Почему земля вращается вокруг своей оси? Почему, при наличии трения, за миллионы лет она не остановилась (а может быть она и останавливалась и вращалась в другую сторону и не раз)? Чем определяется дрейф континентов? В чем причина землетрясений? Почему вымерли динозавры? Как научно объяснить периоды оледенений? В чем или точнее как научно объяснить эмпирическую астрологию? Попробуйте ответить последовательно на эти вопросы.

Тезисы

1. Причиной вращения планет вокруг своей оси является внешний источник энергии - Солнце.
2. Механизм вращения следующий:
   • Солнце нагревает газообразную и жидкую фазы планет (атмосфера и гидросфера).
   • В результате неравномерности нагрева возникают ‘воздушные’ и ‘морские’ течения, которые посредством взаимодействия с твердой фазой планеты начинают ее раскручивать в ту или иную сторону.
   • Конфигурация твердой фазы планеты, как лопатки турбины, определяет направление и скорость вращения.
3. Если твердая фаза не достаточно монолитна и тверда, то происходит ее перемещение (дрейф континентов).
4. Перемещение твердой фазы (дрейф континентов) может привести к ускорению или замедлению вращения вплоть до перемены направления вращения и т.д. Возможны колебательные и прочие эффекты.
5. В свою очередь, аналогично перемещаемая твердая верхняя фаза (земная кора) взаимодействует с нижележащими более стабильными в смысле вращения слоями Земли. На границе контакта выделяется большое количество энергии в виде тепла. Это тепловая энергия, по-видимому, и является одной из основных причин нагрева Земли. И эта граница является одним из районов, где происходит образование горных пород и минералов.
6. Все эти ускорения и замедления имеют долговременное действие (климат), и кратковременное действие (погода), и не только метеорологическое, но и геологическое, биологическое, генетическое.

Подтверждения

Просмотрев и сопоставив имеющиеся астрономические данные по планетам Солнечной системы делаю вывод, что данные по всем планетам укладываются в рамки данной теории. Там где есть 3 фазы состояния вещества там, скорость вращения наибольшая.

Более того, одна из планет, имея сильно вытянутую орбиту, имеет явно неравномерную по величине (колебательную) скорость вращения в течение своего года.

Таблица элементов солнечной системы

тела солнечной системы	Среднее Расстояние до Солнца , а. е.	Средний период вращения вокруг оси	Число фаз состояния вещества на поверхности	Число спутников	Сидерический период обращения , год	Наклон орбиты к эклиптике	Масса (ед. массы Земли)
Солнце		25сут (35 на полюсе)		9 планет			333000
Меркурий	0,387	58,65 сут			0,241		0,054
Венера	0,723	243 сут			0,615	3° 24’	0,815
Земля		23 ч 56м 4с
Марс	1,524	24ч 37м 23с			1,881	1° 51’	0,108
Юпитер	5,203	9ч 50м		16+п.кольцо	11,86	1° 18’	317,83
Сатурн	9,539	10ч 14м		17+кольца	29,46	2° 29’	95,15
Уран	19,19	10ч 49м		5+уз.кольца	84,01	0° 46’	14,54
Нептун	30,07	15ч 48м			164,7	1° 46’	17,23
Плутон	39,65	6,4 сут	2- 3 ?		248,9	17°	0,017

Интересны причины вращения вокруг своей оси Солнца. Какие силы это вызывают?

Несомненно, внутренние, поскольку поток энергии идет изнутри самого Солнца. А неравномерность вращения от полюса к Экватору? На это ответа пока нет.

Прямые измерения показывают, что скорость вращения Земли меняется в течение суток, так же как и погода. Так, например, согласно “Отмечены также периодические изменения скорости вращения Земли, соответствующие смене времен года, т.е. связанные с метеорологическими явлениями, в сочетании с особенностями распределения суши по поверхности земного шара. Иногда происходят внезапные изменения скорости вращения, не получившие объяснения...

В 1956г внезапное изменение скорости вращения Земли произошло после исключительно мощной вспышки на Солнце 25 февраля этого года”. Также, согласно “ с июня по сентябрь Земля вращается быстрее, чем в среднем за год, а остальное время - медленнее”.

Поверхностный анализ карты морских течений показывает, что большей частью морские течения определяют направление вращения земли. Северная и Южная Америка - приводной ремень всей Земли, через них два мощных течения крутят Землю. Другие течения передвигают Африку и образуют Красное море.

... Другие данные показывают, что морские течения вызывают дрейф части континентов . ” Исследователи Северо-западного университета США, а также нескольких других североамериканских, перуанских и эквадорских институтов...” использовали спутники для анализа измерения рельефа Анд. “Полученные данные обобщила в своей диссертации Лиза Леффер-Гриффин”. На следующем рисунке (справа) показаны результаты этих двухлетних наблюдений и исследований.

Черными стрелками показаны векторы скорости перемещения контрольных точек. Анализ этой картины еще раз ясно показывает, что Северная и Южная Америка - приводной ремень всей Земли.

Аналогичная картина наблюдается вдоль тихоокеанского побережья Северной Америки, напротив точки приложения сил от течения находится район сейсмической активности и в результате - знаменитый разлом. Имеются параллельные цепочки гор которые наводят на мысль о периодичности выше описанных явлений.

Практическое приложение

Получает объяснение и наличие вулканического пояса - пояса землетрясений.

Пояс землетрясений не что иное, как гигантская гармошка, которая под действием растягивающих и сжимающих переменных сил постоянно находится в движении.

Следя за ветрами и течениями можно определить точки (районы) приложения раскручивающих и тормозящих сил и далее используя предварительно построенную математическую модель участка местности, можно математически строго, по сопромату рассчитать землетрясения!

Получают объяснение суточные колебания магнитного поля Земли, возникают совершено иные объяснения геологических и геофизических явлений, возникают дополнительные факты для анализа гипотез о происхождении планет солнечной системы.

Получает объяснение образование таких геологических образований, как островные дуги, например Алеутские или Курильские острова. Дуги образуются со стороны противоположной действию морских и ветровых сил, как результат взаимодействия подвижного континента (например, Евразия) с менее подвижной океанской корой (например, Тихий океан). При этом океанская кора не передвигается под материковую, а наоборот материк, надвигается на океан, и только в тех местах, где океанская кора передает усилия на другой континент (в данном примере Америка) океанская кора может подвигаться под континент и здесь дуг не образуется. В свою очередь, аналогично Американский континент передает усилия на кору Атлантического океана и через нее на Евразию и Африку, т.е. круг замкнулся.

Подтверждением такого перемещения является блочная структура разломов дна Тихого и Атлантического океана, перемещения происходят блоками вдоль направления действия сил.

Получают объяснения некоторые факты:

• почему вымерли динозавры (изменилась, уменьшилась скорость вращения и значительно увеличилась продолжительность дня возможно до полной перемены направления вращения);
• почему происходили периоды оледенений;
• почему у некоторых растений иной генетически определенный световой день.

Через генетику получает объяснение и такая эмпирически алхимическая астрология.

Экологические проблемы, связанные даже с незначительным изменением климата, через морские течения могут существенно повлиять на биосферу Земли.

Справка

Мощность солнечного излучения при подходе к Земле огромна ~ 1.5 квт.ч/м

2 .

Воображаемое тело Земли, ограниченное поверхностью, которая во всех точках

перпендикулярна к направлению гравитации и имеет один и тот же потенциал силы тяжести называется геоидом.

В действительности даже морская поверхность не соответствует форме геоида. Форма, которую мы видим в разрезе, является той самой более или менее уравновешенной гравитационной формой, какую достиг земной шар.

