Время и вращение Земли

• Планеты

Содержание

1. Происхождение вращения Земли
2. Вращение Земли вокруг своей оси
3. Истинное и среднее солнечное время
4. Вращение Земли вокруг Солнца
5. Линия перемены дат

Земля не стоит на месте, а находится в непрерывном движении.

Вращение Земли вокруг Солнца — определяющий процесс, от которого зависит наличие жизни на планете. От того, какой стороной планета повернута и какое место занимает в Солнечной системе, зависят погодные условия, стабильность атмосферы, биосферы и другие важные условия для жизни организмов.

Именно потому, что Земля вращается вокруг Солнца и в то же самое время вокруг своей собственной оси, абсолютно на всех участках данной планеты происходит периодическая смена дня и ночи, а также последовательная смена четырех времен года.

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.

Вращение Земли вокруг своей оси

Планета делает обороты вокруг самой себя по направлению с запада на восток. Мы не ощущаем этого процесса потому, что все предметы движутся одновременно и параллельно друг другу вместе с космическим телом. Во время вращения Земли вокруг своей оси остаются неподвижными только две точки: Северный и Южный полюса. Если их соединить воображаемой линией, то получится ось, вокруг которой вращается Земля.

Земная ось не перпендикулярна, а находится под углом 23,5° к земной орбите.

Осевое вращение Земли вокруг Солнца

Один такой оборот Земли называется сутками и длится 24 часа, точнее — 23 часа 56 минут и несколько секунд. Движение планеты происходит с запада на восток. Это явление объясняет смену дня и ночи: день наблюдается на той половине земного шара, которая освещается Солнцем, а ночь — на теневой стороне.

Сутки делятся на 24 часа (1440 минут, или 86 400 секунд) и условно делятся на четыре характерных интервала — утро, день, вечер и ночь.

Календарные сутки составляют недели, месяцы.

Вращение планеты имеет такие особенности и последствия:

• Если смотреть с Северного полюса, то планета вращается против часовой стрелки.
• Угол вращения составляет 15 градусов в час и в любой точке Земли одинаков.
• Линейная скорость оборотов по всей территории планеты неоднородна. На полюсах она равна нулю и по мере приближения к экватору увеличивается Наглядно это выглядит следующим образом. Город Кито находится вблизи линии экватора, значит, он и его жители незаметно для себя совершают вместе с Землёй поворот на скорости 465 м/с. А вот скорость вращения москвичей, проживающих гораздо севернее экватора, будет почти в два раза меньше: 260 м/с
• На экваторе скорость вращения составляет примерно 1668 км/ч.

Истинное и среднее солнечное время

Местное истинное солнечное время определяется положением Солнца. Вследствие того, что орбита, по которой Земля движется вокруг Солнца, не является окружностью, а ось Земли имеет наклон (из-за чего на Земле происходит смена времен года), истинное солнечное время неравномерно. Максимальная разница в продолжительности истинных солнечных суток в течение года составляет примерно 50 с^{, а отклонение времени начала суток от его среднего значения может достигать 16 мин.}

Точно местное истинное солнечное время можно узнать, измерив специальным астрономическим инструментом часовой угол Солнца. Приблизительно солнечное время можно узнать по солнечным часам (низкая точность которых обусловлена размытостью тени).

Солнечные часы

Местное истинное солнечное время использовалось в жизни обычного человека примерно до XVIII века. К концу XVIII века широкое распространение получили механические часы, конструкция которых всё более совершенствовалась. Различные государства постепенно начали пользоваться средним солнечным временем, предпочитая его истинному.  Так в Женеве оно было введено с 1780, в Лондоне — с 1792, в Берлине — с 1810, в Париже — с 1816 года^.

В настоящее время местное истинное солнечное время используется в основном астрономами. В широком распространении оно потеряло актуальность в конце XIX — начале XX века в связи с введением системы часовых поясов и поясного времени.

Интересный факт. Ученые обнаружили пятилетние циклы ускорения и замедления в обращении Земли вокруг оси, и каждый последний «медленный» год чаще всего сопровождается всплеском количества землетрясений во всем мире. Прямая причинно-следственная связь этого еще не выявлена, но такие циклы могут стать инструментом прогнозирования роста сейсмической активности.

Вращение Земли вокруг Солнца

Наша планета пятая по величине и третья по удаленности от Солнца. Она сформировалась из элементов солнечной туманности около 4,55 млрд лет назад.Обращение планеты по отношению к центральной точке нашей системы происходит по эллиптической орбите на среднем расстоянии от центра системы почти 149,6 млн км со средней орбитальной скоростью примерно 29,8 км/с.

Пока Земля совершает полный оборот вокруг Солнца, она успевает сделать примерно 365,25 своего собственного витка. Столько дней входит в 1 астрономический год.

Вращение Земли вокруг Солнца

Значение скорости изменяется в зависимости от расположения нашей планеты в космическом пространстве: находясь в ближайшей к Солнцу точке (она называется перигелием), это небесное тело движется быстрее — более 30 км/с, в афелии (наиболее удаленной от светила позиции) — медленнее, около 29,3 км/с. Такой цикл Земля проходит бесконечно, и от точности соблюдения траектории зависит жизнь на планете.

