Почему вертится земля и другие космические объекты?

Теория об инертном вращении

Некоторые ученые склонны полагать, что когда-то (еще во времена своего появления и формирования) Земля раскрутилась, а сейчас вращается по инерции. Образовавшись из космической пыли, она стала притягивать к себе другие тела, которые придавали ей дополнительный импульс. Это предположение относится и к другим планетам Солнечной системы.

У теории есть немало противников, поскольку она не может объяснить, почему в разное время скорость движения Земли то увеличивается, то уменьшается. Непонятен также тот факт, по какой причине некоторые планеты Солнечной системы вращаются в другую сторону, как например Венера.

Происхождение вращения Земли

Самая рас­про­стра­нен­ная тео­рия объ­яс­ня­ет это про­цес­са­ми, шед­ши­ми во вре­ме­на об­ра­зо­ва­ния пла­нет. Об­ла­ка кос­ми­че­ской пыли «сби­ва­лись в кучу», об­ра­зуя за­ро­ды­ши пла­нет, к ним при­тя­ги­ва­лись дру­гие более или менее круп­ные кос­ми­че­ские тела. Столк­но­ве­ния с этими те­ла­ми и могли при­дать вра­ще­ние бу­ду­щим пла­не­там. А даль­ше пла­не­ты про­дол­жа­ли вра­щать­ся по инерции.

Почему Земля не падает на Солнце?

Когда Земля вращается вокруг Солнца, вырабатывается центробежная сила, которая пытается постоянно отбросить нашу планету. Но у неё это не получится. А всё потому, что Земля всегда движется вокруг светила с одинаковой скоростью и находится от него на безопасном расстоянии, соотносимом с центробежной силой, с которой Землю и пытаются выбить с орбиты. Вот почему Земля не падает на Солнце и не улетает в космос, а продолжает двигаться по заданной траектории.

Примечания

1. См. Fallexperimente zum Nachweis der Erdrotation (статья в немецкой Википедии).
2. Когда эксцентриситет Земли превышает 0,047 и перигелий находится в подходящем равноденствии или солнцестоянии, только один период с одним пиком уравновешивает другой период с двумя пиками.
3. Аоки, главный источник этих цифр, использует термин «секунды UT1» вместо «секунды среднего солнечного времени».
4. В астрономии, в отличие от геометрии, 360 ° означает возвращение в одну и ту же точку в некоторой циклической шкале времени, либо один средний солнечный день, либо один звездный день для вращения вокруг оси Земли, либо один звездный год, либо один средний тропический год, либо даже один средний юлианский день. год, содержащий ровно 365,25 дня для обращения вокруг Солнца.

Научная революция Николая Коперника

Окончательно гелиоцентрическая система мира возродилась только в XVI веке, когда польский астроном Николай Коперник разработал теорию движения планет вокруг Солнца на основании принципа Пифагора о равномерных круговых движениях. Результаты своих трудов он обнародовал в книге «О вращениях небесных сфер», изданной в 1543 году.

Коперник объяснил следующие феномены:

• В результате перемещения Земли, которая поочередно, то приближается, то отдаляется от любой из планет нашей системы, эти планеты совершают т.н. попятное движение. То есть спустя какой-то отрезок времени они начинают перемещаться в обратную сторону от направления движения Солнца.
• Предварение равноденствий. На протяжении 18-ти веков ученые искали причины такого эффекта как предварение равноденствий, согласно которому с каждым годом весеннее равноденствие наступает несколько раньше. В своих трудах Николай Коперник смог описать данный эффект как следствие периодического смещения земной оси.
• Гелиоцентрическая система могла объяснить изменение блеска и размеров планет Солнечной системы, а также дать более точную оценку размеров планет и расстояний до них.