Существуют и локальные отклонения от геоида. Например, Гольфстрим возвышается над окружающей поверхностью воды на 100-150 см, возвышено Саргассово море и, наоборот понижен уровень океана у Багамских островов и над желобом Пуэрто-Рико. Причиной этих небольших различий являются ветры и течения. Восточные пассатные ветры гонят воду в западную часть Атлантики. Гольфстрим уносит этот избыток воды, поэтому его уровень выше уровня окружающих вод. Уровень Саргассова моря выше потому, что оно является центром круговорота течений и в него со всех сторон нагоняется вода.

Морские течения:

• Система Гольфстрим

Мощность при выходе из Флоридского пролива составляет 25 млн. м

3 / с, что в 20 раз превышает мощность всех рек на земле. В открытом океане мощность увеличивается до 80 млн. м 3 / с при средней скорости 1.5 м/c.

Антарктическое циркумполярное течение (АЦП)

, крупнейшее течение мирового океана, называемое также Антарктическим круговым течением и т.д. Направлено на восток и опоясывает Антарктиду непрерывным кольцом. Длина АЦП 20 тыс. км, ширина 800 – 1500 км. Перенос воды в системе АЦП ~ 150 млн. м 3 / с. Средняя скорость на поверхности по данным дрейфующих буев 0.18 м/c.

Куросио

- аналог Гольфстрима, продолжается как северо-Тихоокеанское (прослеживается до глубины 1-1.5 км, скорость 0.25 - 0.5 м/c), Аляскинское и Калифорнийское течения (ширина 1000 км средняя скорость до 0.25 м/c, в прибрежной полосе на глубине ниже 150 м проходит устойчивое противотечение).

Перуанское, течение Гумбольта

(скорость до 0.25 м/c, в прибрежной полосе имеются Перуанское и Перуано-Чилийское противотечения направленные на юг).

Тектоническая схема и система течений Атлантического океана.

1- Гольфстрим, 2 и 3 - экваториальные течения (Северное и Южное Пассатные течения), 4 - Антильское, 5 - Карибское, 6 - Канарское, 7 - Португальское, 8 - Северо-Атдантическое, 9 - Ирмингера, 10 - Норвежское, 11 - Восточно-Гренландское, 12 - Западно-Гренландское, 13 - Лабрадорское, 14 - Гвинейское, 15 - Бенгельское, 16 - Бразильское, 17 - Фолклендское, 18 - Антарктическое циркумполярное течение (АЦП)

1. Современные знания о синхронности ледниковых и межледниковых периодов на всем земном шаре свидетельствуют не столько об изменении потока солнечной энергии, сколько о циклических перемещениях земной оси. То, что оба эти явления существуют, было доказано со всей неопровержимостью . Когда на Солнце появляются пятна, ослабевает интенсивность его излучения. Максимальные отклонения от нормы интенсивности редко составляют более 2%, что явно недостаточно для возникновения ледового покрова. Второй фактор был изучен уже в 20-е годы Миланковичем, который вывел теоретические кривые колебаний солнечной радиации для различных географических широт. Есть данные, указывающие на то, что в плейстоцене в атмосфере было больше вулканической пыли. Слой антарктического льда, соответствующего возраста содержат вулканического пепла больше, чем более поздние слои (см. следующий ниже рисунок А. Гоу и Т.Вильямсон, 1971). Больше всего пепла обнаружено в слое, возраст которого 30000-16000 лет. Изучение изотопов кислорода показало, что этому же слою соответствуют более низкие температуры. Безусловно, этот аргумент свидетельствует о высокой вулканической деятельности.

Средние вектора движения литосферных плит

(по данным лазерных спутниковых наблюдений за последние 15 лет)

Сравнение с предыдущим рисунком еще раз подтверждает данную теорию вращения Земли!

Кривые палеотемператур и интенсивности вулканической деятельности, полученные путем исследования пробы льда на станции Берд в Антарктиде.

В ледяном керне обнаружены слои вулканического пепла. Графики показывают, что после интенсивной вулканической деятельности начался конец оледенения.

Сама вулканическая деятельность (при постоянстве солнечного потока) в итоге зависит от разности температур между экваториальными и полярными областями и конфигурации, рельефа поверхности материков, ложа океанов и рельефа нижней поверхности земной коры!

В. Фарранд (1965) и другие доказали, что события на начальном этапе ледникового периода происходили в следующей последовательности 1 - оледенение,

2 - охлаждение суши, 3 - охлаждение океана. На завершающей стадии сначала происходило таяние ледников и только потом потепление.

Движения литосферных плит (блоков) слишком медленны, чтобы прямо вызвать такие последствия. Вспомним, что скорость движения в среднем 4 см в год. За 11000 лет они сместились бы всего на 500 м. Но этого достаточно чтобы в корне изменить систему морских течений и таким образом уменьшить перенос тепла в полярные области

. Достаточно повернуть Гольфстрим или изменить Антарктическое циркумполярное течение и оледенение обеспечено!

Период полураспада радиоактивного газа радона составляет 3.85 суток, появление его с переменным дебетом на поверхности земли выше толщи песчано-глинистых отложений (2-3км) указывает на постоянное образование микротрещин, которые являются результатом неравномерности и разнонаправленности постоянно меняющихся в ней напряжений. Это является еще одним подтверждением данной теории вращения Земли. Хотелось бы проанализировать карту распределения радона и гелия по земному шару, к сожалению, я такими данными не располагаю. Гелий является элементом, который для своего образования требует значительно меньшей энергии чем другие элементы (кроме водорода).

Несколько слов для биологии и астрологии.

Как известно, ген более - менее стабильное образование. Для получения мутаций необходимы значительные внешние воздействия: радиационное (облучение), химическое воздействие (отравление), биологическое воздействие (инфекции и болезни). Таким образом, в гене, как по аналогии в годовых кольцах растений, фиксируются вновь приобретенные мутации. Особенно это известно на примере растений, имеются растения с длинным и с коротким световым днем. А это уже прямо свидетельствует о продолжительности соответствующего светового периода, когда образовался данный вид.

Все эти астрологические “штучки” имеют смысл только в привязке к определенной расе, народу, которые продолжительное время живут в своей родной среде. Там, где среда постоянна в течение года, нет смысла в знаках Зодиака и должна быть своя эмпирика - астрология, свой календарь. По-видимому, в генах содержится еще не выясненный, алгоритм поведения организма реализующийся при изменении окружающей среды (рождение, развитие, питание, размножение, заболевания). Так вот этот алгоритм эмпирически и пытается нащупать астрология

.

Некоторые гипотезы и выводы, вытекающие из данной теории вращения Земли

Итак, источником энергии вращения Земли вокруг собственной оси является Солнце. Известно, согласно , что явления прецессии, нутации и движение полюсов Земли не влияют на угловую скорость вращения Земли.

В 1754 г немецкий философ И.Кант объяснял изменения ускорения движения Луны тем, что приливные горбы, образуемые Луной на Земле, в следствие трения увлекаются вместе с твердым телом Земли в направлении вращении Земли (см рисунок). Притяжение Луной этих горбов в сумме дает пару сил, тормозящую вращение Земли. Далее математическая теория “векового замедления” вращения Земли была развита Дж.Дарвином .

До появления данной теории вращения Земли считалось, что никакими процессами, происходящими на поверхности Земли, также как и влиянием внешних тел, не удавалось объяснить изменений вращения Земли. Глядя на выше приведенный рисунок, кроме выводов о торможении вращения Земли, можно сделать более глубокие выводы. Обратите внимание, приливный горб находится впереди по направлению вращения Луны. А это верный признак, что Луна не только тормозит вращение Земли, но и вращение Земли поддерживает движение Луны вокруг Земли . Тем самым, энергия вращения Земли “передается” Луне. Из этого вытекают и более общие выводы по отношению спутникам других планет. Спутники имеют устойчивое положение, только если планета имеет приливные горбы, т.е. гидросферу или значительную атмосферу, и при этом спутники должны вращаться в сторону вращения планеты и в одной плоскости. Вращение спутников в противоположных направлениях прямо указывает на неустановившийся режим - на недавнее изменение направления вращения планеты или на недавнее соударение спутников между собой.

