Движение Земли вокруг Солнца происходит по орбите, имеющей приблизительно форму эллипса. Скорость движения Земли - около 30 км в секунду. Полный оборот Земля совершает за 365,26 суток. Это время называется звездным годом. Ось Земли постоянно наклонена к плоскости орбиты под углом 66,5°. При движении Земли вокруг Солнца ось не меняет своего положения. Поэтому каждая точка земной поверхности встречает солнечные лучи под углами, изменяющимися в течение года. В разные периоды года полушария Земли получают одновременно неодинаковое количество солнечного тепла и света, что служит причиной смены времен года. На экваторе солнечные лучи падают почти под одинаковым углом в течение всего года, поэтому времена года там мало отличаются друг от друга. Это объясняется шарообразностью нашей Земли. В умеренных же широтах времена года сильно отличаются друг от друга. Это объясняется не только шарообразностью Земли, но и различными положениями планеты в течение всего года, что определяется наклоном оси вращения Земли к орбите и влияет на изменение угла падения солнечного луча на протяжении всего года.
Продолжительность дня и ночи на разных широтах Северного полушария в разные времена года
Двигаясь вокруг Солнца, Земля вращается в то же время вокруг своей оси с запада на восток с полным оборотом в течение звездных суток или за 23 часа 56 минут 4,0905 секунд. С этим движением на Земле связана смена дня и ночи. На освещенной Солнцем стороне - день, на противоположной стороне - ночь. Только на полюсе нет обычного деления времени на дни и ночи, так как около полугода Солнце не опускается за горизонт и столько же времени не восходит. Только осенью и весной в этих широтах возможно наблюдать смену дня и ночи.
Представление об изменении продолжительности дня и ночи на разных широтах можно получить, рассмотрев рисунок.
Одно из следствий вращения Земли вокруг оси - отклонение движущихся тел в Северном полушарии вправо, в Южном - влево. Оно вызывается действием силы Кориолиса, основанной на законе инерции. По нему каждое тело стремится сохранить направление и скорость своего движения, а вращающаяся Земля тем временем перемещается, что и вызывает отклонение в направлении движущегося тела. Сила Кориолиса оказывает отклоняющее действие на движение воздуха и в
Эти уравнения позволяют вычислять характеристики вращения Земли - координаты полюса и скорость вращения Земли. Если же массы льда неизвестны, но имеются данные о нестабильностях вращения Земли, то можно решить обратную задачу: по координатам полюса и скорости вращения вычислить ежегодные значения масс льда в Антарктиде, Гренландии и воды в Мировом океане. К сожалению, мы не смогли сопоставить...
Породы. При этом толщина коры становится меньше и в среднем составляет 10-15 км. Особенно тонкой кора становится в глубоководных впадинах (4-5 км). Аномальное гравитационное поле Земли отражает суммарное действие гравитирующих масс, расположенных на различных глубинах в земной коре и верхней мантии. Несмотря на сложную...
Более прозаично связаны с периодическими колебаниями физических систем и воздействием на них сторонних сил, имеющих также физическую природу. Итак, природные катаклизмы вызываются периодическими колебаниями системы атмосфера – океан – Земля под воздействием Солнца (прецессия), неравномерности прогрева атмосферы (воздействие воздушных масс на Землю), неравномерным прогревом океана (океанические...
В последовательности спектра (красная, оранжевая, желтая, зеленая, голубая, синяя, фиолетовая), однако цвета почти никогда не бывают чистыми, поскольку полосы взаимно перекрываются. Как правило, физические характеристики радуг существенно различаются, поэтому и по внешнему виду они весьма разнообразны. Их общей чертой является то, что центр дуги всегда располагается на прямой, проведенной от...
Вспомни! Что называют орбитой Земли? На какие полушария делит Землю экватор?
Каждый день утром восходит Солнце, в полдень оно стоит высоко в небе, а вечером скрывается за горизонтом и наступает ночь. Почему же так происходит?
Подумайте! Или может Солнце одновременно осветить всю Землю? Почему? Могут ли солнечные лучи пройти сквозь Землю или обогнуть ее? Почему?
