Земля обертається навколо похилої осі із заходу на схід. Половина земної кулі освітлюється сонцем, там у цей час день, друга половина перебуває у тіні, там ніч. Завдяки обертанню Землі відбувається зміна дня та ночі. Один оберт навколо своєї осі Земля робить за 24 години - добу.
Через обертання відбувається відхилення рухомих потоків (річок, вітрів) у північній півкулі - вправо, а в південній - вліво.
Обертання Землі навколо Сонця
Навколо сонця Земля обертається круговою орбітою, повний оборот відбувається за 1 рік. Земна вісь не вертикальна, вона нахилена під кутом 66,5 ° до орбіти, цей кут залишається постійним під час всього обертання. Головним наслідком цього обертання є зміна пір року.
Розглянемо обертання Землі навколо Сонця.
- 22 грудня- День зимового сонцестояння. Найближче до сонця (сонце знаходиться в зеніті) в цей момент знаходиться південний тропік – тому у південній півкулі літо, у північній – зима. Вночі південні півкулі короткі, на південному полярному колі 22 грудня день триває 24 години, ніч не настає. У північній півкулі все, навпаки, на північному полярному колі ніч триває 24 години.
- 22 червня- день літнього сонцестояння. Найближче до сонця знаходиться північний тропік, у північній півкулі літо, у південній – зима. На південному полярному колі ніч триває 24 години, але в північному ніч не настає.
- 21 березня, 23 вересня— дні весняного та осіннього рівнодень Найближче до сонця знаходиться екватор, день дорівнює ночі в обох півкулях.
- День міняє ніч.
- Земля робить повний оборот за 23 години та 57 хвилин.
- Якщо дивитись із Північного полюса, то планета обертається проти годинникової стрілки.
- Кут обертання становить 15 градусів на годину і у будь-якій точці Землі однаковий.
- Лінійна швидкість обертів на всій території планети неоднорідна. На полюсах вона дорівнює нулю і з наближенням до екватора збільшує показники. На екваторі швидкість обертання становить приблизно 1668 км/год.
Важливо! Швидкість руху з кожним роком зменшується на 3 мілісекунди. Фахівці пов'язують цей факт із тяжінням Місяця. Впливаючи на припливи і відливи, супутник хіба що тягне себе воду у протилежну від руху Землі бік. Створюється ефект тертя на дні океанів, і планета трохи сповільнює хід.
Повернення планети навколо Сонця
Наша планета п'ята за величиною та третя за віддаленістю від Сонця. Вона сформувалася із елементів сонячної туманності близько 4,55 млрд років тому. У процесі становлення Земля набула форми неправильної кулі і встановила свою унікальну орбіту довжиною понад 930 млн км, якою рухається навколо великої зірки з приблизною швидкістю - 106000 км/год. Повний оборот навколо Сонця вона здійснює протягом року, якщо бути точніше, то за 365,2565 дня. Дослідники відзначають, що орбіта планети, що рухається, не ідеально кругла, а має форму еліпса. Коли середня відстань до зірки становить 151 млн. км, то при обороті навколо неї віддаленість зростає до 5,8 млн. км.Важливо! Астрономи називають далеку від Сонця точку орбіти Афелій, і планета проходить її наприкінці червня. Ближню – Перигелій, і ми проходимо її разом із планетою наприкінці грудня.Неправильна форма орбіти впливає і швидкість, з якою Земля рухається. Влітку вона досягає свого мінімуму і становить 29,28 км/с, а долаючи точку Афелія, планета починає прискорюватися. Досягнувши максимальної швидкості 30,28 км/с на межі Перігелія, космічне тіло уповільнює свій хід. Такий цикл Земля проходить нескінченно, і від точності дотримання траєкторії залежить життя планети.
Важливо! При більш уважному вивченні руху Землі орбітою астрономи враховують додаткові щонайменше важливі чинники: тяжіння всіх небесних тіл Сонячної системи, вплив інших зірок і характер обертання Місяця.
Чергування пір року
Здійснюючи оборот навколо Сонця, Земля рухається у напрямку із заходу Схід. Під час своєї подорожі це небесне тіло не змінює кут нахилу, тому на певній ділянці орбіти вона повністю обернена якоюсь однією стороною. Цей період на планеті сприймається живим світом як літо, а на необерненому до Сонця стороні в цей час року пануватиме зима. Завдяки постійному руху планети відбувається зміна сезонів.Важливо! Два рази на рік на обох півкулях планети встановлюється відносно однаковий сезонний стан. Земля тим часом повернута до Сонця в такий спосіб, що його рівномірно висвітлює її поверхню. Це відбувається восени та навесні в дні рівнодення.
Високосний рік
Відомо, що планета здійснює повний оберт навколо осі не за 24 години, як прийнято вважати, а за 23 години та 57 хвилин. У той же час коло по орбіті вона робить за 365 днів та 6,5 години. Згодом годинник підсумовується і таким чином з'являється ще одна доба. Вони накопичуються кожні чотири роки та відзначаються у календарі 29 лютого. Рік, у якому є додатковий 366-й день, називається високосним.Важливо! На обертання Землі впливає її супутник - Місяць. Під її гравітаційним полем обертання планети поступово уповільнюється, що з кожним століттям збільшує довжину доби на 0,001 с.
Дистанція між нашою планетою та Сонцем
Під час руху Землі навколо Сонця між ними виникає відцентрова сила. Вона має суперечливий характер та відштовхує планету від зірки. Однак планета обертається, не змінюючи швидкості, яка перпендикулярна швидкості падіння, що відхиляє її орбіту від напрямку до Сонця. Ця особливість руху космічних тіл перешкоджає падінню на Сонце та віддаленню убік геть від Сонячної системи. Таким чином, Земля рухається чіткою траєкторією своєї орбіти. Ще в 16 столітті великий Микола Коперник визначив, що Земля - не центр Всесвіту, а лише обертається навколо Сонця. Зараз дослідники значно просунулися у знаннях та розрахунках, проте вплинути на траєкторію обертання та характер самого світила не в змозі. Наша планета завжди була частиною Сонячної системи, і від якої відстані ми знаходимося від її центру і як ми рухаємося щодо зірки, залежить життя на планеті. Щоб краще засвоїти тему, дивіться також пізнавальне відео.Земля не стоїть дома, а перебуває у безперервному русі. Завдяки тому, що вона обертається навколо Сонця, на планеті відбувається зміна пір року. Однак не всі пам'ятають, що облітаючи небесне світило, Земля ще встигає крутитися навколо своєї осі. Саме цей рух викликає за вікном зміну дня та ночі та називається добовим.