По этому же закону протекают взаимодействия Солнце – планеты. Но здесь из-за множества приливных горбов должны иметь место колебательные эффекты с сидерическими периодами обращения планет вокруг Солнца.

Основной период - 11,86 лет от Юпитера, как самой массивной планеты.

1. Новый взгляд на эволюцию планет

Таким образом, данная теория объясняет существующую картину распределения момента импульса (количества движения) Солнца и планет и нет необходимости в гипотезе О.Ю. Шмидта по случайному захвату Солнцем “ протопланетного облака”. Выводы В.Г.Фесенкова об одновременном образовании Солнца и планет получают еще одно подтверждение.

Следствием

данной теории вращения Земли может явиться гипотеза о направлении эволюции планет по направлению от Плутона к Венере. Таким образом, Венера является будущим прообразом Земли. Планета перегрелась, океаны испарились. Это подтверждается выше приведенными графиками палеотемператур и интенсивности вулканической деятельности, полученными путем исследования пробы льда на станции Берд в Антарктиде.

С точки зрения данной теории, инопланетная цивилизация если и зародилась, то не на Марсе, а на Венере. И следует искать не марсиан, а потомков Венериан, которыми мы же, может быть, в какой-то степени и являемся.

1. Экология и климат

Таким образом, данная теория опровергает идею о постоянном (нулевом) тепловом балансе. В известных мне балансах нет энергии землетрясений, дрейфа континентов, приливов и отливов, разогрева Земли и образования горных пород, поддержания вращения Луны, биологической жизни. (Получается, что биологическая жизнь - это один из способов поглощения энергии ). Известно , что атмосфера на производство ветра использует менее 1% энергии на поддержание системы течений. В тоже время из общего количества тепла, переносимого течениями в 100 раз большая величина может быть потенциально использована. Так вот эта в 100 раз большая величина и еще энергия ветра и используются неравномерно по времени на землетрясения, тайфуны и ураганы, дрейф континентов, приливы и отливы, разогрев Земли и образование горных пород, поддержание вращения Земли и Луны и т.д.

Экологические проблемы, связанные даже с незначительным изменением климата из-за изменений морских течений, могут существенно повлиять на биосферу Земли. Всякие необдуманные (или преднамеренные в интересах какой-то одной нации) попытки изменить климат путем поворота (Северных) рек, прокладки каналов (Канин нос), строительства плотин через проливы и т.д., из-за быстроты реализации помимо прямой выгоды обязательно приведут к изменению существующего “сейсмического равновесия” в земной коре т.е. к образованию новых сейсмических зон.

Иными словами, надо сначала разобраться во всех взаимосвязях, а затем научиться управлять вращением Земли - это одна из задач дальнейшего развития цивилизации.

P.S.

Несколько слов о влиянии солнечных вспышек на сердечно-сосудистых больных.

В свете данной теории влияние солнечных вспышек на сердечно-сосудистых больных по-видимому происходит не из-за возникновения повышенной напряженности электромагнитных полей на поверхности Земли. Под линиями электропередач напряженность этих полей значительно выше и на сердечно-сосудистых больных заметного влияния это не оказывает. Влияние солнечных вспышек на сердечно-сосудистых больных по-видимому сказывается посредством воздействия периодическим изменением горизонтальных ускорений при изменении скорости вращения Земли. Аналогично можно объяснить и всевозможные аварии, в том числе и на трубопроводах.

1. Геологические процессы

Как уже отмечалось выше (см тезис №5), на границе контакта (граница Мохоровичича) выделяется большое количество энергии в виде тепла. И эта граница является одним из районов, где происходит образование горных пород и минералов. Характер реакций (химический или атомный, по-видимому даже оба) неизвестен, но на основании некоторых фактов уже можно сделать следующие выводы.

1. По разломам земной коры идет восходящий поток элементарных газов: водорода, гелия, азота и т.д.
2. Поток водорода является определяющим при образовании многих месторождений полезных ископаемых, в том числе угля и нефти.

Метан угольных месторождений является продуктом взаимодействия потока водорода с угольным пластом! Общепринятый метаморфический процесс торф, бурый уголь, каменный уголь, антрацит без учета потока водорода не является достаточно полным. Известно, что уже на стадиях торф, бурый уголь метан отсутствует. Также имеются данные (профессор И.Шаровар) о наличии в природе антрацитов, в которых нет даже и молекулярных следов метана. Результатом взаимодействия потока водорода с угольным пластом можно объяснить не только наличие самого метана в пласте и его постоянное образование, но и все многообразие марок углей. Коксующиеся угли, поток и наличие большого количества метана в крутопадающих месторождениях (наличие большого числа разломов) и корреляция этих факторов является подтверждением данного предположения.

Нефть, газ – продукт взаимодействия потока водорода с органическими остатками (угольным пластом). Подтверждением такого взгляда является взаимное расположение угольных и нефтяных месторождений. Если наложить карту распределения угольных толщ на карту распределения нефти, то наблюдается следующая картина. Эти месторождения не пересекаются! Нет места, где бы поверх угля была бы нефть! Кроме того, замечено, что нефть лежит в среднем значительно глубже, чем уголь и приурочена к разломам в земной коре (где должен наблюдаться восходящий поток газов, в том числе и водорода).

Хотелось бы проанализировать карту распределения радона и гелия по земному шару, к сожалению, я такими данными не располагаю. Гелий в отличие от водорода является инертным газом, который в значительно меньшей степени, чем другие газы поглощается горными породами и может служить признаком глубинного потока водорода.

1. Все химические элементы, в том числе и радиоактивные образуются и в настоящее время! Причиной тому является вращение Земли. Эти процессы проходят как на нижней границе земной коры, так и более глубоких слоях Земли.

Чем Земля быстрее вращается, тем эти процессы (в том числе и образование минералов и горных пород) идут быстрее. Поэтому земная кора континентов толще, чем земнвя кора ложа океанов! Так как области приложения тормозящих и раскручивающих планету сил, от морских и воздушных течений, в значительно большей степени находятся на материках чем в ложе океанов.

Метеориты и радиоактивные элементы

Если допустить, что метеориты являются частью солнечной системы и вещество метеоритов образовалось одновременно с ней, то по составу метеоритов можно проверить правильность данной теории вращения Земли вокруг собственной оси.

Различают метеориты железные и каменные. Железные состоят из железа, никеля, кобальта и тяжелых радиоактивных элементов, таких, как уран и торий, не содержат. Каменные метеориты состоят из различных минералов и силикатных пород, в которых можно обнаружить присутствие различных радиоактивных компонентов урана, тория, калия и рубидия. Существуют и железокаменные метеориты, занимающие по составу промежуточное положение между железными и каменными метеоритами. Если предположить, что метеориты - это остатки от разрушенных планет или их спутников, то каменные метеориты соответствуют коре этих планет, а железные их ядру. Таким образом, наличие радиоактивных элементов в каменных метеоритах (в коре) и отсутствие их в железных (в ядре) подтверждает образование радиоактивных элементов не в ядре, а на контакте кора ядро (мантия). Следует также учесть что железные метеориты в среднем значительно древнее каменных на величину порядка одного миллиарда лет (так как кора моложе ядра). Предположение,что такие элементы как уран и торий, унаследованы из прародительской среды, а не возникли “одновременно” с остальными элементами неверно, поскольку в более молодых каменных метеоритах радиоактивность есть, а в более древних железных нет! Таким образом, физический механизм образования радиоактивных элементов еще предстоит найти! Возможно, это

что-то вроде туннельного эффекта применительно к атомным ядрам!