Чередование времен года

Совершая оборот вокруг Солнца, Земля движется по направлению с запада на восток. Во время своего путешествия это небесное тело не меняет угол наклона, поэтому на определенном участке орбиты она полностью обращена какой-то одной стороной. Этот период на планете воспринимается живым миром как лето, а на необращенной к Солнцу стороне в это время года будет царить зима. Благодаря постоянному движению на планете происходит смена сезонов.

Два раза в году на обоих Полушариях планеты устанавливается относительно одинаковое сезонное состояние. Земля в это время повернута к Солнцу таким образом, что оно равномерно освещает ее поверхность. Это происходит осенью и весной в дни равноденствия.

Високосный год

Земля делает один оборот вокруг собственной оси примерно за 23 часа 56 минут, а один оборот вокруг Солнца происходит за 365 дней и 6 часов. Эта разница периодов постепенно накапливается и один раз в 4 года у нас в календаре появляется лишний день (29 февраля), и такой год называется високосным.

Также на данный процесс оказывает определенное воздействие располагающаяся в непосредственной близости Луна, под действием гравитационного поля которой вращение Земли постепенно замедляется, а это свою очередь удлиняет сутки примерно на одну тысячную каждые 100 лет.

Что такое год?

Изначально под годом подразумевался полный цикл смен времён года (зима, весна, лето, осень). Лишь после создания гелиоцентрической теории было доказано, что понятие года неразрывно связано с вращением Земли вокруг Солнца (а также наклоном земной оси). Для повышения точности вычисления траекторий небесных тел и решения других астрономических задач необходимо было чёткое определение термина «год», в результате чего на свет появилось несколько его трактовок:

• Тропический год: временной отрезок, за который Солнце возвращается в изначальное положение на небесной сфере (с точки зрения наблюдателя на поверхности Земли). Продолжительность – 365 дней 5 часов 48 минут 45.19 секунд (незначительно меняется каждый год).
• Сидерический: временной отрезок, за который Земля делает полный оборот вокруг Солнца и возвращается в начальную точку (отсчёт ведётся относительно звёзд, положение которых на небесной сфере изменяется очень медленно). Продолжительность — 365 дней 6 часов 9 минут 8,97 секунд.
• Аномалистический год: временной отрезок, за который наша планета возвращается в определённую точку собственной орбиты – перицентр. Продолжительность – 365 дней 6 часов 13 минут 52,6 секунд.
• Календарный год: временной отрезок, приближённо обозначающий полный сезонный цикл. Продолжительность 365 дней (в григорианском календаре).

Линия перемены дат

Земля вращается вокруг оси с запада на восток. При этом мореплаватели во главе с Магелланом придерживались противоположного направления. Они обогнули планету с востока на запад, увидев на один восход солнца меньше, чем за время путешествия встретили в Европе. Для того чтобы подобная досадная путаница не возникала каждый раз, когда кто-то решит обойти вокруг света, была проведена линия перемены дат.

Она практически полностью проходит по меридиану 180º и является границей, где время суток остается одинаковым, но изменяется календарная дата.

Например, если к западу от линии на календаре 18 мая, то к востоку — еще 17-е. При этом и там, и там часы показывают примерно одно и то же время.

В отличие от нулевого меридиана линия перемены дат практически не попадает на территорию суши. Благодаря этому в большинстве случаев при перемещении по планете не приходится вычитать или прибавлять один день. Как уже было сказано, основная часть линии совпадает с меридианом 180º. Она соединяет два полюса, попадая на сушу только в Антарктиде.

Правило

Смену дат необходимо проводить при пересечении линии. Если корабль движется с востока на запад, то его команде нужно увеличить календарное число на один. В случае перемещения в обратном направлении оно уменьшается. На отрезке, где временная граница отклоняется, огибая острова Океании, команда вправе менять дату, лишь преодолев меридиан 180º, если судно не будет заходить в один из портов, то есть не возникнет необходимость синхронизации с местным временем.

Получается, что при пересечении линии в определенном направлении можно дважды прожить один и тот же день. Некоторые романтики подгадывают такое путешествие под знаменательные даты: годовщину свадьбы, день рождения.

По своей сути, линия перемены дат лишь условная граница. В ее основе не лежат какие-то физические закономерности. Линия создана для удобства международного общения. Смена одной даты на другую при пересечении этой границы похожа на перевод часов при переходе на летнее или зимнее время. Эти действия помогают человеку соотнести свое движение или деятельность с космическими процессами, но напрямую из них не вытекают.

