§ 16. Рухи Землі в Сонячній системі та Всесвіті. Сонячно-земні взаємодії. Вплив Місяця на Землю. Рух Землі навколо своєї осі. Полярне стиснення Землі. Сила Коріоліса

1. РУХИ ЗЕМЛІ В СОНЯЧНІЙ СИСТЕМІ ТА ВСЕСВІТІ. Сукупність космічних тіл, які обертаються навколо Сонця, складає Сонячну систему (мал. 1).

Назвіть і коротко охарактеризуйте космічні тіла Сонячної системи (мал. 1).

Земля разом із Сонцем рухається в космосі. Вона здійснює два головні рухи: добовий — навколо своєї уявної осі, та річний — навколо Сонця (365 діб 5 год 48 хв 46 с еліпсоїдною орбітою).

Цифрами позначено найбільші супутники:

Мал. 1. Сонячна система.

Мал. 2. а) Рухи Землі навколо Сонця; б) сонячний вітер.

Середня швидкість руху Землі навколо Сонця становить 30 км/с, або 108 тис. км/год. Сонце розміщене в одному із фокусів еліпса орбіти Землі, довжина обводу якого становить 936,25 млн 250 тис. км. Отже, протягом року Земля буває то ближче до Сонця, то далі від нього. Найближче до Сонця (147 млн км) наша планета підходить 1 січня, а приблизно 1 липня перебуває в найбільшому віддаленні (152 млн км). У цей час швидкість руху Землі навколо Сонця найменша (відповідно до законів Кеплера). Вісь Землі нахилена до екліптики (уявної лінії річного руху Сонця небесною сферою) під кутом 66°33′.

Із попередніх курсів географії пригадайте, як і на що впливає цей кут.

Йоганн Кеплер — німецький філософ, математик, астроном, астролог та оптик. Він відкрив закони руху планет Сонячної системи, що були названі на його честь. Найбільш поширена сьогодні система телескопів була розроблена вченим у 1611 р.

• 1) Підготуйте повідомлення про життя та наукову діяльність Й. Кеплера.
• 2) Знайдіть додаткову інформацію про закони Кеплера. Розкажіть, як відповідно до них рухаються Земля та інші планети Сонячної системи.

2. ВЗАЄМОДІЯ СОНЦЯ І ЗЕМЛІ. Під час руху навколо Сонця Земля займає чотири основні положення. Тому із цим рухом пов’язані чотири основні дати: весняне й осіннє рівнодення, зимове й літнє сонцестояння.

• 1) За допомогою мал. 2 а назвіть дати, коли настають астрономічна весна та інші пори року.
• 2) За допомогою мал. 2 б поясніть, як впливає на Землю сонячний вітер. Які явища з ним пов’язані?

У дні весняного й осіннього рівнодення Земля перебуває в точках перетину екліптики з небесним екватором, а Сонце розташоване в площині екватора Землі. Сонячне проміння падає на екватор під прямим кутом і віддає йому найбільше енергії. На північ та південь від екватора на однакових широтах сонячне проміння падає під однаковими, меншими кутами, ніж на екваторі.

• 1) За допомогою мал. 3 охарактеризуйте сонячно-земні зв’язки.
• 2) Що відбувається в Північній і Південній півкулях 22 грудня та 22 червня?

Мал. 3. Сонячно-земні зв’язки.

Загалом Сонце визначає існування життя на нашій планеті, нагріває атмосферу, спричиняє в ній рух повітряних мас, визначає погоду й клімат. Потоки заряджених часток (сонячний вітер), що надходять до Землі, є причиною полярного сяйва, магнітних бур і впливають на все живе на Землі (мал. 3).

3. ВПЛИВ МІСЯЦЯ НА ЗЕМЛЮ. Місяць, найбільший з усіх супутників планет Сонячної системи, також значно впливає на Землю та життя на ній. Найпомітніше цей вплив проявляється в океанічних припливах і відпливах (мал. 4).

