Орбитата на Земята е траекторията на нейното въртене около Слънцето, формата й е елипса, намира се средно на разстояние 150 милиона километра от Слънцето (максималното разстояние се нарича афелий - 152 милиона км, минималното - перихелий , 147 милиона км).
Земята извършва пълен оборот около Слънцето с дължина 940 милиона км, движейки се от запад на изток със средна скорост от 108 000 км/ч за 365 дни, 6 часа, 9 минути и 9 секунди или една звездна година.
Движението на планетата по нейната орбита около Слънцето и ъгълът на наклона на оста на въртене спрямо равнината, в която се движат небесните тела, пряко влияят върху смяната на сезоните и неравенството на деня и нощта.
(Устройство на Слънчевата система)
В древни времена астрономите са вярвали, че Земята се намира в центъра на Вселената и всички небесни тела се въртят около нея; тази теория се нарича геоцентрична. Той е развенчан от полския астроном Николай Коперник през 1534 г., който създава хелиоцентричен модел на света, който доказва, че Слънцето не може да се върти около Земята, колкото и да го искат Птолемей, Аристотел и техните последователи.
Земята се върти около Слънцето по елипсовидна траектория, наречена орбита, дължината й е около 940 милиона км и планетата изминава това разстояние за 365 дни 6 часа 9 минути и 9 секунди. След четири години тези шест часа се натрупват на ден, те се добавят към годината като друг ден (29 февруари), такава година е високосна.
(Перихелий и афелий)
За периода на движение по дадена траектория разстоянието от Земята до Слънцето може да бъде максимално (това явление се случва на 3 юли и се нарича афелий или апохелий) - 152 милиона. км или минимум - 147 млн. km (настъпва на 3 януари, наречен перихелий), но това не е, както може погрешно да се предположи, следствие от смяната на сезоните.
Смяна на сезоните
Поради наклона на земната ос спрямо равнината на нейната орбита около Слънцето на 66,5º, земната повърхност получава неравномерно количество топлина и светлина, което предизвиква смяна на сезоните и промени в продължителността на деня и нощта.
Забележка:
- Ъгълът на наклона на земната ос спрямо оста на еклиптиката = 23,44º градуса ( наклон на оста на въртене на Земята)
- Ъгълът на наклона на земната ос спрямо равнината на нейната орбита около Слънцето = 66,56º градуса ( определя климатичните промени на сезоните през годината)
Екваториалните дни и нощите са винаги еднакво дълги, продължават 12 часа.
Скоростта на движение на Земята в орбита
Революцията на Земята около Слънцето: 365 дни 6 часа 9 минути и 9 секунди
Средна скорост на Земята в нейната орбита около Слънцето: 30 км/сили 108 000 км/ч (това е 1/10 000 от скоростта на светлината)
За сравнение, диаметърът на нашата планета е 12 700 км, с тази скорост е възможно да се измине това разстояние за 7 минути, а разстоянието от Земята до Луната (384 хиляди км) за четири часа. Отдалечавайки се от Слънцето през периода на афелия, скоростта на Земята се забавя до 29,3 km/s, а през периода на перихелия се ускорява до 30,3 km/s.
Пролетно и есенно равноденствие
- 20 март- пролетно равноденствие
- 22 септември- есенно равноденствие
- 21 юнилятно слънцестоене
- 22 декември- зимно слънцестоене
Местата, където равнината на небесния екватор пресича равнината на еклиптиката, са обозначени с пролетните точки ( 20 март) и есенното равноденствие ( 22 септември), дните и нощите са еднакво дълги, а обърнатите към Слънцето области на полукълбата са равномерно осветени и затоплени, слънчевите лъчи падат върху линията на екватора под ъгъл 90º. Астрономическото начало на пролетта и есента в съответните полукълба се изчислява по датите на пролетното и есенното равноденствие.
Има и точки на лятото ( 21 юни) и зимата ( 22 декември) слънцестоене, лъчите на Слънцето стават перпендикулярни не на линията на екватора, а на южния и северния тропик (южният и северният паралел са 23,5º). В деня на лятното слънцестоене, 21 юни, в Северното полукълбо до 66,5 паралела денят е по-дълъг от нощта, в Южното полукълбо нощта е по-дълга от деня, тази дата е астрономическото начало на лятото в северните ширини и зимата в южните ширини.
На 22 декември (денят на зимното слънцестоене) в южното полукълбо до 66,5 паралел продължителността на деня е по-голяма, в северното полукълбо до същия паралел е по-къса. Датата на зимното слънцестоене е астрономическото начало на зимата в Северното полукълбо и началото на лятото в Южното полукълбо.
Подобно на други планети от Слънчевата система, тя прави 2 основни движения: около собствената си ос и около Слънцето. От древни времена именно на тези две редовни движения се основаваха изчисленията на времето и възможността за съставяне на календари.
Един ден е времето на въртене около собствената си ос. Една година е революция около Слънцето. Разделянето на месеци също е в пряка връзка с астрономическите явления – тяхната продължителност е свързана с фазите на Луната.
Въртене на Земята около собствената си ос
Нашата планета се върти около собствената си ос от запад на изток, тоест обратно на часовниковата стрелка (гледана от Северния полюс). Оста е виртуална права линия, пресичаща земното кълбо в областта на Северния и Южния полюс, т.е. полюсите имат фиксирано положение и не участват във въртеливо движение, докато всички други точки на местоположението на земната повърхност се въртят, като скоростта на въртене не е идентична и зависи от тяхното положение спрямо екватора - колкото по-близо до екватора, толкова по-висока скоростта на въртене.
