Cik ilgs laiks nepieciešams, lai zeme riņķotu ap sauli. Kādā virzienā griežas zeme? Gaismekļu un kalendāru kustība

Mani vienmēr ir iedvesmojusi un pārsteigusi sistēma, kas aptver visu kosmosu. Jo īpaši mana interese krita par mūsu dzimto un mīļoto planētu. Zeme pastāvīgi griežas ap sauli, piemēram, virsma uz galda. Bet atšķirībā no virsotnes Zemes leņķiskais ātrums nav atkarīgs no spēka, jo tas ir nemainīgs. Bet cik ilgs laiks nepieciešams, lai mūsu planēta veiktu vienu apgriezienu ap lielu karstu bumbu?

Cik ilgs laiks nepieciešams, lai zeme riņķo ap sauli

Pirms atbildēt uz šo jautājumu, jums vajadzētu uzzināt:

1. Precīza Zemes kustības trajektorija.
2. Attiecības starp planētas rotāciju un gadalaikiem.
3. Slīpuma ietekme starp planētu un vertikāli.

Tātad mūsu planēta pastāvīgi griežas ap savu asi. Bet turklāt tas vienlaikus griežas ap vienu no lielākajām un tuvākajām zvaigznēm. Ceļš, ko Zeme iet rotācijas laikā, nav aplis, jo tas ir nedaudz izstiepts. No tā izriet, ka divpadsmit mēnešu laikā Zeme atrodas nedaudz tuvākā attālumā un arī tālākā tieši divas reizes. (pirmais gadījums man ir pievilcīgāks). Protams, jūs domājāt, ka tāpēc mainās gadalaiki. Bet diemžēl tas tā nav. Galvenais šīs parādības vaininieks ir viens un tas pats leņķis starp Zemes centru un vertikāli. Fakts ir tāds, ka Zemes kustības laikā šis "defekts" paliek.

Gadalaiku maiņa

Iedomājieties, ka mūsu planēta lido garām Saulei, kuras ziemeļu daļa ir aci pret aci ar zvaigzni. Saule uz šo pusi reaģē ar savu siltumu un gaismu. Tagad ir bezrūpīgas vasaras brīvdienas. Un dienvidiem paredzētā mala ir praktiski paslēpta no Saules. Tagad ir auksts un Jaungada noskaņojums. Bet mūsu planētas ceļš joprojām turpinās. Un tagad viss ir savādāk. Dienvidi un ziemeļi maina vietām. Lācis, kurš atradās kādreiz siltā klimatā, ir spiests rūpīgi sagatavoties ziemas guļai.

Tikai viens slīpums ļauj mūsu planētai tuvoties Saulei tādā pašā attālumā. Šis ir zelta rudens un ziedoša pavasara laiks. Attiecīgi šai parādībai seko vēl vienas būtiskas sekas, proti, četrkārtīga gadalaiku maiņa.

Tāpat kā citas planētas Saules sistēma, veic 2 galvenās kustības: ap savu asi un ap Sauli. Kopš seniem laikiem tieši uz šīm divām regulārām kustībām balstījās laika aprēķins un kalendāru sastādīšanas prasme.

Diena ir laiks, kad griežas ap savu asi. Gads ir revolūcija ap sauli. Sadalījums mēnešos ir arī tiešā saistībā ar astronomiskām parādībām – to ilgums ir saistīts ar Mēness fāzēm.

Zemes rotācija ap savu asi

Mūsu planēta griežas ap savu asi no rietumiem uz austrumiem, tas ir, pretēji pulksteņrādītāja virzienam (skatoties no Ziemeļpola.) Ass ir virtuāla taisne, kas šķērso zemeslodi ziemeļu un austrumu reģionā. dienvidu polus, t.i. stabiem ir fiksēts stāvoklis un tie nepiedalās rotācijas kustībā, kamēr visas pārējās vietas ir ieslēgtas zemes virsma griezties, un griešanās ātrums nav identisks un atkarīgs no to stāvokļa attiecībā pret ekvatoru - jo tuvāk ekvatoram, jo ​​lielāks griešanās ātrums.

Piemēram, Itālijas reģionā griešanās ātrums ir aptuveni 1200 km/h. Zemes griešanās ap savu asi sekas ir dienas un nakts maiņa un debess sfēras šķietamā kustība.

Patiešām, šķiet, ka zvaigznes un citi debess ķermeņi naksnīgajās debesīs pārvietojas pretējā virzienā mūsu kustībai ar planētu (tas ir, no austrumiem uz rietumiem).

Šķiet, ka zvaigznes ir visapkārt polārā zvaigzne, kas atrodas uz iedomātas līnijas - turpinājums zemes ass ziemeļu virzienā. Zvaigžņu kustība nav pierādījums tam, ka Zeme griežas ap savu asi, jo šī kustība varētu būt debess sfēras rotācijas sekas, ja pieņemam, ka planēta ieņem fiksētu, nekustīgu vietu kosmosā.

Fuko svārsts

Neapgāžamu pierādījumu tam, ka Zeme griežas ap savu asi, 1851. gadā sniedza Fuko, kurš vadīja slavenais eksperiments ar svārstu.

Iedomājieties, ka, atrodoties Ziemeļpolā, mēs uzstādām svārstu svārstību kustībā. Ārējais spēks, kas iedarbojas uz svārstu, ir gravitācija, savukārt tas neietekmē svārstību virziena izmaiņas. Ja sagatavojam virtuālo svārstu, kas atstāj pēdas uz virsmas, varam pārliecināties, ka pēc kāda laika pēdas kustas pulksteņrādītāja virzienā.