Проте ними він не обмежується. Під дією сили тяжіння Місяця навіть тверда суходільна поверхня Землі піднімається в напрямку свого супутника на 50 см (ми цього не помічаємо). Місяць впливає на магнітне поле Землі й сповільнює її обертання навколо своєї осі.

Перегляньте на каналі Youtube відеоматеріали про припливи та відпливи в затоці Фанді (The Hopewell Rocks — OFFICIAL Time Lapse video).

За допомогою мал. 4 поясніть, чому висота припливів і сила відпливів бувають різними. Як це пов’язано з положенням Землі відносно Сонця та Місяця?

Сьогодні вчені все більше уваги приділяють впливу Сонця й Місяця на різні сфери діяльності та життя людини. Вони вивчають вплив магнітних бур, викликаних сонячним випромінюванням, на здоров’я людей, а також на роботу різноманітних технічних приладів. Тривають дослідження впливу циклів Місяця на рослинність в аграрному секторі.

4. ПОКАЗНИКИ РУХУ ЗЕМЛІ НАВКОЛО СВОЄЇ ОСІ. Земля обертається навколо своєї уявної осі приблизно за 24 години. Це доба. Тривалість сонячної доби Землі залежить від широти, у якій перебуває спостерігач, і пори року. У середньому вона триває 24 години: у грудні — 24 год 00 хв 30,4 с, у вересні — 23 год 59 хв 39,5 с.

Більше інформації читайте на Українському астрономічному порталі: astrosvit.in.ua/astroslovnyk/spravzhnia-soniachna-doba.

За одну годину Земля обертається із заходу на схід на 15°. Куляста форма планети та її обертання навколо своєї осі зумовлює зміну дня (період нагрівання Землі) і ночі (період охолодження) та впливає на формування клімату. З обертанням Землі пов’язані також місцевий і поясний час та лінія зміни дат.

Що таке місцевий і поясний час? Де розташована лінія зміни дат?

Під час навколосвітнього плавання Фернана Магеллана сталася дивна подія, яку тоді ще не могли пояснити. Корабель повернувся в Іспанію 6 вересня 1522 р., а в бортовому журналі була зазначена дата 5 вересня. Де ж загубився один день, якщо в журналі всі записи робили вчасно? Ф. Магеллан рухався на захід, переміщуючись з одного годинного поясу в інший кожні 15°. Під час перетину лінії зміни дат календар не перевели на день уперед, і тому «втратили» один день.

Мал. 4. Утворення припливів.

СЛОВНИК

Сонячна доба — проміжок часу між двома послідовними кульмінаціями Сонця.

Solar day — time interval between two consecutive culminations of the Sun.

5. ПОЛЯРНЕ СТИСНЕННЯ ЗЕМЛІ. СИЛА КОРІОЛІСА. Форма Землі — еліпсоїд — свідчить про її обертання. Унаслідок обертання навколо своєї осі планета стиснута з обох полюсів. Саме через це екваторіальний діаметр Землі (12 756,5 км) більший за земну вісь (12 713,7 км).

Міжнародний еліпсоїд був розроблений американським вченим Джоном Хейфордом у 1910 р., а в 1924 р. рекомендований для міжнародного використання Міжнародним союзом геодезії і геофізики (IUGG). В Україні, на відміну від більшості країн Європи, використовують еліпсоїд Красовського.

Сила Коріоліса названа на честь її першовідкривача, французького вченого, математика та інженера Гаспара Коріоліса. Вона є інерційною силою, яка виникає в тілах, що обертаються. Так, її породжує обертання Землі навколо своєї осі. У Північній півкулі сила Коріоліса спрямована праворуч від руху земної поверхні. Тому в Північній півкулі праві береги річок, які підмиває рухома вода, стрімкіші. У Південній півкулі все навпаки. Сила Коріоліса також сприяє виникненню циклонів та антициклонів (мал. 5).