Видео

---

---

Источники

https://aif.ru/dontknows/eternal/kak_vrashchaetsya_zemlya https://nauka.club/astronomiya/vrashhenie-zemli-vokrug-solnca.html https://wiki2.org/ru/Суточное_вращение_Земли https://spacegid.com/vrashhenie-zemli-vokrug-nashego-svetila.html

Как вращается Земля

http://www.vseznaika.org/priroda/chto-takoe-god-mesyac-sutki-s-tochki-zreniya-astronomii/ https://fb.
ru/article/205487/chto-takoe-liniya-peremenyi-dat

Времена года на Земле и других планетах

Валерия Сирота
«Квантик» №6 и №7, 2016

Почему зимой холодно, а летом тепло? Удивительно, но многие люди, даже взрослые, умные и образованные, не знают ответа на этот вопрос. Из-за движения Земли вокруг Солнца — конечно, но почему именно? Самый частый — неправильный — ответ такой: потому что зимой Земля дальше от Солнца, чем летом. Однако это не может быть объяснением: ведь в южном полушарии времена года меняются местами, в январе там жарко, а в июле — холодно! На самом деле Земля действительно движется вокруг Солнца не совсем по кругу, но всё ровно наоборот: когда у нас лето, Земля дальше от Солнца, а когда зима — ближе!

Между прочим, лето и зима к тому же бывают не везде. А где бывают, там проходят по-разному. Оказывается, важно не только то, что мы вертимся вокруг Солнца, но и то, как мы при этом крутимся вокруг собственной оси! Чтобы разобраться во всём этом, давайте решим несколько задачек, причём для начала попутешествуем по другим планетам и только потом уж вернёмся на Землю.

Как всегда, решить что-то самостоятельно куда полезнее, чем прочитать чужое решение, поэтому постарайтесь сами разобраться в каждой задаче. А уже если не получится, мы вам поможем. Вам может пригодиться мячик (а ещё лучше — глобус) и настольная лампа (лучше всего подошла бы лампочка без абажура). На мячике нужно нарисовать полюса и экватор — большой круг посередине между полюсами. Это будет планета; лампа будет Солнцем. Если лампочки нет, её можно заменить собственной головой: какую часть планеты вы видите — та освещается солнцем, там день; а какую не видите — там ночь. Ещё можно слепить пластилиновый шарик с двумя ручками-спичками, это будет местный житель. Воображаемых жителей планет (которых, увы, нигде, кроме Земли, не существует) будем называть человечками. Время, за которое планета делает оборот вокруг Солнца (оно у всех планет разное!), будем называть местным годом, а время, за которое планета оборачивается вокруг оси, — сутками.

Юпитер

У этой планеты ось вращения почти точно перпендикулярна плоскости, в которой она обращается вокруг Солнца. То есть если ваше Солнце лежит на столе, а ваш Юпитер ползёт по столу вокруг него, то один из полюсов Юпитера всегда направлен строго вверх — пусть это будет северный полюс. И ползёт Юпитер не просто так, а быстро крутясь вокруг своей (вертикальной) оси (рис. 1). На всякий случай уточним сразу ещё одну подробность: все планеты движутся вокруг Солнца против часовой стрелки (если смотреть с Полярной звезды) и почти все вертятся вокруг оси в ту же сторону.

Вводное упражнение. Найдите на вашем Юпитере место, где Солнце в данный момент находится в зените, то есть ровно над головой. А теперь найдите все такие места, где оно на горизонте (подсказка: эти точки на поверхности планеты образуют большой круг). В каких точках Юпитера сейчас происходит восход Солнца, а в каких — закат (потом сравните с рисунком 2 на следующей странице)? Поставьте человечка на широте примерно 45° (приблизительно посередине между северным полюсом и экватором), пусть он одну руку поднимет вверх, а другую вытянет на север. Поворачивайте планету (не наклоняя ось!) до тех пор, пока Солнце не окажется для вашего человечка как можно выше над горизонтом; у него наступил полдень. С какой стороны от него сейчас Солнце — на юге, на севере, на востоке? А что скажет об этом такой же человечек, живущий в южном полушарии?

Задача Ю1. Представьте себе существо, живущее на экваторе Юпитера. Проследите, как для него движется по небу Солнце в течение суток. В какой стороне света (и даже точнее — в какой именно точке) оно восходит? Заходит? В каком месте неба это существо видит Солнце в полдень? Если бы оно, как древние люди, считало, что небо — твёрдая поверхность (сфера), по которой движутся светила, то как бы оно нарисовало наблюдаемую траекторию Солнца на этой поверхности?

Подвиньте теперь Юпитер по его орбите вокруг Солнца — пусть пройдёт, скажем, четверть юпитерианского года. Изменится ли что-нибудь у нашего человечка?

Задача Ю2. Ответьте на те же вопросы, что в задаче Ю1, для человечка, живущего на северном полюсе.

На любой планете, как мы увидим дальше, могут быть такие места, где Солнце хоть когда-нибудь в течение года бывает в зените. Область, включающая в себя все такие места, называется тропической зоной. А бывают такие места, в которых хотя бы одни сутки в году Солнце не опускается под горизонт — то есть хотя бы на одни сутки в году наступает полярный день. Область, где бывает полярный день, называется полярной зоной (а её граница — полярным кругом; там Солнце один раз в году касается горизонта, не опускаясь под него). Между прочим, там, где бывает полярный день, бывает и полярная ночь: скоро вы в этом убедитесь.

