Для наблюдателя, находящегося в Северном полушарии, например, в европейской части России, Солнце привычно восходит на востоке и поднимается к югу, занимая в полдень самую высокую позицию на небосклоне, затем клонится к западу и скрывается за линией горизонта. Данное движение Солнца является лишь видимым и вызвано вращением Земли вокруг своей оси. Если смотреть на Землю сверху в направлении Северного полюса, то она будет вращаться против часовой стрелки. Солнце при этом находится на месте, видимость его движения создается за счет вращения Земли.

Годовое вращение Земли

Вокруг Солнца Земля также вращается против часовой стрелки: если смотреть на планету сверху, со стороны Северного полюса. Так как земная ось имеет наклон относительно плоскости вращения, по мере вращения Земли вокруг Солнца она освещает ее неравномерно. На одни области солнечного света попадает больше, на другие – меньше. Благодаря этому происходит смена времен года и изменение продолжительности дня.

Весеннее и осеннее равноденствие

Дважды в год, 21 марта и 23 сентября, Солнце одинаково освещает Северное и Южное полушария. Эти моменты известны как и осеннее равноденствие. В марте в Северном полушарии начинается , в Южном – осень. В сентябре, наоборот, в Северное полушарие приходит осень, а в Южное – весна.

Летнее и зимнее солнцестояние

В Северном полушарии 22 июня Солнце выше всего поднимается над горизонтом. День имеет самую большую продолжительность, а ночь в эти сутки самая короткая. Зимнее солнцестояние происходит 22 декабря – день имеет самую короткую продолжительность, а ночь максимально длинная. В Южном полушарии все происходит наоборот.

Полярная ночь

Из-за наклона земной оси полярные и приполярные области Северного полушария в зимние месяцы оказываются без солнечного света – Солнце вообще не поднимается над горизонтом. Это явление известно как полярная ночь. Аналогичная полярная ночь существует и для приполярных областей Южного полушария, разница между ними составляет ровно полгода.

Что дает Земле ее вращение вокруг Солнца

Планеты не могут не вращаться вокруг своих светил – в противном случае они бы просто были притянуты и сгорели. Уникальность Земли заключается в том, что наклон ее оси в 23,44о оказался оптимален для возникновения всего многообразия жизни на планете.

Именно благодаря наклону оси происходит смена времен года, существуют разные климатические зоны, обеспечившие многообразие земной флоры и фауны. Изменение нагрева земной поверхности обеспечивает движение воздушных масс, а значит, и выпадение осадков в виде дождя и снега.

Расстояние от Земли до Солнца в 149 600 000 км также оказалось оптимальным. Немного дальше, и вода бы на Земле находилась только в виде льда. Немного ближе, и температура была бы уже слишком высока. Само возникновение жизни на Земле и многообразие ее форм стало возможно именно благодаря уникальному совпадению такого множества факторов.

Человек видит Землю плоской, но уже давно установлено, что Земля - это шар. Люди условились именовать это небесное тело планетой. Откуда взялось такое название?

Древнегреческие астрономы, наблюдавшие за поведением небесных тел, ввели в употребление два противоположных по смыслу термина: planetes asteres - « звезды» - небесные тела, подобные звездам, перемещающиеся на протяжении ; asteres aplanis - «неподвижные звезды» - небесные тела, остававшиеся неподвижными в течение года.В верованиях греков Земля была неподвижна и находилась в центре , поэтому они относили ее к категории «неподвижных звезд». Грекам были известны Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и Сатурн, видные невооруженным глазом, но они называли их не «планетами», а «блуждающими ». В Древнем Риме астрономы уже назвали эти тела «планетами», пополнив данный Солнцем и Луной. Представление о семипланетной системе сохранилось до Средневековья.Николай Коперник в XVI веке перевернул взгляды на устройство , заметив его гелиоцентричность. Земля, считавшаяся ранее центром мира, была низведена до положения одной из планет, вращающихся вокруг Солнца. В 1543 году Коперник опубликовал свой труд под названием «Об обращениях небесных сфер», в котором и изложил свою точку зрения.К сожалению, церковь не оценила революционный характер взглядов Коперника: его печальная участь известна. Кстати, по словам Энгельса, «освобождение естествознания от теологии» начинает свое летосчисление именно с опубликованной работы Коперника. Итак, Коперник заместил геоцентрическую систему мира гелиоцентрической. Название «планеты» за Землей закрепилось.Определение планеты, вообще, всегда было неоднозначным. Одни астрономы утверждают, что планета должна быть достаточно массивной, другие считают это необязательным условием. Если подойти к вопросу формально, Землю можно смело называть планетой, хотя бы потому, что само слово «планета» произошло от древнегреческого planis, означающего «подвижный», а в подвижности Земли современная наука не сомневается.