Розібратися, як і з якою швидкістю Земля обертається навколо Сонця та своєї осі, АіФ.ru допоміг астрофізик, співробітник Московського планетарію Олександр Перхняк.
Рух Землі навколо осі
Як Земля обертається навколо осі?
Під час обертання Землі навколо своєї осі залишаються нерухомими лише дві точки: Північний та Південний полюси. Якщо їх з'єднати уявною лінією, то вийде вісь, навколо якої обертається Земля. Земна вісь не перпендикулярна, а знаходиться під кутом 23,5 ° до земної орбіти.
З якою швидкістю Земля обертається навколо осі?
Земля обертається навколо своєї осі зі швидкістю 465 м/с, або 1674 км/год. Що далі від екватора, то швидкість руху планети менша.
«Мало хто знає, що на віддаленні від екватора швидкість обертання Землі стає меншою. Наочно це виглядає так. Місто Кіто знаходиться поблизу лінії екватора, отже, він та його жителі непомітно для себе роблять разом із Землею поворот на швидкості 465 м/с. А ось швидкість обертання москвичів, які проживають набагато на північ від екватора, буде майже вдвічі менша: 260 м/с», - розповів Перхняк.
В який бік обертається Земля?
Обертання Землі навколо своєї осі відбувається із заходу на схід. Якщо дивитися на Землю зверху у напрямку Північного полюса, вона обертатиметься проти годинникової стрілки.
Чи змінюється швидкість руху Землі навколо осі?
Так, змінюється. Щорічно перебіг Землі сповільнюється в середньому на 4 мілісекунди.
«Астрофізики пов'язують це явище з Місячним тяжінням, яке, як відомо, впливає на припливи та відливи на нашій планеті. Так ось, коли вони відбуваються, Місяць ніби намагається притягнути воду до себе, рухаючи її у напрямку, протилежному ходу Землі. Через цю своєрідну протидію на дні водойм виникає незначна сила тертя, яка, відповідно до законів фізики, уповільнює швидкість руху Землі. Незначно всього на 4 мілісекунди на рік», - уточнив Перхняк.
Рух Землі навколо Сонця
Як Земля обертається навколо Сонця?
Навколо Сонця наша планета обертається орбітою довжиною понад 930 млн км.
З якою швидкістю?
Земля обертається навколо Сонця зі швидкістю 30 км/с, тобто 107218 км/год.
За який час Земля здійснює повний обіг навколо Сонця?
Один повний оберт навколо Сонця Земля здійснює приблизно за 365 діб. Проміжок часу, протягом якого Земля повністю обертається навколо Сонця, називається роком.
В яку сторону рухається Земля, облітаючи Сонце?
Навколо Сонця Земля обертається із заходу Схід, як і навколо своєї осі.
На якій відстані Земля обертається довкола Сонця?
Земля обертається навколо Сонця з відривом близько 150 млн км.
Як змінюються пори року?
Під час обертання Землі навколо Сонця її кут нахилу не змінюється. В результаті на одній частині своєї траєкторії Земля буде більше повернена до Сонця своєю нижньою половиною: Південною півкулею, де настає літо. А в цей час Північний полюс буде практично прихований від сонця: отже, туди приходить зима. Двічі на рік Сонце приблизно однаково висвітлює Північну та Південну півкулі: цей час весни та осені. Ці моменти ще відомі як весняне та осіннє рівнодення.
Чому Земля не падає на Сонце?
«Коли Земля обертається довкола Сонця, виробляється відцентрова сила, яка намагається постійно відкинути нашу планету. Але це не вийде. А все тому, що Земля завжди рухається навколо світила з однаковою швидкістю і знаходиться від нього на безпечній відстані, що співвідноситься з відцентровою силою, з якою Землю намагаються вибити з орбіти. Ось чому Земля не падає на Сонце і не відлітає в космос, а продовжує рухатися заданою траєкторією», — сказав Олександр Перхняк.
V = (R e R p R p 2 + R e 2 t g 2 φ + R p 2 h R p 4 + R e 4 t g 2 φ) ω (\displaystyle v=\left((\frac (R_(e)) \,R_(p))(\sqrt ((R_(p))^(2)+(R_(e))^(2)\,(\mathrm (tg) ^(2)\varphi )))) +(\frac ((R_(p))^(2)h)(\sqrt ((R_(p))^(4)+(R_(e))^(4)\,\mathrm (tg) ^ (2) \ varphi ))) \ right) \ omega ), де R e (\displaystyle R_(e))= 6378,1 км – екваторіальний радіус, R p (\displaystyle R_(p))= 6356,8 км – полярний радіус.
- Літак, що летить із цією швидкістю зі сходу на захід (на висоті 12 км: 936 км/год на широті Москви, 837 км/год на широті Санкт-Петербурга) в інерційній системі відліку буде спочивати.
- Суперпозиція обертання Землі навколо осі з періодом в одну зоряну добу і навколо Сонця з періодом в один рік призводить до нерівності сонячної та зоряної доби: довжина середньої сонячної доби становить рівно 24 години, що на 3 хвилини 56 секунд довше за зоряну добу.
Фізичний сенс та експериментальні підтвердження
Фізичний сенс обертання Землі навколо осі
Оскільки будь-який рух є відносним, необхідно вказувати конкретну систему відліку, щодо якої вивчається рух того чи іншого тіла. Коли кажуть, що Земля обертається навколо уявної осі, мається на увазі, що вона здійснює обертальний рух щодо будь-якої інерціальної системи відліку , причому період цього обертання дорівнює зоряним добам - періоду повного обороту Землі (небесної сфери) щодо небесної.