Šo rotāciju var saistīt ar diviem faktoriem: vai nu ar tās plaknes rotāciju, uz kuras svārstās, vai ar visas virsmas rotāciju.

Pirmo hipotēzi var noraidīt, ņemot vērā, ka uz svārsta nav tādu spēku, kas varētu mainīt plakni svārstīgas kustības. No tā izriet, ka Zeme griežas, un tā veic kustības ap savu asi. Šo eksperimentu Parīzē veica Fuko, viņš izmantoja milzīgu svārstu bronzas sfēras formā, kas sver apmēram 30 kg, piekārtu pie 67 metru kabeļa. Svārstīgo kustību sākumpunkts tika fiksēts uz Panteona grīdas virsmas.

Tātad, tā ir Zeme, kas griežas, nevis debesu sfēra. Cilvēki, kas vēro debesis no mūsu planētas, fiksē gan Saules, gan planētu kustību, t.i. Visi objekti Visumā ir kustībā.

Laika kritērijs – diena

Diena ir laiks, kas nepieciešams, lai Zeme veiktu vienu apgriezienu ap savu asi. Ir divas termina "diena" definīcijas. "Saules diena" ir Zemes rotācijas laika intervāls, kurā . Cits jēdziens - "sidēriskā diena" - nozīmē atšķirīgu sākumpunktu - jebkuru zvaigzni. Abu veidu dienas ilgums nav identisks. Siderālās dienas garums ir 23 h 56 min 4 s, savukārt Saules dienas garums ir 24 stundas.

Atšķirīgais ilgums ir saistīts ar to, ka Zeme, griežoties ap savu asi, veic arī orbītas rotāciju ap Sauli.

Principā saules dienas ilgums (lai gan tas tiek pieņemts kā 24 stundas) ir mainīga vērtība. Tas ir saistīts ar faktu, ka Zemes kustība orbītā notiek ar mainīgs ātrums. Kad Zeme atrodas tuvāk Saulei, tās kustības ātrums orbītā ir lielāks, tai attālinoties no saules, ātrums samazinās. Šajā sakarā tika ieviests tāds jēdziens kā “vidējā saules diena”, proti, to ilgums ir 24 stundas.

Cirkulācija ap Sauli ar ātrumu 107 000 km/h

Zemes ātrums ap Sauli ir otra galvenā mūsu planētas kustība. Zeme pārvietojas pa eliptisku orbītu, t.i. orbīta ir eliptiska. Kad tas atrodas tiešā Zemes tuvumā un iekrīt tās ēnā, notiek aptumsumi. Vidējais attālums starp Zemi un Sauli ir aptuveni 150 miljoni kilometru. Astronomija izmanto vienību, lai izmērītu attālumus Saules sistēmā; to sauc par “astronomisko vienību” (AU).

Ātrums, ar kādu Zeme pārvietojas savā orbītā, ir aptuveni 107 000 km/h.
Leņķis, ko veido zemes ass un elipses plakne, ir aptuveni 66 ° 33 ', tā ir nemainīga vērtība.

Vērojot Sauli no Zemes, šķiet, ka tieši tā gada laikā pārvietojas pa debesīm, ejot cauri zvaigznēm un veido Zodiaku. Patiesībā arī Saule iet cauri Ophiuchus zvaigznājam, taču tā nepieder pie Zodiaka apļa.

Zemes rotācija ir viena no Zemes kustībām, kas atspoguļo daudzas astronomiskas un ģeofizikas parādības, kas notiek uz Zemes virsmas, tās iekšienē, atmosfērā un okeānos, kā arī tuvajā kosmosā.

Zemes rotācija izskaidro dienas un nakts maiņu, šķietamo diennakts kustību debess ķermeņi, uz vītnes piekārtas slodzes šūpošanās plaknes griešanās, krītošu ķermeņu novirze uz austrumiem u.c. Zemes rotācijas dēļ ķermeņus, kas pārvietojas pa tās virsmu, ietekmē Koriolisa spēks, kura ietekme izpaužas upju labo krastu izskalošanā ziemeļu puslodē un kreiso dienvidu puslodē Zeme un dažās atmosfēras cirkulācijas iezīmēs. Centrbēdzes spēks, ko rada Zemes rotācija, daļēji izskaidro gravitācijas paātrinājuma atšķirības pie ekvatora un Zemes poliem.

Lai pētītu Zemes rotācijas likumus, tiek ieviestas divas koordinātu sistēmas ar kopīgs sākums Zemes masas centrā (1.26. att.). Zemes sistēma X 1 Y 1 Z 1 piedalās Zemes ikdienas rotācijā un paliek nekustīga attiecībā pret zemes virsmas punktiem. Zvaigžņu sistēma koordinātes XYZ nav saistītas ar Zemes ikdienas rotāciju. Lai arī tā sākums pārvietojas pasaules telpā ar zināmu paātrinājumu, piedaloties ikgadējā Zemes kustībā ap Sauli Galaktikā, taču šī kustība ir salīdzinoši tālās zvaigznes var uzskatīt par viendabīgu un taisnu. Tāpēc Zemes (kā arī jebkura debess objekta) kustību šajā sistēmā var pētīt saskaņā ar mehānikas likumiem inerciālā sistēma atsauce. XOY plakne ir izlīdzināta ar ekliptikas plakni, un X ass ir vērsta uz sākotnējā laikmeta pavasara ekvinokcijas punktu γ. Par Zemes koordinātu sistēmas asis ir ērti ņemt galvenās Zemes inerces asis, iespējama arī cita asu izvēle. Zemes sistēmas stāvokli attiecībā pret zvaigžņu sistēmu parasti nosaka trīs Eilera leņķi ψ, υ, φ.