«И все-таки, она вертится!» – эту энциклопедическую фразу, произнесенную физиком и астрономом прошлого Галилео Галилеем, мы знаем еще со школьной поры. А вот почему Земля вертится? На самом деле этот вопрос очень часто задают своим родителя будучи маленькими детьми, да и сами взрослые не прочь постичь тайны вращения Земли.

Впервые о том, что Земля вертится вокруг своей оси, говорил в своих научных работах еще в начале 16-го века итальянский ученый. А вот по поводу того, же происходит вращение, всегда было много споров в научной среде. Одна из самых распространенных теорий рассказывает, что в процессе вращения земли главную роль сыграли другие процессы – те, которые шли в незапамятные времена, когда только образование . «Сбивались воедино» облака космической пыли, и таким образом образовывались «зародыши» планет. Затем «притягивались» другие космические тела – крупные и поменьше. Именно столкновением с крупными небесными , по мнению ряда ученых, и обусловлено постоянное вращение планет. А затем, согласно теории, по инерции продолжили вращение. Правда, если принимать во внимание эту теорию, возникает много закономерных вопросов. Почему в Солнечной системе шесть планет, вращаются в одну сторону, а еще одна - Венера в противоположную? Почему планета Уран вращается таким образом, что на этой планете не происходит смены времени суток? Почему скорость вращения земли может меняться (незначительно, конечно, но все-таки)? На все эти вопросы ученым еще только предстоит ответить. Известно, что Земля имеет свойство несколько замедлять свое вращение. Каждое столетие увеличивается время полного оборота вокруг оси – приблизительно, на 0,0024 секунды. Ученые связывают это с влиянием спутника Земли – Луны. Ну а о планетах Солнечной системы можно сказать, что самой «медленной» по вращению считается планета Венера, самой быстрой – Уран.

Источники:

• Каждые шесть лет Земля вертится быстрее - Naked Science

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

Причины движения

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Земная ось

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

Звёздные и солнечные сутки

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

Тихо шелестели на осеннем ветру пожелтевшие листы “Диалогов” Галилея. Три брата сидели на веранде дома, задумчиво склонив головы. Было грустно. Закончилась четырёхдневная “беседа”, которой без малого четыреста лет, беседа о двух важнейших системах мира – птолемеевой и коперниковой.

Какой бы интересной ни была книга, ей всегда приходит конец. Но книга не умирает, тем более такая. Она остаётся жить в нашей памяти, в наших мыслях. И вот, чтобы оживить на время потерянное чувство, задумали три брата – а были они математиком, астрономом и лингвистом (так мы и будем называть их в дальнейшем) – самим повести беседу или спор по какому-нибудь схожему вопросу.

Участников “Диалога” было трое: Сагредо, Сальвиати и Симпличио, и братьев как раз трое. Нашлась и подходящая тема беседы, устраивавшая каждого. А именно, раз Галилей доказал, что Земля вертится, то разумно задаться таким вопросом: “Почему Земля вертится именно против часовой стрелки?” На том и порешили.

Первым, на правах старшего брата, взял слово Математик. Он уточнил, что направление вращения – характеристика относительная. Если смотреть с Северного полюса, то Земля вращается против часовой стрелки, а если с Южного – по часовой стрелке. Значит, вопрос не имеет смысла.

    – Тут ты ошибаешься, – возразил Астроном, являющийся средним братом. – Северное полушарие Земли считается верхним, и смотрят обычно с его стороны. Недаром глобусы с фиксированной осью имеют верхним именно северное полушарие. Даже мы, астрономы, народ строгий, говорим: “над плоскостью эклиптики”, т.е. плоскостью орбиты Земли, когда имеем в виду полупространство со стороны северного полушария, и – “под”, когда со стороны южного. Хотя моряки высокими называют широты, близкие не только к Северному, но и к Южному полюсу, а низкими – близкие к экватору. Правда, тут дело скорее в том, что абсолютное значение широты растёт при движении в обе стороны от экватора. Но само понятие о высокой широте возникло в северном полушарии.

    – Брат Астроном прав, – подтвердил Лингвист, младший брат. – И хотя детское утверждение о том, что у Земли есть верх и низ, это исторический пережиток и следствие зарождения цивилизации в северном полушарии, но так принято и так удобнее. Если задавать вопрос строго, то он звучит слишком громоздко: “Почему Земля, видимая со стороны Северного полюса, вращается против часовой стрелки?”

    – Хорошо, я отвечу и на такой вопрос, – сказал Математик, хитро улыбнувшись. – Только сначала ответьте мне, – он подбросил монетку и показал её всем, – почему выпал именно орел, а не решка? Видите ли, появление вращения по или против часовой стрелки, так же, как и выпадение орла или решки, суть события случайные и равновероятные.