Гелиоцентрическая система Коперника может быть сформулирована в следующих утверждениях:

• орбиты и небесные сферы не имеют общего центра;
• центр Земли — не центр Вселенной, но только центр масс и орбиты Луны;
• все планеты движутся по орбитам, центром которых является Солнце, и поэтому Солнце является центром мира;
• расстояние между Землёй и Солнцем очень мало по сравнению с расстоянием между Землёй и неподвижными звёздами;
• суточное движение Солнца — воображаемо, и вызвано эффектом вращения Земли, которая поворачивается один раз за 24 часа вокруг своей оси, которая всегда остаётся параллельной самой себе;
• Земля (вместе с Луной, как и другие планеты), обращается вокруг Солнца, и поэтому те перемещения, которые, как кажется, делает Солнце (суточное движение, а также годичное движение, когда Солнце перемещается по Зодиаку) — не более чем эффект движения Земли;
• это движение Земли и других планет объясняет их расположение и конкретные характеристики движения планет.

Эти утверждения полностью противоречили господствовавшей на тот момент геоцентрической системе.

Тем не менее, теория Коперника не может быть названа гелиоцентрической в полной мере, поскольку Земля в ней отчасти сохраняла особый статус:

• центром планетной системы было не Солнце, а центр земной орбиты;
• из всех планет Земля единственная двигалась по своей орбите равномерно, в то время как у остальных планет орбитальная скорость менялась.

По всей видимости, у Коперника сохранялась вера в существование небесных сфер, несущих на себе планеты. Таким образом, движение планет вокруг Солнца объяснялось вращением этих сфер вокруг своих осей.

Магнитные полюса Земли и их истинное положение

Истинные магнитные полюса — небольшие области, в которых силовые линии магнитного поля абсолютно вертикальны. Они не совпадают с геомагнитными и  лежат не на самой поверхности Земли, а под ней. Координаты магнитных полюсов на тот или иной момент времени вычисляются в рамках различных моделей геомагнитного поля путём нахождения интерактивным методом всех коэффициентов в ряду Гаусса.

Соответственно, магнитная ось — прямая, проходящая через магнитные полюса, — не проходит через центр Земли и не является её диаметром!

Прецессия северного виртуального магнитного полюса в течение одного часа в разгар магнитной бури 17 марта 2013 г. По данным обсерватории «Новосибирск»

Положения всех полюсов постоянно смещаются (даже ежечасно!), особенно во время магнитных бурь, вызванных потоками заряженных частиц от Солнца.

Как видим, суточные смещения полюса могут составить несколько сотен километров.

Кому принадлежит Луна

В 1980 году, используя лазейку в Договоре ООН о космической собственности 1967 года, согласно которому «ни одна страна» не может претендовать на Солнечную систему, житель Невады Деннис Хоуп написал в ООН и объявил о праве на частную собственность. Ему не ответили.

Но зачем ждать? Хоуп открыл лунное посольство и начал продавать одноакровые участки по 19,99 доллара за каждый. Для ООН Солнечная система является почти такой же, как мировые океаны: за пределами экономической зоны и принадлежащие каждому жителю Земли. Хоуп утверждал, что продал внеземную недвижимость знаменитостям и трем бывшим президентам США.

Непонятно, действительно Деннис Хоуп не понимает формулировки договора или же пытается вынудить законодательные силы сделать правовую оценку своих действий, чтобы разработка небесных ресурсов началась при более прозрачных правовых условиях.

Как работает компас

Кто не видел компас? Небольшая такая вещица, похожая на часы с одной стрелкой. Крутишь ее, вертишь, а стрелка упрямо разворачивается в одну сторону. Стрелка компаса представляет собой магнит, свободно вращающийся на игле. Принцип действия магнитного компаса основан на притяжении-отталкивании двух магнитов. Противоположные полюса магнитов притягиваются, одноименные – отталкиваются. Наша планета также является таким магнитом. Сила его невелика, ее недостаточно, что бы проявиться на тяжелом магните. Однако легкая стрелка компаса, уравновешенная на игле поворачивается и под влиянием небольшого магнитного поля.

спортивный компас

Что бы стрелка компаса не болталась, а четко показывала направление вне зависимости от тряски, она должна быть достаточно сильно намагничена. В спортивных компасах колбу со стрелкой заливают жидкостью. Неагрессивной для пластмассовых и металлических частей, не замерзающей при зимних температурах. Пузырек воздуха, оставленный в колбе, несет в себе функции указателя уровня, для ориентации компаса в горизонтальной плоскости.