Рис. 13. Вращение Земли вокруг своей оси
Земля - непрозрачное космическое тело, которое движется вокруг своей оси с запада на восток. Когда одна сторона Земли, повернутая к Солнцу и освещается его лучами, то противоположную сторону в это время находится в тени. На освещенной стороне длится день, на неосвещенном - ночь. Полный оборот вокруг своей оси Земля делает за одни сутки, которая длится 24 часа. Следовательно, вращение Земли вокруг оси вызывает смену дня и ночи.
Вращаясь вокруг своей оси, Земля одновременно движется по орбите вокруг Солнца.
Существенно, что воображаемая ось Земли всегда расположена под одинаковым углом. Во время движения вокруг Солнца наша планета больше возвращается к нему то Южной, то Северной полушарием. Когда к Солнцу повернуто Северное полушарие, она получает много света и тепла, и на ней царит лето. В Южном полушарии в это время зима.
Рис. 14. Годовое движение Земли вокруг Солнца
Земля постоянно движется. Постепенно она все больше поворачивается к Солнцу Южным полушарием и отворачивается от него Северной. Там, где было лето, наступает осень, а в Южное полушарие после холодной зимы приходит весна.
Продолжая движение, через некоторое время Земля поворачивается к Солнцу так, что Северное полушарие освещается и согревается еще меньше, а Южная - еще больше. Тогда в Северном полушарии наступает зима, а в Южном - лето.
Впоследствии Земля снова начинает возвращаться к Солнцу Северным полушарием. Там теплеет и наступает весна, а в Южное полушарие приходит осень.
Итак, Северная и Южная полушария Земли во время ее вращения вокруг Солнца одновременно получают неодинаковое количество солнечного света и тепла, что обусловливает смену времен года.
Полный оборот вокруг Солнца Земля делает за один год, который длится 365 суток 5 ч 48 мин 46 сек. Это число округляют и в течение трех лет в календаре записывают по 365 дней. За 4 года 5 часов с минутами и секундами добавляют, и получается еще одна эпоха. Поэтому каждый четвертый год в календаре появляется 29 февраля. Год продолжительностью 366 суток называют високосным.
Обсудите! Что было бы на Земле, если бы ось не была наклонена?
Високосный год.
Проверь свои знания
1. Почему на Земле происходит смена дня и ночи?
2. Что такое сутки? Сколько времени она длится?
3. Почему на Земле меняются времена года?
4. Сколько времени длится обычный земной год? А високосный?
5. По мнению Димы, если Солнце больше освещает Северное полушарие, то на ее территории наступает весна. Прав ли мальчик? Объясни, почему.
Подытожим вместе
Земля одновременно осуществляет суточное и годовое движение. Смена дня и ночи является следствием ее вращения вокруг своей оси, которое длится 24 часа - сутки. Год - это период времени, за который Земля делает полный оборот вокруг Солнца. Он длится примерно 365 суток. Движение Земли вокруг Солнца вызывает смену времен года.
Изюминка для любознательных
Земля движется вокруг своей оси с определенной скоростью. Наибольшей она является на экваторе и составляет 464 м/сек. Средняя скорость движения Земли вокруг Солнца 30 км/сек.
При движении Земли вокруг Солнца воображаемая ось Земли остается все время наклоненной под углом в 66,5 о к плоскости земной орбиты. Эти два фактора – наклон оси и движение Земли вокруг Солнца – приводят к смене времен года. Наклон оси обусловливает различный угол падения солнечных лучей, а следовательно, различное поступление солнечной радиации на земную поверхность и неодинаковую продолжительность дня и ночи. Со сменой времен года связана сезонная ритмика природы.
Рассмотрим положение Земли в наиболее характерные сроки. Например, наклон оси 21 марта и 23 сентября (в дни весеннего и осеннего равноденствия) оказывается нейтральным по отношению к Солнцу 1 . При этом оба полушария Земли (и северное и южное) освещены Солнцем одинаково. На всех широтах в эти сроки продолжительность дня и ночи равна 12 часам. В дни весеннего и осеннего равноденствия солнечные лучи на экваторе падают отвесно, т.е. Солнце в полдень на экваторе занимает зенитальное положение.