1.26.att. Koordinātu sistēmas, ko izmanto, lai pētītu Zemes rotāciju

Pamatinformāciju par Zemes rotāciju sniedz debess ķermeņu ikdienas kustības novērojumi. Zemes rotācija notiek no rietumiem uz austrumiem, t.i. pretēji pulksteņrādītāja virzienam, skatoties no Zemes Ziemeļpola.

Sākotnējā laikmeta ekvatora vidējais slīpums pret ekliptiku (leņķis υ) ir gandrīz nemainīgs (1900. gadā tas bija 23° 27¢ 08,26² un 20. gadsimtā palielinājās par mazāk nekā 0,1²). Zemes ekvatora un sākotnējā laikmeta ekliptikas krustojuma līnija (mezglu līnija) lēnām virzās pa ekliptiku no austrumiem uz rietumiem, pārvietojoties 1° 13¢ 57,08² gadsimtā, kā rezultātā mainās leņķis ψ. par 360° 25 800 gados (precesija). OR momentānā rotācijas ass vienmēr gandrīz sakrīt ar mazāko Zemes inerces asi. Leņķis starp šīm asīm saskaņā ar novērojumiem, kas veikti kopš 19. gadsimta beigām, nepārsniedz 0,4².

Laika periodu, kurā Zeme veic vienu rotāciju ap savu asi attiecībā pret kādu punktu debesīs, sauc par dienu. Punkti, kas nosaka dienas garumu, var būt:

pavasara ekvinokcijas punkts;

Redzamā Saules diska centrs, ko pārvieto ikgadēja aberācija ("īstā Saule");

· "Vidējā saule" - fiktīvs punkts, kura atrašanās vietu debesīs teorētiski var aprēķināt jebkuram laika momentam.

Trīs dažādus laika periodus, ko nosaka šie punkti, sauc attiecīgi par siderālajām, patiesajām saules un vidējām saules dienām.

Zemes griešanās ātrumu raksturo relatīvā vērtība

kur Pz ir Zemes dienas ilgums, T ir standarta dienas (atomu) ilgums, kas ir vienāds ar 86400s;

- leņķiskie ātrumi, kas atbilst sauszemes un standarta dienām.

Tā kā ω vērtība mainās tikai devītajā - astotajā zīmē aiz komata, tad ν vērtības ir 10 -9 -10 -8.

Zeme veic vienu pilnīgu apgriezienu ap savu asi attiecībā pret zvaigznēm īsākā laika periodā nekā attiecībā pret Sauli, jo Saule pārvietojas gar ekliptiku tajā pašā virzienā, kurā griežas Zeme.

Siderālo dienu nosaka Zemes griešanās periods ap savu asi attiecībā pret jebkuru zvaigzni, taču, tā kā zvaigznēm ir sava un turklāt ļoti sarežģīta kustība, tika panākta vienošanās, ka jāskaita siderālās dienas sākums. no pavasara ekvinokcijas augšējās kulminācijas brīža, un intervāls tiek uzskatīts par siderālās dienas garumu, kas ir laiks starp diviem secīgiem pavasara ekvinokcijas augšējiem kulminācijas punktiem, kas atrodas tajā pašā meridiānā.

Precesijas un nutācijas parādību dēļ debess ekvatora un ekliptikas relatīvais novietojums nepārtraukti mainās, kas nozīmē, ka attiecīgi mainās pavasara ekvinokcijas atrašanās vieta uz ekliptikas. Konstatēts, ka siderālā diena ir par 0,0084 sekundēm īsāka nekā faktiskais Zemes ikdienas rotācijas periods un Saule, virzoties pa ekliptiku, pavasara ekvinokcijas punktā sasniedz agrāk nekā tajā pašā vietā attiecībā pret zvaigznēm.

Zeme savukārt riņķo ap Sauli nevis pa apli, bet gan elipsē, tāpēc Saules kustība no Zemes mums šķiet nevienmērīga. Ziemā īstā Saules diena ir garāka nekā vasarā.Piemēram, decembra beigās tās ir 24 stundas 04 minūtes 27 sekundes, bet septembra vidū - 24 stundas 03 minūtes. 36 sek. Tiek uzskatīts, ka saules dienas vidējā mērvienība ir 24 stundas 03 minūtes. 56,5554 sekundes siderālais laiks.

Zemes leņķiskais ātrums attiecībā pret Sauli Zemes orbītas elipses dēļ ir atkarīgs no gada laika. Zeme riņķo vislēnāk, kad tā atrodas perihēlijā, kas ir vistālāk no Saules. Līdz ar to patiesās Saules dienas ilgums nav vienāds visa gada garumā – orbītas eliptiskums maina patiesās Saules dienas ilgumu atbilstoši likumam, ko var aprakstīt ar sinusoīdu ar amplitūdu 7,6 minūtes. un uz 1 gadu.

Otrs dienas nelīdzenuma iemesls ir Zemes ass slīpums pret ekliptiku, kas izraisa Saules šķietamu kustību augšup un lejup no ekvatora gada laikā. Saules taisnā pacelšanās pie ekvatoriem (1.17. att.) mainās lēnāk (jo Saule virzās leņķī pret ekvatoru) nekā saulgriežu laikā, kad tā virzās paralēli ekvatoram. Rezultātā patiesas Saules dienas ilgumam tiek pievienots sinusoidālais termins ar amplitūdu 9,8 minūtes. un sešu mēnešu periods. Ir arī citi periodiski efekti, kas maina patiesās Saules dienas garumu un ir atkarīgi no laika, taču tie ir nelieli.