1. Влияние вращения земли вокруг своей оси на эволюционное развитие мира

Известно, что за последние 600 млн. лет животный мир земного шара коренным образом менялся по крайней мере 14 раз. В то же время за последние 3 млрд. лет по крайней мере 15 раз на Земле наблюдались общие похолодания и великие оледеденения. Рассматривая шкалу палеомагнетизма (см. рис.) можно заметить тоже не менее 14 зон переменной полярности т.е. зон частой смены полярности. Эти зоны переменной полярности согласно данной теории вращения Земли соответствуют периодам времени, когда Земля обладала неустановившимся (колебательный эффект) направлением вращения вокруг собственной оси. То есть в эти периоды должны наблюдаться наиболее неблагоприятные для животного мира условия с постоянным изменением светового дня, температур, а также с геологической точки зрения изменением вулканической деятельности, сейсмической активности и горообразования.

Следует заменить, что к этим периодам приурочены образования принципиально новых видов животного мира. Например, в конце Триаса находится самый большой по длительности период (5 млн. лет), во время которого образовались первые млекопитающие. Появление первых рептилий соответствует такому же периоду в Карбоне. Появление амфибий соответствует такому же периоду в Девоне. Появление покрытосеменных растений соответствует такому же периоду в Юре и появление первых птиц непосредственно предшествует этому же периоду в Юре. Появление хвойных растений соответствует такому же периоду в Карбоне. Появление плаунов и хвощей соответствует такому же периоду в Девоне. Появление насекомых соответствует такому же периоду в Девоне.

Таким образом, связь появления новых видов с периодами с переменным неустойчивым направлением вращения Земли очевидна. Что касается вымирания отдельных видов, то изменение направления вращения Земли по-видимому не оказывает основного решающего действия, основным решающим фактором в этом случае является естественный отбор!

Использованная литература.

1. В.А. Волынский. “Астрономия”. Просвещение. Москва. 1971г
2. П.Г. Куликовский. “Справочник любителя астрономии”. Физматгиз. Москва. 1961г
3. С. Алексеев. “Как растут горы”. Химия и жизнь ХХI век №4. 1998г Морской энциклопедический словарь. Судостроение. Санкт Петербург. 1993г
4. Кукал “Великие загадки земли”. Прогресс. Москва. 1988г
5. И.П. Селинов “Изотопы том III”. Наука. Москва. 1970г “Вращение Земли” БСЭ том 9. Москва.
6. Д.Толмазин. “Океан в движении”. Гидрометеоиздат. 1976г
7. А. Н.Олейников “Геологические часы“. Недра. Москва. 1987г
8. Г.С.Гринберг, Д.А.Долин и др. “Арктика на пороге третьего тысячелетия“. Наука. Санкт Петербург 2000г

Наша планета находится в постоянном движении. Вместе с Солнцем она перемещается в космосе вокруг центра Галактики. А та, в свою очередь, движется во Вселенной. Но наибольшее значение для всего живого играет вращение Земли вокруг Солнца и собственной оси. Без этого движения условия на планете были бы непригодными для поддержания жизни.

Солнечная система

Земля как планета Солнечной системы по расчетам ученых сформировалась более 4,5 млрд лет назад. За это время расстояние от светила практически не изменялось. Скорость движения планеты и сила притяжения Солнца уравновесили ее орбиту. Она не идеально круглая, но стабильная. Если бы сила притяжения светила была сильнее или скорость Земли заметно уменьшилась, то она бы упала на Солнце. В противном случае она рано или поздно улетела бы в космос, перестав быть частью системы.

Расстояние от Солнца до Земли делает возможным поддержание оптимальной температуры на ее поверхности. В этом немаловажную роль играет и атмосфера. Во время вращения Земли вокруг Солнца меняются времена года. Природа приспособилась к таким циклам. Но если бы наша планета была отдалена на большее расстояние, то температура на ней стала бы отрицательной. Очутись она ближе - вся вода бы испарилась, так как столбик термометра превысил бы точку кипения.

Путь планеты вокруг светила называется орбитой. Траектория этого полета не идеально круглая. Она имеет эллипсность. Максимальная разница составляет 5 млн км. Самая близкая точка орбиты к Солнцу находится на расстоянии 147 км. Она называется перигелием. Земля ее проходит в январе. В июле планета находится от светила на максимальном отдалении. Наибольшее расстояние - 152 млн км. Эта точка называется афелием.

Вращение Земли вокруг своей оси и Солнца обеспечивает соответственно смену суточных режимов и годовых периодов.

Для человека движение планеты вокруг центра системы незаметно. Это из-за того, что масса Земли огромна. Тем не менее каждую секунду мы пролетаем в пространстве около 30 км. Это кажется нереальным, но таковы расчеты. В среднем считается, что Земля находится от Солнца на расстоянии около 150 млн км. Один полный оборот вокруг светила она делает за 365 дней. Пройденное расстояние за год составляет почти миллиард километров.

Точное расстояние, которое наша планета проходит за год, двигаясь вокруг светила, составляет 942 млн км. Мы вместе с ней движемся в пространстве по эллиптической орбите со скоростью 107 000 км/час. Направление вращения - с запада на восток, то есть против условной часовой стрелки.

Полный оборот планета завершает не ровно за 365 дней, как принято считать. При этом проходит еще около шести часов. Но для удобства летоисчисления это время учитывают суммарно за 4 года. В итоге «набегает» один дополнительный день, его добавляют в феврале. Такой год считается високосным.

Скорость вращения Земли вокруг Солнца непостоянна. Она имеет отклонения от среднего значения. Это связано с эллиптической орбитой. Разница между значениями наиболее проявляется в точках перигелия и афелия и составляет 1 км/сек. Эти изменения незаметны, так как мы и все окружающие нас предметы двигаются в системе координат одинаково.

Смена сезонов

Вращение Земли вокруг Солнца и наклон оси планеты делает возможным смену времен года. Это меньше заметно на экваторе. Но ближе к полюсам годовая цикличность проявляется больше. Северное и Южное полушария планеты обогреваются энергией Солнца неравномерно.

Двигаясь вокруг светила, они проходят четыре условные точки орбиты. При этом поочередно два раза в течение полугодичного цикла они оказываются к нему дальше или ближе (в декабре и июне - дни солнцестояний). Соответственно в месте, где поверхность планеты прогревается лучше, там температура окружающей среды выше. Период на такой территории принято называть летом. В другом полушарии в это время заметно холоднее - там зима.

Спустя три месяца такого движения с периодичностью в полгода планетарная ось располагается таким образом, что оба полушария находятся в одинаковых условиях для обогрева. В это время (в марте и сентябре - дни равноденствия) температурные режимы приблизительно равны. Тогда, в зависимости от полушария, наступают осень и весна.

Земная ось

Наша планета - это вращающийся шар. Движение ее осуществляется вокруг условной оси и происходит по принципу волчка. Опираясь основанием в плоскость в раскрученном состоянии, он будет удерживать равновесие. Когда скорость вращения ослабевает, волчок падает.

Земля упора не имеет. На планету действуют силы притяжения Солнца, Луны и других объектов системы и Вселенной. Тем не менее она выдерживает постоянное положение в пространстве. Скорость ее вращения, полученная еще при формировании ядра, достаточна для поддержания относительного равновесия.

Земная ось проходит через шар планеты не перпендикулярно. Она наклонена под углом 66°33´. Вращение Земли вокруг своей оси и Солнца делает возможным смену сезонов года. Планета «кувыркалась» бы в пространстве, если бы у нее не было строгой ориентации. Ни о каком постоянстве условий среды и жизненных процессов на ее поверхности не было бы речи.

Осевое вращение Земли

Вращение Земли вокруг Солнца (один оборот) происходит в течение года. За день на ней сменяются день и ночь. Если посмотреть на Северный полюс Земли с космоса, то можно увидеть, как она вращается против часовой стрелки. Полный оборот она совершает приблизительно за 24 часа. Этот период называют сутками.