Например в италианския регион скоростта на въртене е приблизително 1200 км/ч. Последиците от въртенето на Земята около оста й са смяната на деня и нощта и видимото движение на небесната сфера.
Всъщност изглежда, че звездите и другите небесни тела на нощното небе се движат в посока, обратна на нашето движение с планетата (тоест от изток на запад).
Изглежда, че звездите са около Полярната звезда, която се намира на въображаема линия – продължение на земната ос в северна посока. Движението на звездите не е доказателство, че Земята се върти около оста си, тъй като това движение може да е следствие от въртенето на небесната сфера, ако приемем, че планетата заема фиксирана, неподвижна позиция в пространството.
Махалото на Фуко
Неопровержимо доказателство, че Земята се върти около собствената си ос, е представено през 1851 г. от Фуко, който провежда известния експеримент с махало.
Нека си представим, че намирайки се на Северния полюс, привеждаме махало в колебателно движение. Външната сила, действаща върху махалото, е гравитацията, но тя не влияе на промяната в посоката на трептенията. Ако подготвим виртуално махало, което оставя следи по повърхността, можем да сме сигурни, че след известно време следите ще се движат по посока на часовниковата стрелка.
Това въртене може да бъде свързано с два фактора: или с въртенето на равнината, върху която махалото прави колебателни движения, или с въртенето на цялата повърхност.
Първата хипотеза може да бъде отхвърлена, като се има предвид, че върху махалото няма сили, които да променят равнината на колебателните движения. От това следва, че Земята се върти и извършва движения около собствената си ос. Този експеримент е извършен в Париж от Фуко, той използва огромно махало под формата на бронзова сфера с тегло около 30 кг, окачено на 67-метров кабел. Началната точка на осцилаторните движения е записана на повърхността на пода на Пантеона.
Така че Земята се върти, а не небесната сфера. Хората, наблюдаващи небето от нашата планета, записват движението както на Слънцето, така и на планетите, т.е. Всички обекти във Вселената се движат.
Времеви критерий – ден
Денонощието е периодът от време, през който Земята прави пълно завъртане около собствената си ос. Има две дефиниции на понятието ден. „Слънчев ден“ е период от време на въртене на Земята, през който . Друга концепция - „звезден ден“ - предполага различна отправна точка - всяка звезда. Продължителността на двата типа дни не е идентична. Продължителността на звездния ден е 23 часа 56 минути 4 секунди, докато продължителността на слънчевия ден е 24 часа.
Различната продължителност се дължи на факта, че Земята, въртейки се около собствената си ос, извършва и орбитално въртене около Слънцето.
По принцип продължителността на слънчевия ден (въпреки че се приема за 24 часа) не е постоянна величина. Това се дължи на факта, че орбиталното движение на Земята се извършва с променлива скорост. Когато Земята е по-близо до Слънцето, нейната орбитална скорост е по-висока; докато се отдалечава от Слънцето, скоростта намалява. В тази връзка беше въведено такова понятие като „среден слънчев ден“, а именно неговата продължителност е 24 часа.
Обикаля около Слънцето със скорост 107 000 км/ч
Скоростта на въртене на Земята около Слънцето е второто основно движение на нашата планета. Земята се движи по елиптична орбита, т.е. орбитата има формата на елипса. Когато е в непосредствена близост до Земята и попадне в нейната сянка, настъпват затъмнения. Средното разстояние между Земята и Слънцето е приблизително 150 милиона километра. Астрономията използва единица за измерване на разстояния в Слънчевата система; тя се нарича „астрономическа единица“ (AU).
Скоростта, с която Земята се движи в орбита, е приблизително 107 000 км/ч.
Ъгълът, образуван от земната ос и равнината на елипсата, е приблизително 66°33', това е постоянна стойност.
Ако наблюдавате Слънцето от Земята, получавате впечатлението, че Слънцето се движи по небето през цялата година, преминавайки през звездите и звездите, които съставляват Зодиака. Всъщност Слънцето също преминава през съзвездието Змиеносец, но то не принадлежи към зодиакалния кръг.
Земята е постоянно в движение, въртейки се около Слънцето и около собствената си ос. Това движение и постоянният наклон на земната ос (23,5°) определя много от ефектите, които наблюдаваме като нормални явления: нощта и деня (поради въртенето на Земята около оста си), смяната на сезоните (поради наклон на земната ос) и различен климат в различните райони. Глобусите могат да се въртят и тяхната ос е наклонена като оста на Земята (23,5°), така че с помощта на глобус можете да проследите движението на Земята около оста си доста точно, а с помощта на системата Земя-Слънце можете може да проследи движението на Земята около Слънцето.
Земята се върти около собствената си ос от запад на изток (по посока обратна на часовниковата стрелка, гледана от Северния полюс). На Земята са нужни 23 часа, 56 минути и 4,09 секунди, за да извърши един пълен оборот около собствената си ос. Денят и нощта са причинени от въртенето на Земята. Ъгловата скорост на въртене на Земята около нейната ос или ъгълът, под който се завърта всяка точка от земната повърхност, е еднаква. За един час е 15 градуса. Но линейната скорост на въртене навсякъде по екватора е приблизително 1669 километра в час (464 m/s), намалявайки до нула на полюсите. Например, скоростта на въртене на ширина 30° е 1445 km/h (400 m/s).
