Скорость вращения земли: линейная скорость, угловая скорость

Движение Земли вокруг своей оси

Из-за того, что Земля непрерывно вращается, на каждом участке планеты непрерывно что-то меняется. Например, на смену дню приходит вечер, плавно перетекающий в ночь. И это все благодаря движению вокруг оси.

Стоит сразу отметить, что никакая земная ось на самом деле не существует, только в воображении. Представить ее несложно, она как будто бы проходит сквозь всю планету, пронизывая ее в двух точках-полюсах, Северном и Южном. Несмотря на физическое отсутствие оси, вращается планета так, будто и правда насажена на эту гигантскую палку и раскручена чьей-то сильной рукой.

Направление движения стабильно и происходит с запада на восток. Именно поэтому на протяжении миллионов лет все обитатели планеты видят, что Солнце восходит на востоке и потом скрывается на западе.

Интересно, что если вдруг кто-то возьмется наблюдать за ним с Северного полюса, то выглядеть оно будет как вращение против часовой стрелки. Ну а если с Южного, то, наоборот, по часовой стрелке.

Интересно, что скорость движения, в отличие от направления, периодически меняется. Несложно догадаться, что один оборот Земля делает примерно за 24 часа. Слово «примерно» появилось здесь не случайно. На самом деле, дотошные ученые установили, что сутки суткам рознь и могут отличаться на какие-то доли секунд.

Например, самые короткие были зафиксированы в 2003 году. Они длились меньше, чем положено на целую секунду и еще 5 ее тысячных.

Причин для изменения скорости множество. Это могут быть и внутренние процессы, происходящие глубоко под земной корой, и магнитное излучение Луны, и небесные тела, проносящиеся поблизости от Солнечной системы.

Самые дотошные ученые поли дальше. Они тщательно изучили записи, оставленные их коллегами во времена расцвета Вавилона, и пришли к выводу, что тогда длина суток была меньше на 0,04 секунды. А анализ сохранившихся до наших дней артефактов Мезозойской эры показал, что во времена господства динозавров на планете, длина суток составляла всего 23 часа.

Что будет, если Земля постепенно прекратит своё вращение?

Теперь перейдём к более реалистичному моделированию ситуации, если бы наша планета начала замедляться гораздо быстрее и человечество всё же застало момент её остановки.

Мы уже знаем, что наша планета остановится только через миллиарды лет, но гипотетически это может произойти и раньше. Учёные не исключают, что скорость вращения планеты может снизиться, например, вследствие столкновения с астероидом. Такое событие само по себе будет губительным для землян, а замедление скорости вращения планеты станет неприятным бонусом ко всему. Но давайте представим, что это произошло без участия огромных астероидов, а по более «незаметным причинам».

Свет и тьма

Первое, что приходит на ум – это вечный день на одном полушарии и вечная ночь – на другом. На самом деле это мелочи по сравнению с другими глобальными изменениями, начиная от ужасных катаклизмов и заканчивая перераспределением вод Мирового океана, что приведёт к массовой гибели всего живого на планете.

Понятие суток исчезнет. На одной стороне Земли будет вечный день. При этом постоянный солнцепёк уничтожит многие растения, а почва высохнет и потрескается. Тёмная сторона Земли будет подобна снежной тундре. Учёные считают, что более или менее пригодной будет промежуточная область между днём и ночью.

Экватор без океанов

Воды Мирового океана изменят своё расположение, сместившись от экватора к полюсам. То есть экваториальная линия станет одни большим участком суши, а многие материковые зоны ближе к полюсам будут затоплены. Дело в том, что наша планета из-за вращения немного выпуклая, поэтому вдоль экватора она имеет своеобразный «горб». Таким образом, после остановки Земли воды Мирового океана перестанут равномерно удерживаться и фактически «стекут» с экватора.

Так будет выглядеть суша и океан

Солнце и галактика тоже движутся

Солнце имеет собственную орбиту в Млечном Пути. Солнце находится на расстоянии примерно 25 000 световых лет от центра галактики, а Млечный путь — по меньшей мере имеет протяжённость на 100 000 световых лет. Солнце и солнечная система движутся со скоростью 200 километров в секунду или со средней скоростью 720 000 км/ч. Даже на этой быстрой скорости солнечной системе понадобится около 230 миллионов лет, чтобы пройти по всему Млечному пути.

Млечный путь тоже движется в пространстве относительно других галактик. Примерно через 4 миллиарда лет Млечный Путь столкнется с ближайшим соседкой — галактикой Андромеда. Эти две галактики спешат навстречу друг другу со скоростью 112 км в секунду.