Задача Ю3. Разберитесь, где на Юпитере тропическая и полярная зоны.

И, наконец, последняя задача про Юпитер.

Задача Ю4. Попробуйте разобраться, как живётся человечку, находящемуся посередине между экватором и полюсом — на широте 45°. В каком месте горизонта восходит у него Солнце? Как оно движется дальше? На какую максимальную высоту поднимается?

Решения задач про Юпитер

Обратите внимание, что в задачах про Юпитер нигде не обсуждаются времена года. Их на Юпитере нет! При движении планеты вокруг Солнца для «местных жителей» ничего не меняется, каждый день у них происходит одно и то же.

(Ю1) Человечек, живущий на экваторе, видит восход Солнца точно на востоке (проверьте это, вытянув одну его руку на север, а другую на восток), потом Солнце поднимается прямо вверх и в полдень оказывается в зените, то есть прямо над головой. Дальше оно продолжает двигаться по тому же большому кругу, а ещё через четверть суток садится строго на западе. Ночь длится ровно половину суток. Весь год — одно и то же!

(Ю2) У человечка на полюсе жизнь ещё более однообразна. Солнце у него всё время на горизонте! Не рассвет, не закат — вечные полярные сумерки. Однако Солнце не стоит на месте — оно движется опять-таки по большому кругу, оставаясь всё время на горизонте. В этом можно убедиться, вытянув руку человечка в какую-нибудь сторону и вращая планету вокруг оси.

(Ю3) Мы уже видели, что у жителей экватора Солнце каждый день проходит через зенит. И только у них: чем севернее живёт человечек, тем меньше у него полуденная высота Солнца (и тем меньше оно нагревает поверхность планеты). См. рис. 3.

Поэтому тропическая зона на этой планете — это экватор. А полярная зона — и вовсе две точки: Солнце не опускается под горизонт только на полюсах (рис. 4).

(Ю4) Солнце у всех «наблюдателей» восходит ровно на востоке, а садится на западе. В течение дня оно движется по большому кругу, но круг этот наклонён к плоскости горизонта тем сильнее, чем меньше широта (рис. 5). Если широта 45°, то и Солнце поднимется над горизонтом на 90°−45° = 45°. В течение всего года Солнце движется каждый день по одному и тому же кругу.

Разобрались с Юпитером? Полетели теперь на другую планету!

Уран

Эта планета «ходит, лёжа на боку» — ось её вращения лежит ровно в плоскости её орбитального движения вокруг Солнца (рис. 6). Очень важно, что, как и всякий хорошо закрученный волчок, планеты ни за что не хотят менять направление своего вращения, и ось Урана «смотрит» всегда в одну и ту же сторону — на одну и ту же далёкую звезду! (А не поворачивается всё время к Солнцу, как можно было бы подумать. ) Имея уже некоторый опыт изучения Юпитера, давайте исследуем эту планету. Обратите внимание, что теперь ситуация для каждого жителя планеты меняется в течение года! При решении задач рисуйте побольше рисунков, выбирайте удобный ракурс: иногда больше подходит вид сверху, иногда — сбоку.

Задача У1. Найдите (и нарисуйте) полярные и тропические зоны Урана. Обратите внимание, что нужное условие должно выполняться хотя бы раз в году.

Задача У2. Начнём на этот раз с жителя полюса. Разберитесь, как у него меняется освещённость в течение года. Когда (в каком месте орбиты) у него лето, когда зима? Бывают ли дни, когда Солнце в зените — и сколько в году таких дней? Бывает ли полярный день и полярная ночь, и если да, то сколько времени (какую часть года) они длятся? Раскрасьте на орбите планеты (вид сверху или сверху-сбоку) соответствующие точки и области.

Задача У3. Те же вопросы для жителя экватора.

Задача У4. Те же вопросы для жителя «тамошней Венеции» — на широте 45°.

И, наконец, самая сложная

Задача У5. Для каждого из героев задач У2–У4 нарисуйте (приблизительно) видимый путь Солнца на небе в течение года: для жителя Юпитера Солнце весь год крутится по одной и той же окружности. А здесь? Подсказка: бывает ли день, когда Солнце не движется?

Решения задач про Уран

(У1) Напомним, что тропики — это места, где Солнце бывает в зените. А это случается в любой точке Урана два раза в год, и только на полюсах — один раз в год (рис. 7).

Так что тропическая зона — везде, а её границы — тропики — на полюсах! Полярные зоны — тоже везде, потому что, например, в дни, когда ось планеты смотрит прямо на Солнце (слева и справа на рисунке 8), на половине планеты — полярный день, а на другой половине — полярная ночь. Только на экваторе Урана в эти дни — полярные сумерки: Солнце на горизонте; настоящего полярного дня или ночи на экваторе не бывает.