Ние не забелязваме въртенето на Земята по простата причина, че паралелно и едновременно с нас всички обекти около нас се движат с еднаква скорост и няма „относителни“ движения на обекти около нас. Ако например един кораб се движи равномерно, без ускорение и спиране, през морето в тихо време без вълни по повърхността на водата, ние изобщо няма да усетим как се движи такъв кораб, ако сме в каюта без илюминатор, тъй като всички предмети в кабината ще се движат успоредно с нас и кораба.
Докато Земята се върти около собствената си ос, тя също се върти около Слънцето от запад на изток обратно на часовниковата стрелка, когато се гледа от северния полюс. На Земята е необходима една звездна година (около 365,2564 дни), за да направи едно пълно завъртане около Слънцето. Пътят на Земята около Слънцето се нарича земна орбитаи тази орбита не е идеално кръгла. Средното разстояние от Земята до Слънцето е приблизително 150 милиона километра, като това разстояние варира до 5 милиона километра, образувайки малка овална орбита (елипса). Точката от орбитата на Земята, която е най-близо до Слънцето, се нарича Перихелий. Земята преминава тази точка в началото на януари. Най-отдалечената от Слънцето точка от орбитата на Земята се нарича Афелион. Земята преминава тази точка в началото на юли.
Тъй като нашата Земя се движи около Слънцето по елиптичен път, скоростта по орбитата се променя. През юли скоростта е минимална (29,27 км/сек) и след преминаване на афелия (горната червена точка в анимацията) започва да се ускорява, а през януари скоростта е максимална (30,27 км/сек) и започва да забавя след преминаване перихелий (долна червена точка).
Докато Земята прави един оборот около Слънцето, тя изминава разстояние, равно на 942 милиона километра за 365 дни, 6 часа, 9 минути и 9,5 секунди, тоест ние се движим заедно със Земята около Слънцето със средна скорост 30 км в секунда (или 107 460 км в час), а в същото време Земята се завърта около собствената си ос веднъж на всеки 24 часа (365 пъти годишно).
Всъщност, ако разгледаме движението на Земята по-стриктно, то е много по-сложно, тъй като Земята се влияе от различни фактори: въртенето на Луната около Земята, привличането на други планети и звезди.
V = (Re R p R p 2 + R e 2 t g 2 φ + R p 2 h R p 4 + Re 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 ), Къде R e (\displaystyle R_(e))= 6378,1 km - екваториален радиус, R p (\displaystyle R_(p))= 6356,8 km - полярен радиус.
Тъй като всяко движение е относително, е необходимо да се посочи конкретна референтна система, спрямо която се изучава движението на определено тяло. Когато казват, че Земята се върти около въображаема ос, това означава, че тя извършва въртеливо движение спрямо всяка инерционна референтна система, а периодът на това въртене е равен на звезден ден - периодът на пълна революция на Земята ( небесна сфера) спрямо небесната сфера (Земята).
Всички експериментални доказателства за въртенето на Земята около нейната ос се свеждат до доказателството, че отправната система, свързана със Земята, е неинерциална отправна система от специален тип - отправна система, която извършва въртеливо движение спрямо инерциалните отправни системи.
За разлика от инерционното движение (т.е. равномерното праволинейно движение спрямо инерционните референтни системи), за откриване на неинерционно движение на затворена лаборатория не е необходимо да се правят наблюдения на външни тела - такова движение се открива с помощта на локални експерименти (т.е. експерименти, проведени в тази лаборатория). В този смисъл на думата неинерционното движение, включително въртенето на Земята около оста си, може да се нарече абсолютно.
Зависимост на ускорението на свободното падане от географската ширина.Експериментите показват, че ускорението на свободното падане зависи от географската ширина: колкото по-близо до полюса, толкова по-голямо е то. Това се обяснява с действието на центробежната сила. Първо, точките на земната повърхност, разположени на по-високи географски ширини, са по-близо до оста на въртене и следователно при приближаване до полюса разстоянието r (\displaystyle r)намалява от оста на въртене, достигайки нула на полюса. Второ, с увеличаване на географската ширина ъгълът между вектора на центробежната сила и равнината на хоризонта намалява, което води до намаляване на вертикалния компонент на центробежната сила.
Това явление е открито през 1672 г., когато френският астроном Жан Рише, докато е на експедиция в Африка, открива, че часовникът с махало на екватора работи по-бавно, отколкото в Париж. Нютон скоро обясни това, като каза, че периодът на трептене на махалото е обратно пропорционален на квадратния корен от ускорението, дължащо се на гравитацията, което намалява на екватора поради действието на центробежната сила.
Сплесканост на Земята.Влиянието на центробежната сила води до сплескване на Земята на полюсите. Това явление, предсказано от Хюйгенс и Нютон в края на 17-ти век, е открито за първи път от Пиер дьо Мопертюи в края на 1730 г. в резултат на обработка на данни от две френски експедиции, специално оборудвани за решаване на този проблем в Перу (водени от Пиер Бугер и Шарл дьо ла Кондамин) и Лапландия (под ръководството на Алексис Клеро и самия Мопертюи).
Този ефект трябва да бъде най-ясно изразен на полюсите, където периодът на пълно завъртане на равнината на махалото е равен на периода на въртене на Земята около оста си (звезден ден). Като цяло периодът е обратно пропорционален на синуса на географската ширина; на екватора равнината на трептене на махалото е непроменена.
Жироскоп- въртящо се тяло със значителен инерционен момент запазва ъгловия си момент, ако няма силни смущения. Фуко, който беше уморен да обяснява какво се случва с махалото на Фуко извън полюса, разработи друга демонстрация: окачен жироскоп запази ориентацията си, което означава, че се върти бавно спрямо наблюдателя.