    – Ну, здесь вы ошибаетесь, – перебил Астроном. – В Солнечной системе вращение против часовой стрелки (если смотреть со стороны Северного полюса эклиптики) является преобладающим, а значит, и более вероятным. Поэтому мы, астрономы, называем это движение прямым, хотя оно и “против”, а движение по часовой стрелке – обратным, хотя оно и “по”. Да и физики с математиками, видимо, поэтому приняли за положительное направление вращения и обхода именно движение против часовой стрелки. Так движется всё, что только возможно: поверхность Солнца, планеты по орбитам и вокруг оси, спутники и кольца вокруг планет и вокруг оси, пояс астероидов. Лишь немногие небесные тела имеют обратное движение: лежебока-Уран вместе со всеми своими спутниками, склонивший ось вращения под плоскость орбиты на восемь градусов; лентяйка-Венера, имеющая самый длинный день продолжительностью в 243 земных дня; некоторые внешние спутники планет-гигантов да несколько комет и астероидов. Объясняется преобладание прямого движения в Солнечной системе тем, что такое направление вращения имело протопланетное облако, из которого она возникла. Так что шанс того, что Земля стала бы вращаться по часовой стрелке, крайне мал.

В ответ на это Математик, умевший изготовить модель из чего угодно, вытащил из кармана билет на автобус и спросил:

    – А ты знаешь, что шанс того, что номер этого билета мог оказаться именно “847935”, был один к миллиону и, тем не менее, выпал, как видишь, именно он. А всё потому, что не имеет смысла искать вероятность события уже после того, как оно произошло. Кроме того, о вероятности имеет смысл говорить лишь для событий, которые могут повторяться, которые можно воспроизводить или наблюдать в большом количестве, а в одном событии не может быть никаких закономерностей. Именно поэтому, например, нельзя говорить о температуре или давлении газа в объёме, включающем всего одну или несколько молекул. Кроме того, ты утверждаешь, что направление вращения Земли обусловлено направлением вращения протооблака, а, между тем, ты забываешь, что оно и само случайно. Ты мог бы, например, изучить начальные условия при бросании монеты и рассчитать, какой стороной она упадёт. Это говорит о том, что в принципе выпадение монеты это не случайное событие. Но дело здесь не в том, что результат нельзя предугадать, а в том что он непредсказуем без знания начальных условий, которые сами случайны. Поэтому и оба направления вращения для Земли равновероятны. Теперь вы, надеюсь, понимаете, что спорить бессмысленно, – закончил Математик с видом победителя. – Прав я, брат Лингвист?

    – Оба вы по сути правы. Спор же у вас идёт о словах и формулировках. Всё зависит от того, какой смысл вы вкладываете в вопрос. Естественно, каждый искал и нашёл решение вопроса в близком ему значении: математик ищет через вероятности, астроном – через космогонию, а я сейчас дам вам третью трактовку. Поскольку я лингвист, то ищу смысл, прежде всего, в значении слов. – Взгляд его упал на часы. – Вот кто нас рассудит. Вы, когда слышите о вращении по часовой стрелке, представляете себе конкретное направление, а я вижу слово “часы”. Для меня “по часовой стрелке” – это направление, совпадающее с ходом часовой стрелки наших часов. Спрашивается, почему же люди за главное направление выбрали именно ход часовой стрелки, а не, скажем, направление вращения гончарного круга или вращение минутной стрелки? И вообще, почему люди сделали часовую стрелку вращающейся в известную нам сторону? Я думаю, что это не случайно. За направление движения стрелки в механических часах было принято направление вращения указателя в первых часах, созданных человеком, – в солнечных. Именно они определили не только вид современных механических часов и скорость вращения их часовой стрелки (только она стала вращаться в два раза медленнее тени и стрелки в некоторых прежних 24-часовых циферблатах), но и вообще вид приборов с круговой шкалой и стрелочным указателем. Только движение часовой стрелки-тени в солнечных часах обладало неизменным направлением вращения и могло быть всегда воспроизведено – вот почему люди и взяли его за эталон. Заметьте, тень от столба, как известно, поворачивается по часовой стрелке – в ту же сторону, в которую происходит видимое движение Солнца по небосводу. Но, как было показано Галилеем, в действительности Солнце неподвижно, а видимое его движение вызвано вращением Земли в обратном направлении, т.е. именно против часовой стрелки. Таким образом, понятно, что Земля может вращаться только против часовой стрелки, если под этим понимать не конкретное направление, а именно направление хода часовой стрелки-тени в солнечных или механических часах. Если бы Земля вращалась в другую сторону, то другим было бы и движение часовой стрелки.