За допомогою мал. 5 назвіть постійні та змінні вітри, які утворилися під впливом дії сили Коріоліса.

Умовні позначення: пунктирні стрілки — напрямки руху вітрів на «нерухомій Землі», суцільні стрілки — існуючі напрямки руху вітрів.

Мал. 5. Сила Коріоліса. Вплив на циркуляцію атмосфери та вітри.

Перегляньте відеоматеріали на каналі Youtube «Coriolis Effect ~ Gaspard-Gustave de Coriolis» (англійською мовою) та поясніть, як можна в повсякденному житті використати знання про силу Коріоліса.

Сила Коріоліса діє не тільки в природі, але й в економіці. Саме внаслідок цієї дії праві рейки українських залізниць спрацьовуються втричі швидше, ніж ліві.

ВИСНОВКИ

• Земля одночасно здійснює в космосі декілька рухів: навколо своєї осі, навколо Сонця і разом із Сонячною системою рухається в нашій Галактиці.
• Сонце і Місяць мають визначальний вплив на виникнення життя на Землі та його подальше підтримання й еволюцію.
• Ми із Землі бачимо лише одну півкулю Місяця, тому що період обертання супутника нашої планети навколо своєї осі майже повністю збігається із часом його обертання навколо Землі.
• З обертанням Землі навколо своєї осі пов’язані зміна дня й ночі, місцевий та поясний час і лінія зміни дат, полярне стиснення Землі, дія сили Коріоліса.

ЗАПИТАННЯ ТА ЗАВДАННЯ

• 1. Обґрунтуйте вплив Сонця на повсякденне життя людей у різних країнах.
• 2. Використовуючи додаткові джерела, порівняйте природні умови Землі, Венери й Марса. Чим, на вашу думку, визначаються їхні відмінності?
• 3. Робота в групах. Складіть рухому модель Сонячної системи.

§ 7. Обертання Землі навколо своєї осі й навколо Сонця

Ви вже знаєте, що вісь Землі — це уявна лінія, яка проходить крізь центр Землі й навколо якої Земля обертається. На однаковій відстані від полюсів по поверхні Землі проходить екватор — уявна лінія, яка поділяє земну кулю на Північну й Південну півкулі.

Земля обертається навколо своєї осі та рухається навколо Сонця, тобто здійснює два види руху. Унаслідок цих рухів на Землі відбуваються певні природні явища.

Земля обертається навколо своєї осі із заходу на схід. Повний оберт вона здійснює за добу, або 24 години. Це — добовий рух Землі. Обертання Землі навколо своєї осі зумовлює зміну дня і ночі.

Протягом доби наша планета повертається до Сонця то одним боком, то другим. При цьому Сонце освітлює тільки ту половину земної кулі, що повернута до нього. Саме тому в цей час на освітленому боці Землі — день, а на протилежному — ніч (рис. 8). Якби Земля не оберталася навколо своєї осі, то на одному боці земної кулі завжди був би день, а на другому — ніч.

Рис. 8. Обертання Землі навколо своєї осі

Ми не помічаємо руху Землі, тому що він відбувається безперервно й плавно. Разом із Землею рухаються і всі навколишні предмети, не змінюючи свого положення.

Обертаючись навколо своєї осі, наша планета водночас рухається і навколо Сонця. Унаслідок руху Землі навколо Сонця відбувається зміна пір року.

Земля рухається навколо Сонця по своїй орбіті, здійснюючи повний оберт за 365 діб і 6 годин. Це річний рух Землі (рис. 9). За 4 роки з 6 годин набігає ціла доба. Її приєднують до найкоротшого місяця — лютого. Раз на 4 роки лютий має 29-те число. Такий рік, що налічує 366 діб, називають високосним.