Отклоняване на снаряди по време на стрелба с оръдие.Друго наблюдавано проявление на силата на Кориолис е отклонението на траекториите на снарядите (надясно в северното полукълбо, наляво в южното полукълбо), изстреляни в хоризонтална посока. От гледна точка на инерциалната референтна система, за снаряди, изстреляни по меридиана, това се дължи на зависимостта на линейната скорост на въртене на Земята от географската ширина: когато се движи от екватора към полюса, снарядът запазва хоризонталната компонента на скоростта остава непроменена, докато линейната скорост на въртене на точки от земната повърхност намалява, което води до изместване на снаряда от меридиана в посоката на въртене на Земята. Ако изстрелът е бил изстрелян успоредно на екватора, тогава изместването на снаряда от паралела се дължи на факта, че траекторията на снаряда лежи в една равнина с центъра на Земята, докато точките на земната повърхност се движат в равнина, перпендикулярна на оста на въртене на Земята. Този ефект (за случая на стрелба по меридиана) е предсказан от Грималди през 40-те години на 17 век. и публикуван за първи път от Ричоли през 1651 г.
Отклонение на свободно падащи тела от вертикалата. ( ) Ако скоростта на тялото има голяма вертикална компонента, силата на Кориолис е насочена на изток, което води до съответно отклонение на траекторията на свободно падащо (без начална скорост) тяло от висока кула. Когато се разглежда в инерционна референтна система, ефектът се обяснява с факта, че върхът на кулата спрямо центъра на Земята се движи по-бързо от основата, поради което траекторията на тялото се оказва тясна парабола и тялото е малко по-напред от основата на кулата.
Ефектът на Eötvös.В ниските географски ширини силата на Кориолис, когато се движи по земната повърхност, е насочена във вертикална посока и нейното действие води до увеличаване или намаляване на ускорението на гравитацията в зависимост от това дали тялото се движи на запад или на изток. Този ефект се нарича ефект на Eötvös в чест на унгарския физик Loránd Eötvös, който го открива експериментално в началото на 20 век.
Експерименти, използващи закона за запазване на ъгловия момент.Някои експерименти се основават на закона за запазване на ъгловия момент: в инерционна отправна система големината на ъгловия момент (равна на произведението на инерционния момент и ъгловата скорост на въртене) не се променя под въздействието на вътрешни сили . Ако в някакъв начален момент от време инсталацията е неподвижна спрямо Земята, тогава скоростта на нейното въртене спрямо инерциалната отправна система е равна на ъгловата скорост на въртене на Земята. Ако промените инерционния момент на системата, тогава ъгловата скорост на нейното въртене трябва да се промени, тоест ще започне въртене спрямо Земята. В неинерциална отправна система, свързана със Земята, въртенето възниква в резултат на силата на Кориолис. Тази идея е предложена от френския учен Луи Поансо през 1851 г.
Първият такъв експеримент е извършен от Хаген през 1910 г.: две тежести върху гладка напречна греда са монтирани неподвижно спрямо повърхността на Земята. След това разстоянието между товарите беше намалено. В резултат на това инсталацията започна да се върти. Още по-демонстративен експеримент е извършен от немския учен Ханс Бука през 1949 г. Прът с дължина около 1,5 метра е монтиран перпендикулярно на правоъгълна рамка. Първоначално прътът беше хоризонтален, инсталацията беше неподвижна спрямо Земята. След това прътът беше приведен във вертикално положение, което доведе до промяна на инерционния момент на инсталацията приблизително 10 4 пъти и бързото му въртене с ъглова скорост 10 4 пъти по-висока от скоростта на въртене на Земята.
Фуния във ваната.
Тъй като силата на Кориолис е много слаба, тя има незначителен ефект върху посоката на завихряне на водата при източване на мивка или вана, така че като цяло посоката на въртене във фунията не е свързана с въртенето на Земята. Само при внимателно контролирани експерименти ефектът на силата на Кориолис може да бъде отделен от другите фактори: в северното полукълбо фунията ще се върти обратно на часовниковата стрелка, в южното полукълбо - обратно.
Редица експерименти, демонстриращи въртенето на Земята, се основават на ефекта на Саняк: ако пръстеновидният интерферометър извършва въртеливо движение, тогава поради релативистични ефекти се появява фазова разлика в насрещно разпространяващите се лъчи
Δ φ = 8 π A λ c ω , (\displaystyle \Delta \varphi =(\frac (8\pi A)(\lambda c))\omega ,)Къде A (\displaystyle A)- зоната на проекция на пръстена върху екваториалната равнина (равнината, перпендикулярна на оста на въртене), c (\displaystyle c)- скорост на светлината, ω (\displaystyle \omega )- ъглова скорост на въртене. За да демонстрира въртенето на Земята, този ефект е използван от американския физик Майкелсън в серия от експерименти, проведени през 1923-1925 г. В съвременните експерименти, използващи ефекта на Саняк, трябва да се вземе предвид въртенето на Земята, за да се калибрират пръстеновидните интерферометри.
Има редица други експериментални демонстрации на денонощното въртене на Земята.
Обяснението на ежедневното въртене на небето с въртенето на Земята около оста й е предложено за първи път от представители на питагорейската школа, сиракузците Хицет и Екфант. Според някои реконструкции въртенето на Земята е потвърдено и от питагорееца Филолай от Кротон (5 век пр.н.е.). Твърдение, което може да се тълкува като указание за въртенето на Земята, се съдържа в диалога на Платон Тимей .