22 июня (день летнего солнцестояния) Земля занимает такое положение, что северный конец ее оси наклонен в сторону Солнца, при этом северное полушарие освещено максимально. Солнечные лучи падают отвесно уже не на экватор, а на северный тропик (тропик Рака), широта которого 23,5 о с.ш. Таким образом, 22 июня Солнце в полдень бывает в зените над северным тропиком. На 66,5 о северной широты (Северный Полярный круг) 22 июня наблюдается полярный день, т.е. Солнце ровно одни сутки не заходит за горизонт. Круглые сутки освещенными оказываются не только широта Полярного круга, но и все пространство к северу от него вплоть до Северного полюса.
На 66,5 о южной широты (Южный Полярный круг) и к югу от него до Южного полюса 22 июня полярная ночь. В северном полушарии 22 июня является самым длинным днем в году, а в южном, наоборот, самым коротким.
22 декабря (день зимнего солнцестояния) все происходит наоборот. Солнечные лучи уже отвесно падают на южный тропик (тропик Козерога). На широте Южного Полярного круга и к югу от него – полярный день, а на широте Северного Полярного круга и к северу от него – полярная ночь. Земля расположена так, что южное полушарие больше освещено, чем северное. 22 декабря в северном полушарии самый короткий день в году, а в южном соответственно – самый длинный.
На Земном шаре можно выделить пять поясов освещенности, границами которых являются тропики и полярные круги. Тропический пояс (занимает 40% земной поверхности) характеризуется тем, что в любой его точке Солнце в полдень бывает два раза в год в зените, на самих тропиках – один; на северном тропике 22 июня, на южном – 22 декабря. В течение всего года в тропическом поясе разница между долготой дня и продолжительностью ночи незначительная, сумерки короткие. Времена года практически отсутствуют.
Два пояса умеренных (занимают 52% земной поверхности). Здесь имеются ощутимые контрасты в продолжительности дня и ночи в зависимости от сезона. Сумерки продолжительны. Летом Солнце находится высоко над горизонтом (особенно вблизи тропиков), хотя зенительного положения не достигает; летний день очень длинный (особенно вблизи полярных кругов), но полярного дня не бывает. Соответственно, зимой Солнце низко над горизонтом, зимний день очень короткий. Четко выражена смена четырех времен года.
Два полярных пояса занимают 8% земной поверхности. Для них характерны следующие черты: летом – полярный день, длящийся от одних суток на широте полярного круга до полугода на полюсе, соответственно, зимой – полярная ночь с аналогичной продолжительностью. Сезоны года выражены слабо: очень холодная длинная зима и короткое холодное лето.
Кроме того, что Земля вращается вокруг Солнца, она вращается еще и вокруг своей оси (суточное вращение). Направление вращения – с запада на восток, если смотреть с Полярной звезды. Один оборот вокруг своей оси Земля совершает за 23 ч. 56 мин. 4 сек. – 1 сутки). Каждая точка земной поверхности, кроме полюсов, описывает окружность в течение суток большей или меньшей величины, если считать, что ось неподвижна. В результате этого нам кажется, что небесные тела движутся с востока на запад. Экспериментальным доказательством вращения Земли вокруг оси служит опыт с маятником Фуко. С осевым вращением Земли связано несколько географических следствий:
сжатие Земли с полюсов;
смена дня и ночи, с которой связана суточная ритмика природы;
возникновение силы Кориолиса. При любом движении во вращающейся системе эта сила направлена перпендикулярно оси вращения. Благодаря силе Кориолиса, ветры умеренных широт обоих полушарий принимают преимущественно западное направление, а в тропических широтах – восточное (пассатное). Аналогичное проявление силы Кориолиса обнаруживается в направлении движения океанических вод. Кориолисовой силой объясняется и закон Бэра-Бабине, согласно которому правые берега рек северного полушария круче левых, а в южном полушарии ситуация противоположная.
Времена года . Земля совершает полный оборот вокруг Солнца за 365 суток и 6 часов. Для удобства принято считать, что в году 365 дней. А через каждые четыре года, когда «накопятся» лишние 24 часа, наступает високосный год, в котором не 365, а 366 дней (29 - в феврале).