Šo efektu kopīgas darbības rezultātā īsākās patiesās Saules dienas tiek novērotas 26.-27.martā un 12.-13.septembrī, bet garākās - 18.-19.jūnijā un 20.-21.decembrī.

Lai novērstu šo mainīgumu, tiek izmantota vidējā saules diena, kas saistīta ar tā saukto vidējo Sauli - nosacītu punktu, kas vienmērīgi pārvietojas pa debess ekvatoru, nevis pa ekliptiku, kā īstā Saule, un sakrīt ar Saules centru. pavasara ekvinokcijas laikā. Vidējās Saules apgriezienu periods debess sfērā ir vienāds ar tropisko gadu.

Vidējās Saules dienas nav pakļautas periodiskām izmaiņām, kā īstās Saules dienas, bet to ilgums mainās monotoni, mainoties Zemes aksiālās rotācijas periodam un (mazākā mērā) mainoties tropiskā gada garumam, palielinoties par apmēram 0,0017 sekundes gadsimtā. Tādējādi vidējās saules dienas ilgums 2000. gada sākumā bija vienāds ar 86 400 002 SI sekundēm (SI sekunde tiek noteikta, izmantojot intraatomisko periodisko procesu).

Sidēriskā diena ir 365,2422/366,2422=0,997270 vidējās saules dienas. Šī vērtība ir nemainīga attiecība siderālais un saules laiks.

Vidēji saules laiks un siderālais laiks ir savstarpēji saistīti ar šādām attiecībām:

24h trešdien Saules laiks = 24h. 03 min. 56,555 sek. siderālais laiks

1 stunda = 1h. 00 min. 09,856 sek.

1 minūte. = 1 min. 00,164 sek.

1 sek. = 1,003 sek.

24 stundas siderālais laiks = 23 stundas 56 minūtes 04,091 sek. sk. saules laiks

1 stunda = 59 minūtes 50,170 sek.

1 minūte. = 59,836 sek.

1 sek. = 0,997 sek.

Laiks jebkurā dimensijā - siderālā, patiesā saules vai vidējā saules - dažādos meridiānos ir atšķirīgs. Bet visiem punktiem, kas vienlaikus atrodas uz viena meridiāna, ir vienāds laiks, ko sauc par vietējo laiku. Virzoties pa vienu un to pašu paralēli uz rietumiem vai austrumiem, laiks sākuma punktā neatbildīs visu pārējo šajā paralēlē esošo ģeogrāfisko punktu vietējam laikam.

Lai šo trūkumu kaut kādā mērā novērstu, kanādietis S. Flešings ierosināja ieviest standarta laiku, t.i. laika skaitīšanas sistēma, kuras pamatā ir Zemes virsmas dalījums 24 laika zonās, no kurām katra atrodas 15° attālumā no blakus esošās garuma zonas. Flushing uzzīmēja 24 galvenos meridiānus pasaules kartē. Apmēram 7,5 ° uz austrumiem un rietumiem no tiem nosacīti tika uzzīmētas šīs zonas laika joslas robežas. Tās pašas laika joslas laiks katrā brīdī visiem tās punktiem tika uzskatīts par vienādu.

Pirms Flushingas daudzās pasaules valstīs tika publicētas kartes ar dažādiem sākuma meridiāniem. Tā, piemēram, Krievijā garuma grādus skaitīja no meridiāna, kas šķērso Pulkovas observatoriju, Francijā - caur Parīzes observatoriju, Vācijā - caur Berlīnes observatoriju, Turcijā - caur Stambulas observatoriju. Lai ieviestu standarta laiku, bija nepieciešams apvienot vienu sākotnējo meridiānu.

Standarta laiks pirmo reizi tika ieviests ASV 1883. gadā un 1884. gadā. Vašingtonā starptautiskajā konferencē, kurā piedalījās arī Krievija, tika pieņemts saskaņots lēmums par standartlaiku. Konferences dalībnieki vienojās par sākotnējo jeb nulles meridiānu uzskatīt Griničas observatorijas meridiānu, un Griničas meridiāna vietējo vidējo Saules laiku nosauca par universālo jeb pasaules laiku. Konferencē tika izveidota arī tā sauktā “datuma līnija”.

Standarta laiks mūsu valstī tika ieviests 1919. gadā. Pamatojoties uz starptautisko laika joslu sistēmu un tolaik pastāvošajām administratīvajām robežām, RSFSR kartē tika iezīmētas laika joslas no II līdz XII ieskaitot. Vietējais laiks laika joslas, kas atrodas uz austrumiem no Griničas meridiāna, no zonas uz joslu palielinās par stundu un uz rietumiem no Griničas attiecīgi samazinās par stundu.

Skaitot laiku kalendārajās dienās, ir svarīgi noteikt, kurā meridiānā sākas jauns datums (mēneša diena). Pēc starptautiskas vienošanās datuma līnija lielākoties iet pa meridiānu, kas atrodas 180 ° attālumā no Griničas, atkāpjoties no tā: uz rietumiem - netālu no Vrangela salas un Aleutu salām, uz austrumiem - pie Āzijas krastiem, Fidži, Samoa, Tongatabu, Kermandekas un Čatemas salas.