Въпреки това, почти нищо не се знае за Хицетас и Екфант и дори самото им съществуване понякога се поставя под въпрос. Според повечето учени Земята в световната система на Филолай не е извършвала въртеливо, а постъпателно движение около Централния огън. В другите си произведения Платон следва традиционното мнение, че Земята е неподвижна. До нас обаче са достигнали многобройни доказателства, че идеята за въртенето на Земята е била защитавана от философа Хераклид от Понт (IV в. пр. н. е.). Вероятно друго предположение на Хераклид е свързано с хипотезата за въртенето на Земята около оста си: всяка звезда представлява свят, включително земя, въздух, етер и всичко това се намира в безкрайното пространство. Наистина, ако дневното въртене на небето е отражение на въртенето на Земята, тогава предпоставката звездите да се считат за разположени на една и съща сфера изчезва.
Около век по-късно предположението за въртенето на Земята става част от първото, предложено от великия астроном Аристарх от Самос (3 век пр.н.е.). Аристарх е подкрепен от вавилонския Селевк (2 век пр. н. е.), както и от Хераклид от Понт, който смята Вселената за безкрайна. Фактът, че идеята за ежедневното въртене на Земята има своите привърженици още през 1 век сл. Хр. д., доказано от някои твърдения на философите Сенека, Дерцилид и астронома Клавдий Птолемей. По-голямата част от астрономите и философите обаче не се съмняваха в неподвижността на Земята.
Аргументи срещу идеята за движението на Земята се намират в трудовете на Аристотел и Птолемей. И така, в своя трактат За РаяАристотел оправдава неподвижността на Земята с факта, че на въртяща се Земя телата, хвърлени вертикално нагоре, не могат да паднат до точката, от която започва тяхното движение: повърхността на Земята ще се измести под хвърленото тяло. Друг аргумент в полза на неподвижността на Земята, даден от Аристотел, се основава на неговата физическа теория: Земята е тежко тяло и тежките тела са склонни да се движат към центъра на света, а не да се въртят около него.
От работата на Птолемей следва, че привържениците на хипотезата за въртенето на Земята отговориха на тези аргументи, че както въздухът, така и всички земни обекти се движат заедно със Земята. Очевидно ролята на въздуха в този аргумент е фундаментално важна, тъй като се подразбира, че именно неговото движение заедно със Земята крие въртенето на нашата планета. Птолемей възразява на това:
телата във въздуха винаги ще изглеждат изостанали... И ако телата се въртят с въздуха като едно цяло, тогава нито едно от тях няма да изглежда пред или зад другото, а ще остане на място, в полет и хвърляне няма да прави отклонения или движения на друго място, като тези, които ние лично виждаме да се случват, и те изобщо няма да забавят или ускоряват, защото Земята не е неподвижна.
Първият от средновековните автори, който предполага, че Земята се върти около оста си, е великият индийски астроном и математик Арябхата (края на 5-ти - началото на 6-ти век). Той го формулира на няколко места в своя трактат Арябхатия, Например:
Точно както човек на движещ се напред кораб вижда неподвижни обекти, движещи се назад, така и наблюдателят... вижда неподвижните звезди, движещи се по права линия на запад.
Не е известно дали тази идея принадлежи на самия Арябхата или той я е заимствал от древногръцки астрономи.
Арябхата беше подкрепен само от един астроном, Пртхудака (9 век). Повечето индийски учени защитиха неподвижността на Земята. Така астрономът Варахамихира (6 век) твърди, че на въртяща се Земя птиците, летящи във въздуха, не могат да се върнат в гнездата си, а камъните и дърветата ще излетят от повърхността на Земята. Изключителният астроном Брахмагупта (6 век) също повтаря стария аргумент, че тяло, паднало от висока планина, може да потъне в основата си. В същото време обаче той отхвърли един от аргументите на Варахамихира: според него, дори ако Земята се върти, обектите не могат да излязат от нея поради своята гравитация.
Възможността за въртене на Земята беше разгледана от много учени от мюсюлманския Изток. Така известният геометр ал-Сиджизи изобретява астролабията, чийто принцип на действие се основава на това предположение. Някои ислямски учени (чиито имена не са достигнали до нас) дори са намерили правилния начин да опровергаят основния аргумент срещу въртенето на Земята: вертикалността на траекториите на падащи тела. По същество беше предложен принципът на суперпозиция на движенията, според който всяко движение може да се разложи на два или повече компонента: по отношение на повърхността на въртящата се Земя падащо тяло се движи по отвес, но точка, която е проекция на тази линия върху повърхността на Земята ще бъде пренесена от нейното въртене. Това се доказва от известния енциклопедист ал-Бируни, който самият обаче е бил склонен към неподвижността на Земята. Според него, ако някаква допълнителна сила действа върху падащото тяло, тогава резултатът от нейното действие върху въртящата се Земя ще доведе до някои ефекти, които всъщност не се наблюдават.