Таким образом, всё во Вселенной движется.

Что произойдёт, если Земля перестанет вращаться?

Нет никакого шанса, что вы будете выброшены в космос, потому что гравитация Земли сильнее по сравнению с её вращающимся движением (центростремительным ускорением). В самой сильной точке, которая находится на экваторе, центростремительное ускорение только противодействует гравитации Земли, примерно на 0,3 процента. Другими словами, вы даже не заметите остановки Земли, хотя на экваторе вы будете весить немного меньше, чем на полюсах.

NASA говорит, что вероятность прекращения вращения Земли в течение следующих нескольких миллиардов лет «практически равна нулю». Теоретически, однако, если бы Земля внезапно прекратила своё движение, то эффект был бы ужасным. Атмосфера будет продолжать двигаться с первоначальной скоростью вращения Земли. Это означает, что всё будет сметено с суши, включая людей, здания, скалы и даже деревья, и верхний слой почвы.

А что произойдёт, если процесс будет более постепенным? Это наиболее вероятный сценарий, потому что солнце и луна влияют на вращение Земли. Это даст немного времени, чтобы люди, животные и растения привыкли к этому изменению.

По законам физики, при замедлении вращения Земли, сложится ситуация, которая называется «синхронным солнцем»: одна сторона нашей планеты будет всегда обращена к солнцу, а другая сторона — навсегда останется в тени. Для сравнения: луна Земли уже находится в синхронном вращении Земли, где одна сторона Луны всегда стоит перед нами, а другая сторона напротив нас.

Если Земля прекратит вращаться полностью:

Во-первых, магнитное поле, по-видимому, исчезнет, поскольку считается, что оно частично создаётся спином.
Мы потеряем наши красочные северные сияния, и лунные радиационные пояса Ван-Аллена, окружающие Землю.
Земля будет голая из-за ярости солнца. Каждый раз, когда солнце пошлёт выброс корональной массы на Землю, оно спалит поверхность и выкупает её в радиации.

«Прекращение движения Земли — это значительная биологическая опасность».

Почему Земля крутится вокруг оси?

В Средневековье люди считали, что Земля неподвижна, а Солнце и другие планеты вертятся вокруг нее. Только в XVI веке астрономам удалось доказать обратное. Несмотря на то что многие связывают это открытие с Галлилеем, на самом деле оно принадлежит другому ученому – Николаю Копернику.

Именно он в 1543 году написал трактат «Об обращении небесных сфер», где выдвинул теорию о движении Земли вокруг Солнца. Долгое время эта идея не получала поддержки ни со стороны его коллег, ни со стороны церкви, но в итоге оказала огромное влияние на научную революцию в Европе и стала основополагающей в дальнейшем развитии астрономии.
После того как теория о вращении Земли была доказана, ученые принялись искать причины этого явления. На протяжении последних столетий было выдвинуто множество гипотез, но даже сегодня точно ответить на этот вопрос не может ни один астроном.

В настоящее время существует три основные версии, которые имеют право на жизнь – теории об инертном вращении, магнитных полях и воздействии на планету солнечного излучения.

Из-за чего происходит вращение Земли вокруг своей оси?

Изящное 24-часовое вращение Земли вокруг своей оси — одна из причин, почему наша родная планета обитаема. Во многом именно это позволило развиться жизни, благодаря созданию благоприятной температуры, которая достигается постоянной сменой дня и ночи.

Не стоит забывать, что не только Земля имеет такую особенность — каждая планета в Солнечной системе имеет свое уникальное вращение. К примеру, на крошечном Меркурии, который находится ближе всего к Солнцу, одно вращение происходит за 59 земных дней, а на Венере — вообще 243, и кроме того ее движение происходит в обратном направлении.

То, что Земля вращается, знают все, и это кажется банальной информацией, но если задуматься, то не совсем понятно, почему же это происходит. Для ответа на этот вопрос надо узнать, как образовалась вся Солнечная система.

Материалы по теме:

Может Земля замедлить вращение или остановиться?

Изначально Солнечная система представляла из себя просто огромное облако пыли и газа, которое со временем начало разрушаться, превращаясь в гигантский диск. Он в свою очередь постоянно увеличивал свою скорость вращения, словно фигуристка, вскидывающая руки вверх, чтобы двигаться быстрее. Солнце сформировалось в центре, а планеты начали собираться в отдалении от него. Все объекты, из которых состоит наша система, находятся на одной и той же плоскости
и двигаются в одном направлении потому, что все они произошли из одного диска космической пыли.