Первенство в изучении магнитного поля Земли принадлежит английскому ученому Уильяму Гильберту. В своей книге «О магните, магнитных телах и большом магните – Земле», изданной в 1600 году он представил Землю в виде гигантского постоянного магнита, ось которого не совпадает с осью вращения Земли. Угол между осью вращения и магнитной осью называют магнитным склонением.

В результате такого несовпадения, говорить, что стрелка компаса всегда указывает на север, не совсем верно. Она указывает на точку, находящуюся на расстоянии в 2100 км от северного полюса, на острове Соммерсет (его координаты 75°,6 с. ш., 101° з. д. – данные на 1965 г.) Магнитные полюса Земли медленно дрейфуют. Кроме такой ошибки в направлении стрелки (будем называть ее систематической), нельзя также забывать о других причинах неправильной работы компаса:

• Металлические предметы или магниты, находящиеся вблизи компаса отклоняют его стрелку
• Электронные приборы, являющиеся источниками электромагнитных полей
• Залежи полезных ископаемых – металлических руд
• Магнитные бури, происходящие в годы сильной активности солнца, искажают магнитное поле Земли.

А теперь, попробуйте ответить на вопросы для сообразительных:

• Как вы думаете, куда будет указывать стрелка компаса, если Вы находитесь между северным географическим полюсом и северным магнитным полюсом?
• Куда показывает стрелка, когда компас находится в районе магнитного полюса?
• Если, руководствуясь компасом очень долго идти все время строго на северо-восток, то куда придешь?

А пока Вы размышляете, приведу несколько интересных фактов о магнитном поле Земли.

Оказывается, оно ослабевает примерно на 0,5% каждые 10 лет. По различным подсчетам, оно исчезнет через 1-2 тысячи лет. Предполагается, что в этот момент будет происходить переполюсовка магнита – Земли. После чего поле снова начнет нарастать, но северный и южный магнитный полюса поменяются местами. Считается, что такое с нашей планетой происходило уже огромное количество раз.

Оказывается, что перелетные птицы также ориентируются “по компасу”, точнее, магнитное поле Земли служит им ориентиром. Недавно ученые узнали, что у птиц в области глаз располагается маленький магнитный “компас” — крохотное тканевое поле, в котором расположены кристаллы магнетита, обладающие способностью намагничиваться в магнитном поле.

Простейший компас можно изготовить самостоятельно. Для этого надо оставить рядом с магнитом швейную иглу на несколько дней. После этого игла намагнитится. Смочив ее жиром или маслом, аккуратно опустите иглу на поверхность налитой в чашку воды. Жир не даст ей утонуть, и игла развернется с севера на юг (ну или наоборот :).

Впечатлились? Вот теперь, можете проверить свои ответы на вопросы:

• Как вы думаете, куда будет указывать стрелка компаса, если Вы находитесь между северным географическим полюсом и северным магнитным полюсом?– Северный конец стрелки будет показывать.. на юг, а южный – на север!
• Куда показывает стрелка, когда компас находится в районе магнитного полюса?– оказывается, стрелка, подвешенная на нити в районе магнитного полюса стремится развернуться… вниз, вдоль магнитных линий Земли!
• Если, руководствуясь компасом очень долго идти все время строго на северо-восток, то куда придешь?– придешь на северный магнитный полюс! Попробуйте проследить свой путь на глобусе, очень интересный маршрут получается.

а так мог выглядеть морской компас на корабле Колумба

Надеемся, вам понравился этот материал. Если да, то будем делать больше таких разных!

Что такое орбита Земли и ось

Вселенная движется, как и каждый ее отдельный элемент, причем зачастую на огромных скоростях. К примеру, Земля несется в пространстве со скоростью около 30 км/с, и в процессе чтения этих строк ваше положение во вселенной изменилось километров на 150—200. Более того, планета движется не только в каком-то направлении, но и вокруг своей оси.

Как вращается Земля — для обычного наблюдателя неочевидно. Дело в том, что это движение относительно. Например, по отношению к любому объекту на планете положение остается прежним, а вот по отношению к космическим телам — местоположение изменяется постоянно. Люди вместе с Землей вращаются вокруг ее оси, Солнца, центра галактики и так далее.

Осью называют воображаемую линию, проходящую через южный и северный полюса планеты.