Сред учените от 13-16 век, свързани с обсерваториите Марага и Самарканд, възникна дискусия относно възможността за емпирично обосноваване на неподвижността на Земята. Така известният астроном Кутб ад-Дин аш-Ширази (XIII-XIV век) вярва, че неподвижността на Земята може да бъде проверена чрез експеримент. От друга страна, основателят на обсерваторията Марага, Насир ад-Дин ал-Туси, вярваше, че ако Земята се върти, тогава това въртене ще бъде разделено от слой въздух в съседство с нейната повърхност и всички движения близо до повърхността на Земята би се случила точно така, както ако Земята беше неподвижна. Той обосновава това с помощта на наблюдения на комети: според Аристотел кометите са метеорологично явление в горните слоеве на атмосферата; астрономическите наблюдения обаче показват, че кометите участват в ежедневното въртене на небесната сфера. Следователно горните слоеве на въздуха се отнасят от въртенето на небето, следователно долните слоеве също могат да бъдат отнесени от въртенето на Земята. Така експериментът не може да отговори на въпроса дали Земята се върти. Въпреки това той остава привърженик на неподвижността на Земята, тъй като това е в съответствие с философията на Аристотел.
Повечето ислямски учени от по-късни времена (ал-Урди, ал-Казвини, ан-Найсабури, ал-Джурджани, ал-Бирджанди и други) се съгласиха с ал-Туси, че всички физически явления на въртяща се и неподвижна Земя биха се случили по един и същи начин . Ролята на въздуха обаче вече не се смяташе за фундаментална: не само въздухът, но и всички обекти се транспортират от въртящата се Земя. Следователно, за да се оправдае неподвижността на Земята, е необходимо да се привлече учението на Аристотел.
Специална позиция в тези спорове зае третият директор на Самаркандската обсерватория Алаудин Али ал-Кушчи (XV век), който отхвърли философията на Аристотел и смяташе въртенето на Земята за физически възможно. През 17 век иранският теолог и енциклопедист Баха ад-Дин ал-Амили стига до подобно заключение. Според него астрономите и философите не са предоставили достатъчно доказателства, за да опровергаят въртенето на Земята.
Подробно обсъждане на възможността за движение на Земята се съдържа широко в писанията на парижките схоластици Жан-Буридан, Алберт от Саксония и Никола от Оресме (втората половина на 14 век). Най-важният аргумент в полза на въртенето на Земята, а не на небето, даден в техните трудове, е малката Земя в сравнение с Вселената, което прави приписването на ежедневното въртене на небето на Вселената крайно неестествено.
Всички тези учени обаче в крайна сметка отхвърлиха въртенето на Земята, макар и на различни основания. Така Алберт Саксонски смята, че тази хипотеза не е в състояние да обясни наблюдаваните астрономически явления. С право не са съгласни с това Буридан и Оресме, според които небесните явления трябва да се случват по един и същи начин, независимо дали въртенето се извършва от Земята или от Космоса. Буридан успя да намери само един важен аргумент срещу въртенето на Земята: стрелите, изстреляни вертикално нагоре, падат по вертикална линия, въпреки че с въртенето на Земята те, според него, трябва да изостават от движението на Земята и да падат на запад от точката на изстрела.
Но дори този аргумент беше отхвърлен от Оресме. Ако Земята се върти, тогава стрелата лети вертикално нагоре и в същото време се движи на изток, като е уловена от въздуха, който се върти със Земята. Така стрелата трябва да падне на същото място, откъдето е изстреляна. Въпреки че тук отново се споменава завладяващата роля на въздуха, тя всъщност не играе специална роля. За това говори следната аналогия:
По същия начин, ако въздухът беше затворен в движещ се кораб, тогава на човек, заобиколен от този въздух, би изглеждало, че въздухът не се движи... Ако човек беше в кораб, движещ се с висока скорост на изток, без да осъзнава това движение и ако протегне ръката си в права линия по протежение на мачтата на кораба, ще му се стори, че ръката му прави линейно движение; по същия начин, според тази теория, ни се струва, че същото нещо се случва със стрела, когато я изстреляме вертикално нагоре или вертикално надолу. Вътре в кораб, който се движи с висока скорост на изток, могат да се извършват всякакви движения: надлъжно, напречно, надолу, нагоре, във всички посоки - и те изглеждат точно така, както когато корабът е неподвижен.
След това Оресме дава формулировка, която предвижда принципа на относителността:
Следователно заключавам, че е невъзможно да се докаже с какъвто и да е експеримент, че небето има денонощно движение, а земята не.
Окончателната присъда на Оресме за възможността за въртене на Земята обаче беше отрицателна. Основа за това заключение беше текстът на Библията:
Въпреки това всички все още подкрепят и аз вярвам, че [Небето], а не Земята се движи, защото „Бог направи кръга на Земята, който няма да се помръдне“, въпреки всички аргументи за противното.
Средновековните европейски учени и по-късните философи също споменават възможността за ежедневно въртене на Земята, но не са добавени нови аргументи, които не се съдържат в Буридан и Оресме.
Така почти никой от средновековните учени не приема хипотезата за въртенето на Земята. Въпреки това, по време на обсъждането му, учени от Изтока и Запада изразиха много дълбоки мисли, които по-късно ще бъдат повторени от учените от Новата епоха.
През първата половина на 16 век са публикувани няколко произведения, които твърдят, че причината за ежедневното въртене на небето е въртенето на Земята около оста си. Един от тях е трактатът на италианеца Селио Калканьони „За факта, че небето е неподвижно и Земята се върти, или за вечното движение на Земята“ (написано около 1525 г., публикувано през 1544 г.). Той не прави особено впечатление на съвременниците си, тъй като по това време вече е публикуван фундаменталният труд на полския астроном Николай Коперник „За въртенията на небесните сфери“ (1543 г.), където се излага хипотезата за ежедневното въртене на Земята става част от хелиоцентричната система на света, подобно на Аристарх от Самос. Коперник преди това очерта мислите си в малко ръкописно есе Малък коментар(не по-рано от 1515 г.). Две години по-рано е публикуван трудът на немския астроном Георг Йоахим Ретикус Първи разказ(1541), където теорията на Коперник е популярно изложена.