В сентябре, когда после летних каникул вы снова приходите в школу, наступает осень. Дни становятся короче, а ночи - длиннее и прохладнее. Через месяц-другой с деревьев опадут листья, улетят перелётные птицы, в воздухе закружатся первые снежинки. В декабре, когда снег укроет белой пеленой землю, придёт зима. Наступят самые короткие дни в году. Восход Солнца в это время поздний, а заход ранний.
В марте, когда приходит весна, дни удлиняются, солнце светит всё ярче, воздух становится теплее, кругом начинают журчать ручьи. Природа вновь оживает, и вскоре начинается долгожданное лето.
Так было и будет всегда из года в год. А задавались ли вы когда-нибудь вопросом: почему происходит смена времён года?
Географические следствия движения Земли . Вы уже знаете, что у Земли два основных движения: она вращается вокруг своей оси и обращается по орбите вокруг Солнца. При этом земная ось наклонена к плоскости орбиты на 66,5°. Движение Земли вокруг Солнца и наклон земной оси определяют на нашей планете смену времён года и продолжительность дня и ночи.
Два раза в году - весной и осенью - наступают дни, когда на всей Земле долгота дня равна долготе ночи - 12 часов. День весеннего равноденствия наступает 21-22 марта, день осеннего равноденствия - 22-23 сентября. На экваторе день всегда равен ночи.
Самый длинный день и самая короткая ночь на Земле наступают в Северном полушарии - 22 июня, а в Южном - 22 декабря. Это дни летнего солнцестояния.
После 22 июня, вследствие перемещения Земли по орбите, в Северном полушарии высота Солнца над горизонтом постепенно уменьшается, дни становятся короче, а ночи - длиннее. А в Южном полушарии Солнце поднимается над горизонтом выше и световой день увеличивается. Южное полушарие получает всё больше солнечного тепла, а Северное - всё меньше.
Самый короткий день в Северном полушарии наступает 22 декабря, а в Южном - 22 июня. Это день зимнего солнцестояния.
На экваторе угол падения солнечных лучей на земную поверхность и продолжительность дня изменяются мало, поэтому смену времён года там заметить практически невозможно.
О некоторых особенностях движения нашей планеты . На Земле есть две параллели, на которых Солнце в полдень в дни летнего и зимнего солнцестояния находится в зените, то есть стоит прямо над головой наблюдателя. Такие параллели именуются тропиками. На Северном тропике (23,5° с. ш.) Солнце в зените бывает 22 июня, на Южном тропике (23,5° ю. ш.) - 22 декабря.
Параллели, расположенные на 66,5° северной и южной широты, называются полярными кругами. Они считаются границами территорий, где наблюдаются полярные дни и полярные ночи. Полярный день - это период, когда Солнце не опускается за горизонт. Чем ближе от полярного круга к полюсу, тем длиннее полярный день. На широте полярного круга он длится всего одни сутки, а на полюсе - 189 суток. В Северном полушарии на широте Северного полярного круга полярный день начинается 22 июня - в день летнего солнцестояния, а в Южном - 22 декабря. Продолжительность полярной ночи бывает от одних суток (на широте полярных кругов) до 176 (на полюсах). Всё это время Солнце не появляется над горизонтом. В Северном полушарии это явление природы начинается 22 декабря, а в Южном - 22 июня.
1. Годовое движение Земли вокруг Солнца. 2. В таком положении находится наша планета в дни летнего и зимнего солнцестояния. 3. Пояса освещённости Земли.
Нельзя не отметить и тот чудесный период в начале лета, когда вечерняя заря сходится с утренней и всю ночь длятся сумерки, - белые ночи. Наблюдаются они в обоих полушариях на широтах, превышающих 60°, когда Солнце в полночь опускается за горизонт не более чем на 7°. В Санкт-Петербурге (около 60° с. ш.) белые ночи продолжаются с 11 июня по 2 июля, а в Архангельске (64° с. ш.) - с 13 мая по 30 июля.
Пояса освещённости . Следствием годового движения Земли и её суточного вращения является неравномерное распределение солнечного света и тепла по земной поверхности. Поэтому на Земле существуют пояса освещённости.