(У2) На полюсе полгода длится полярный день — Солнце не заходит, а описывает в течение суток круг практически на одной и той же высоте. Если бы Уран не был так далеко от Солнца, там в это время было бы очень жарко: в середине полярного дня Солнце стоит в зените! Причём когда на одном полюсе полярный день, на другом — полярная ночь (на рисунке 8 — «лето» и «зима»). Потом, после коротких полярных сумерек, наступает полярная ночь, которая тоже длится полгода.

(У3) Для жителей экватора Солнце проходит через зенит как раз тогда, когда на полюсах сумерки (верхнее и нижнее положения планеты на рисунке). Зато в полночь Солнце ровно «под ногами». А спустя четверть года (на рисунке — положения планеты слева и справа) оно весь день на горизонте — но не движется по кругу, как было на полюсе Юпитера, а стоит на месте! Проверьте это с помощью «человечка». Во все остальные сутки день и ночь на экваторе длятся поровну.

(У4) У «венецианцев» дни, когда Солнце в зените, отстоят друг от друга на четверть года (эти дни соответствуют положениям планеты, показанным на рисунке 8 красными линиями).

В те же дни Солнце касается горизонта, не опускаясь под него — а между ними всё лето (четверть года) длится полярный день. В середине лета Солнце не заходит, но и не поднимается так высоко. День, когда ось планеты смотрит точно на Солнце, на Уране с большим правом, чем у нас, можно назвать солнцестоянием: Солнце в этот день буквально стоит в одной точке. Как мы уже видели, для жителей экватора эта точка — на горизонте, для жителей северного полюса — в зените. Для «венецианцев» Солнце зависает на высоте 45°, причём не на юге, как можно было бы подумать, а на севере. Вообще, летом Солнце у них всё время в северной части неба… Весной и осенью дни и ночи чередуются, как это происходит у нас. А зимой полярная ночь, которая, как и полярный день, длится четверть года.

Поскольку почти на всей планете долгие полярные дни и полярные ночи, на Уране самая скучная во всей Солнечной системе погода. Большие участки атмосферы прогреваются и остывают равномерно: ни перепадов температуры и давления, ни сильных ветров…

Не то что на Нептуне, хоть он и в полтора раза дальше от Солнца. Интересные для астрономов ураганы и циклоны бывают на Уране только весной и осенью, когда день чередуется с ночью «нормальным» образом.

(У5) Замечательно, что для всех человечков на планете видимый путь Солнца — одна и та же кривая, только смотрят они на неё под разными углами, так же как на Юпитере большой круг, по которому движется Солнце, был наклонён к горизонту для каждого наблюдателя по-своему. Начнём с северного полюса. В день солнцестояния (слева на рисунке 8) Солнце стоит в зените, потом начинает постепенно спускаться по спирали, делая каждые сутки один почти горизонтальный виток. Круги, описываемые Солнцем, всё ниже и всё шире; через четверть года очередной виток проходит уже по горизонту, и дальше в течение полугода спираль продолжается «под землёй». Солнце доходит до низшей точки — ровно под ногами — и возвращается обратно к горизонту, а затем — к зениту.

На экваторе всё ровно так же, только вся эта спираль «лежит на боку». Так что, если бы кто-то вздумал, живя на экваторе, весь год наблюдать Солнце лёжа (головой на север), причём отмечал бы положение Солнца не только над, но и под горизонтом — у него получилась бы ровно та же картинка, что и на северном полюсе.

Теперь уже совсем легко догадаться, как выглядит годовое движение Солнца на любой широте (рис. 9).

Теперь мы временно покидаем Солнечную систему, потому что в ней нет нужной нам сейчас планеты.

Планета Дзета — «золотая середина»

Эта воображаемая планета — «среднее» между Юпитером и Ураном. Ось её вращения наклонена к плоскости орбиты под углом 45° (рис. 10).

Задача Д1. Как на этой планете выглядят полярные и тропические зоны?

Задача Д2. Как в течение года движется Солнце для наблюдателя на полюсе? на экваторе? в «Венеции»? Бывает ли оно в зените, и если да, то когда? Каждые ли сутки опускается под горизонт, и если нет, то сколько времени длится полярный день?

Задача Д3. Для каждого из этих мест нарисуйте видимый годовой путь Солнца на небе.

Решения задач про планету Дзету

(Д1) На Юпитере тропической зоной был один только экватор, на Уране — вся планета. Здесь — промежуточная ситуация: самые северные точки, в которых Солнце можно увидеть в зените, имеют широту 45°, то есть находятся ровно посередине между экватором и северным полюсом. На всей этой окружности (параллели) самый жаркий день наступает, когда направление оси планеты ближе всего к направлению на Солнце (рис. 11).

Этот же день и самый длинный: как видно из той же картинки, Солнце в полдень достигает зенита, а в полночь касается горизонта; стоит чуть-чуть сместиться к полюсу — и в этот день Солнце не сядет, но и до зенита не поднимется. Через полгода та же ситуация повторяется в южном полушарии. Итак, полярные зоны — это «шапки» вокруг обоих полюсов, а тропические — «пояс» вокруг экватора. Границы того и другого у Дзеты совпадают, это параллели 45° северной и южной широты. Они одновременно и тропики, и полярные круги (рис. 12).