Uz rietumiem no datuma līnijas mēneša diena vienmēr ir par vienu vairāk nekā uz austrumiem no tās. Tāpēc pēc šīs līnijas šķērsošanas no rietumiem uz austrumiem mēneša skaits jāsamazina par vienu, bet pēc šķērsošanas no austrumiem uz rietumiem jāpalielina par vienu. Šī datuma maiņa parasti tiek veikta tuvākajā pusnaktī pēc starptautiskās datuma līnijas šķērsošanas. Ir skaidrs, ka jaunais kalendārais mēnesis un Jaunais gads sākas starptautiskā datuma rindā.

Tādējādi galvenais meridiāns un 180° austrumu garuma meridiāns, pa kuru iet starptautiskā datuma līnija, sadala zemeslodi rietumu un austrumu puslodē.

Visā cilvēces vēsturē Zemes ikdienas rotācija vienmēr ir kalpojusi par ideālu laika etalonu, kas regulēja cilvēku darbību un bija vienveidības un precizitātes simbols.

Senākais rīks laika noteikšanai pirms mūsu ēras bija gnomons, grieķu valodā rādītājs, vertikāls stabs uz līdzenas vietas, kura ēna, Saulei kustoties mainot virzienu, rādīja vienu vai otru diennakts laiku skalā, kas atzīmēta zeme pie pīlāra. Saules pulksteņi ir zināmi kopš 7. gadsimta pirms mūsu ēras. Sākotnēji tie tika izplatīti Ēģiptē un Tuvo Austrumu valstīs, no kurienes viņi pārcēlās uz Grieķiju un Romu, bet vēl vēlāk iekļuva Rietumu un Austrumeiropas. Gnomonikas jautājumi – darināšanas māksla saules pulkstenis un prasme tos izmantot - tika piesaistīti astronomi un matemātiķi senā pasaule, viduslaikos un jaunajos laikos. 18. gadsimtā un 19. gadsimta sākumā. gnomonika tika izskaidrota matemātikas mācību grāmatās.

Un tikai pēc 1955. gada, kad fiziķu un astronomu prasības pret laika precizitāti stipri pieauga, kļuva neiespējami apmierināties ar Zemes ikdienas rotāciju kā laika etalonu, jau nevienmērīgu ar nepieciešamo precizitāti. Zemes griešanās noteiktais laiks ir nevienmērīgs pola kustību un leņķiskā impulsa pārdales dēļ starp dažādas daļas Zeme (hidrosfēra, mantija, šķidrais kodols). Laika skaitīšanai pieņemto meridiānu nosaka EOR punkts un punkts uz ekvatora, kas atbilst nulles garumam. Šis meridiāns atrodas ļoti tuvu Griničai.

Zeme griežas nevienmērīgi, kas izraisa izmaiņas dienas garumā. Zemes griešanās ātrumu visvienkāršāk var raksturot ar Zemes diennakts ilguma novirzi no atskaites (86 400 s). Jo īsāka ir Zemes diena, jo ātrāk Zeme griežas.

Zemes griešanās ātruma izmaiņu lielumā ir trīs komponenti: sekulārais palēninājums, periodiskas sezonālās svārstības un neregulāras intermitējošas izmaiņas.

Zemes griešanās ātruma sekulārais palēninājums ir saistīts ar Mēness un Saules pievilkšanās spēku darbību. Paisuma spēks izstiepj Zemi pa taisnu līniju, kas savieno tās centru ar traucējošā ķermeņa – Mēness vai Saules – centru. Šajā gadījumā Zemes saspiešanas spēks palielinās, ja rezultāts sakrīt ar ekvatora plakni, un samazinās, kad tas novirzās tropu virzienā. Saspiestas Zemes inerces moments ir lielāks nekā nedeformētas sfēriskas planētas, un, tā kā Zemes leņķiskajam impulsam (t.i., tās inerces momenta reizinājumam ar leņķisko ātrumu) jāpaliek nemainīgam, Zemes griešanās ātrumam ir jāpaliek nemainīgam. saspiestā Zeme ir mazāka nekā nedeformēta. Sakarā ar to, ka Mēness un Saules deklinācijas, attālumi no Zemes līdz Mēnesim un Saulei pastāvīgi mainās, plūdmaiņu spēks svārstās ar laiku. Attiecīgi mainās Zemes saspiešana, kas galu galā izraisa Zemes griešanās ātruma svārstības. Nozīmīgākās no tām ir svārstības ar pusmēneša un mēneša periodiem.

Zemes griešanās ātruma palēnināšanās ir konstatēta astronomiskajos novērojumos un paleontoloģiskajos pētījumos. Senatnes novērojumi saules aptumsumi lika secināt, ka diennakts ilgums ik pēc 100 000 gadiem palielinās par 2s. Paleontoloģiskie koraļļu novērojumi liecina, ka siltie jūras koraļļi aug, veidojot joslu, kuras biezums ir atkarīgs no dienā saņemtās gaismas daudzuma. Tādējādi ir iespējams noteikt ikgadējās izmaiņas to struktūrā un aprēķināt dienu skaitu gadā. Mūsdienu laikmetā ir atrastas 365 koraļļu jostas. Saskaņā ar paleontoloģiskiem novērojumiem (5. tabula) dienas ilgums lineāri ar laiku palielinās par 1,9 s uz 100 000 gadiem.