Между Северным и Южным тропиками по обе стороны от экватора пролегает тропический пояс освещённости. Он занимает 40 % земной поверхности, на которые приходится наибольшее количество солнечного света. Между тропиками и полярными кругами в Южном и Северном полушариях находятся умеренные пояса освещённости, получающие меньшее количество солнечного света, чем тропический пояс. От полярного круга до полюса в каждом полушарии расположены полярные пояса. Этой части земной поверхности меньше всего достаётся солнечного света. В отличие от других поясов освещённости только здесь бывают полярные дни и ночи.
Вопросы и задания
- Объясните, как происходит смена времён года на Земле. Чем характеризуются времена года в вашей местности?
- Определите по географической карте, в каких поясах освещённости расположена территория нашей страны.
- Выпишите из учебника все следствия вращения Земли вокруг своей оси.
Движение двойной планеты Земля-Луна и приливное трение.
Пояса освещения.
СУТОЧНОЕ И ГОДОВОЕ ВРАЩЕНИЕ ЗЕМЛИ
1.Суточное вращение Земли и его значение для географической оболочки.
2.Годовое вращение Земли вокруг Солнца и его географическое значение.
Земля совершает 11 различных движений, из которых важное географическое значение имеют следующие: 1)суточное вращение вокруг оси; 2)годовое обращение вокруг Солнца; 3) движение вокруг общего центра тяжести системы Земля-Луна.
Ось вращения Земли отклонена от перпендикуляра к плоскости эклиптики на 23 0 26,5‘. Угол наклона при движении по орбите вокруг Солнца сохраняется.
Осевое вращение Земли происходит с запада на восток или против часовой стрелки, если смотреть с Северного полюса Мира. Это направление движения присуще всей Галактике.
Время оборота Земли вокруг своей оси может быть определено по Солнцу и по звездам. Солнечными сутками называется промежуток времени между двумя последовательными прохождениями Солнца через меридиан точки наблюдения. В связи со сложностью движения Солнца и Земли истинные солнечные сутки изменяются. Поэтому для определения среднего солнечного времени применяются такие сутки, продолжительность которых равна средней длине суток в течение года.
В связи с тем, что Земля движется в том же направлении, в котором вращается вокруг своей оси, то солнечные сутки несколько длиннее действительного времени полного оборота Земли. Действительное время полного оборота Земли определяется временем между двумя прохождениями звезды через меридиан данного места. Звездные сутки равны 23 часам 56 минутам и 4 секундам. Это и есть действительное время суточного оборота Земли.
Угловая скорость вращения , т. е. угол, на который поворачивается какая-нибудь точка на поверхности Земли за любой отрезок времени, одинакова для всех широт. За один час точка пробегает 15 0 (360 0: 24 часа = 15 0). Линейная скорость зависит от широты. На экваторе она равна 464 м/сек, в сторону полюсов уменьшается.
Время суток – утро, день, вечер и ночь – на одном и том же меридиане начинаются одновременно. Однако трудовая деятельность людей в разных частях Земли требует согласованного счета времени. С этой целью введено поясное время.
Сущность поясного времени заключается в том, что Земля в соответствии с количеством часов в сутках меридианами делится на 24 пояса, идущих от одного до другого полюса. Ширина каждого пояса равна 15 0 . Местное время среднего меридиана одного пояса от соседнего пояса отличается на 1 час. В действительности границы часовых поясов на суше проводятся не всегда по меридианам, а часто по политическим и географическим рубежам.
Вращение Земли вокруг своей оси дает объективную основу для построения градусной сетки. Во вращающейся сфере объективно выделяются две точки, к которым может быть привязана координатная сетка. Эти точки – полюсы, не участвующие во вращении, и поэтому неподвижные.
Ось вращения Земли - это прямая, проходящая через центр ее массы, вокруг которой вращается наша планета. Точки пересечения оси вращения с поверхностью Земли называются географическими полюсами ; их два – северный и южный. Северным полюсом называется тот, со стороны которого планета вращается против часовой стрелки, как и вся Галактика.
Линия пересечения большого круга, плоскость которого перпендикулярна оси вращения, с поверхностью земного шара называется географическим или земным экватором . Можно сказать, что экватором называется линия, во всех точках равностоящая от полюсов. Экватор делит Землю на два полушария: северное и южное. Противоположность между северным и южным полушариями не только чисто геометрическая. Экватор – это линия смены времен года и отклонения движущихся тел вправо и влево, а также это видимый путь движения Солнца и всего небосвода.