(Д2) На полюсах Солнце по полгода не заходит (на северном полюсе — летом, на южном — зимой), а остальные полгода длится ночь. В течение суток Солнце делает круг, практически не меняя высоты над горизонтом. На максимальной высоте — 45° — оно бывает в середине полярного дня. Этот момент называется солнцестоянием — хотя Солнце, в отличие от Урана, и не стоит на месте. Всего солнцестояний два — одно летнее (когда день на северном полюсе), другое зимнее (когда на южном). А дни, когда ось планеты перпендикулярна направлению на Солнце (планета сверху и снизу на рисунке 10), называются равноденствиями. В эти дни на обоих полюсах — полярные сумерки. Как видно, между каждым равноденствием и солнцестоянием — ровно четверть местного года.

В пределах тропической зоны Солнце бывает в зените 2 раза в год, на экваторе это как раз дни равноденствий. Летом жители экватора видят солнце на севере, а зимой — на юге. На экваторе день всегда равен ночи, а Солнце поднимается от горизонта и опускается к нему строго по вертикали. Жители «Венеции» видят Солнце в зените только раз в год — в летнее солнцестояние. В этот же день оно не заходит, а только касается горизонта. Два раза в год — в дни равноденствий — день бывает равен ночи; полгода он длиннее ночи, полгода — короче. А в день зимнего солнцестояния Солнце не восходит — это самая короткая, но всё-таки полярная ночь.

(Д3) Как и на Уране, видимый годовой путь Солнца — спираль, для жителей разных мест планеты наклонённая по-разному. Но, в отличие от Урана, спираль не заполняет всю сферу. Легко убедиться в этом, рисуя путь Солнца на полюсе: там ось спирали вертикальна и Солнце не поднимается выше 45°.

Теперь уже не составит труда понять, как устроена смена времён года на Земле. На самом деле Земля очень похожа на Дзету, с одной только разницей: ось нашей планеты отклоняется от «вертикали» не на 45°, а всего на 23° над горизонтом. Так что по этому параметру мы чуть ближе к Юпитеру, чем Дзета. Из-за этого спираль у нас уже — больше сплюснута: самые дальние витки спирали отстоят от её середины на 23°. (Если бы кто-то стал «выправлять» нашу ось, приближая её к вертикали, то спираль сплющилась бы в круг, как у Юпитера.) От этого, например, Солнце на полюсах никогда не поднимается выше 23° над горизонтом. «Наклоняя» спираль, можно убедиться, что тропическая зона тоже уже, чем на Дзете, — широта тропиков у нас опять те же 23°.

И на те же 23° отстоят от полюсов полярные круги. Например, Москва в промежуточной области между теми и другими: ни полярных ночей, ни Солнца в зените в Москве не бывает.

Напоследок для тех, кому понравилось путешествовать по планетам, добавим ещё несколько задач.

1. Почему всё-таки у нас зимой холодно, а летом тепло?
2. На какую высоту поднимается Солнце на экваторе Дзеты в день летнего солнцестояния? А на земном экваторе?
3. Сколько времени на земном экваторе длится ночь 22 июня? А 22 декабря? (Это дни летнего и зимнего солнцестояний.)
4. Нарисуйте тропическую и полярную области на планете, у которой ось вращения наклонена к оси орбиты не на 23°, как у Земли, а на 67°.
5. Вычислите максимальную высоту, на которую поднимается Солнце в Венеции (широта 45°) в течение года. Вычислите высоту, на которую оно поднимается там же в день весеннего равноденствия 21 марта.
6. Древнегреческие мореплаватели, плававшие по Атлантическому океану, рассказывали землякам, что видели Солнце в полдень на севере. Им не верили, поскольку считалось, что экватор пересечь невозможно. Но есть ли тут противоречие? Могли бы они увидеть Солнце на севере и не доплыв до экватора?
7. Интересно ещё совершить экскурсию на планету Плюк. Ось этой (выдуманной) планеты вертикальна, период её вращения вокруг оси равен периоду обращения вокруг Солнца, но вращается она в другую сторону — всё почти точно как на Венере, только у Венеры эти два периода отличаются на одну десятую. Как устроена жизнь (смена времён суток и года) на этой планете?

Художник Анна Горлач

Sky Tellers — День и ночь

SkyTellers Дневные и ночные развлечения для маленьких детей

Почему на Земле есть день и ночь?
Пока ты этого не чувствуешь, Земля вращается. Раз в 24 часа Земля поворачивается — или вращается вокруг своей оси — увлекая за собой всех нас. Когда мы находимся на той стороне Земли, которая обращена к Солнцу, у нас есть дневной свет. Поскольку Земля продолжает свое вращение, мы перемещаемся в сторону, обращенную от нашего Солнца, и у нас наступает ночь.

Если бы мы смотрели на Землю с высоты северного полюса, то увидели бы, что Земля вращается против часовой стрелки, и увидели бы, как свет и тьма проносятся по нашему земному шару с востока на запад.