Рис. 9 Річний рух Землі навколо Сонця

Під час руху Землі навколо Сонця земна вісь весь час нахилена в один бік. Завдяки нахилу земної осі Земля нагрівається сонячним промінням по-різному й відбувається зміна пір року: зима й весна, літо й осінь.

Рухаючись навколо Сонця, земна куля підставляє сонячному промінню то Північну півкулю, то Південну. У тій півкулі, що більше освітлюється, сонячне проміння падає прямовисніше й дає більше тепла. Там триває літо. Водночас у другій півкулі триває зима. Так, коли Південна півкуля звернена до Сонця, то на південь від екватора настає літо, а в нас, у Північній півкулі, у цей самий час — зима. І навпаки, коли Північна півкуля звернена до Сонця, то в нас літо, а в Південній півкулі — зима.

Якщо обидві півкулі освітлені однаково, то в одній півкулі настає весна, а в другій — осінь.

ЗАПАМ’ЯТАЙТЕ

• Земля здійснює два види руху: добовий — обертання навколо своєї осі; річний — рух навколо Сонця. Обертання нашої планети навколо своєї осі зумовлює зміну дня і ночі. Унаслідок руху Землі навколо Сонця відбувається зміна пір року.

Запитання

• 1. Які рухи здійснює Земля у Всесвіті?
• 2. Що зумовлює на Землі зміну дня і ночі?
• 3. За який час Земля здійснює повний оберт навколо своєї осі?
• 4. Чому ми не помічаємо руху Землі?
• 5. Чому на Землі змінюються пори року?
• 6. За який проміжок часу Земля здійснює повний оберт навколо Сонця?

Завдання

• 1. Поясніть, чому раз на 4 роки місяць лютий має 29-те число.
• 2. Розгляньте рис. 9. Розкажіть, як на Землі відбувається зміна пір року.
• 3. Визначте, яка пора року триває в Південній півкулі, якщо в цей самий час у Північній півкулі: літо; весна; зима.

Цікаво дізнатися

Простежити за річним рухом Землі можна, провівши дослід із глобусом та лампою. Накресліть на столі сплюснуте коло. Воно зображатиме шлях Землі навколо Сонця. У центрі накресленого кола поставте ввімкнену лампу, що зображає Сонце. Рухайте глобус (земну кулю) по колу так, щоб земна вісь весь час була нахилена в один бік (на північ). Водночас повертайте глобус навколо осі із заходу на схід. Стежте, як освітлюватиметься глобус — земна куля. Не забувайте, що в земної кулі немає ні осі, ні підставки.

Швидкість обертання Землі навколо Сонця

Люди з давніх часів цікавилися, чому ніч змінюється днем, зима весною, а літо осінню. Пізніше, коли на перші питання були знайдені відповіді, вчені почали детальніше розглядати Землю як об’єкт Сонячної системи, намагаючись дізнатися, з якою швидкістю Земля обертається навколо Сонця і навколо своєї осі.

Рух Землі

Усі небесні тіла перебувають в русі і Земля не виняток. Причому у неї одночасно відбувається осьовий рух і рух навколо Сонця.

Щоб наочно уявити рух Землі, досить поглянути на дзигу, яка одночасно обертається навколо осі і швидко переміщається по підлозі. Якби цього руху не було, Земля не була б придатною для життя.

Так, наша планета без обертання навколо своєї осі була б постійно повернена до Сонця однією своєю стороною, на якій температура повітря досягала б +100 градусів, і вся наявна на цій ділянці вода перетворилася б на пару. На іншій же стороні температура була б постійно мінусова і всю поверхню цієї частини покривали льоди.

Орбіта обертання

Обертання навколо Сонця відбувається по певній траєкторії – орбіті, яка встановилася за рахунок тяжіння Сонця і швидкості руху нашої планети. Якби тяжіння було в кілька разів сильніше або ця величина була значно меншою, то Земля впала на Сонце.