Скорость вращения определяет быстроту смены дня и ночи. За один час планета оборачивается приблизительно на 15 градусов. Скорость вращения в разных точках ее поверхности различна. Это происходит из-за того, что она имеет шарообразную форму. На экваторе линейная скорость составляет 1669 км/час, или 464 м/сек. Ближе к полюсам этот показатель уменьшается. На тридцатой широте линейная скорость уже будет составлять 1445 км/час (400 м/сек).

Из-за осевого вращения планета имеет несколько сжатую с полюсов форму. Также это движение «заставляет» отклоняться перемещающиеся предметы (в том числе воздушные и водные потоки) от первоначального направления (сила Кориолиса). Еще одним важным следствием такого вращения являются приливы и отливы.

Смена дня и ночи

Шарообразный объект единственным источником света в определенный момент освещается только наполовину. Применительно к нашей планете в одной ее части в этот момент будет день. Неосвещенная часть будет скрыта от Солнца - там ночь. Осевое вращение дает возможность сменяться этим периодам.

Кроме светового режима изменяются условия обогрева поверхности планеты энергией светила. Такая цикличность имеет важное значение. Скорость смены световых и тепловых режимов осуществляется сравнительно быстро. За 24 часа поверхность не успевает ни чрезмерно нагреться, ни остыть ниже оптимального показателя.

Вращение Земли вокруг Солнца и своей оси с относительно постоянной скоростью имеет определяющее для животного мира значение. Без постоянства орбиты планета не удержалась бы в зоне оптимального обогрева. Без осевого вращения день и ночь длились бы по полгода. Ни то ни другое не способствовало бы зарождению и сохранению жизни.

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.

Земля вращается вокруг оси с запада на восток, т. е. против часовой стрелки, если смотреть на Землю с Полярной звезды (с Северного полюса). При этом угловая скорость вращения, т. е. угол, на который поворачивается любая точка на поверхности Земли, одинаков и составляет 15° за час. Линейная скорость зависит от широты: на экваторе она наибольшая – 464 м/с, а географические полюса неподвижны.

Главным физическим доказательством вращения Земли вокруг оси служит опыт с качающимся маятником Фуко. После того как французский физик Ж. Фуко в 1851. г. в парижском Пантеоне осуществил свой знаменитый опыт, вращение Земли вокруг оси стало непреложной истиной. Физическим доказательством осевого вращения Земли являются также измерения дуги 1° меридиана, которая у экватора составляет 110,6 км, а у полюсов – 111,7 км (рис. 15). Эти измерения доказывают сжатие Земли у полюсов, а оно свойственно лишь вращающимся телам. И наконец, третье доказательство – отклонение падающих тел от отвесной линии на всех широтах, кроме полюсов (рис. 16). Причина этого отклонения обусловлена сохранением ими по инерции большей линейной скорости точки А (на высоте) по сравнению с точкой В (у земной поверхности). Падая, предметы отклоняются на Земле к востоку потому, что она вращается с запада на восток. Величина отклонения максимальна на экваторе. На полюсах тела падают вертикально, не отклоняясь от направления земной оси.

Географическое значение осевого вращения Земли исключительно велико. Прежде всего оно влияет на фигуру Земли. Сжатие Земли у полюсов – результат ее осевого вращения. Раньше, когда Земля вращалась с большей угловой скоростью, полярное сжатие было значительнее. Удлинение суток и, как следствие, уменьшение экваториального радиуса и увеличение полярного сопровождается тектоническими деформациями земной коры (разломы, складки) и перестройкой макрорельефа Земли.

Важным следствием осевого вращения Земли является отклонение тел движущихся в горизонтальной плоскости (ветров, рек, морских течений и др.). от их первоначального направления: в северном полушарии – вправо, в южном – влево (это одна из сил инерции, названная ускорением Кориолиса в честь французского ученого, который первым объяснил это явление). По закону инерции каждое движущееся тело стремится сохранить неизменными направление и скорость своего движения в мировом пространстве (рис. 17). Отклонение – результат того, что тело участвует одновременно как в поступательном, так и во вращательном движениях. На экваторе, где меридианы параллельны друг другу, направление их в мировом пространстве при вращении не меняется и отклонение равно нулю. К полюсам отклонение нарастает и становится у полюсов наибольшим, поскольку там каждый меридиан за сутки изменяет свое направление в пространстве на 360°. Сила Кориолиса вычисляется по формуле F = m x 2ω x υ x sin φ, где F – сила Кориолиса, т – масса движущегося тела, ω – угловая скорость, υ – скорость движущегося тела, φ – географическая широта. Проявление силы Кориолиса в природных процессах весьма многообразно. Именно из-за нее в атмосфере возникают вихри разного масштаба, в том числе циклоны и антициклоны, отклоняются от градиентного направления ветры и морские течения, оказывая влияние на климат и через него на природную зональность и региональность; с ней связана асимметрия крупных речных долин: в северном полушарии у многих рек (Днепр, Волга и др.) по этой причине правые берега крутые, левые – пологие, а в южном – наоборот.

С вращением Земли связана естественная единица измерения времени – сутки и происходит смена дня и ночи. Сутки бывают звездные и солнечные. Звездные сутки – промежуток времени между двумя последовательными верхними кульминациями звезды через меридиан точки наблюдения. За звездные сутки Земля совершает полный оборот вокруг своей оси. Они равны 23 ч 56 мин 4 с. Звездные сутки используются при астрономических наблюдениях. Истинные солнечные сутки – промежуток времени между двумя последовательными верхними кульминациями центра Солнца через меридиан точки наблюдения. Продолжительность истинных солнечных суток изменяется в течение года прежде всего из-за неравномерного движения Земли по эллиптической орбите. Следовательно, они также неудобны для измерения времени. В практических целях пользуются средними солнечными сутками. Среднее солнечное время измеряют по так называемому среднему Солнцу – воображаемой точке, равномерно перемещающейся по эклиптике и совершающей полный оборот за год, как и истинное Солнце. Средние солнечные сутки равны 24 ч. Они длиннее звездных, так как Земля вращается вокруг оси в том же направлении, в котором движется по орбите вокруг Солнца с угловой скоростью около 1° в сутки. Из-за этого Солнце смещается на фоне звезд, и Земле нужно еще «довернуться» примерно на 1°, чтобы Солнце «пришло» на тот же самый меридиан. Таким образом, за солнечные сутки Земля совершает оборот примерно на 361°. Для перевода истинного солнечного времени в среднее солнечное время вводится поправка – так называемое уравнение времени. Его максимальное положительное значение + 14 мин 11 февраля, наибольшее отрицательное –16 мин 3 ноября. За начало средних солнечных суток принимают момент нижней кульминации среднего Солнца – полночь. Такой счет времени называют гражданским временем.

В повседневной жизни средним солнечным временем пользоваться тоже неудобно, поскольку на каждом меридиане оно свое, местное время. Например, на двух соседних меридианах, проведенных с интервалом в 1°, местное время отличается на 4 мин. Наличие в различных пунктах, лежащих на разных меридианах, своего местного времени приводило ко многим неудобствам. Поэтому на Международном астрономическом конгрессе в 1884 г. был принят поясной счет времени. Для этого всю поверхность земного шара разделили на 24 часовых пояса, по 15° каждый. За поясное время принято местное время среднего меридиана каждого пояса. Для перевода местного времени в поясное и обратно существует формула T n – m = N – λ °, где Т п – поясное время, m – местное время, N – число часов, равное номеру пояса, λ ° – долгота, выраженная в часовой мере. Нулевой (он же 24-й) пояс тот, по середине которого проходит нулевой (Гринвичский) меридиан. Его время принято в качестве всемирного времени. Зная всемирное время, легко вычислить поясное время по формуле T n = T 0 + N , где Т 0 – всемирное время. Счет поясов ведется на восток. В двух соседних поясах поясное время отличается ровно на 1 ч. Границы часовых поясов на суше для удобства проведены не строго по меридианам, а по естественным рубежам (рекам, горам) или государственным и административным границам.