Есть ли на других планетах день и ночь?
Да! Все планеты в нашей Солнечной системе вращаются вокруг своих осей (как и наше Солнце!), поэтому у них есть циклы дня и ночи. Однако существуют различия в продолжительности дня и ночи — циклы становятся еще более сложными из-за наклона оси планеты и скорости ее движения по орбите. Некоторые планеты вращаются быстрее Земли, а некоторые медленнее. Марс имеет дневной и ночной цикл, аналогичный земному. Марс вращается вокруг своей оси каждые 24,6 часа. Венера делает один оборот вокруг своей оси каждые 243 земных дня (что лишь немногим дольше, чем требуется Венере для обращения вокруг Солнца!). Дневной и ночной цикл Меркурия более сложный. Меркурий делает полтора оборота за каждый оборот вокруг Солнца. Из-за этого день Меркурия — от восхода до восхода солнца — длится 176 земных дней.

Большие планеты вращаются намного быстрее. Юпитер делает один оборот за 10 часов, Сатурн делает один оборот за 11 часов, а Нептун совершает полный оборот за 16 часов. Плутон в самых дальних уголках нашей Солнечной системы совершает оборот вокруг своей оси каждые 6,4 дня.

Есть над чем задуматься: есть ли на Плутоне «день» и «ночь», как мы думаем на Земле? Плутон так удален от центра нашей Солнечной системы, что наше Солнце выглядело бы очень яркой звездой на его небе!

Почему продолжительность дня на Земле меняется в течение года?
Каждое место на Земле имеет среднее 12 часов света в день, но фактическое количество часов дневного света в любой конкретный день года варьируется от места к месту. Места вокруг экватора Земли получают только около 12 часов света каждый день. Напротив, северный полюс получает 24-часовой дневной свет в течение нескольких месяцев летом и полную темноту в течение нескольких месяцев зимой. Эти два ежегодных времени света и тьмы разделены долгим восходом и долгим закатом.

Земля вращается вокруг своей оси; это заставляет нас переживать день и ночь. Но земная ось наклонена на 23,5 градуса (угол измеряется между плоскостью экватора Земли и плоскостью, в которой она вращается вокруг нашего Солнца). Поскольку Земля вращается вокруг нашего Солнца, ось указывает на одно и то же место в космосе — почти прямо на Полярную звезду, Полярную звезду. Это означает, что во время ежегодного движения Земли вокруг нашего Солнца наши полярные регионы проводят ооооооооооооооооооооооочень долгие периоды, направленные в сторону нашего Солнца летом (например, июль в северном полушарии или декабрь в южном полушарии) и длинные периоды, направленные в сторону от нашего Солнца. зимой. На широтах выше 66,5 градусов (90 градусов минус 23,5 градуса, наклон оси), в регионах за полярным и антарктическим кругами на нашем земном шаре случаются дни постоянной темноты или света.

Наклон Земли летом, весной, осенью и зимой вокруг Солнца,
четко показывая полярные регионы при дневном свете и в темноте в зимних / летних положениях.

Из-за этого наклона и движения Земли вокруг нашего Солнца бывает время, когда северный полюс Земли наклоняется на 23,5 градуса в сторону нашего Солнца. Это летнее солнцестояние, первый день лета в северном полушарии и самый длинный день в году в северном полушарии. 21 или 22 декабря северный полюс Земли наклоняется на 23,5 градуса от нашего Солнца, а южный полюс наклоняется к нашему Солнцу. Это зимнее солнцестояние, самый короткий день в году в северном полушарии. Дважды в году — во время равноденствий («равных ночей») — ось Земли не направлена ​​на наше Солнце. Весеннее равноденствие в марте знаменует собой начало перехода от 24 часов темноты к 24 часам дневного света на северном полюсе. Осеннее равноденствие в сентябре знаменует собой переход на 24 часа темноты на северном полюсе. Во время равноденствий в каждом месте на Земле (за исключением крайних полюсов) продолжительность дня составляет 12 часов.

На других планетах также происходят подобные изменения длины дня и ночи, потому что их оси тоже наклонены. Ось каждой планеты наклонена под разным углом. Юпитер наклонен всего на 3 градуса, поэтому изменение продолжительности дня и ночи при движении вокруг Солнца менее резкое, чем у Земли. Ось Нептуна наклонена на 30 градусов, поэтому смена дня и ночи на Нептуне будет более резкой, чем на Земле. Уран представляет собой интересный случай, потому что его осевой наклон еще более экстремальный — 98 градусов! Это означает, что северный полюс Урана направлен на Солнце во время северного полярного лета; южный полюс находится в полной темноте. Во время северной полярной зимы, примерно 42 земных года спустя, южная полярная ось указывает на Солнце, а северная полярная область находится в полной темноте. Весной и осенью, когда его ось перпендикулярна падающим солнечным лучам, Уран испытывает 17-часовой цикл дня и ночи, вращаясь вокруг своей оси.