5. tabula

Saskaņā ar novērojumiem pēdējo 250 gadu laikā, diena ir palielinājusies par 0,0014 s gadsimtā. Pēc dažiem datiem, papildus plūdmaiņu palēninājumam ir vērojams arī griešanās ātruma pieaugums par 0,001 s gadsimtā, ko izraisa Zemes inerces momenta izmaiņas, ko izraisa lēna matērijas kustība Zemes iekšienē un uz tās virsmas. Paša paātrinājums samazina dienas garumu. Līdz ar to, ja tā nebūtu, tad diennakts palielinātos par 0,0024 s gadsimtā.

Pirms atompulksteņu radīšanas Zemes griešanās tika kontrolēta, salīdzinot novērotās un aprēķinātās Mēness, Saules un planētu koordinātas. Tādā veidā varēja gūt priekšstatu par Zemes griešanās ātruma izmaiņām pēdējo trīs gadsimtu laikā – no 17. gadsimta beigām, kad tika veikti pirmie instrumentālie Mēness, Saules kustības novērojumi. , un sāka veidot planētas. Šo datu analīze parāda (1.27. att.), ka no 17. gs. sākuma. līdz 19. gadsimta vidum. Zemes griešanās ātrums ir maz mainījies. No 19. gadsimta otrās puses Līdz šim ir novērotas ievērojamas neregulāras ātruma svārstības ar raksturīgiem laikiem 60–70 gadu robežās.

1.27.att. Dienas garuma novirze no atsauces uz 350 gadiem

Visstraujāk Zeme griezās ap 1870. gadu, kad Zemes diennakts ilgums bija par 0,003 s īsāks nekā atsauce. Vislēnākā – ap 1903. gadu, kad Zemes diennakts bija par 0,004 s garāka par atskaites dienu. No 1903. līdz 1934. gadam notika Zemes rotācijas paātrinājums, no 30. gadu beigām līdz 1972. gadam. notika palēninājums, un kopš 1973. g. Zeme šobrīd paātrina savu rotāciju.

Periodiskās ikgadējās un pusgada svārstības Zemes griešanās ātrumā ir izskaidrojamas ar periodiskām Zemes inerces momenta izmaiņām atmosfēras sezonālās dinamikas un nokrišņu planētu sadalījuma dēļ. Pēc mūsdienu datiem, diennakts garums gada laikā mainās par ±0,001 sekundi. Tajā pašā laikā īsākā diena iekrīt jūlijā-augustā, bet garākā - martā.

Periodiskām Zemes griešanās ātruma izmaiņām ir periodi 14 un 28 dienas (Mēness) un 6 mēneši un 1 gads (Saule). Minimālais Zemes griešanās ātrums (paātrinājums ir nulle) atbilst 14. februārim, vidējam ātrumam (maksimālais paātrinājums) - 28. maijs, maksimālais ātrums (paātrinājums nulle) - 9. augusts, vidējais ātrums (minimālais palēninājums) - 6. novembris. .

Tiek novērotas arī nejaušas Zemes griešanās ātruma izmaiņas, kas notiek ar neregulāru intervālu, gandrīz vienpadsmit gadu daudzkārtni. Leņķiskā ātruma relatīvo izmaiņu absolūtā vērtība tika sasniegta 1898. gadā. 3,9 × 10 -8, un 1920. g. - 4,5 × 10 -8. Zemes griešanās ātruma nejaušo svārstību būtība un būtība ir maz pētīta. Viena no hipotēzēm neregulāras Zemes griešanās leņķiskā ātruma svārstības izskaidro ar noteiktu Zemes iekšienē esošo iežu pārkristalizāciju, kas maina tās inerces momentu.

Pirms Zemes rotācijas nevienmērīguma atklāšanas atvasinātā laika vienība - otrā - tika definēta kā 1/86400 no vidējās Saules dienas daļas. Vidējās Saules dienas mainīgums Zemes nevienmērīgās rotācijas dēļ lika mums atteikties no šādas otrās definīcijas.

1959. gada oktobrī Starptautiskais svaru un mēru birojs nolēma dot šādu laika pamatvienības definīciju, otro:

"Sekunde ir 1/31556925,9747 no tropiskā gada 1900. gadam, 0. janvārī, plkst. 12 pēc efemerīda laika."

Tā definēto otro sauc par "efemerīdu". Skaitlis 31556925.9747=86400´365.2421988 ir sekunžu skaits tropiskā gadā, kura ilgums 1900. gadā, 0. janvārī, pulksten 12 pēc efemerīda laika (vienotais Ņūtona laiks) bija 365,242198 vidējās solar dienas.

Citiem vārdiem sakot, efemerīda sekunde ir laika intervāls, kas vienāds ar 1/86 400 no vidējā Saules dienas ilguma, kas viņiem bija 1900. gadā, 0. janvārī, pulksten 12 pēc efemerīda laika. Tādējādi otrā jaunā definīcija tika saistīta arī ar Zemes kustību ap Sauli, savukārt vecā definīcija balstījās tikai uz tās griešanos ap savu asi.

Mūsdienās laiks fiziskais daudzums ko var izmērīt ar visaugstāko precizitāti. Laika vienība - "atomiskā" laika sekunde (SI sekunde) - tiek pielīdzināta 9192631770 starojuma periodu ilgumam, kas atbilst pārejai starp diviem cēzija-133 atoma pamatstāvokļa hipersīkajiem līmeņiem, tika ieviesta 1967. gadā. ar XII Vispārējās svaru un mēru konferences lēmumu, un 1970. gadā par pamata atskaites laiku tika pieņemts atomlaiks. Cēzija frekvences standarta relatīvā precizitāte vairākus gadus ir 10 -10 -10 -11. Atomlaika standartam nav ne diennakts, ne laicīgas svārstības, tas nenoveco un tam ir pietiekama noteiktība, precizitāte un atkārtojamība.