През 16 век Коперник е напълно подкрепян от астрономите Томас Дигес, Ретикус, Кристоф Ротман, Михаел Мьостлин, физиците Джамбатиста Бенедети, Саймън Стевин, философът Джордано Бруно и теологът Диего де Зунига. Някои учени приемат въртенето на Земята около оста си, отхвърляйки нейното транслационно движение. Това е позицията на немския астроном Николас Раймерс, известен още като Урсус, както и италианските философи Андреа Чезалпино и Франческо Патрици. Гледната точка на изключителния физик Уилям Хилбърт, който поддържа аксиалното въртене на Земята, но не говори за нейното транслационно движение, не е напълно ясна. В началото на 17 век хелиоцентричната система на света (включително въртенето на Земята около оста си) получава впечатляваща подкрепа от Галилео Галилей и Йоханес Кеплер. Най-влиятелните противници на идеята за движението на Земята през 16-ти - началото на 17-ти век са астрономите Тихо Брахе и Кристофър Клавий.
По същество през XVI-XVII век. единственият аргумент в полза на аксиалното въртене на Земята беше, че в този случай няма нужда да се приписват огромни скорости на въртене на звездната сфера, тъй като още в древността вече беше надеждно установено, че размерът на Вселената значително надвишава размера на Земята (този аргумент се съдържа и в Буридан и Оресме).
Срещу тази хипотеза бяха изразени съображения, основани на динамичните концепции от онова време. На първо място, това е вертикалността на траекториите на падащи тела. Появиха се и други аргументи, например равен обсег на стрелба в източната и западната посока. Отговаряйки на въпроса за ненаблюдаемостта на ефектите от ежедневното въртене в земните експерименти, Коперник пише:
Не само Земята се върти със свързаната с нея водна стихия, но и значителна част от въздуха и всичко, което по някакъв начин е сродно със Земята, или най-близкия до Земята въздух, пропит от земна и водна материя, следва същите закони на природата като Земята, или е придобил движение, което му е придадено от съседната Земя в постоянно въртене и без никакво съпротивление
По този начин основната роля в ненаблюдаемостта на въртенето на Земята играе увличането на въздуха от нейното въртене. Повечето коперниканци през 16 век споделят същото мнение.
Привърженици на безкрайността на Вселената през 16-ти век са също Томас Дигес, Джордано Бруно, Франческо Патрици – всички те подкрепят хипотезата, че Земята се върти около оста си (а първите двама и около Слънцето). Кристоф Ротман и Галилео Галилей вярваха, че звездите се намират на различни разстояния от Земята, въпреки че не говориха изрично за безкрайността на Вселената. От друга страна, Йоханес Кеплер отричаше безкрайността на Вселената, въпреки че беше привърженик на въртенето на Земята.
Редица възражения срещу въртенето на Земята бяха свързани с противоречията му с текста на Светото писание. Тези възражения бяха два вида. Първо, някои места в Библията бяха цитирани, за да потвърдят, че Слънцето прави ежедневното движение, например:
Слънцето изгрява и слънцето залязва и бърза към мястото си, където изгрява.
В този случай е засегнато аксиалното въртене на Земята, тъй като движението на Слънцето от изток на запад е част от ежедневното въртене на небето. В тази връзка често се цитира пасаж от книгата на Исус Навин:
Исус извика към Господа в деня, в който Господ предаде аморейците в ръцете на Израел, когато ги победи в Гаваон и те бяха бити пред израилтяните, и каза пред израилтяните: Стой, слънце, над Гаваон и луната над долината на Авалон!
Тъй като командата за спиране е дадена на Слънцето, а не на Земята, се стигна до извода, че Слънцето извършва ежедневното движение. Други пасажи са цитирани в подкрепа на неподвижността на Земята, например:
Ти си поставил земята на твърди основи: тя няма да се поклати до века.
Счита се, че тези пасажи противоречат както на възгледа, че Земята се върти около оста си, така и на революцията около Слънцето.
Привържениците на въртенето на Земята (по-специално Джордано-Бруно, Йоханес-Кеплер и особено Галилео-Галилей) се застъпиха на няколко фронта. Първо, те посочиха, че Библията е написана на език, разбираем за обикновените хора, и ако нейните автори предоставят научно ясен език, тя не би могла да изпълни основната си религиозна мисия. Така Бруно пише:
В много случаи е глупаво и непрепоръчително да се правят много разсъждения според истината, а не според дадения случай и удобство. Например, ако вместо думите: „Слънцето се ражда и изгрява, преминава пладне и се накланя към Аквилон“, мъдрецът каза: „Земята върви в кръг на изток и, оставяйки слънцето, което залязва, се накланя към двата тропика, от Рака до Юга, от Козирога до Аквилон“, тогава слушателите започват да си мислят: „Как? Казва ли, че земята се движи? Що за новина е това? Накрая щяха да го смятат за глупак и той наистина щеше да бъде глупак.