В нашей стране поясное время введено с 1 июля 1919 г. Россия расположена в десяти часовых поясах: со второго по одиннадцатый. Однако в целях более рационального использования летом дневного света в нашей стране в 1930 г. специальным постановлением правительства было введено так называемое декретное время, опережающее поясное на 1 ч. Так, например, Москва формально находится во втором часовом поясе, где поясное время исчисляется по местному времени меридиана 30° в. д. Но фактически время зимой в Москве устанавливается по времени третьего часового пояса, соответствующего местному времени на меридиане 45° в. д. Подобная «передвижка» действует на всей территории России, кроме Калининградской области, время в которой реально соответствует второму часовому поясу.

Рис. 17. Отклонение тел, движущихся по меридиану, в северном полушарии – вправо, в южном полушарии – влево

В ряде стран время переводят на один час вперед лишь на лето. В России с 1981 г. на период с апреля по октябрь также вводится летнее время за счет перевода времени еще на час вперед по сравнению с декретным. Таким образом, летом время в Москве фактически соответствует местному времени на меридиане 60° в. д. Время, по которому живут жители Москвы и второго часового пояса, в котором она расположена, называется московским. По московскому времени в нашей стране составляют расписание движения поездов, самолетов, отмечается время на телеграммах.

По середине двенадцатого пояса, примерно вдоль 180° меридиана, в 1884 г. проведена международная линия перемены даты. Это условная линия на поверхности земного шара, по обе стороны от которой часы и минуты совпадают, а календарные даты отличаются на одни сутки. Например, в Новый год в 0 ч 00 мин к западу от этой линии наступает уже 1 января нового года, а к востоку – только 31 декабря старого года. При пересечении границы дат с запада на восток в счете календарных дней возвращаются на одни сутки назад, а с востока на запад одни сутки в счете дат пропускаются.

Смена дня и ночи создает суточную ритмичность в живой и неживой природе. Суточный ритм связан со световыми и температурными условиями. Общеизвестен суточный ход температуры, дневной и ночной бризы и т. д. Очень ярко проявляется суточный ритм живой природы. Известно, что фотосинтез возможен лишь днем, при наличии солнечного света, что многие растения раскрывают свои цветки в разные часы. Животных по времени проявления активности можно подразделить на ночных и дневных: большинство из них бодрствует днем, но многие (совы, летучие мыши, ночные бабочки) – во мраке ночи. Жизнь человека тоже протекает в суточном ритме.

Рис. 18. Сумерки и белые ночи

Период плавного перехода от дневного света к ночной темноте и обратно называется сумерками. В основе их лежит оптическое явление, наблюдаемое в атмосфере перед восходом и после захода Солнца, когда оно еще (или уже) находится под линией горизонта, но освещает небосвод, от которого отражается свет. Продолжительность сумерек зависит от склонения Солнца (углового расстояния Солнца от плоскости небесного экватора) и географической широты места наблюдения. На экваторе сумерки короткие, с увеличением широты возрастают. Различают три периода сумерек. Гражданские сумерки наблюдаются, когда центр Солнца погружается под горизонт неглубоко (на угол до 6°) и ненадолго. Это фактически белые ночи, когда вечерняя заря сходится с утренней зарей. Летом они наблюдаются на широтах 60° и более. Например/в Санкт-Петербурге (широта 59°56" с.ш.) они продолжаются с 11 июня по 2 июля, в Архангельске (64°33" с.ш.) – с 13 мая по 30 июля. Навигационные сумерки наблюдаются, когда центр солнечного диска погружается под горизонт на 6–12°. При этом видна линия горизонта, и с корабля можно определить угол звезд над ней. И наконец, астрономические сумерки наблюдаются, когда центр диска Солнца погружается под горизонт на 12–18°. При этом заря на небе еще препятствует астрономическим наблюдениям слабых светил (рис. 18).

Вращение Земли дает две неподвижные точки – географические полюса (точки пересечения воображаемой оси вращения Земли с земной поверхностью) – и тем самым позволяет построить координатную сетку из параллелей и меридианов. Экватор (лат. aequator – уравнитель) – линия пересечения земного шара плоскостью, проходящей через центр Земли перпендикулярно оси ее вращения. Параллели (греч. parallelos – идущие рядом) – линии пересечения земного эллипсоида плоскостями, параллельными плоскости экватора. Меридианы (лат. meridlanus – полуденный) – линии пересечения земного эллипсоида плоскостями, проходящими через оба ее полюса. Длина 1° меридиана в среднем 111,1 км.

Вращение Земли вокруг своей оси

Вращение Земли – одно из движений Земли, которое отражает множество астрономических и геофизических явлений, происходящих на поверхности Земли, в её недрах, в атмосфере и океанах, а также в ближнем Космосе.

Вращением Земли объясняется смена дня и ночи, видимое суточное движение небесных тел, поворот плоскости качаний груза, подвешенного на нити, отклонение падающих тел к востоку и др. Вследствие вращения Земли на тела, движущиеся по её поверхности, действует Кориолиса сила, влияние которой проявляется в подмывании правых берегов рек в Северном полушарии и левых – в Южном полушарии Земли и в некоторых особенностях циркуляции атмосферы. Центробежной силой, порождаемой вращением Земли, частично объясняются различия в ускорении силы тяжести на экваторе и полюсах Земли.

Для исследования закономерностей вращения Земли вводят две системы координат с общим началом в центре масс Земли (рис.1.26). Земная система X 1 Y 1 Z 1 участвует в суточном вращении Земли и остаётся неподвижной относительно точек земной поверхности. Звёздная система координат XYZ не связана с суточным вращением Земли. Хотя её начало перемещается в мировом пространстве с некоторым ускорением, участвуя в годовом движении Земли вокруг Солнца в Галактике, но это движение относительно далёких звёзд можно считать равномерным и прямолинейным. Поэтому движение Земли в этой системе (как и любого небесного объекта) можно изучать по законам механики для инерциальной системы отсчёта. Плоскость XOY совмещена с плоскостью эклиптики, а ось X направлена в точку весеннего равноденствия γ начальной эпохи. В качестве осей земной системы координат удобно принимать главные оси инерции Земли, возможен и другой выбор осей. Положение земной системы относительно звёздной принято определять тремя эйлеровыми углами ψ, υ, φ.

Рис.1.26. Системы координат, применяемые для изучения вращения Земли

Основные сведения о вращения Земли доставляют наблюдения суточного движения небесных тел. Вращение Земли происходит с запада на восток, т.е. против часовой стрелки, если смотреть с Северного полюса Земли.

Средний наклон экватора к эклиптике начальной эпохи (угол υ) почти постоянен (в 1900г. он был равен 23° 27¢ 08,26² и в течение 20 века увеличился менее чем на 0,1²). Линия пересечения экватора Земли и эклиптики начальной эпохи (линия узлов) медленно движется по эклиптике с востока на запад, перемещаясь на 1° 13¢ 57,08² в столетие, вследствие чего угол ψ изменяется на 360° за 25 800 лет (прецессия). Мгновенная ось вращения ОР всегда почти совпадает с наименьшей осью инерции Земли. Угол между этими осями по наблюдениям, выполненным с конца 19 века, не превосходит 0,4².

Промежуток времени, в течение которого Земля делает один оборот вокруг своей оси относительно какой-нибудь точки на небе, называется сутками. Точками, определяющими продолжительность суток, могут быть:

· точка весеннего равноденствия;

· центр видимого диска Солнца, смещённый годичной аберрацией («истинное Солнце»);

· «среднее Солнце» - фиктивная точка, положение которой на небе может быть вычислено теоретически для любого момента времени.

Определяемые этими точками три различных промежутка времени называются соответственно звёздными, истинными солнечными и средними солнечными сутками.

Скорость вращения Земли характеризуется относительной величиной

где П з – длительность земных суток, Т – длительность стандартных суток (атомных), которая равна 86400с;

- угловые скорости, соответствующие земным и стандартным суткам.