Всі експериментальні докази обертання Землі навколо осі зводяться до доказу того, що система відліку, пов'язана з Землею, є неінерціальною системою відліку спеціального виду - системою відліку, що здійснює обертальний рух щодо інерційних систем відліку .
На відміну від інерційного руху (тобто рівномірного прямолінійного руху щодо інерційних систем відліку), для виявлення неінерційного руху замкнутої лабораторії не обов'язково проводити спостереження над зовнішніми тілами, - такий рух виявляється за допомогою локальних експериментів (тобто експериментів, зроблених усередині цієї лабораторії). У цьому сенсі слова неінерційний рух, включаючи обертання Землі навколо осі, може бути названий абсолютним.
Сили інерції
Ефекти відцентрової сили
Залежність прискорення вільного падіння географічної широти.Експерименти показують, що прискорення “вільного” падіння залежить від географічної широти: чим ближче до полюса, тим воно більше. Це пояснюється дією відцентрової сили. По-перше, точки земної поверхні, розташовані на високих широтах, ближче до осі обертання і, отже, при наближенні до полюса відстань r (\displaystyle r)від осі обертання зменшується, доходячи до нуля на полюсі. По-друге, зі збільшенням широти кут між вектором відцентрової сили та площиною горизонту зменшується, що призводить до зменшення вертикальної компоненти відцентрової сили.
Це явище було відкрито в 1672 році, коли французький астроном Жан-Ріше, перебуваючи в експедиції в Африці, виявив, що у екватора маятниковий годинник йде повільніше, ніж у Парижі. Ньютон невдовзі пояснив це тим, що період коливань маятника обернено пропорційний квадратному кореню із прискорення вільного падіння, яке зменшується на екваторі через дію відцентрової сили.
Сплюсненість Землі.Вплив відцентрової сили призводить до сплюснутості Землі біля полюсів. Це явище, передбачене Гюйгенсом і Ньютоном наприкінці XVII століття, було вперше виявлено П'єром-де-Мопертюї наприкінці 1730-х років в результаті обробки даних двох французьких експедицій, спеціально споряджених для вирішення цієї проблеми в Перу (під керівництвом П'єра-Бугера і Шарля ) і Лапландію (під керівництвом Алексіса Клеро і самого Мопертюї).
Ефекти сили Коріоліса: лабораторні експерименти
Найбільш чітко цей ефект має бути виражений на полюсах, де період повного повороту площини маятника дорівнює періоду обертання Землі навколо осі (зоряної доби). У випадку, період назад пропорційний синусу географічної широти , на екваторі площину коливань маятника незмінна.
Гіроскоп- тіло, що обертається, зі значним моментом інерції зберігає момент імпульсу, якщо немає сильних обурень. Фуко, якому набридло пояснювати, що відбувається з маятником Фуко не на полюсі, розробив іншу демонстрацію: підвішений гіроскоп зберігав орієнтацію, а отже, повільно повертався щодо спостерігача.
Відхилення снарядів при гарматній стрільбі.Іншим спостеріганим проявом сили Коріоліса є відхилення траєкторій снарядів (у північній півкулі вправо, у південній - вліво), що вистрілюються у горизонтальному напрямку. З точки зору інерційної системи відліку, для снарядів, що вистрілюються вздовж меридіана, це пов'язано з залежністю лінійної швидкості обертання Землі від географічної широти: при русі від екватора до полюса снаряд зберігає горизонтальну компоненту швидкості незмінної, в той час як лінійна швидкість обертання що призводить до зміщення снаряда від меридіана у бік обертання Землі. Якщо постріл був зроблений паралельно екватору, то зміщення снаряда від паралелі пов'язане з тим, що траєкторія снаряда лежить в одній площині з центром Землі, тоді як точки земної поверхні рухаються в площині перпендикулярної осі обертання Землі. Цей ефект (для випадку стрілянини вздовж меридіана) був передбачений Ґрімальді у 40-х роках XVII ст. і вперше опубліковано Річчолі у 1651 р.
Відхилення тіл, що вільно падають, від вертикалі. ( ) Якщо швидкість руху тіла має велику вертикальну складову, сила Коріоліса спрямована на схід, що призводить до відповідного відхилення траєкторії тіла, що вільно падає (без початкової швидкості) з високої вежі. При розгляді в інерційній системі відліку ефект пояснюється тим, що вершина вежі щодо центру Землі рухається швидше, ніж основа, завдяки чому траєкторія тіла виявляється вузькою параболою і тіло трохи випереджає основу вежі.
Ефект Етвеша.На низьких широтах сила Коріоліса при русі по земній поверхні спрямована у вертикальному напрямку і її дія призводить до збільшення або зменшення прискорення вільного падіння, залежно від того, чи тіло рухається на захід або схід. Цей ефект названий ефектом Етвеша на честь угорського фізика Лоранда-Етвеша, який експериментально виявив його на початку XX століття.
Досліди, які використовують закон збереження моменту імпульсу.Деякі експерименти засновані на законі збереження моменту імпульсу: в інерціальній системі відліку величина моменту імпульсу (рівна добутку моменту інерції на кутову швидкість обертання) під дією внутрішніх сил не змінюється. Якщо деякий початковий момент часу установка нерухома щодо Землі, швидкість її обертання щодо інерційної системи відліку дорівнює кутовий швидкості обертання Землі. Якщо змінити момент інерції системи, має змінитися кутова швидкість її обертання, тобто почнеться обертання щодо Землі. У неінерційній системі відліку, пов'язаної із Землею, обертання виникає внаслідок дії сили Коріоліса. Ця ідея була запропонована французьким ученим Луї-Пуансо в 1851 р.
Перший такий експеримент був поставлений Хагеном в 1910: два вантажі на гладкій перекладині були встановлені нерухомо відносно поверхні Землі. Потім відстань між вантажами було зменшено. В результаті установка прийшла у обертання. Ще наочніший досвід поставив німецький учений Ханс Букка (Hans Bucka) в 1949 р. Стрижень довжиною приблизно 1,5 метра був встановлений перпендикулярно прямокутній рамці. Спочатку стрижень був горизонтальний, установка була нерухомою щодо Землі. Потім стрижень був приведений у вертикальне положення, що призвело до зміни моменту інерції установки приблизно в 10 4 разів і її швидкого обертання з кутовою швидкістю, що у 10 4 разів перевищує швидкість обертання Землі.