Малые круги, плоскости которых параллельны экваториальной, пересекаясь с земной поверхностью, образуют географические параллели. Удаленность параллелей, а равно и всех других точек, от экватора выражается географической широтой . С точки зрения вращательного движения Земли географическая широта – это угол между плоскостью земного экватора и отвесной линией в данной точке. При этом Земля принимается за однородный шар радиусом 6 371 км. В этом случае географическую широту можно понимать как удаленность искомой точки от экватора в градусах. В отличие от географической широты, геодезическая широта определяется не только на шаре, но и на сфероиде как угол между плоскостью экватора и нормалью к сфероиду в данной точке.
Линия пересечения большого круга, проходящая через географические полюсы и через искомую точку, с поверхностью земного шара называется меридианом данной точки. Плоскость меридиана перпендикулярна к плоскости горизонта. Линия пересечения этих двух плоскостей и называется полуденной линией . Для определения начального меридиана объективного критерия нет. По международному соглашению в качестве начального принят меридиан обсерватории в Гринвиче (окрестности Лондона).
От начального меридиана ведется счет долгот. Географической долготой называется двугранный угол между плоскостями меридианов: начального и искомой точки, или расстояние в градусах от начального меридиана до определенного места. Счет долгот можно вести в одну сторону, в направлении движения Земли, т. е. с запада на восток, а можно и в две стороны. Это правило, однако, допускает исключения: например, мыс Дежнева, крайнюю точку Азии, можно считать как на 170 0 з.д., так и на 190 0 в.д.
Условность счета долгот позволяет делить Землю не по начальному меридиану, а по принципу полного охвата материков .
Для географической оболочки и природы Земли в целом осевое вращение Земли имеет огромное значение, в частности:
1.Осевое вращение Земли создает основную единицу времени – сутки, делящие Землю на две части – освещенную и неосвещенную. С этой единицей времени в процессе эволюции органического мира оказалась согласованной физиологическая деятельность животных и растений. Смена напряжения (работа) и ослабления (отдых) есть внутренняя потребность всех живых организмов. Очевидно, главным синхронизатором биологических ритмов выступает чередование света и темноты. С этим чередованием связана ритмика фотосинтеза, клеточного деления и роста, дыхания, свечения водорослей и многие другие явления в географической оболочке.
От суток зависит важнейшая черта теплового режима земной поверхности – смена дневного нагревания и ночного охлаждения. При этом важна не только эта смена сама по себе, но и продолжительность периодов нагревания и охлаждения.
Суточная ритмика проявляется и в неживой природе: в нагревании и охлаждении горных пород и выветривании, температурном режиме, температуре воздуха, наземных осадках и т.д.
2.Важнейшее значение вращения географического пространства состоит в разделении его на правое и левое. Это приводит к отклонению путей движущихся тел вправо в северном полушарии и влево в южном полушарии.
Еще в 1835 г. математик Гюстав Кориолис сформулировал теорию относительного движения тел во вращающейся системе отсчета . Вращающееся географическое пространство и является такой неподвижной системой. Отклонение движения вправо или влево получило название кориолисовой силы или кориолисова ускорения . Сущность данного явления состоит в следующем. Направление движения тел, естественно, прямолинейно относительно оси Мира. Но на Земле оно происходит на вращающейся сфере. Под движущимся телом плоскость горизонта поворачивается влево в северном полушарии и вправо в южном полушарии. Поскольку наблюдатель находится на твердой поверхности вращающейся сферы, то ему кажется, что движущееся тело отклоняется вправо, тогда как на самом деле плоскость горизонта уходит влево. Действию кориолисовой силы подвергаются все перемещающиеся на Земле массы: вода в океанических и морских течениях, воздушные массы в процессе циркуляции атмосферы, вещество в ядре и мантии.
3.Вращение Земли (вместе с шарообразной формой) в поле солнечной радиации (свет и тепло) определяет западно-восточное протяжение природных зон и географических поясов.
4.Благодаря вращению Земли, неупорядоченные в разных местах восходящие и нисходящие токи воздуха приобретают преимущественную спиральность. Этой закономерности подчиняются воздушные массы, океанические воды, а также, вероятно, вещество ядра.