Поскольку величина ω изменяется только в девятом – восьмом знаке, то значения ν имеют порядок 10 -9 -10 -8 .

Один полный оборот вокруг своей оси Земля совершает относительно звёзд за меньший промежуток времени, чем относительно Солнца, так как Солнце движется по эклиптике в том же направлении, в каком вращается Земля.

Звёздные сутки определяются периодом вращения Земли вокруг своей оси по отношению к любой звезде, но так как звёзды имеют собственное и к тому же весьма сложное движение, то условились начало звёздных суток отсчитывать от момента верхней кульминации точки весеннего равноденствия, а за протяжённость звёздных суток принимают промежуток времени между двумя последовательными верхними кульминациями точки весеннего равноденствия, находящейся на одном и том же меридиане.

Вследствие явлений прецессии и нутации взаимное расположение небесного экватора и эклиптики непрерывно изменяется, а это значит, что соответствующим образом изменяется местоположение на эклиптике точки весеннего равноденствия. Установлено, что звёздные сутки на 0,0084сек короче действительного периода суточного вращения Земли и что Солнце, двигаясь по эклиптике, попадает в точку весеннего равноденствия раньше, чем оно попадает на то же самое место относительно звёзд.

Земля в свою очередь обращается вокруг Солнца не по кругу, а по эллипсу, поэтому движение Солнца кажется нам с Земли неравномерным. Зимой истинные солнечные сутки больше, чем летом, Например, в конце декабря они равны 24 часа 04 минут 27 секунд, а в середине сентября – 24ч 03мин. 36сек. За среднюю единицу солнечных суток принято считать 24ч 03мин. 56,5554сек звёздного времени.

Угловая скорость Земли относительно Солнца из-за эллиптичности земной орбиты зависит от времени года. Медленнее всего Земля движется по орбите, находясь в перигелии – самой удалённой от Солнца точке своей орбиты. В результате длительность истинных солнечных суток в течение года неодинакова – эллиптичность орбиты изменяет длительность истинных солнечных суток по закону, который можно описать синусоидой с амплитудой 7,6 мин. и периодом в 1 год.

Вторая причина неравномерности суток – наклонение земной оси к эклиптике, приводящее к видимому движению Солнца вверх и вниз от экватора в течение года. Прямое восхождение Солнца вблизи равноденствий (рис.1.17) изменяется медленнее (так как Солнце движется под углом к экватору), чем во время солнцестояний, когда оно движется параллельно экватору. В результате к продолжительности истинных солнечных суток добавляется синусоидальный член с амплитудой 9,8 мин. и периодом в полгода. Есть и другие периодические эффекты, изменяющие длительность истинных солнечных суток и зависящие от времени, но они невелики.

В результате совместного действия этих эффектов самые короткие истинные солнечные сутки наблюдаются 26-27 марта и 12-13 сентября, а самые длинные – 18-19 июня и 20-21 декабря.

Чтобы устранить эту переменность, используют средние солнечные сутки, привязанные к так называемому среднему Солнцу – условной точке, движущейся равномерно по небесному экватору, а не по эклиптике, как реальное Солнце, и совпадающей с центром Солнца в момент весеннего равноденствия. Период обращения среднего Солнца по небесной сфере равен тропическому году.

Средние солнечные сутки не подвержены периодическим изменениям, как истинные солнечные сутки, но их длительность монотонно изменяется в связи с изменением периода осевого вращения Земли и (в меньшей степени) с изменением длительности тропического года, увеличиваясь примерно на 0,0017 секунды в столетие. Так, длительность средних солнечных суток в начале 2000 года была равна 86400,002 секунды СИ (секунда СИ определяется с использованием внутриатомного периодического процесса).

Звёздные сутки составляют 365,2422/366,2422=0,997270 средних солнечных суток. Эта величина – постоянное соотношение звёздного и солнечного времени.

Среднее солнечное время и звёздное время связаны между собой следующими соотношениями:

24 ч. ср. солнечного времени = 24ч. 03 мин. 56,555сек. звёздного времени

1ч. = 1ч. 00 мин. 09,856 сек.

1 мин. = 1 мин. 00,164 сек.

1 сек. = 1,003 сек.

24 ч. звёздного времени = 23 ч. 56 мин. 04,091 сек. ср. солнечного времени

1 ч. = 59 мин. 50,170 сек.

1 мин. = 59,836 сек.

1 сек. = 0,997 сек.

Время в любом измерении – звёздное, истинное солнечное или среднее солнечное – на различных меридианах разное. Но все точки, лежащие на одном и том же меридиане, в один и тот же момент времени имеют одинаковое время, которое называется местным временем. При перемещении по одной и той же параллели на запад или на восток время в исходной точке не будет соответствовать местному времени всех других географических точек, расположенных на данной параллели.

Чтобы в какой-то степени устранить этот недостаток, канадец С. Флешинг предложил ввести поясное время, т.е. систему счёта времени, основанную на разделении поверхности Земли на 24 часовых пояса, каждый из которых отстоит от соседнего пояса на 15° по долготе. Флешинг нанёс на карту мира 24 основных меридианов. Примерно на 7,5° к востоку и западу от них условно были нанесены границы часового времени данного пояса. Время одного и того же часового пояса в каждый момент для всех его пунктов считалось одинаковым.

До Флешинга во многих странах мира издавались карты с различными начальными меридианами. Так, например, в России счёт долгот вёлся от меридиана, проходящего через Пулковскую обсерваторию, во Франции – через Парижскую, в Германии – через Берлинскую, в Турции – через Стамбульскую. Чтобы ввести поясное время, надо было унифицировать единый начальный меридиан.

Поясное время впервые было введено в США в 1883г., а в 1884г. в Вашингтоне на Международной конференции, в работе которой принимала участие и Россия, было принято согласованное решение о поясном времени. Участники конференции условились считать начальным или нулевым меридианом меридиан Гринвичской обсерватории, а местное среднее солнечное время Гринвичского меридиана назвали всемирным или мировым временем. На конференции была установлена и так называемая «линия перемены даты».

В нашей стране поясное время было введено в 1919г. Приняв за основу международную систему часовых поясов и существовавшие тогда административные границы, на кару РСФСР были нанесены часовые пояса от II до XII включительно. Местное время часовых поясов, расположенных на востоке от Гринвичского меридиана, из пояса к поясу увеличивается на час, а на запад от Гринвича – соответственно на час уменьшается.

При счёте времени календарными сутками важно установить, на каком меридиане начинается новая дата (число месяца). По международному соглашению линия перемены даты проходит в большей своей части по меридиану, отстоящему от гринвичского на 180°, отступая от него: к западу – у острова Врангеля и Алеутских островов, к востоку – у побережья Азии, островов Фиджи, Самоа, Тонгатабу, Кермандек и Чатам.

К западу от линии перемены даты число месяца всегда на единицу больше, чем к востоку от неё. Поэтому после пересечения этой линии с запада на восток необходимо уменьшить число месяца на единицу, а после пересечения её с востока на запад – увеличить на единицу. Такое изменение даты обычно производится в ближайшую полночь после пересечения линии перемены дат. Совершенно очевидно, что новый календарный месяц и новый год начинаются на линии перемены дат.

Таким образом, нулевой меридиан и меридиан 180° в.д., по которому в основном проходит линия перемены даты, делят земной шар на западное и восточное полушария.

Всю историю человечества суточное вращение Земли всегда служило идеальным эталоном времени, который регулировал деятельность людей и был символом равномерности и точности.

Древнейшим инструментом для определения времени до нашей эры служил гномон, по-гречески указатель, вертикальный столб на выровненной площадке, тень которого, менявшая своё направление при перемещении Солнца, показывала на нанесённой на земле около столба шкале то или иное время дня. Солнечные часы известны с 7 века до н.э. Первоначально они были распространены в Египте и странах Ближнего Востока, откуда перешли в Грецию и Рим, а ещё позже проникли в страны Западной и Восточной Европы. Вопросами гномоники – искусству делать солнечные часы и умению пользоваться ими – занимались астрономы и математики древнего мира, средневековья и нового времени. В 18в. и в начале 19в. гномоника излагалась в учебниках математики.