Вирва у ванні.
Оскільки сила Коріоліса дуже слабка, вона дуже мало впливає на напрямок закручування води при сливі в раковині або ванні, тому в загальному випадку напрямок обертання у вирві не пов'язаний з обертанням Землі. Як тільки в ретельно контрольованих експериментах можна відокремити дію сили Коріоліса від інших факторів: у північній півкулі вирва буде закручена проти годинникової стрілки, у південній – навпаки.
Ефекти сили Коріоліса: явища у навколишній природі
Оптичні експерименти
В основі ряду дослідів, що демонструють обертання Землі, використовується ефект Саньяка: якщо кільцевий інтерферометр здійснює обертальний рух, то внаслідок релятивістських ефектів у зустрічних променях з'являється різниця фаз
?де A (\displaystyle A)- площа проекції кільця на екваторіальну площину (площину, перпендикулярну до осі обертання), c (\displaystyle c)- швидкість світла , ω (\displaystyle \omega )- Кутова швидкість обертання. Для демонстрації обертання Землі цей ефект був використаний американським фізиком Майкельсоном у серії експериментів, поставлених у 1923-1925 рр. У сучасних експериментах, що використовують ефект Саньяка, обертання Землі необхідно враховувати для калібрування кільцевих інтерферометрів.
Існує ряд інших експериментальних демонстрацій добового обертання Землі.
Нерівномірність обертання
Прецесія та нутація
Історія ідеї добового обертання Землі
Античність
Пояснення добового обертання небосхилу обертанням Землі навколо осі вперше було запропоновано представниками піфагорійської школи, сиракузянами Гікет і Екфантом. Згідно з деякими реконструкціями, обертання Землі затверджував також піфагорієць Філолай з Кротона (V століття до н. Е..). Висловлювання, яке можна трактувати як вказівку на обертання Землі, міститься у Платонівському діалозі Тімей .
Однак про Гікет і Екфанте практично нічого невідомо, і навіть саме їх існування іноді піддається сумніву. На думку більшості вчених, Земля у системі світу Філолая робила не обертальний, а поступальний рух навколо Центрального вогню. У своїх творах Платон слід традиційному думці про нерухомість Землі. Однак до нас дійшли численні свідчення, що ідею обертання Землі відстоював філософ Гераклід-Понтійський (IV століття до н. Е..). Ймовірно, з гіпотезою про обертання Землі навколо осі пов'язане ще одне припущення Геракліда: кожна зірка є світом, що включає землю, повітря, ефір, причому все це знаходиться в безкінечному просторі. Дійсно, якщо добове обертання піднебіння є відображенням обертання Землі, то зникає передумова вважати зірки, що знаходяться на одній сфері.
Приблизно через століття припущення про обертання Землі стало складовою першою, запропонованою великим астрономом Аристархом-Самоським (III століття до н. Е..). Аристарха підтримав вавилонянин Селевк (II століття до н. е.), так само, як і Гераклід-Понтійський, який вважав Всесвіт нескінченним. Про те, що ідея добового обертання Землі мала своїх прихильників ще у I столітті н. е., свідчать деякі висловлювання філософів Сенеки, Деркілліда, астронома Клавдія-Птолемея. Переважна більшість астрономів та філософів, однак, не сумнівалося у нерухомості Землі.
Аргументи проти ідеї руху Землі є у творах Аристотеля та Птолемея. Так, у своєму трактаті Про НебоАристотель обґрунтує нерухомість Землі тим, що на Землі, що обертається, кинуті вертикально вгору тіла не могли б впасти в ту точку, з якої почався їх рух: поверхня Землі зрушувалася б під покинутим тілом. Інший аргумент на користь нерухомості Землі, наведений Аристотелем, заснований на його фізичній теорії: Земля є важким тілом, а для важких тіл властиво рух до центру світу, а не обертання навколо нього.
З твору Птолемея випливає, що прибічники гіпотези обертання Землі на ці аргументи відповідали, як і повітря і всі земні предмети здійснюють рух разом із Землею. Очевидно, роль повітря у цьому міркуванні принципово важлива, оскільки мається на увазі, що саме його рух разом із Землею приховує обертання нашої планети. Птолемей на це заперечує, що
тіла, що знаходяться в повітрі, завжди будуть здаватися відстаючими... А якби тіла оберталися разом з повітрям як одне ціле, то жодне з них не здавалося б випереджаючим інше або відстає від нього, але залишалося б на місці, у польоті і киданні воно не робило б відхилень або рухів в інше місце на кшталт тих, які ми наочно бачимо такими, що відбуваються, і в них взагалі не відбувалося б уповільнення або прискорення, тому що Земля не є нерухомою.
Середні століття
Індія
Першим із середньовічних авторів, який висловив припущення про обертання Землі навколо осі, був великий індійський астроном і математик Аріабхата (кін. V – поч. VI ст.). Він формулює її у кількох місцях свого трактату Аріабхатія, наприклад:
Так само, як людина на кораблі, що рухається вперед, бачить закріплені об'єкти, що рухаються назад, так і спостерігач… бачить нерухомі зірки, що рухаються по прямій лінії на захід.
Невідомо, чи належить ця ідея самому Аріабхаті, чи він її запозичив у давньогрецьких астрономів.
Аріабхату підтримав лише один астроном, Пртхудака (IX століття). Більшість індійських вчених відстоювало нерухомість Землі. Так, астроном Варахаміхіра (VI ст.) стверджував, що на Землі, що обертається, птахи, що летять у повітрі, не могли б повернутися до своїх гнізд, а каміння і дерева злітали б з поверхні Землі. Визначний астроном Брахмагупта (VI в.) повторив також старий аргумент, що тіло, що впало з високої гори, але змогло б опуститися до її заснування. При цьому він, однак, відкинув один із доводів Варахаміхіри: на його думку, навіть якби Земля оберталася, предмети не могли б відірватися від неї через свою тяжкість.