    – Ну ты, брат, силён, – восхищённо проговорил Математик. – Это же невероятно. Получается, если бы цивилизация возникла в южном полушарии, то обнаружила бы, что и с их стороны Земля вращается против часовой стрелки. Ведь их солнце движется по небу в сторону, противоположную движению нашего, а значит, и их часовая стрелка вращалась бы противоположно.

Вращение Земли – одно из движений Земли, которое отражает множество астрономических и геофизических явлений, происходящих на поверхности Земли, в её недрах, в атмосфере и океанах, а также в ближнем Космосе.

Вращением Земли объясняется смена дня и ночи, видимое суточное движение небесных тел, поворот плоскости качаний груза, подвешенного на нити, отклонение падающих тел к востоку и др. Вследствие вращения Земли на тела, движущиеся по её поверхности, действует Кориолиса сила, влияние которой проявляется в подмывании правых берегов рек в Северном полушарии и левых – в Южном полушарии Земли и в некоторых особенностях циркуляции атмосферы. Центробежной силой, порождаемой вращением Земли, частично объясняются различия в ускорении силы тяжести на экваторе и полюсах Земли.

Для исследования закономерностей вращения Земли вводят две системы координат с общим началом в центре масс Земли (рис.1.26). Земная система X 1 Y 1 Z 1 участвует в суточном вращении Земли и остаётся неподвижной относительно точек земной поверхности. Звёздная система координат XYZ не связана с суточным вращением Земли. Хотя её начало перемещается в мировом пространстве с некоторым ускорением, участвуя в годовом движении Земли вокруг Солнца в Галактике, но это движение относительно далёких звёзд можно считать равномерным и прямолинейным. Поэтому движение Земли в этой системе (как и любого небесного объекта) можно изучать по законам механики для инерциальной системы отсчёта. Плоскость XOY совмещена с плоскостью эклиптики, а ось X направлена в точку весеннего равноденствия γ начальной эпохи. В качестве осей земной системы координат удобно принимать главные оси инерции Земли, возможен и другой выбор осей. Положение земной системы относительно звёздной принято определять тремя эйлеровыми углами ψ, υ, φ.

Рис.1.26. Системы координат, применяемые для изучения вращения Земли

Основные сведения о вращения Земли доставляют наблюдения суточного движения небесных тел. Вращение Земли происходит с запада на восток, т.е. против часовой стрелки, если смотреть с Северного полюса Земли.

Средний наклон экватора к эклиптике начальной эпохи (угол υ) почти постоянен (в 1900г. он был равен 23° 27¢ 08,26² и в течение 20 века увеличился менее чем на 0,1²). Линия пересечения экватора Земли и эклиптики начальной эпохи (линия узлов) медленно движется по эклиптике с востока на запад, перемещаясь на 1° 13¢ 57,08² в столетие, вследствие чего угол ψ изменяется на 360° за 25 800 лет (прецессия). Мгновенная ось вращения ОР всегда почти совпадает с наименьшей осью инерции Земли. Угол между этими осями по наблюдениям, выполненным с конца 19 века, не превосходит 0,4².

Промежуток времени, в течение которого Земля делает один оборот вокруг своей оси относительно какой-нибудь точки на небе, называется сутками. Точками, определяющими продолжительность суток, могут быть:

· точка весеннего равноденствия;

· центр видимого диска Солнца, смещённый годичной аберрацией («истинное Солнце»);

· «среднее Солнце» - фиктивная точка, положение которой на небе может быть вычислено теоретически для любого момента времени.

Определяемые этими точками три различных промежутка времени называются соответственно звёздными, истинными солнечными и средними солнечными сутками.

Скорость вращения Земли характеризуется относительной величиной

где П з – длительность земных суток, Т – длительность стандартных суток (атомных), которая равна 86400с;

- угловые скорости, соответствующие земным и стандартным суткам.

Поскольку величина ω изменяется только в девятом – восьмом знаке, то значения ν имеют порядок 10 -9 -10 -8 .

Один полный оборот вокруг своей оси Земля совершает относительно звёзд за меньший промежуток времени, чем относительно Солнца, так как Солнце движется по эклиптике в том же направлении, в каком вращается Земля.

Звёздные сутки определяются периодом вращения Земли вокруг своей оси по отношению к любой звезде, но так как звёзды имеют собственное и к тому же весьма сложное движение, то условились начало звёздных суток отсчитывать от момента верхней кульминации точки весеннего равноденствия, а за протяжённость звёздных суток принимают промежуток времени между двумя последовательными верхними кульминациями точки весеннего равноденствия, находящейся на одном и том же меридиане.