Пока происходил процесс склейки планет и других небесных тел, спокойствия в Солнечной системе не было никакого, так как обломки постоянно сталкивались друг с другом, что приводило к их вращению. Иногда гравитация больших обломков завлекала маленькие — так появились спутники.

Колебания оси во время вращения

Под влиянием силы тяготения Луны и в меньшей мере Солнца, а также из-за неоднородной плотности вещества внутри планеты направление оси вращения Земли периодически меняется. Схема ее траектории представляет собой конус.

Самое очевидное следствие этого — предварение равноденствий. С каждым годом весеннее равноденствие наступает на 20,5 минуты раньше. Этот процесс тоже является цикличным: его период составляет 25 776 лет.

Для земной оси характерно явление, при котором изменяется наклон эклиптики к экватору, — нутация. Она равна 18,61 года.

Отмечено, что с начала 21 века скорость дрейфа земной оси по направлению к востоку увеличилась и сейчас составляет 17 см в год.

Какая опасность, которая грозит человечеству при «кувырке» Земли?

Земля представляет собой своеобразный гироскоп с тремя степенями свободы. Если движение внутреннего ядра в сторону земной поверхности будет продолжаться такими же темпами, как сейчас, то через определенное время центр масс планеты сместится настолько, что Земля просто кувыркнется в пространстве, подобно пластилиновому шару со смещенным центром тяжести в опыте Джанибекова, чтобы занять более устойчивое положение оси своего вращения. «Кувырок» может произойти внезапно, под воздействием внешних факторов, т.е. при сложении лунных и солнечных приливов, под влиянием галактических магнитных полей на магнитный момент ядра или при пролете вблизи массивного космического тела.

Однако Луна является и стабилизирующим фактором, который придает устойчивость Земле от «кувырков».

Переворот планеты, судя по мифам, уже происходил в древности и, осмысливая пророчества, неизменно произойдет в будущем! Предпосылкой этого события является смещение ядра планеты, которое фиксируется величиной отклонения оси магнитного диполя от оси Земли.

Для всего человечества это будет испытанием, но не фатальным! В момент «кувырка», под действием центробежных сил, резко возрастет вулканическая активность, повыситься уровень океана и усилится расширение Земли. Возмущение магнитного поля (со сменой полюсов) приведут к сбоям в радиосвязи и всей электроники, от усиления потока излучения попадающего на планету, погибнет часть флоры и фауны. На месте Полярной звезды появиться Южный крест, а Солнце станет всходить на Западе!

Скорость вращения вокруг Солнца

На 1 оборот вокруг центра Солнечной системы Земле требуется 365 суток 5 часов 48 минут 46 секунд (1 астрономический год). Но для удобства за календарный год принято считать 365 дней, а оставшееся время «накапливается» и добавляет по одному дню к каждому високосному году.

Орбитальное расстояние равно 942 млн км. Исходя из расчетов, скорость Земли составляет 30 км в секунду или 107000 км/час. Для людей она остается незаметной, поскольку все люди и предметы движутся одинаково в системе координат. А между тем она очень большая. Для примера, наибольшая скорость гоночного автомобиля равна 300 км/час, что в 365 раз медленнее скорости Земли, несущейся по своей орбите.

Однако величина в 30 км/с непостоянна в связи с тем, что орбита представляет собой эллипс. Скорость движения нашей планеты в течение всего пути несколько колеблется. Наибольшая разница достигается при прохождении точек перигелия и афелия и составляет 1 км/с. То есть принятая скорость 30 км/с является средней.

Неравномерность вращения

Человечество за свою историю привыкло к тому, что смена дня и ночи происходит постоянно. Это служило неким эталоном времени и символом равномерности жизненных процессов. На период вращения Земли вокруг Солнца до определенной степени оказывает влияние эллипсность орбиты и другие планеты системы.

Другая особенность – изменение продолжительности суток. Осевое вращение Земли происходит неравномерно. Выделяют несколько основных причин. Значение имеют сезонные колебания, связанные с динамикой атмосферы и распределением осадков. Кроме того, приливная волна, направленная против хода движения планеты, постоянно его тормозит. Этот показатель ничтожен (за 40 тыс. лет на 1 секунду). Но за 1 млрд лет под действием этого продолжительность суток увеличилась на 7 часов (с 17 до 24).

Следствия вращения Земли вокруг Солнца и своей оси изучаются. Данные исследования имеют большое практическое и научное значение. Их используют не только для точности определения звездных координат, но и для выявления закономерностей, которые могут влиять на процессы жизнедеятельности человека и природные явления в гидрометеорологии и других областях.