Ісламський Схід
Можливість обертання Землі розглядали багато вчених мусульманського Сходу. Так, відомий геометр ас-Сіджізі винайшов астролябію, принцип дії якої заснований на цьому припущенні. Деякі ісламські вчені (імена яких до нас не дійшли) навіть знайшли правильний спосіб спростування основного аргументу проти обертання Землі: вертикальності траєкторій падаючих тіл. По суті, при цьому був висловлений принцип суперпозиції рухів, згідно з яким будь-яке переміщення можна розкласти на два або кілька складових: по відношенню до поверхні Землі, що обертається, падаюче тіло рухається по прямовисній лінії, але точка, що є проекцією цієї лінії на поверхню Землі, переноситься б її обертанням. Про це свідчить знаменитий учений-енциклопедист ал-Біруні, який сам, однак, схилявся до нерухомості Землі. На його думку, якщо на падаюче тіло діятиме якась додаткова сила, то результат її дії на Землі, що обертається, призведе до деяких ефектів, які насправді не спостерігаються.
Серед вчених XIII-XVI століть, пов'язаних із Марагінською та Самаркандською обсерваторіями, розгорнулася дискусія про можливість емпіричного обґрунтування нерухомості Землі. Так, відомий астроном Кутб-ад-Дін-аш-Шіразі (XIII-XIV ст.) Вважав, що нерухомість Землі може бути засвідчена експериментом. З іншого боку, засновник Марагинської обсерваторії Насір-ад-Дін-Тусі вважав, що якби Земля оберталася, то це обертання розділяв би шар повітря, прилеглий до її поверхні, і всі рухи поблизу поверхні Землі відбувалися б так само, якби Земля була нерухомою. Він це обґрунтовував за допомогою спостережень комет: згідно з Аристотелем, комети є метеорологічним явищем у верхніх шарах атмосфери; Проте астрономічні спостереження показують, що комети беруть участь у добовому обертанні небесної сфери. Отже, верхні шари повітря захоплюються обертанням небосхилу, тому нижні шари також можуть захоплюватися обертанням Землі. Таким чином, експеримент не може дати відповіді на питання про те, чи обертається Земля. Однак він залишався прихильником нерухомості Землі, оскільки це відповідало філософії Аристотеля.
Більшість ісламських вчених пізнішого часу (аль-Урді, аль-Казвіні, ан-Найсабурі, ал-Джурджані, ал-Бірджанді та інші) були згодні з ат-Тусі, що всі фізичні явища на обертається і нерухомої Землею відбувалися б однаково. Однак роль повітря при цьому вже не вважалася принциповою: не тільки повітря, але і всі предмети переносяться Землею, що обертається. Отже, для обгрунтування нерухомості Землі необхідно залучати вчення Аристотеля.
Особливу позицію в цих суперечках зайняв третій директор Самаркандської обсерваторії Алауддін-Алі-аль-Кущі (XV ст.), Що відкидав філософію Аристотеля і вважав обертання Землі фізично можливим. У XVII столітті до аналогічного висновку дійшов іранський теолог і вчений-енциклопедист Баха-ад-Дін-ал-Амілі. На його думку, астрономи та філософи не представили достатніх доказів, які спростовують обертання Землі.
Латинський Захід
Детальне обговорення можливості руху Землі широко міститься в творах паризьких схоластів Жана-Бурідана, Альберта-Саксонського, і Миколи-Орема (друга половина XIV ст.). Найважливішим аргументом на користь обертання Землі, а чи неба, наведеним у тому роботах, є трохи Землі проти Всесвіту, що робить приписування добового обертання небосхилу Всесвіту надзвичайно протиприродним.
Проте ці вчені зрештою відкинули обертання Землі, хоча й різних підставах. Так, Альберт-Саксонський вважав, що ця гіпотеза не здатна пояснити астрономічні явища, що спостерігаються. З цим справедливо не погодилися Бурідан та Орем, на думку яких небесні явища повинні відбуватися однаково незалежно від того, що робить обертання, Земля чи Космос. Бурідан зміг знайти тільки один істотний аргумент проти обертання Землі: стріли, що пускаються вертикально вгору, падають вниз по прямовисній лінії, хоча при обертанні Землі вони, на його думку, повинні були б відставати від руху Землі і падати на захід від точки пострілу.
Але навіть і цей аргумент був відкинутий Оремом. Якщо Земля обертається, то стріла летить вертикально вгору і водночас рухається Схід, будучи захоплена повітрям, що обертається разом із Землею. Таким чином, стріла повинна впасти на те саме місце, звідки вона була випущена. Хоча тут знову згадується про роль повітря, насправді він не відіграє особливої ролі. Про це свідчить така аналогія:
Подібним чином, якби повітря було закрито в судні, що рухається, то людині, оточеній цим повітрям, здалося б, що повітря не рухається... Якби людина знаходилася в кораблі, що рухається з великою швидкістю на схід, не знаючи про цей рух, і якби він витягнув руку по прямій лінії вздовж щогли корабля, йому здалося, що його рука здійснює прямолінійний рух; так само, згідно з цією теорією, нам видається, що така ж річ відбувається зі стрілою, коли ми пускаємо її вертикально вгору або вертикально вниз. Усередині корабля, що рухається з великою швидкістю на схід, можуть мати місце всі види руху: поздовжнє, поперечне, вниз, вгору, у всіх напрямках - і вони здаються точно такими, як тоді, коли корабель перебуває нерухомим.
Далі Орем наводить формулювання, що передбачає принцип відносності :
Я укладаю, отже, за допомогою будь-якого досвіду неможливо продемонструвати, що небеса мають добовий рух і що Земля його не має.
Проте остаточний вердикт Орема про можливість обертання Землі був негативним. Підставою для такого висновку був текст Біблії:
Однак досі всі підтримують і я вірю, що вони [Небеса], а не Земля рухається, бо «Бог створив коло Землі, яке не похитнеться», незважаючи на всі протилежні аргументи.
