тис. до н.е. у Стародавньому Вавилоні винайшли календар.

У практичних цілях користуються так званим середнім сонячним часом (інакше місцевим). Це – час на меридіані в конкретний момент.

Місцевий час тісно пов'язаний із географічною довготою. Знаючи різницю місцевого часу двох пунктів на земній поверхні, можна знайти різницю географічних довгот, і навпаки. Оскільки за 24 години Земля робить повний оберт навколо осі, то за одну годину кут повороту становитиме 15° (360° : 24 год.). Звідси можна встановити, що на 1° планета повертається за 4 хвилини (60 хв : 15°). Цих даних достатньо, щоб можна було визначити місцевий час на будь-якій довготі.

Однак користуватись місцевим часом у повсякденному житті незручно і вихід із ситуації був знайдений у запровадженні поясного часу. Використання його запропоноване ще в 1876р. канадським інженером С.Флемінгом, а вперше почали користуватися поясним часом від 1883 року в США. Вже у 1884 році він був прийнятий Міжнародним астрономічним конгресом. Поверхня земної кулі умовно поділена на 24 годинні пояси кожний протяжністю 15° (1 год.) по довготі. В межах кожного поясу встановлений час, що відповідає місцевому на середньому меридіані поясу.

Відлік часу було вирішено робити від Гринвіцького меридіана, місцевий час на якому називають всесвітнім. Годинний пояс, посередині якого проходить цей меридіан, отримав назву нульового. Решта поясів нумеруються у напрямку з заходу на схід від нього.

Початок нової доби відраховують від лінії зміни дат, яка просторами океану проходить по 180 меридіану, а огинаючи заселені ділянки суходолу відхиляється від нього в окремих місцях навіть на 10°. Перетинаючи лінію зміни дат у напрямку з заходу на схід, необхідно відняти один календарний день, а в зворотному напрямку – додати. 

При проведенні меж годинних поясів враховують державні кордони та межі адміністративних одиниць (областей, провінцій, штатів тощо), і тому вони майже ніколи на суші не є прямими лініями. Однак, приблизно посередині кожного поясу проходить меридіан, кратний п'ятнадцяти, на якому поясний час співпадає з його власним місцевим.

Україна живе за поясним часом, що відрізняється від всесвітнього на дві години. Тобто, нова доба починається в Україні на дві години раніше, ніж у Лондоні.

Разом з нашою державою у другому поясі розміщені такі країни, як Фінляндія, Румунія, Болгарія, Греція та ін.

Середній меридіан другого годинного поясу – 30° східної довготи проходить у кількох кілометрах західніше міста Києва і ділить територію України на дві майже рівні частини. На самому сході країни у Луганській області день настає на 40 хвилин раніше, а в місті Чопі, біля західного кордону, на 31 хвилину пізніше, ніж на тридцятому меридіані. Отже, на всій території України зручно користуватися поясним часом другого годинного поясу, який називають східноєвропейським або київським. 

В останню неділю березня стрілки годинників переводять на одну годину вперед. Запроваджується так званий «літній» час. З кінця жовтня Україна знову переходить на поясний час. Запровадження «літнього» часу дає можливість змістити початок робочого дня і повніше використати світлу частину доби.