Вследствие явлений прецессии и нутации взаимное расположение небесного экватора и эклиптики непрерывно изменяется, а это значит, что соответствующим образом изменяется местоположение на эклиптике точки весеннего равноденствия. Установлено, что звёздные сутки на 0,0084сек короче действительного периода суточного вращения Земли и что Солнце, двигаясь по эклиптике, попадает в точку весеннего равноденствия раньше, чем оно попадает на то же самое место относительно звёзд.

Земля в свою очередь обращается вокруг Солнца не по кругу, а по эллипсу, поэтому движение Солнца кажется нам с Земли неравномерным. Зимой истинные солнечные сутки больше, чем летом, Например, в конце декабря они равны 24 часа 04 минут 27 секунд, а в середине сентября – 24ч 03мин. 36сек. За среднюю единицу солнечных суток принято считать 24ч 03мин. 56,5554сек звёздного времени.

Угловая скорость Земли относительно Солнца из-за эллиптичности земной орбиты зависит от времени года. Медленнее всего Земля движется по орбите, находясь в перигелии – самой удалённой от Солнца точке своей орбиты. В результате длительность истинных солнечных суток в течение года неодинакова – эллиптичность орбиты изменяет длительность истинных солнечных суток по закону, который можно описать синусоидой с амплитудой 7,6 мин. и периодом в 1 год.

Вторая причина неравномерности суток – наклонение земной оси к эклиптике, приводящее к видимому движению Солнца вверх и вниз от экватора в течение года. Прямое восхождение Солнца вблизи равноденствий (рис.1.17) изменяется медленнее (так как Солнце движется под углом к экватору), чем во время солнцестояний, когда оно движется параллельно экватору. В результате к продолжительности истинных солнечных суток добавляется синусоидальный член с амплитудой 9,8 мин. и периодом в полгода. Есть и другие периодические эффекты, изменяющие длительность истинных солнечных суток и зависящие от времени, но они невелики.

В результате совместного действия этих эффектов самые короткие истинные солнечные сутки наблюдаются 26-27 марта и 12-13 сентября, а самые длинные – 18-19 июня и 20-21 декабря.

Чтобы устранить эту переменность, используют средние солнечные сутки, привязанные к так называемому среднему Солнцу – условной точке, движущейся равномерно по небесному экватору, а не по эклиптике, как реальное Солнце, и совпадающей с центром Солнца в момент весеннего равноденствия. Период обращения среднего Солнца по небесной сфере равен тропическому году.

Средние солнечные сутки не подвержены периодическим изменениям, как истинные солнечные сутки, но их длительность монотонно изменяется в связи с изменением периода осевого вращения Земли и (в меньшей степени) с изменением длительности тропического года, увеличиваясь примерно на 0,0017 секунды в столетие. Так, длительность средних солнечных суток в начале 2000 года была равна 86400,002 секунды СИ (секунда СИ определяется с использованием внутриатомного периодического процесса).

Звёздные сутки составляют 365,2422/366,2422=0,997270 средних солнечных суток. Эта величина – постоянное соотношение звёздного и солнечного времени.

Среднее солнечное время и звёздное время связаны между собой следующими соотношениями:

24 ч. ср. солнечного времени = 24ч. 03 мин. 56,555сек. звёздного времени

1ч. = 1ч. 00 мин. 09,856 сек.

1 мин. = 1 мин. 00,164 сек.

1 сек. = 1,003 сек.

24 ч. звёздного времени = 23 ч. 56 мин. 04,091 сек. ср. солнечного времени

1 ч. = 59 мин. 50,170 сек.

1 мин. = 59,836 сек.

1 сек. = 0,997 сек.

Время в любом измерении – звёздное, истинное солнечное или среднее солнечное – на различных меридианах разное. Но все точки, лежащие на одном и том же меридиане, в один и тот же момент времени имеют одинаковое время, которое называется местным временем. При перемещении по одной и той же параллели на запад или на восток время в исходной точке не будет соответствовать местному времени всех других географических точек, расположенных на данной параллели.

Чтобы в какой-то степени устранить этот недостаток, канадец С. Флешинг предложил ввести поясное время, т.е. систему счёта времени, основанную на разделении поверхности Земли на 24 часовых пояса, каждый из которых отстоит от соседнего пояса на 15° по долготе. Флешинг нанёс на карту мира 24 основных меридианов. Примерно на 7,5° к востоку и западу от них условно были нанесены границы часового времени данного пояса. Время одного и того же часового пояса в каждый момент для всех его пунктов считалось одинаковым.

До Флешинга во многих странах мира издавались карты с различными начальными меридианами. Так, например, в России счёт долгот вёлся от меридиана, проходящего через Пулковскую обсерваторию, во Франции – через Парижскую, в Германии – через Берлинскую, в Турции – через Стамбульскую. Чтобы ввести поясное время, надо было унифицировать единый начальный меридиан.