Про можливість добового обертання Землі згадували і середньовічні європейські вчені та філософи пізнішого часу, проте жодних нових аргументів, що не містилися у Бурідана та Орема, додано не було.
Таким чином, практично ніхто із середньовічних вчених так і не прийняв гіпотези про обертання Землі. Однак під час її обговорення вченими Сходу та Заходу було висловлено безліч глибоких думок, які потім будуть повторені вченими Нового часу.
Епоха Відродження та Новий час
У першій половині XVI століття побачили світ кілька творів, які стверджували, що причиною добового обертання небосхилу є обертання Землі навколо осі. Одним з них був трактат італійця Челіо Кальканьїні «Про те, що небо нерухоме, а Земля обертається, або про вічний рух Землі» (написаний близько 1525, виданий в 1544). Він не справив великого враження на сучасників, оскільки на той час вже була опублікована фундаментальна праця польського астронома Миколи-Коперника «Про обертання небесних сфер» (1543 р.), де гіпотеза добового обертання Землі у нього стала частиною геліоцентричної системи Америста. . Свої думки Коперник раніше виклав у невеликому рукописному творі Малий Коментар(Не раніше 1515). Два роки раніше основної праці Коперника вийшов твір німецького астронома Георга Іоахима Ретика Перша розповідь(1541 р.), де популярно викладено теорію Коперника.
У XVI столітті Коперника повністю підтримали астрономи Томас-Діггес, Ретік, Крістоф Ротман, Міхаель-Местлін, фізики Джамбатиста-Бенедетті, Симон-Стевін, філософ Джордано-Бруно, богослов Дієго де Цуні. Деякі вчені приймали обертання Землі навколо осі, відкидаючи її поступальний рух. Такою була позиція німецького астронома Ніколаса-Реймерса, відомого також як Урсус, а також італійських філософів Андреа-Чезальпіно і Франческо-Патриці. Не зовсім зрозуміла точка зору видатного фізика Вільяма Гільберта, який підтримав осьове обертання Землі, але не висловлювався з приводу її поступального руху. На початку XVII століття геліоцентрична система світу (включаючи обертання Землі навколо осі) отримала велику підтримку з боку Галілео-Галілея та Йоганна-Кеплера. Найбільш впливовими противниками ідеї руху Землі в XVI - початку XVII століття були астрономи Тихо-Браге і Христофор-Клавіус.
Гіпотеза про обертання Землі та становлення класичної механіки
Фактично, у XVI-XVII ст. єдиним аргументом на користь осьового обертання Землі було те, що в цьому випадку відпадає потреба у приписуванні зірковій сфері величезних швидкостей обертання, адже ще в античності вже було надійно встановлено, що розмір Всесвіту значно перевищує розмір Землі (цей аргумент містився ще у Бурідана та Орема) .
Проти цієї гіпотези висловлювалися міркування, засновані на динамічних уставах на той час. Насамперед, це вертикальність траєкторій падаючих тіл. З'явилися й інші аргументи, наприклад, рівна дальність стрілянини у східному та західному напрямках. Відповідаючи питанням про ненаблюдаемости ефектів добового обертання у земних експериментах, Коперник писав:
Обертається не тільки Земля зі сполученою з нею водною стихією, але також і чимала частина повітря і все, що якимось чином схоже на Землю, або вже найближче до Землі повітря просочене земною і водною матерією, дотримується тих самих законів природи, що і Земля, або має набутий рух, який повідомляється йому прилеглою Землею в постійному обертанні і без жодного опору
Отже, головну роль ненаблюдаемости обертання Землі грає захоплення повітря її обертанням. Такої ж думки дотримувалася і більшість коперніканців у XVI столітті.
Прихильниками нескінченності Всесвіту в XVI столітті були також Томас Діггес, Джордано Бруно, Франческо Патриці - всі вони підтримували гіпотезу про обертання Землі навколо осі (а перші двоє - також навколо Сонця). Крістоф Ротман і Галілео Галілей вважали зірки розташованими на різних відстанях від Землі, хоча явно не висловлювалися з приводу нескінченності Всесвіту. З іншого боку, Йоганн Кеплер заперечував нескінченність Всесвіту, хоча і був прихильником обертання Землі.
Релігійний контекст суперечок про обертання Землі
Ряд заперечень проти обертання Землі був із її протиріччями тексту Святого Письма. Ці заперечення були двох видів. По-перше, деякі місця в Біблії наводилися на підтвердження того, що добовий рух здійснює саме Сонце, наприклад:
Сходить сонце і заходить сонце, і поспішає до свого місця, де воно сходить.
У разі під удар потрапляло осьове обертання Землі, оскільки рух Сонця зі сходу захід є частиною добового обертання небосхилу. Часто у зв'язку з цим цитувався уривок з книги Ісуса.
Ісус покликав Господа того дня, коли Господь Аморея видав на руки Ізраїля, коли побив їх у Ґів'оні, і вони були побиті перед лицем Ізраїлевих синів. !
Оскільки команда зупинитися була дана Сонцю, а не Землі, звідси робився висновок, що добовий рух здійснює саме Сонце. Інші уривки наводилися на підтримку нерухомості Землі, наприклад:
Ти поставив землю на твердих основах: не похитнеться вона на віки й повіки.
Ці уривки вважалися такими, що суперечать як думці про обертання Землі навколо осі, так і звернення навколо Сонця.
Прибічники обертання Землі (зокрема, Джордано-Бруно, Йоганн-Кеплер і особливо Галілео-Галілей) проводили захист за декількома напрямками. По-перше, вони вказували, що Біблія написана мовою, зрозумілою простим людям, і якби її автори давали чіткі з наукового погляду формулювання, вона не змогла б виконувати свою основну, релігійну місію. Так, Бруно писав:
У багатьох випадках безглуздо і недоцільно наводити багато міркувань швидше відповідно до істини, ніж відповідно до даного випадку та зручності. Наприклад, якби замість слів: «Сонце народжується і піднімається, перевалює через полудень і схиляється до Аквілона» - мудрець сказав: «Земля йде по колу на схід і, покидаючи сонце, яке закочується, схиляється до двох тропіків, від Рака до Півдня, від Козерога до Аквілона», - то слухачі стали б роздумувати: «Як? Він каже, що Земля рухається? Що це за новини? Зрештою, вони його вважали б за дурня, і він справді був би дурнем.