Вокруг этой линии и происходит оборот, который так и называется — вращение вокруг своей оси. При этом, если представить такое движение в плоскости, ось находится не перпендикулярно, а под углом к ней. Если наблюдать процесс с северного полюса Солнца, Земля будет двигаться против часовой стрелки, и наоборот — с южного.

Орбитой Земли называют траекторию ее движения вокруг Солнца.

При этом она представляет собой не круг, а немного вытянутый овал — такую орбиту называют эллиптической. Более того, наклон траектории по отношению к Солнцу постоянно меняется. Если представить, что Солнце статично, Земля движется вокруг него не в одной и той же плоскости. Образно выражаясь, наша планета как бы наматывает нитки на клубок Солнца с равным расстоянием между стежками.

Строение солнечной системы

Солнечная система состоит из центральной звезды — Солнца, планет, их спутников и поясов астероидов, набора комет, метеороидов и других небольших небесных тел, включая космическую пыль. Все они проделывают путь либо вокруг Солнца, либо вокруг планет, либо по другим орбитам.

Всего в нашей системе восемь полноценных планет (по мере удаленности от звезды):

1. Меркурий (0).
2. Венера (0).
3. Земля (1).
4. Марс (2).
5. Юпитер (79).
6. Сатурн (62).
7. Уран (27).
8. Нептун (17).

В скобках указано количество спутников. Кроме этого, у четырех последних присутствуют системы колец, состоящие из более мелких тел, метеоритов и квазиспутников.

Первые четыре называют планетами земной группы, их состав отличается от остальных — в основном это силикаты и металлы. Две следующие — газовые гиганты, состоящие в основном из гелия и водорода. Две последние, помимо того, что являются газовыми гигантами, также выделяются в группу ледяных гигантов.

До 2006 в системе существовала девятая планета — Плутон, однако ее понизили в статусе, так как было принято формальное определение планет, которому она не соответствует. В то же время есть пока не доказанная гипотеза о существовании еще одной планеты в нашей системе, которую на данный момент условно так и называют — «девятая планета».

Кроме основных, в системе присутствуют карликовые планеты, к которым теперь и относят Плутон.

Список официально признанных:

1. Церера (0).
2. Плутон (5).
3. Эрида (1).
4. Макемаке (1).
5. Хаумеа (2).

В скобках также указано количество спутников. Ученые отмечают, что карликовых планет, еще не открытых, в нашей системе может насчитываться более сорока.

Наклон оси

Ось вращения Земли находится под углом к плоскости эклиптики. Если представить себе плоскость, по которой Земля совершает оборот вокруг Солнца, это она и есть. Строго говоря, Земля никогда не возвращается в одну и ту же точку, поэтому плоскостью это можно назвать условно, но для упрощения объяснения используется именно эта терминология.

Оборот вокруг оси идет под наклоном, так как ось нашей планеты находится под углом 23,4° (точная цифра — 23,439281°) к этой плоскости.

Таким образом, наша Земля «подставляет» Солнцу то свое северное, то южное полушарие.

Скорость обращения Земли вокруг своей оси

Земля является третьей планетой от Солнца. Наряду со всеми остальными она вращается вокруг Солнца, а также имеет собственное вращение вокруг оси. Самыми быстрыми в Солнечной системе считаются планеты-гиганты:

• Юпитер.
• Сатурн.

Они завершают сутки за 10 часов.

Вращение Земли вокруг своей оси совершается за 23 часа 56 минут. Плюс дополнительные 4 минуты требуются на то, чтобы Солнце вернулось на исходную позицию. Скорость вращения на поверхности зависит от того, в какой точке наблюдается движение.

Если говорить об экваторе, то тут вращение Земли достигает 1670 километров в час или 465 метров в секунду. Расчеты проводятся с учетом того, что в районе экватора окружность планеты достигает свыше 40000 километров. Если планета резко перестанет двигаться, то люди и находящиеся предметы с такой же скоростью сорвутся с места и полетят вперед.

Ближе к 30-й широте вращение Земли вокруг оси снижается до 1440 километров в час, плавно опускаясь до 0 километров в час на полюсах (правило работает и в сторону Южного, и в сторону Северного полюсов). Это движение остается незаметным для людей из-за огромной массы планеты.