Līdz ar atomlaika ieviešanu ir būtiski uzlabojusies Zemes nevienmērīgās rotācijas noteikšanas precizitāte. No šī brīža kļuva iespējams reģistrēt visas Zemes rotācijas ātruma svārstības ar periodu, kas pārsniedz vienu mēnesi. 1.28. attēlā parādīta mēneša vidējo noviržu gaita laika posmā no 1955. līdz 2000. gadam.

No 1956. līdz 1961. gadam Zemes rotācija paātrinājās no 1962. līdz 1972. gadam. - palēninājās, un kopš 1973. gada. līdz mūsdienām - atkal paātrināta. Šis paātrinājums vēl nav beidzies un ilgs līdz 2010. gadam. Rotācijas paātrinājums 1958-1961 un palēnināšanās 1989.-1994. ir īslaicīgas svārstības. Sezonālās svārstības noved pie tā, ka Zemes griešanās ātrums ir vismazākais aprīlī un novembrī, bet lielākais janvārī un jūlijā. Janvāra maksimums ir daudz mazāks nekā jūlijā. Atšķirība starp Zemes diennakts ilguma minimālo novirzi no standarta jūlijā un maksimālo aprīlī vai novembrī ir 0,001 s.

1.28.att. Zemes diennakts ilguma vidējās mēneša novirzes no atsauces uz 45 gadiem

Zemes nevienmērīgās griešanās, Zemes asu nutāciju un polu kustības izpēte ir liela zinātniskā un praktiskā vērtība. Šo parametru zināšanas ir nepieciešamas, lai noteiktu debess un zemes objektu koordinātas. Tie veicina mūsu zināšanu paplašināšanu dažādās ģeozinātņu jomās.

20. gadsimta 80. gados astronomiskās metodes Zemes griešanās parametru noteikšanai tika aizstātas ar jaunām ģeodēzijas metodēm. Ir satelītu Doplera novērojumi, Mēness un satelītu lāzera attāluma noteikšana, globālās pozicionēšanas sistēma GPS, radio interferometrija efektīvi līdzekļi pētīt Zemes nevienmērīgo rotāciju un polu kustību. Radiointerferometrijai vispiemērotākie ir kvazāri - spēcīgi, ārkārtīgi mazi radio emisijas avoti leņķiskais izmērs(mazāk par 0,02²), kas acīmredzot ir visattālākie Visuma objekti, praktiski nekustīgi debesīs. Kvazāra radiointerferometrija ir visefektīvākais un no optiskajiem mērījumiem neatkarīgākais rīks Zemes rotācijas kustības pētīšanai.

Atceros brīdi no skolas gadiem, kad mamma pienāca pie manis un pagrieza manu skolas globusu par 360 grādiem. Tad viņa man jautāja: "Vai tu zini, dēls, cik stundas nepieciešams, lai zeme grieztos ap savu asi?" Es nodomāju, un viņa turpināja: "Bet atver ģeogrāfijas mācību grāmatu un uzzini." Es sekoju viņas padomam un atklāju kaut ko, ko iepriekš nezināju. Tātad ...

Cik ilgs laiks nepieciešams, lai veiktu vienu Zemes apgriezienu ap sevi?

Mūsu planēta veic pilnīgu rotāciju ap savu asi tieši 24 stundu laikā. Un tā dienas iet. Tos sauc "saulains" dienām.

Pati planēta griežas no rietumiem uz austrumiem. Un, skatoties no ekliptikas ziemeļpola (vai no Ziemeļzvaigznes), notiek rotācija pretpulksteņrādītājvirzienā.

Tas ir pateicoties šim virpulim dienu un nakšu maiņa. Galu galā vienu pusi apgaismo saules stari, bet otra paliek ēnā.

Turklāt planētas rotāciju veicina kustīgu straumju (piemēram, upju vai vēju) novirzes ziemeļu puslodē - uz labo pusi, bet dienvidu - uz kreiso pusi.

Ideju vēsture par Zemes ikdienas rotāciju

Dažādos laikos cilvēki savā veidā mēģināja izskaidrot dienas maiņu. Hipotēzes bieži aizstāja viena otru, katrai senatnes tautai bija sava teorija:

• agrāko skaidrojumu par debess spārna ikdienas izmaiņām sniedza Pitagora laikā. Tika uzskatīts, ka Zeme Filolausa pasaules sistēmā veica noteiktas kustības. Bet tie nebija rotācijas, bet gan progresīvs. Un šīs kustības gāja caur tā saukto "Centrālo uguni";
• pirmais no senajiem astronomiem, kas apgalvoja, ka mūsu planēta ir tieši tāda griežas, kļuva par Indijas zinātnieku Arjabhata(kas dzīvoja piektā gadsimta beigās - sestā sākumā);
• tad, 19. gadsimta otrajā pusē, Eiropā bija plašākas diskusijas par Zemes kustību iespējām. Visplašāk par to rakstīja tādi Parīzes zinātnieki kā Žans Buridans, Nikolass Orems un Alberts no Saksijas;
• Slavens 1543. gadā Nikolajs Koperniks jau rakstīja Mans darbs"Par debesu sfēru rotāciju" , ko atbalstīja daudzi tā laika astronomi;
• un vēlāk Galilejs Galilejsformulēja fundamentālu relativitātes princips. Viņš to apgalvoja Zemes (vai jebkura cita objekta) kustība neietekmē notiekošos iekšējos un ārējos procesus.