А якби тяжіння зникло або сильно зменшилася, то планета, ведена своєю відцентровою силою, полетіла по дотичній в космос. Це було б подібно до того, як якщо предмет, прив’язаний на мотузку, обертати над головою, а потім різко відпустити.

Траєкторія руху Землі має форму еліпса, а не ідеального кола, а відстань до світила неоднакова протягом року. У січні планета підходить до точки, що знаходиться найближче до світила, – вона називається перигелієм – і знаходиться на відстані від світила на 147 млн. ​​км. А в липні Земля віддаляється від Сонця на 152 млн км, підходячи до точки, яка називається афелієм. За середню відстань приймають 150 млн км.

Земля рухається по своїй орбіті із заходу на схід, що відповідає напрямку «проти годинникової стрілки».

Швидкість обертання навколо Сонця

На 1 оборот навколо центру Сонячної системи Землі потрібно 365 діб 5 годині 48 хвилин 46 секунд (1 астрономічна рік).

Але для зручності за календарний рік прийнято вважати 365 днів, а час, який залишився «накопичується» і додає по одному дню до кожного високосного року.

Орбітальна відстань дорівнює 942 млн км. Виходячи з розрахунків, швидкість Землі становить 30 км. в секунду або 107000 км/год. Для людей вона залишається непомітною, оскільки всі люди і предмети рухаються однаково в системі координат. А між тим ця швидкість дуже велика. Для прикладу, найбільша швидкість гоночного автомобіля дорівнює 300 км/год, що в 365 разів повільніше швидкості Землі, яка мчить по своїй орбіті.

Однак величина в 30 км/с непостійна в зв’язку з тим, що орбіта представляє собою еліпс.

Швидкість руху нашої планети протягом всього шляху коливається. Найбільша різниця досягається при проходженні точок Перигелію і Офелії і становить 1 км/с. Тобто прийнята швидкість 30 км/с є середньою.

Осьове обертання Землі

Земна вісь – умовна лінія, яку можна провести від північного до південного полюса. Вона проходить під кутом в 66° 33 щодо площини нашої планети. Один оберт відбувається за 23 години 56 хвилин і 4 секунди, цей час називається зоряною добою.

Головний результат осьового обертання – зміна дня і ночі на планеті.

Крім того, за рахунок цього руху:

• Земля має форму зі сплюсненими полюсами;
• тіла (річки, вітер), які рухаються в горизонтальній площині, дещо зміщуються (у Південній півкулі – вліво, в Північній – вправо).

Швидкість осьового руху на різних ділянках значно відрізняється. Найвища швидкість на екваторі – 465 м/с або 1674 км/год, вона називається лінійною. Така швидкість, наприклад, в столиці Еквадору.

На ділянках на північ від або на південь від екватора швидкість обертання знижується. Наприклад, в Києві вона майже в 2 рази нижче.

Ці швидкості називають кутовими, їх показник стає меншим в міру наближення до полюсів. На самих же полюсах швидкість дорівнює нулю, тобто полюса – це єдині частини планети, які знаходяться без руху відносно осі.

Саме розташування осі під певним кутом визначає зміну пір року.

Перебуваючи саме в такому положенні, різні області планети отримують неоднакову кількість тепла в різний час. Якби наша планета була розташована строго вертикально відносно Сонця, то пір року не було б зовсім, оскільки освітлені світилом в денний час північні широти отримували б стільки ж тепла і світла, скільки і південні широти.

На осьове обертання впливають такі чинники:

• сезонні зміни (опади, рух атмосфери);
• приливні хвилі проти напрямку осьового руху.

Ці фактори гальмують планету, внаслідок чого зменшується її швидкість. Показник цього зменшення дуже малий: всього 1 секунда за 40000 років, однак, за 1 млрд. років доба подовжилася з 17-ти до 24-ох годин.

Рух Землі продовжують вивчати і по сей день.

Ці дані допомагають скласти більш точні зоряні карти, а також визначити зв’язок цього руху з природними процесами на Землі.