Из этого видео вы узнаете, почему мы не ощущаем вращения земли.

https://youtube.com/watch?v=MZJ6jImMEkA

Значение для человечества

Различия в скорости движения имеют свое практическое значение. Страны предпочитают строить космодромы ближе к экватору. За счет скорости вращения планеты требуется меньшее количества топлива для выхода на орбиту, или же можно поднять большее количество полезного груза. При этом на старте у ракеты уже есть скорость в 1675 километров в час, так что ей проще разогнаться до орбитальной в 28 000 километров в час.

Луна своим воздействием постоянно стабилизирует наклон оси планеты. Из-за этого понемногу снижается скорость кручения планеты. Дважды в год, в ноябре и апреле, продолжительность суток увеличивается на 0,001 секунду.

Смещение центра тяжести Земли

Центр масс Земли, или геоцентр, выбирается в качестве начала во многих системах координат, поскольку является очень устойчивой точкой в теле Земли. Эта точка реализуется по наблюдению спутников, движущихся в гравитационном поле. Геоцентр рекомендован в качестве начала для земной референцной системы в (IERS, 1996) и (IERS, 2003) как центр масс Земли, включая океаны и атмосферу.

Анализ спутниковых лазерных дальномерных наблюдений уверенно показывает, что система отсчета, реализованная в координатах станций наблюдений, неподвижных относительно земной коры, ощутимо смещается относительно центра масс Земли.

Видно неспроста, в 1997 г. Международная служба вращения Земли провела кампанию по исследованию стабильности геоцентра, в которой приняли участие 42 исследователя из 25 научных групп, использовавших современные геофизические модели и результаты обработки лазерных измерений, GPS и DORIS.

Вековые смещения в положении геоцентра можно объяснить такими причинами:

• изменением уровня моря;
• изменениями в ледяном щите (в Гренландии, Антарктиде);
• тектоническими смещениями в земной коре (рост объёма Земли).

На стабильность  Геоцентра влияет положение ядра нашей планеты, плавающего в мантии! Внутреннее ядро вращается со скоростью, отличной от внешнего. Это создает динамо-эффект в виде конвекционных потоков. В результате этот гигантский электромагнит генерирует магнитное поле (МП) планеты. Следовательно, по фактическому положению оси магнитного диполя можно судить о положении ядра Земли!

Итак, смещение ядра нашей планеты должно фиксироваться разницей между магнитной осью и осью вращения.

«В начале первых систематических наблюдений за геомагнитным полем (1829г.) было отмечено, что магнитный диполь Земли (соответственно и  внутреннее ядро) смещен относительно оси вращения планеты на 252 км в сторону Тихого океана. По данным 1965 года это смещение увеличилось до 430 км, и продолжает возрастать! На каком расстоянии от центра Земли находится магнитный диполь в настоящее время, выяснить не удалось, так как по каким-то причинам эти сведения в открытых источниках больше не публикуются».

Эти фразы гуляют по просторам сети уже десятилетие! Предлагаю читателям математическую модель, вычисляющую по координатам магнитных полюсов отклонение ядра планеты от Геоцентра:

Угол a между двумя точками A(μ1;λ1) и В(μ2;λ2) на сфере, (где μ и λ — широта и долгота) определяется из сферической теоремы косинусов:

a = arccos⁡(sin⁡(μ1)*sin⁡(μ2)+cos⁡(μ1)*cos⁡(μ2)*cos⁡(λ1-λ2))

Расстояние отклонения магнитного от географического центра Земли, (где  R – радиус Земли):

H = R*√¯¯1-sin²(a/2)

Связь со сменой времен года

Смена времен года на Земле обуславливается углом наклона, который планета сохраняет неизменным на протяжении полного оборота вокруг звезды. Это приводит к тому, что на одном участке орбиты Южное полушарие получает больше солнечной энергии, чем Северное. В противоположной точке эта ситуация меняется.

Смена времен года происходит благодаря движению Земли вокруг Солнца. Credit: bezformata.com

Отрезок времени, когда получаемая от звезды энергия максимальна, соответствует лету. Время, когда уровень освещенности становится минимальным и температура воздуха возле поверхности Земли также снижается, называют зимой.