За сколько дней Солнце делает оборот вокруг оси?

Ответ на первую часть вопроса утвердительный – Солнце действительно вращается вокруг собственной оси, причем один полный оборот оно совершает за 25 земный дней, при этом скорость вращения Солнца около 7200 км/час, что приблизительно в 4 раза больше скорости вращения Земли. Ответ на вторую часть заслуживает более детального рассмотрения.

Пятна на Солнце – именно благодаря им нам известна скорость вращения Солнца вокруг своей оси и текущий наклон оси вращения светила

Вращение Солнца вокруг своей оси не похоже на вращение твердого тела, экваториальные области Солнца совершают полный оборот быстрее, чем средние широты, о чем мы заключаем из того факта, что перемещения солнечных пятен вблизи экватора заметно опережает пятна, расположенные ближе к полюсам. Схожая картина наблюдается и у планет-газовых гигантов, таких как Юпитер и Сатурн.

Определить направление оси вращения Солнца достаточно просто. Если бы эта ось была перпендикулярна к плоскости земной орбиты, то казалось бы, что солнечные пятна движутся по диску Солнца все время вдоль прямых линий.

На самом же деле по прямой они движутся только около 6-го июня и 6-го декабря. В остальное время они движутся по кривым, причем максимум кривизны наступает в промежуточные даты 7 марта и 8 сентября. Кривизна этих путей невелика, но при точном измерении видно, что ось Солнца составляет примерно 7° с перпендикуляром к плоскости орбиты Земли.

Таким образом, с июня по декабрь нам виден северный полюс Солнца, а в течение второй половины года — южный.

Таким образом, основные сведения о вращении нашей домашней звезды можно получить одним лишь визуальным осмотром, наблюдая группы солнечных пятен на её поверхности.

Солнце имеет форму шара или сплюснуто у полюсов?

Нам известно, что за счет вращения, Земля представляет собой не идеальный шар, а несколько “сплюснута” с полюсов. Ее полярный диаметр вследствие центробежной силы, развивающейся при вращении, на 43 км меньше экваториального. Можно ли наблюдать такой же эффект и на Солнце?

Вас может заинтересовать

Солнечные затмения и их роль в изучении космоса
Магнитное поле Земли и солнечный магнетизм
Почему Солнце красного цвета на закате?
Почему небо голубое, а Солнце желтое
Строение и атмосфера Солнца. Солнечный ветер

На этот вопрос нелегко ответить, так как если Солнце и отклоняется от сферической формы, то отклонение это весьма незначительно. Вдобавок, засечь его чрезвычайно трудно.

Дело в том, что свет, идущий от нижнего края солнечного диска, должен пройти несколько большую толщу земной атмосферы, чем тот, который исходит от верхнего края. Это различие проходимого пути, как бы оно ни было мало, все же приводит к ошибкам, которые трудно учесть.

Наклон оси Солнца в разные времена года на Земле. Р-Р – ось вращения Солнца, N – «север» Солнца

Мы убеждены, что некоторое сплющивание солнца у полюсов должно иметь место, но для его определения придется искать новые методы наблюдений.

Экваториальный диаметр Солнца измерить гораздо проще, чем полярный. В полдень восточный и западный края Солнца находятся на одной и той же высоте над горизонтом. Следовательно, путь световых лучей через земную атмосферу, по существу, будет одинаков.

Наибольшую проблему оценки истинного диаметра солнца при наблюдении с Земли вызывает влияние земной атмосферы. Даже если атмосфера неподвижна, любая легкая дымка приводит к тому, что Солнце кажется большего размера, чем есть в действительности.

Этот эффект, известный под названием иррадиации, может привести к ошибке до 0,1%. При этом, учитывая, что диаметр Солнца составляет 109 диаметров Земли, ошибка будет исчисляться сотнями километров!

Смещение центра тяжести Земли

Центр масс Земли, или геоцентр, выбирается в качестве начала во многих системах координат, поскольку является очень устойчивой точкой в теле Земли. Эта точка реализуется по наблюдению спутников, движущихся в гравитационном поле. Геоцентр рекомендован в качестве начала для земной референцной системы в (IERS, 1996) и (IERS, 2003) как центр масс Земли, включая океаны и атмосферу.

Анализ спутниковых лазерных дальномерных наблюдений уверенно показывает, что система отсчета, реализованная в координатах станций наблюдений, неподвижных относительно земной коры, ощутимо смещается относительно центра масс Земли.

Видно неспроста, в 1997 г. Международная служба вращения Земли провела кампанию по исследованию стабильности геоцентра, в которой приняли участие 42 исследователя из 25 научных групп, использовавших современные геофизические модели и результаты обработки лазерных измерений, GPS и DORIS.