Tie bija galvenie posmi hipotēzes izstrādē par mūsu planētas rotāciju. Tieši izpratne par problēmām, kas saistītas ar šo tēmu, veicināja daudzu atklāšanu mehānikas likumi un izcelsme jaunā kosmoloģija.

Cilvēkam bija vajadzīgi daudzi tūkstoši gadu, lai saprastu, ka Zeme nav Visuma centrs un tā atrodas pastāvīgā kustībā.


Galileo Galileja frāze "Un tomēr tas griežas!" uz visiem laikiem iegāja vēsturē un kļuva par sava veida simbolu laikmetam, kad zinātnieki no dažādas valstis mēģināja atspēkot pasaules ģeocentriskās sistēmas teoriju.

Lai gan Zemes rotācija tika pierādīta apmēram pirms pieciem gadsimtiem, precīzi iemesli, kas pamudināja to pārvietoties, joprojām nav zināmi.

Kāpēc zeme griežas ap savu asi?

Viduslaikos cilvēki uzskatīja, ka Zeme ir nekustīga, un Saule un citas planētas riņķo ap to. Tikai 16. gadsimtā astronomiem izdevās pierādīt pretējo. Neskatoties uz to, ka daudzi šo atklājumu saista ar Galileo, patiesībā tas pieder citam zinātniekam - Nikolajam Kopernikam.

Tieši viņš 1543. gadā uzrakstīja traktātu "Par debess sfēru revolūciju", kurā izvirzīja teoriju par Zemes kustību. Ilgu laiku šī ideja neguva atbalstu ne no viņa kolēģiem, ne no baznīcas, taču galu galā tai bija milzīga ietekme uz zinātnes revolūciju Eiropā un kļuva fundamentāla tālākai attīstībai astronomija.


Pēc tam, kad tika pierādīta Zemes rotācijas teorija, zinātnieki sāka meklēt šīs parādības cēloņus. Pēdējo gadsimtu laikā ir izvirzītas daudzas hipotēzes, taču pat šodien neviens astronoms nevar precīzi atbildēt uz šo jautājumu.

Pašlaik ir trīs galvenās versijas, kurām ir tiesības uz dzīvību - inerciālās rotācijas teorija, magnētiskie lauki un saules starojuma ietekme uz planētu.

Inerciālās rotācijas teorija

Daži zinātnieki sliecas uzskatīt, ka kādreiz (tās parādīšanās un veidošanās laikā) Zeme griezās, bet tagad tā griežas pēc inerces. Izveidojies no kosmiskajiem putekļiem, tas sāka piesaistīt citus ķermeņus, kas tam deva papildu impulsu. Šis pieņēmums attiecas arī uz citām Saules sistēmas planētām.

Teorijai ir daudz pretinieku, jo tā nevar izskaidrot, kāpēc dažādos laikos Zemes kustības ātrums vai nu palielinās, vai samazinās. Nav arī skaidrs, kāpēc dažas Saules sistēmas planētas griežas pretējā virzienā, piemēram, Venera.

Teorija par magnētiskajiem laukiem

Ja mēģināt savienot divus magnētus ar vienu un to pašu uzlādētu polu, tie sāks atgrūst viens otru. Magnētisko lauku teorija liecina, ka arī Zemes stabi ir vienādi uzlādēti un it kā atgrūž viens otru, kas liek planētai griezties.


Interesanti, ka zinātnieki nesen atklāja, ka Zemes magnētiskais lauks spiež tās iekšējo kodolu no rietumiem uz austrumiem un liek tai griezties ātrāk nekā pārējai planētai.

Saules iedarbības hipotēze

Visticamākā tiek uzskatīta Saules starojuma teorija. Ir labi zināms, ka tas sasilda Zemes virsmas čaulas (gaisu, jūras, okeānus), bet uzkarsēšana notiek nevienmērīgi, kā rezultātā veidojas jūras un gaisa straumes.

Tieši viņi, mijiedarbojoties ar planētas cieto apvalku, liek tai griezties. Sava veida turbīnas, kas nosaka kustības ātrumu un virzienu, ir kontinenti. Ja tie nav pietiekami monolīti, tie sāk dreifēt, kas ietekmē ātruma palielināšanos vai samazināšanos.

Kāpēc zeme pārvietojas ap sauli?

Zemes apgriezienu ap Sauli iemeslu sauc par inerci. Saskaņā ar teoriju par mūsu zvaigznes veidošanos pirms aptuveni 4,57 miljardiem gadu kosmosā radās milzīgs putekļu daudzums, kas pamazām pārvērtās diskā un pēc tam Saulē.

Šo putekļu ārējās daļiņas sāka apvienoties viena ar otru, veidojot planētas. Pat tad, pēc inerces, viņi sāka griezties ap zvaigzni un turpina kustēties pa to pašu trajektoriju šodien.


Saskaņā ar Ņūtona likumu viss kosmosa ķermeņi pārvietoties taisnā līnijā, tas ir, patiesībā Saules sistēmas planētām, ieskaitot Zemi, jau sen vajadzēja lidot kosmosā. Bet tā nenotiek.

Iemesls ir tas, ka Saulei ir liela masa un attiecīgi milzīgs pievilkšanas spēks. Zeme savas kustības laikā nemitīgi cenšas taisnā līnijā no tās steigties prom, taču gravitācijas spēki to atvelk, tāpēc planēta tiek noturēta orbītā un riņķo ap Sauli.