Форма траектории, по которой происходит движение Земли вокруг Солнца, никакого влияния на смену сезонов не оказывает. Если бы потепление и похолодание в отдельных регионах планеты были связаны с удаленностью от звезды, зима и лето наступали бы по 2 раза в год.

Что будет, если Земля постепенно прекратит своё вращение?

Теперь перейдём к более реалистичному моделированию ситуации, если бы наша планета начала замедляться гораздо быстрее и человечество всё же застало момент её остановки.

Мы уже знаем, что наша планета остановится только через миллиарды лет, но гипотетически это может произойти и раньше. Учёные не исключают, что скорость вращения планеты может снизиться, например, вследствие столкновения с астероидом. Такое событие само по себе будет губительным для землян, а замедление скорости вращения планеты станет неприятным бонусом ко всему. Но давайте представим, что это произошло без участия огромных астероидов, а по более «незаметным причинам».

Свет и тьма

Первое, что приходит на ум – это вечный день на одном полушарии и вечная ночь – на другом. На самом деле это мелочи по сравнению с другими глобальными изменениями, начиная от ужасных катаклизмов и заканчивая перераспределением вод Мирового океана, что приведёт к массовой гибели всего живого на планете.

Понятие суток исчезнет. На одной стороне Земли будет вечный день. При этом постоянный солнцепёк уничтожит многие растения, а почва высохнет и потрескается. Тёмная сторона Земли будет подобна снежной тундре. Учёные считают, что более или менее пригодной будет промежуточная область между днём и ночью.

Экватор без океанов

Воды Мирового океана изменят своё расположение, сместившись от экватора к полюсам. То есть экваториальная линия станет одни большим участком суши, а многие материковые зоны ближе к полюсам будут затоплены. Дело в том, что наша планета из-за вращения немного выпуклая, поэтому вдоль экватора она имеет своеобразный «горб». Таким образом, после остановки Земли воды Мирового океана перестанут равномерно удерживаться и фактически «стекут» с экватора.

Так будет выглядеть суша и океан

Почему меняется скорость вращения Земли?

Из-за чего именно в прошлом году Земля совершила рекордно быстрый оборот вокруг своей оси, ученым до сих пор неизвестно. Они они прекрасно знают, что на это может повлиять огромное количество различных факторов. Иногда скорость изменяется из-за притяжения Луны. Но на этот показатель также может повлиять такие неочевидные факторы, как количество выпавшего снега в полярных регионах планеты. Более того, скорость вращения Земли может измениться даже из-за листопадов в лесах России и Канады.

На скорость вращения Земли может повлиять даже листопад

Ученые пока не пришли к единому мнению насчет того, как им нужно реагировать на необычное явление. Возможно, это действительно разовое событие и беспокоиться совершенно не о чем. Ведь в прошлом году наша планета действительно претерпела множество изменений. Как минимум, из-за связанного с пандемией коронавируса карантина, многие люди сидели дома и воздух в городах стал чище. Это тоже могло стать весомым фактором, повлекшим за собой внезапное ускорение вращения Земли. Свой вклад могли внести и пожары, которые в 2020 году особенно сильно полыхали в Калифорнии. Ведь, если вы помните, из-за огня даже небо окрашивалось в красный цвет и все происходящее было похоже на конец света.

Пожары в Калифорнии действительно выглядели как конец света

Также есть вероятность, что Земля периодически сама по себе ускоряется и это для нее совершенно нормально. Такие ускорения могли происходить и раньше, просто люди не замечали этого

Ведь, внимание, речь идет о миллисекундах. Большую часть времени мы не замечаем даже когда моргаем

А тщательное слежение за временем началось только во второй половине XX века. И нам предстоит многое узнать о нашей планете и времени, которая на ней протекает.

Если вам интересно, как работают атомные часы, рекомендую почитать этот материал. В ней автор Hi-News.ru Илья Хель подробно рассказал о принципе их работы и даже объяснил, радиоактивны они или нет. Также он затронул историю создания атомных часов и измерения атомного времени. В общем, получилась очень подробная статья, которая точно расширит ваш кругозор. Приятного чтения!