Поясное время впервые было введено в США в 1883г., а в 1884г. в Вашингтоне на Международной конференции, в работе которой принимала участие и Россия, было принято согласованное решение о поясном времени. Участники конференции условились считать начальным или нулевым меридианом меридиан Гринвичской обсерватории, а местное среднее солнечное время Гринвичского меридиана назвали всемирным или мировым временем. На конференции была установлена и так называемая «линия перемены даты».

В нашей стране поясное время было введено в 1919г. Приняв за основу международную систему часовых поясов и существовавшие тогда административные границы, на кару РСФСР были нанесены часовые пояса от II до XII включительно. Местное время часовых поясов, расположенных на востоке от Гринвичского меридиана, из пояса к поясу увеличивается на час, а на запад от Гринвича – соответственно на час уменьшается.

При счёте времени календарными сутками важно установить, на каком меридиане начинается новая дата (число месяца). По международному соглашению линия перемены даты проходит в большей своей части по меридиану, отстоящему от гринвичского на 180°, отступая от него: к западу – у острова Врангеля и Алеутских островов, к востоку – у побережья Азии, островов Фиджи, Самоа, Тонгатабу, Кермандек и Чатам.

К западу от линии перемены даты число месяца всегда на единицу больше, чем к востоку от неё. Поэтому после пересечения этой линии с запада на восток необходимо уменьшить число месяца на единицу, а после пересечения её с востока на запад – увеличить на единицу. Такое изменение даты обычно производится в ближайшую полночь после пересечения линии перемены дат. Совершенно очевидно, что новый календарный месяц и новый год начинаются на линии перемены дат.

Таким образом, нулевой меридиан и меридиан 180° в.д., по которому в основном проходит линия перемены даты, делят земной шар на западное и восточное полушария.

Всю историю человечества суточное вращение Земли всегда служило идеальным эталоном времени, который регулировал деятельность людей и был символом равномерности и точности.

Древнейшим инструментом для определения времени до нашей эры служил гномон, по-гречески указатель, вертикальный столб на выровненной площадке, тень которого, менявшая своё направление при перемещении Солнца, показывала на нанесённой на земле около столба шкале то или иное время дня. Солнечные часы известны с 7 века до н.э. Первоначально они были распространены в Египте и странах Ближнего Востока, откуда перешли в Грецию и Рим, а ещё позже проникли в страны Западной и Восточной Европы. Вопросами гномоники – искусству делать солнечные часы и умению пользоваться ими – занимались астрономы и математики древнего мира, средневековья и нового времени. В 18в. и в начале 19в. гномоника излагалась в учебниках математики.

И только после 1955г., когда требования физиков и астрономов к точности времени очень сильно возросли, стало невозможным удовлетворяться суточным вращением Земли как эталоном времени, уже неравномерным при требуемой точности. Время, определяемое по вращению Земли, неравномерно вследствие движений полюса и перераспределения момента количества движения между различными частями Земли (гидросферой, мантией, жидким ядром). Принятый для отсчёта времени меридиан определяется точкой МУН и точкой на экваторе, соответствующей нулевой долготе. Этот меридиан очень близок к гринвичскому.

Земля вращается неравномерно, что вызывает изменение продолжительности суток. Скорость вращения Земли наиболее просто можно охарактеризовать отклонением длительности земных суток от эталонных (86 400 с). Чем короче земные сутки, тем быстрее вращается Земля.

Выделяют три составляющие в величине изменения скорости вращения Земли: вековое замедление, периодические сезонные колебания и нерегулярные скачкообразные изменения.

Вековое замедление скорости вращения Земли обусловлено действием приливных сил притяжения Луны и Солнца. Приливообразующая сила растягивает Землю вдоль прямой, соединяющей её центр с центром возмущающего тела – Луны или Солнца. При этом сила сжатия Земли увеличивается, если равнодействующая совпадает с плоскостью экватора, и уменьшается, когда она отклоняется к тропикам. Момент инерции сжатой Земли больше, чем недеформированной шарообразной планеты, а поскольку момент импульса Земли (т.е. произведение её момента инерции на угловую скорость) должен оставаться постоянным, то скорость вращения сжатой Земли меньше, чем недеформированной. Ввиду того, что склонения Луны и Солнца, расстояния от Земли до Луны и Солнца постоянно меняются, приливообразующая сила колеблется во времени. Соответствующим образом меняется сжатие Земли, что, в конечном счёте, вызывает приливные колебания скорости вращения Земли. Наиболее значительными из них являются колебания с полумесячным и месячным периодами.