Този вид отговор беше даден главно на възражения относно денонощното движение на Слънцето. Второ, беше отбелязано, че някои пасажи от Библията трябва да се тълкуват алегорично (вижте статията Библейски алегоризъм). Така Галилей отбелязва, че ако Светото писание се приема изцяло буквално, ще се окаже, че Бог има ръце, подвластен е на емоции като гняв и т.н. Като цяло основната идея на защитниците на учението за движението на Земята беше, че науката и религията имат различни цели: науката изследва явленията на материалния свят, ръководена от аргументите на разума, целта на религията е моралното усъвършенстване на човека, неговото спасение. В това отношение Галилей цитира кардинал Баронио, че Библията учи как да се изкачи на небето, а не как работи небето.
Католическата църква смята тези аргументи за неубедителни и през 1616 г. доктрината за въртенето на Земята е забранена, а през 1631 г. Галилей е осъден от Инквизицията за своята защита. Извън Италия обаче тази забрана не оказа значително влияние върху развитието на науката и допринесе главно за спада на авторитета на самата католическа църква.
Трябва да се добави, че религиозни аргументи срещу движението на Земята са дадени не само от църковни лидери, но и от учени (например Тихо Брахе). От друга страна, католическият монах Паоло Фоскарини пише кратко есе „Писмо за възгледите на питагорейците и Коперник за подвижността на Земята и неподвижността на Слънцето и за новата питагорейска система на Вселената“ (1615 г.), където той изразява съображения, близки до тези на Галилей, а испанският теолог Диего де Зунига дори използва теорията на Коперник, за да тълкува някои пасажи от Светото писание (въпреки че по-късно промени мнението си). По този начин конфликтът между теологията и доктрината за движението на Земята не е толкова конфликт между науката и религията като такава, а конфликт между стари (вече остарели в началото на 17 век) и нови методологични принципи, лежащи в основата на науката .
Разбирането на научните проблеми, повдигнати от теорията за въртящата се Земя, допринесе за откриването на законите на класическата механика и създаването на нова космология, която се основава на идеята за безграничността на Вселената. Обсъдени по време на този процес, противоречията между тази теория и буквалния прочит на Библията допринесоха за разграничаването на естествената наука от религията.
Земята не стои неподвижна, а е в непрекъснато движение. Поради факта, че се върти около Слънцето, планетата преживява смяна на сезоните. Не всеки обаче помни, че докато лети около небесното тяло, Земята все още има време да се завърти около собствената си ос. Именно това движение причинява смяната на деня и нощта извън прозореца и се нарича дневно.
AiF.ru помогна да се разбере как и с каква скорост Земята се върти около Слънцето и своята ос астрофизик, служител на Московския планетариум Александър Перхняк.
Движението на Земята около своята ос
Докато Земята се върти около оста си, само две точки остават неподвижни: Северният и Южният полюс. Ако ги свържете с въображаема линия, ще получите оста, около която се върти Земята. Земната ос не е перпендикулярна, а е под ъгъл 23,5° спрямо земната орбита.
Земята се върти около оста си със скорост 465 m/s или 1674 km/h. Колкото по-далеч от екватора, толкова по-бавно се движи планетата.
„Малко хора знаят, че на разстояние от екватора скоростта на въртене на Земята става по-бавна. Визуално изглежда така. Град Кито се намира близо до екватора, което означава, че той и неговите жители, незабелязани от самите тях, правят завой заедно със Земята със скорост от 465 m/s. Но скоростта на въртене на московчани, живеещи много на север от екватора, ще бъде почти два пъти по-малка: 260 m/s“, каза Перхняк.
Земята се върти около оста си от запад на изток. Ако погледнете Земята отгоре по посока на Северния полюс, тя ще се върти обратно на часовниковата стрелка.
Да, променя се. Всяка година курсът на Земята се забавя средно с 4 милисекунди.
„Астрофизиците свързват това явление с лунната гравитация, за която е известно, че влияе на приливите и отливите на нашата планета. Така че, когато се появят, Луната изглежда се опитва да привлече вода към себе си, премествайки я в посока, обратна на движението на Земята. Поради това своеобразно съпротивление на дъното на резервоарите възниква лека сила на триене, която, в съответствие със законите на физиката, забавя скоростта на Земята. Незначително, само 4 милисекунди на година“, каза Перхняк.
Движението на Земята около Слънцето
Нашата планета се върти около Слънцето в орбита с дължина над 930 милиона километра.
Земята се върти около Слънцето със скорост 30 km/s, тоест 107 218 km/h.
Земята прави един пълен оборот около Слънцето за приблизително 365 дни. Периодът от време, през който Земята се върти напълно около Слънцето, се нарича година.
Около Слънцето Земята се върти от запад на изток, както и около оста си.
Земята се върти около Слънцето на разстояние около 150 милиона км.
Когато Земята се върти около Слънцето, нейният ъгъл на наклон не се променя. В резултат на това в една част от траекторията си Земята ще бъде обърната повече към Слънцето с долната си половина: Южното полукълбо, където започва лятото. И по това време Северният полюс ще бъде практически скрит от слънцето: това означава, че зимата идва там. Два пъти в годината Слънцето осветява приблизително еднакво северното и южното полукълбо: това е времето на пролетта и есента. Тези моменти са известни още като пролетно и есенно равноденствие.
„Когато Земята се върти около Слънцето, се генерира центробежна сила, която постоянно се опитва да отблъсне нашата планета. Но тя няма да успее. И всичко това, защото Земята винаги се движи около звездата с една и съща скорост и е на безопасно разстояние от нея, сравнимо с центробежната сила, с която се опитват да извадят Земята от орбита. Ето защо Земята не пада върху Слънцето и не лети в космоса, а продължава да се движи по зададена траектория“, каза Александър Перхняк.