Такі відповіді давалися переважно на заперечення, що стосувалися добового руху Сонця. По-друге, зазначалося, що деякі уривки Біблії мають бути трактовані алегорично (див. статтю Біблійний алегоризм). Так, Галілей зазначав, що якщо Св. Писання цілком розуміти буквально, то виявиться, що у Бога є руки, він схильний до емоцій типу гніву тощо. Загалом, головною думкою захисників вчення про рух Землі було те, що наука та релігія мають різні цілі: наука розглядає явища матеріального світу, керуючись доказами розуму, метою релігії є моральне вдосконалення людини, її порятунок. Галілей у зв'язку з цим цитував кардинала Бароніо, що Біблія вчить тому, як зійти на небеса, а не тому, як влаштовані небеса.
Ці аргументи вважали католицькою церквою непереконливими, й у 1616 р. вчення про обертанні Землі було заборонено, а 1631 р. Галілей було засуджено судом інквізиції за захист. Однак за межами Італії ця заборона не вплинула на розвиток науки і сприяла головним чином падінню авторитету самої католицької церкви.
Необхідно додати, що релігійні аргументи проти руху Землі наводили як церковні діячі, а й вчені (наприклад, Тихо Браге ). З іншого боку, католицький монах Паоло Фоскаріні написав невеликий твір «Лист про погляди піфагорійців і Коперника на рухливість Землі та нерухомість Сонця і про нову піфагорійську систему світобудови» (1615 р.), де висловлював міркування, близькі до гали Цуніга навіть використав теорію Коперника для тлумачення деяких місць Святого Письма (хоча згодом він змінив свою думку). Таким чином, конфлікт між богослов'ям і вченням про рух Землі був не так конфліктом між наукою та релігією як такими, як конфліктом між старими (на початку XVII століття вже застарілими) та новими методологічними принципами, що покладаються в основу науки.
Значення гіпотези про обертання Землі у розвиток науки
Осмислення наукових проблем, що порушуються теорією Землі, що обертається, сприяло відкриттю законів класичної механіки і створенню нової космології, в основі якої лежить уявлення про безмежність Всесвіту. Протиріччя між цією теорією і буквалістським прочитанням Біблії, що обговорювалися в ході цього процесу, сприяли розмежуванню природознавства та релігії.
Добове обертання земної кулі призводить до послідовної зміни днів і ночей, яке орбітальний рух - до чергування пір року і зміни самих років. Ці рухи найбільш важливі для землян, бо лежать в основі астрономічних способів вимірювання часу, але вони далеко не єдині. Несучись по навколосонячній орбіті із середньою швидкістю близько 30 км/с, наша Земля здійснює ще чимало інших найрізноманітніших рухів.
Як мовилося раніше, вісь обертання Землі протягом року зберігає постійне становище у просторі, тобто залишається паралельної самої себе. А північний кінець цієї осі спрямований на нерухому точку неба поблизу Полярної зірки. І все-таки це не зовсім так. З віку в століття земна вісь, подібно до осі дзиги, що обертається, повільно описує конус, і викликається цей рух тими ж силами, що і морські припливи,- тяжінням Місяця і Сонця. Тільки цьому випадку вони впливають не так на води океанів, але в маси Землі, що утворюють її екваторіальне здуття.
Внаслідок зміни напрямку земної осі у просторі полюси світу повільно переміщуються серед зірок по малому колу з радіусом 23 градуси 26 хвилин дуги. Саме на такий кут вісь обертання Землі відхилена від перпендикуляра до площини земної орбіти (площини екліптики) і такий самий кут до площини екліптики нахилений небесний екватор. Нагадаємо: небесний екватор являє собою велике коло, що віддалено від полюсів світу на 90 градусів. Він перетинається з екліптикою у точках весняного та осіннього рівнодення. І якщо небесний полюс рухається, точки рівнодень повільно переміщаються по екліптиці назустріч видимому руху Сонця. В результаті весна щороку настає на 20 хвилин і 24 секунд раніше, ніж Сонце встигає обійти всю екліптику. Звідси це явище отримало назву прецесії, Що в перекладі з латинської означає "ходіння вперед", або попередження рівнодення.
Розрахунки показали, що полюс світу здійснює повне коло на небесній сфері за 25770 років, тобто протягом майже 258 століть. В даний час він знаходиться приблизно за 46 кутових хвилин від Полярної зірки. У 2103 році він наблизиться до дороговказної зірки на мінімальну відстань 27 кутових хвилин, а потім, рухаючись у напрямку сузір'я Цефея, стане від неї повільно віддалятися.
Протягом тривалого часу Північний полюс світу не буде "відзначений" жодною яскравою зіркою і лише близько 7500 року пройде на відстані 2 градусів від альфи Цефея - зірки другої зоряної величини, яка за силою блиску конкурує з Полярною. Близько 13 600 року у ролі дороговказного світила виступатиме найяскравіша зірка північного неба – Вега. Нарешті настане година, коли, внаслідок подальшого переміщення полюса світу, з небес північних широт зникне царський Сиріус, але буде видно сузір'я Південного Хреста.
Прецесія ускладнюється так званою нутацією- легким похитуванням земної осі. Подібно до прецесії, воно походить від впливу нашого супутника на екваторіальне здуття земної кулі. В результаті складання цих двох рухів переміщення небесного полюса відбувається не просто по колу, а по хвилястій кривій. У цьому полягає четверте рух Землі.