Замедление скорости вращения Земли обнаруживается при астрономических наблюдениях и палеонтологических исследованиях. Наблюдения античных солнечных затмений позволили сделать вывод, что длительность суток каждые 100 000 лет увеличивается на 2с. Палеонтологические наблюдения за кораллами показали, что кораллы тёплых морей растут, образуя поясок, толщина которого зависит от количества света, полученного за день. Таким образом, можно определить годовые изменения их строения и подсчитать число суток в году. В современную эпоху находят 365 поясов на кораллах. По палеонтологическим наблюдениям (табл.5) длительность суток возрастает линейно со временем на 1,9с за 100 000 лет.

Таблица 5

По наблюдениям за последние 250 лет сутки увеличивались на 0,0014с в столетие. По некоторым данным кроме приливного замедления имеет место увеличение скорости вращения на 0,001с в столетие, которое вызвано изменением момента инерции Земли вследствие медленного перемещения материи внутри Земли и на её поверхности. Собственное ускорение уменьшает продолжительность суток. Следовательно, если бы его не было, то сутки увеличивались бы на 0,0024с за столетие.

До создания атомных часов вращение Земли контролировалось путём сравнения наблюдённых и вычисленных координат Луны, Солнца и планет. Таким путём удалось получить представление об изменении скорости вращения Земли в течение трёх последних столетий – с конца 17в., когда стали вестись первые инструментальные наблюдения за движением Луны, Солнца и планет. Анализ этих данных показывает (рис.1.27), что с начала 17в. до середины 19в. скорость вращения Земли менялась мало. Со второй же половины 19в. по настоящее время наблюдались значительные нерегулярные флуктуации скорости с характерными временами порядка 60-70 лет.

Рис.1.27. Отклонение длительности суток от эталонных за 350 лет

Наиболее быстро Земля вращалась около 1870г., когда длительность земных суток была на 0,003с короче эталонных. Наиболее медленно - около 1903г., когда земные сутки были длиннее эталонных на 0,004с. С 1903 по 1934гг. происходило ускорение вращения Земли, с конца 30-х годов до 1972г. наблюдалось замедление, а с 1973г. по настоящее время Земля ускоряет своё вращение.

Периодические годичные и полугодичные колебания скорости вращения Земли объясняются периодическими изменениями момента инерции Земли из-за сезонной динамики атмосферы и планетарного распределения атмосферных осадков. По современным данным продолжительность суток в течение года меняется на ±0,001 секунды. При этом самые короткие сутки приходятся на июль-август, а самые длинные – на март.

Периодические изменения скорости вращения Земли имеют периоды 14 и 28 суток (лунные) и 6 месяцев и 1 год (солнечные). Минимальная скорость вращения Земли (ускорение равно нулю) соответствует 14 февраля, средняя скорость (ускорение максимально) – 28 мая, максимальная скорость (ускорение равно нулю) – 9 августа, средняя скорость (замедление минимально) – 6 ноября.

Наблюдаются и случайные изменения скорости вращения Земли, которые происходят через неравномерные промежутки времени, почти кратные одиннадцати годам. Абсолютная величина относительного изменения угловой скорости достигала в 1898г. 3,9×10 -8 , а в 1920г. – 4,5×10 -8 . Характер и природа случайных колебаний скорости вращения Земли мало изучены. Одна из гипотез объясняет нерегулярные флуктуации угловой скорости вращения Земли перекристаллизацией некоторых пород внутри Земли, изменяющей её момент инерции.

До открытия неравномерности вращения Земли производная единица меры времени – секунда – определялась как 1/86400 доля средних солнечных суток. Непостоянство средних солнечных суток вследствие неравномерного вращения Земли заставило отказаться от такого определения секунды.

В октябре 1959г. Международное Бюро мер и весов постановили дать следующее определение фундаментальной единице времени секунде:

«Секунда есть 1/31556925,9747 доля тропического года для 1900г., январь 0, в 12 часов эфемеридного времени».

Так определяемая секунда получила название «эфемеридной». Число 31556925,9747=86400´365,2421988 есть число секунд в тропическом году, продолжительность которого для 1900 года, январь 0, в 12 часов эфемеридного времени (равномерного ньютонианского времени) равнялась 365,2421988 средних солнечных суток.

Иными словами, эфемеридная секунда есть промежуток времени, равный 1/86400 доле средней продолжительности средних солнечных суток, которую они имели в 1900 году, в январе 0, в 12 часов эфемеридного времени. Таким образом, новое определение секунды было связано и с движением Земли вокруг Солнца, тогда как старое определение основывалось только на её вращении вокруг своей оси.