Вековые смещения в положении геоцентра можно объяснить такими причинами:

изменением уровня моря;
изменениями в ледяном щите (в Гренландии, Антарктиде);
тектоническими смещениями в земной коре (рост объёма Земли).

На стабильность Геоцентра влияет положение ядра нашей планеты, плавающего в мантии! Внутреннее ядро вращается со скоростью, отличной от внешнего. Это создает динамо-эффект в виде конвекционных потоков. В результате этот гигантский электромагнит генерирует магнитное поле (МП) планеты. Следовательно, по фактическому положению оси магнитного диполя можно судить о положении ядра Земли!

Итак, смещение ядра нашей планеты должно фиксироваться разницей между магнитной осью и осью вращения.

«В начале первых систематических наблюдений за геомагнитным полем (1829г.) было отмечено, что магнитный диполь Земли (соответственно и внутреннее ядро) смещен относительно оси вращения планеты на 252 км в сторону Тихого океана. По данным 1965 года это смещение увеличилось до 430 км, и продолжает возрастать! На каком расстоянии от центра Земли находится магнитный диполь в настоящее время, выяснить не удалось, так как по каким-то причинам эти сведения в открытых источниках больше не публикуются».

Эти фразы гуляют по просторам сети уже десятилетие! Предлагаю читателям математическую модель, вычисляющую по координатам магнитных полюсов отклонение ядра планеты от Геоцентра:

Угол a между двумя точками A(μ1;λ1) и В(μ2;λ2) на сфере, (где μ и λ — широта и долгота) определяется из сферической теоремы косинусов:

a = arccos⁡(sin⁡(μ1)*sin⁡(μ2)+cos⁡(μ1)*cos⁡(μ2)*cos⁡(λ1-λ2))

Расстояние отклонения магнитного от географического центра Земли, (где R – радиус Земли):

H = R*√¯¯1-sin²(a/2)

Почему Солнце вращается вокруг галактики?

Как и в случае с вращением Земли, точная причина движения Солнца не установлена. По одной из версий, в Галактическом центре находится некая темная материя (сверхмассивная черная дыра), которая воздействует как на вращение звезд, так и на их скорость. Вокруг этой дыры находится другая дыра меньшей массы.

Совместно обе материи оказывают гравитационное влияние на звезды в галактике и вынуждают их передвигаться по различным траекториям. Другие ученые придерживаются мнения, что движение связано с гравитационными силами, исходящими от ядра Млечного Пути.

Как и любой объект, Солнце движется по инерции по прямой траектории, однако гравитация Галактического центра притягивает его к себе и тем самым заставляет вращаться по окружности.

Климат и жизнепригодность планеты

Кроме того, что на Земле по-другому будет выглядеть суша и океаны, ещё и климат кардинальным образом изменится. Сейчас ветра дуют параллельно экватору, но если случится то, что случится, они будут дуть от экватора к полюсам. Течения, само собой, изменятся. Какие климатические условия будут в том или ином регионе сложно сказать, но можно быть уверенным, что одно полушарие будет засушливым, а другое – неимоверно холодным.

Атмосфера Земли, подобно океаническим водам, ближе к полюсам станет плотнее, а на экваторе истончится.

Благодаря тому, что металлическое ядро Земли вращается, вокруг неё существует магнитное поле. Оно обеспечивает защиту от губительного солнечного ветра и от высокоэнергетических частиц из космоса. Без вращения не будет магнитного поля, а следовательно, всё живое будет гибнуть под прямыми солнечными лучами.

Массовое вымирание среди представителей животных и растительных видов будет неизбежным. Затопление значительных территорий, изменение климата, стихийные бедствия – всё это явно поубавит разнообразие жизни на Земле.

Смогут ли выжить люди?

Определённо люди смогли бы приспособиться к новым условиям. Мест, где можно будет хоть как-то выживать останется не так уж много. Люди смогут жить в небольших областях на границе дня и ночи. В таких местах будет вечный рассвет или закат в зависимости от полушарий. К тому же вдоль всей «благоприятной линии» расселиться не получится, т. к. немалая часть суши будет затоплена океанами, и выбирать придётся область, где будет оптимальное атмосферное давление и температура.

Художник представил жизнь людей на неподвижной планете

Не исключено, что из-за опасного космического излучения людям придётся перебираться под землю и организовывать свою жизнедеятельность там, а для прогулок по поверхности понадобятся скафандры.

Рекомендуем: Как происходит магнитная буря