Не залишається постійним і нахил осі обертання Землі до поверхні орбіти. Наша планета, хоч і дуже повільно, все ж таки "похитується", тобто нахил земної осі злегка змінюється. В даний час він зменшується приблизно на 0,5 секунд дуги на рік. Якби це зменшення відбувалося постійно, то десь у 177 000 земляни отримали б чудову можливість жити на планеті з перпендикулярною віссю. Які зміни відбулися б тоді у природі? На земній кулі з перпендикулярною віссю не було б більше жодної зміни пір року. Його мешканці могли б насолоджуватися вічною весною! Однак розмах коливань нахилу осі обертання Землі зовсім невеликий - не перевищує 2-3 градуси. Нинішнє "випрямлення" земної осі обов'язково припиниться, після чого її нахил збільшуватиметься.
Нагадаємо, що земна орбіта є еліпс. І форма цього еліпса теж схильна до повільних змін. Він стає то більшим, то менш витягнутим. Нині ексцентриситет земного еліпса дорівнює 0,0167, а 24 000 року земна орбіта перетвориться майже на коло. Потім протягом 40 тисячоліть ексцентриситет знову зростатиме, і так триватиме, мабуть, доти, доки існуватиме сама наша планета. Це постійне зміна ексцентриситету земної орбітиможна як шосте рух Землі.
Планети теж не залишають Землю у спокої. Залежно від своєї маси та віддаленості вони надають на неї цілком відчутний вплив. Так, велика вісь земної орбіти, що з'єднує найближчу і найвіддаленішу від Сонця точки земного шляху (перигелій і афелій), завдяки сукупній гравітації планет повільно повертається. Цей цикл, що триває 21 тис. років, становить вікова зміна перигеліюі є сьомим рухом Землі.
Через війну зміни орієнтації земної орбіти повільно змінюються терміни проходження Землі через перигелій. І якщо зараз Земля проходить через перигелій на початку січня, то близько 11 900 року вона перебуватиме в перигелії в дні літнього сонцестояння: зими тоді будуть особливо холодними, а літня спека досягатиме найвищої межі.
У популярних книгах з астрономії говориться, що "Місяць звертається навколо Землі", але вираз це не зовсім точне. Справа в тому, що не тільки Земля притягує Місяць, а й Місяць притягує Землю, і обидва небесні тіла рухаються разом, як одне ціле, навколо загального центру мас системи Земля-Місяця. Маса Місяця у 81,3 рази менша за масу Землі, і тому цей центр знаходиться у 81,3 рази ближче до центру Землі, ніж до центру Місяця. Середня відстань між їхніми центрами становить 384400 км. Оперуючи цими даними, ми отримаємо: центр мас системи Земля-Місяць знаходиться на відстані 4671 км від центру Землі у напрямку до Місяця, тобто на відстані 1707 км під поверхнею Землі (екваторіальний радіус Землі - 6378 км). Ось навколо цього центру Земля та Місяць описують протягом місяця свої орбіти. В результаті Земля щомісяця наближається до Сонця, то віддаляється від нього, що викликає невеликі зміни видимого діаметра денного світила. Це восьме рух Землі.
Строго кажучи, навколосонячною орбітою рухається центр мас системи Земля-Луна. Тому траєкторія Землі має бути схожа на трохи хвилясту лінію.
Якби навколо Сонця зверталася лише одна Земля, то обидва небесні тіла описували б еліпси навколо загального центру мас системи Сонце-Земля. Але тяжіння Сонця іншими великими планетами змушує цей центр описувати дуже складну криву. І коли всі планети бувають розташовані по один бік від центрального світила, вони притягують його до себе особливо сильно і зміщують Сонце, через що центр мас усієї Сонячної системи виходить за межі сонячної кулі. Так виникає ще одне, дев'яте ускладнення у русі Землі.
Нарешті, наша Земля легко відгукується на тяжіння інших планет Сонячної системи. Адже згідно із законом Ньютона всі небесні тіла притягуються одне одним із силою, прямо пропорційною добутку їх мас і обернено пропорційною квадрату їх відстані. Ця дія планет виявляється не найкращим чином - вона відхиляє Землю з її еліптичного шляху навколо Сонця (з кеплерової орбіти) і викликає всі ті неправильності в її орбітальному русі, які називаються обуреннямиабо пертурбаціями. Найбільше обурення на Землю робить масивний гігант Юпітер та наша сусідка Венера. Ускладнення траєкторії руху Землі під впливом тяжіння планет і як її десяте рух.
Вже давно встановлено, що зірки рухаються у просторі з величезними швидкостями. Не є винятком і наше Сонце. Щодо найближчих зірок воно летить у напрямку сузір'я Геркулеса зі швидкістю близько 20 км/с, захоплюючи із собою всіх своїх супутників, зокрема Землю. Переміщення Землі у просторі, викликане поступальним рухом Сонця, є одинадцятим рухом нашої планети. Завдяки цьому нескінченному польоту ми назавжди залишаємо ту область неба, де сяє Сіріус, і наближаємося до незвіданих зоряних глибин, де яскраво виблискує Вега. З того часу, як утворилася Земля, вона жодного разу не пролітала по знайомих місцях і ніколи не повернеться в ту точку Всесвіту, де ми зараз.
Зобразимо напрямок руху Сонця у просторі прямою стрілою. Тоді та точка піднебіння, до якої воно летить, становитиме з полюсом екліптики кут близько 40 градусів. Як бачимо, наше центральне світило рухається зовсім косо (стосовно площині екліптики), а Земля, подібно до яструба або орла, описує біля нього гігантську спіраль...
Якби ми могли поглянути на наш галактичний зоряний "острів" з боку та серед 200 млрд зірок розпізнати наше Сонце, то ми встановили б, що воно рухається навколо центру Галактики зі швидкістю близько 220 км/с і свій шлях завершує приблизно за 230 млн років . У цьому стрімкому польоті навколо галактичного ядра разом із Сонцем бере участь вся Сонячна система, а для нашої Землі це – дванадцятий рух.
Політ Землі разом із Сонцем навколо ядра Галактики доповнюється тринадцятим рухом усієї нашої зіркової системи щодо центру скупчення найближчих до нас галактик.
Слід зазначити, що ці тринадцять рухів Землі далеко не вичерпують всіх її можливих рухів. У Всесвіті кожне небесне тіло має брати участь у багатьох різних відносних рухах.
Завантаження...