Хорошие новости для отличников: дни Земли становятся длиннее!
Исследователи, изучавшие древние кораллы, заметили, что годовой характер роста свидетельствует о том, что в далеком прошлом Земли было больше дней в году. Ископаемые кораллы девонского периода возрастом 380 миллионов лет зафиксировали 400 дневных циклов. Около 290 миллионов лет назад, в пенсильванский период, каждый год было 390 дневных циклов. Если предположить, что вращение Земли вокруг нашего Солнца резко не изменилось, это означает, что количество часов в сутках увеличивалось, а вращение Земли замедлялось. Сегодняшняя продолжительность дня – 24 часа. В пенсильванский период день длился примерно 22,4 часа. В девонский период день длился ~21,8 часа. Вращение Земли замедляется примерно на 2 секунды каждые 100 000 лет. Почему дни на Земле становятся длиннее? Некоторые ученые предполагают, что приливные циклы создают «торможение» на Земле, заставляя ее замедляться.

Времена года, равноденствие и солнцестояние

Кливленд, Огайо

Служба прогнозов погоды

Есть только два времени в году, когда ось Земли не наклонена ни к Солнцу, ни от него, что приводит к «почти » равное количество дневного света и темноты на всех широтах. Эти события называются равноденствиями. Слово равноденствие происходит от двух латинских слов: aequus (равный) и nox (ночь). На экваторе солнце находится прямо над головой в полдень в эти два равноденствия. «Почти» равные часы дня и ночи происходят из-за преломления солнечного света или искривления световых лучей, из-за которого солнце появляется над горизонтом, когда фактическое положение солнца находится ниже горизонта. Кроме того, дни становятся немного длиннее в более высоких широтах (на расстоянии от экватора), потому что солнцу требуется больше времени, чтобы восходить и заходить. Следовательно, в день равноденствия и в течение нескольких дней до и после равноденствия продолжительность дня будет колебаться от примерно 12 часов и шести с половиной минут на экваторе до 12 часов и 8 минут на 30-м градусе широты, до 12 часов. и 16 минут на 60 градусах широты.

Летнее солнцестояние происходит в тот момент, когда угол наклона Земли к Солнцу или от него достигает максимального значения. Поэтому в день летнего солнцестояния солнце появляется на самой высокой высоте с полуденным положением, которое очень мало меняется в течение нескольких дней до и после летнего солнцестояния. Летнее солнцестояние происходит, когда солнце находится прямо над тропиком Рака, который расположен на 23,5° северной широты и проходит через Мексику, Багамы, Египет, Саудовскую Аравию, Индию и южный Китай. В каждом месте к северу от тропика Рака солнце находится в самой высокой точке неба, и это самый длинный день в году.

День зимнего солнцестояния знаменует собой самый короткий день и самую длинную ночь в году. В Северном полушарии это происходит, когда солнце находится прямо над тропиком Козерога, который расположен на 23,5 ° к югу от экватора и проходит через Австралию, Чили, юг Бразилии и север Южной Африки.

 

Полный список дат зимнего и летнего солнцестояния, а также весеннего и осеннего равноденствий до 2025 года можно найти на этом сайте Военно-морской обсерватории США. Альтернативная текстовая ссылка находится здесь.

Все мы знаем, что Земля совершает полный оборот вокруг Солнца каждые 365 дней, следуя по эллиптической орбите. Это означает, что расстояние между Землей и Солнцем, составляющее в среднем 93 миллиона миль, меняется в течение года. В первую неделю января Земля приближается к Солнцу примерно на 1,6 миллиона миль. Это называется перигелием. Афелий, или точка, в которой Земля находится на расстоянии около 1,6 миллиона миль от Солнца, приходится на первую неделю июля. Этот факт может показаться противоречащим тому, что мы знаем о временах года в Северном полушарии, но на самом деле разница несущественна с точки зрения климата и НЕ является причиной того, что у нас есть времена года. Времена года вызваны тем, что Земля наклонена вокруг своей оси на 23,5°. Ориентация наклона относительно пространства не меняется в течение года; таким образом, Северное полушарие наклонено к солнцу в июне и от него в декабре, как показано на рисунке ниже.

Существует отставание между самым длинным днем ​​​​в году и самыми высокими средними температурами для большинства мест в средних и высоких широтах.

В северной части Огайо/Северо-Западной Пенсильвании максимальная дневная температура наблюдается почти на 3 недели позже, в середине июля. Подобно тому, как самая теплая часть дня обычно наступает через несколько часов после полудня, когда солнце находится в самой высокой точке неба, так и самая теплая часть лета отстает от летнего солнцестояния. Это отставание связано со временем, необходимым для нагревания почвы и воды. Средняя температура продолжает расти до тех пор, пока солнце не опустится ниже в небе. Хотя эффект очевиден на графике дневной температуры, его легче увидеть, если посмотреть на изменения среднемесячной температуры. В Кливленде июль в среднем на 3,3°F выше, чем июнь, а август также теплее июня на 2,8°F, хотя продолжительность дней в августе значительно меньше, чем продолжительность дней в июне.