В наши дни время – физическая величина, которую можно измерить с наивысшей точностью. Единица времени – секунда «атомного» времени (секунда СИ) - приравнена продолжительности 9192631770 периодов излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133, была введена в 1967 году решением XII Генеральной конференции мер и весов, а в 1970 году «атомное» время было принято за фундаментальное реперное время. Относительная точность цезиевого эталона частоты составляет 10 -10 -10 -11 в течение нескольких лет. Эталон атомного времени не имеет ни суточных, ни вековых колебаний, не стареет и обладает достаточной определённостью, точностью и воспроизводимостью.

С введением атомного времени существенно улучшилась точность определения неравномерности вращения Земли. С этого момента появилась возможность регистрировать все колебания скорости вращения Земли с периодом более одного месяца. На рис.1.28 показан ход среднемесячных величин отклонений за период 1955-2000гг.

С 1956 по 1961г. вращение Земли ускорялось, с 1962 по 1972г. – замедлялось, а с 1973г. по настоящее время – снова ускорялось. Это ускорение ещё не закончилось и продлится до 2010г. Ускорение вращения 1958-1961гг. и замедление 1989-1994гг. являются кратковременными флуктуациями. Сезонные колебания приводят к тому, что скорость вращения Земли бывает наименьшей в апреле и ноябре, а наибольшей – в январе и июле. Январский максимум значительно меньше июльского. Разность между минимальной величиной отклонения длительности земных суток от эталонных в июле и максимальной в апреле или ноябре составляет 0,001с.

Рис.1.28. Среднемесячные отклонения длительности земных суток от эталонных за 45 лет

Изучение неравномерности вращения Земли, нутаций земной оси и движения полюсов имеет большое научное и практическое значение. Знание этих параметров необходимо для определения координат небесных и земных объектов. Они способствуют расширению наших знаний в различных областях наук о Земле.

В 80-е годы 20 века на смену астрономическим методам определения параметров вращения Земли пришли новые методы геодезии. Доплеровские наблюдения ИСЗ, лазерная локация Луны и ИСЗ, система глобального позиционирования GPS, радиоинтерферометрия являются эффективными средствами для изучения неравномерности вращения Земли и движения полюсов. Наиболее подходящими для радиоинтерферометрии являются квазары – мощные источники радиоизлучения чрезвычайно малого углового размера (менее 0,02²), которые являются, по-видимому, наиболее удалёнными объектами Вселенной, практически неподвижными на небе. Квазарная радиоинтерферометрия представляет эффективнейшее и независимое от оптических измерений средство для изучения вращательного движения Земли.

Я вспоминаю момент из школьных лет, когда ко мне подошла мама и повернула мой школьный глобус на 360 градусов. Тогда она спросила меня: "А ты знаешь, сынок, сколько часов занимает поворот земного шара вокруг своей оси ?" Я задумался, а она продолжила: "А вот открой учебник географии и узнай". Я последовал её совету и открыл для себя то, о чём ранее не знал. Итак...

Сколько же по времени занимает один оборот Земли вокруг себя

Полный оборот вокруг своей оси наша планета совершает ровно за 24 часа. Так и проходят сутки. Их называют «солнечными» сутками.

Само вращение планета осуществляет с запада на восток . А при наблюдении с северного полюса эклиптики (или с Полярной звезды) вращение происходит против часовой стрелки .

Именно благодаря такому кружению происходит смена дней и ночей . Ведь одна половина освещается солнечными лучами, а другая – остаётся в тени.

К тому же, вращению планеты способствуют отклонения подвижных потоков (например, рек или ветров) в северном полушарии – в правую часть, а в южном – в левую.

История идей о суточном вращении Земли

В разные времена люди по-своему пытались объяснить смену суток. Гипотезы часто сменяли друг друга, у каждого народа древности была своя теория:

• самое раннее объяснение суточной смены небосвода было дано ещё во времена Пифагора . Считалось, что Земля в системе мира Филолая совершала определённые движения . Но они были не вращательными, а поступательными . И проходили эти движения через так называемый «Центральный огонь»;
• первым из древних астрономов, утверждавших, что наша планета именно вращается , стал индийский учёный Ариабхата (живший в конце пятого века – начале шестого);
• затем, во второй половине 19 века, в Европе велись более детальные обсуждения о возможностях движений Земли. Наиболее широко об этом писали такие парижские учёные, как Жан Буридан , Николай Орем и Альберт Саксонский ;
• в 1543 году знаменитый Николай Коперник уже написал свою работу «О вращении небесных сфер» , которую поддержали многие астрономы того времени;
• а позднее Галилео Галилей сформулировал фундаментальный принцип относительности . Он утверждал, что движение Земли (или любого другого объекта) никак не влияет на протекающие внутренние и внешние процессы.

Таковы были основные этапы развития гипотезы о вращении нашей планеты. Именно осмысление проблем, связанных с этой темой, поспособствовало открытию многих законов механики и зарождению новой космологии .