И только после 1955г., когда требования физиков и астрономов к точности времени очень сильно возросли, стало невозможным удовлетворяться суточным вращением Земли как эталоном времени, уже неравномерным при требуемой точности. Время, определяемое по вращению Земли, неравномерно вследствие движений полюса и перераспределения момента количества движения между различными частями Земли (гидросферой, мантией, жидким ядром). Принятый для отсчёта времени меридиан определяется точкой МУН и точкой на экваторе, соответствующей нулевой долготе. Этот меридиан очень близок к гринвичскому.

Земля вращается неравномерно, что вызывает изменение продолжительности суток. Скорость вращения Земли наиболее просто можно охарактеризовать отклонением длительности земных суток от эталонных (86 400 с). Чем короче земные сутки, тем быстрее вращается Земля.

Выделяют три составляющие в величине изменения скорости вращения Земли: вековое замедление, периодические сезонные колебания и нерегулярные скачкообразные изменения.

Вековое замедление скорости вращения Земли обусловлено действием приливных сил притяжения Луны и Солнца. Приливообразующая сила растягивает Землю вдоль прямой, соединяющей её центр с центром возмущающего тела – Луны или Солнца. При этом сила сжатия Земли увеличивается, если равнодействующая совпадает с плоскостью экватора, и уменьшается, когда она отклоняется к тропикам. Момент инерции сжатой Земли больше, чем недеформированной шарообразной планеты, а поскольку момент импульса Земли (т.е. произведение её момента инерции на угловую скорость) должен оставаться постоянным, то скорость вращения сжатой Земли меньше, чем недеформированной. Ввиду того, что склонения Луны и Солнца, расстояния от Земли до Луны и Солнца постоянно меняются, приливообразующая сила колеблется во времени. Соответствующим образом меняется сжатие Земли, что, в конечном счёте, вызывает приливные колебания скорости вращения Земли. Наиболее значительными из них являются колебания с полумесячным и месячным периодами.

Замедление скорости вращения Земли обнаруживается при астрономических наблюдениях и палеонтологических исследованиях. Наблюдения античных солнечных затмений позволили сделать вывод, что длительность суток каждые 100 000 лет увеличивается на 2с. Палеонтологические наблюдения за кораллами показали, что кораллы тёплых морей растут, образуя поясок, толщина которого зависит от количества света, полученного за день. Таким образом, можно определить годовые изменения их строения и подсчитать число суток в году. В современную эпоху находят 365 поясов на кораллах. По палеонтологическим наблюдениям (табл.5) длительность суток возрастает линейно со временем на 1,9с за 100 000 лет.

Таблица 5

По наблюдениям за последние 250 лет сутки увеличивались на 0,0014с в столетие. По некоторым данным кроме приливного замедления имеет место увеличение скорости вращения на 0,001с в столетие, которое вызвано изменением момента инерции Земли вследствие медленного перемещения материи внутри Земли и на её поверхности. Собственное ускорение уменьшает продолжительность суток. Следовательно, если бы его не было, то сутки увеличивались бы на 0,0024с за столетие.

До создания атомных часов вращение Земли контролировалось путём сравнения наблюдённых и вычисленных координат Луны, Солнца и планет. Таким путём удалось получить представление об изменении скорости вращения Земли в течение трёх последних столетий – с конца 17в., когда стали вестись первые инструментальные наблюдения за движением Луны, Солнца и планет. Анализ этих данных показывает (рис.1.27), что с начала 17в. до середины 19в. скорость вращения Земли менялась мало. Со второй же половины 19в. по настоящее время наблюдались значительные нерегулярные флуктуации скорости с характерными временами порядка 60-70 лет.

Рис.1.27. Отклонение длительности суток от эталонных за 350 лет

Наиболее быстро Земля вращалась около 1870г., когда длительность земных суток была на 0,003с короче эталонных. Наиболее медленно - около 1903г., когда земные сутки были длиннее эталонных на 0,004с. С 1903 по 1934гг. происходило ускорение вращения Земли, с конца 30-х годов до 1972г. наблюдалось замедление, а с 1973г. по настоящее время Земля ускоряет своё вращение.

Периодические годичные и полугодичные колебания скорости вращения Земли объясняются периодическими изменениями момента инерции Земли из-за сезонной динамики атмосферы и планетарного распределения атмосферных осадков. По современным данным продолжительность суток в течение года меняется на ±0,001 секунды. При этом самые короткие сутки приходятся на июль-август, а самые длинные – на март.

Периодические изменения скорости вращения Земли имеют периоды 14 и 28 суток (лунные) и 6 месяцев и 1 год (солнечные). Минимальная скорость вращения Земли (ускорение равно нулю) соответствует 14 февраля, средняя скорость (ускорение максимально) – 28 мая, максимальная скорость (ускорение равно нулю) – 9 августа, средняя скорость (замедление минимально) – 6 ноября.

Наблюдаются и случайные изменения скорости вращения Земли, которые происходят через неравномерные промежутки времени, почти кратные одиннадцати годам. Абсолютная величина относительного изменения угловой скорости достигала в 1898г. 3,9×10 -8 , а в 1920г. – 4,5×10 -8 . Характер и природа случайных колебаний скорости вращения Земли мало изучены. Одна из гипотез объясняет нерегулярные флуктуации угловой скорости вращения Земли перекристаллизацией некоторых пород внутри Земли, изменяющей её момент инерции.

До открытия неравномерности вращения Земли производная единица меры времени – секунда – определялась как 1/86400 доля средних солнечных суток. Непостоянство средних солнечных суток вследствие неравномерного вращения Земли заставило отказаться от такого определения секунды.

В октябре 1959г. Международное Бюро мер и весов постановили дать следующее определение фундаментальной единице времени секунде:

«Секунда есть 1/31556925,9747 доля тропического года для 1900г., январь 0, в 12 часов эфемеридного времени».

Так определяемая секунда получила название «эфемеридной». Число 31556925,9747=86400´365,2421988 есть число секунд в тропическом году, продолжительность которого для 1900 года, январь 0, в 12 часов эфемеридного времени (равномерного ньютонианского времени) равнялась 365,2421988 средних солнечных суток.

Иными словами, эфемеридная секунда есть промежуток времени, равный 1/86400 доле средней продолжительности средних солнечных суток, которую они имели в 1900 году, в январе 0, в 12 часов эфемеридного времени. Таким образом, новое определение секунды было связано и с движением Земли вокруг Солнца, тогда как старое определение основывалось только на её вращении вокруг своей оси.

В наши дни время – физическая величина, которую можно измерить с наивысшей точностью. Единица времени – секунда «атомного» времени (секунда СИ) - приравнена продолжительности 9192631770 периодов излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133, была введена в 1967 году решением XII Генеральной конференции мер и весов, а в 1970 году «атомное» время было принято за фундаментальное реперное время. Относительная точность цезиевого эталона частоты составляет 10 -10 -10 -11 в течение нескольких лет. Эталон атомного времени не имеет ни суточных, ни вековых колебаний, не стареет и обладает достаточной определённостью, точностью и воспроизводимостью.

С введением атомного времени существенно улучшилась точность определения неравномерности вращения Земли. С этого момента появилась возможность регистрировать все колебания скорости вращения Земли с периодом более одного месяца. На рис.1.28 показан ход среднемесячных величин отклонений за период 1955-2000гг.

С 1956 по 1961г. вращение Земли ускорялось, с 1962 по 1972г. – замедлялось, а с 1973г. по настоящее время – снова ускорялось. Это ускорение ещё не закончилось и продлится до 2010г. Ускорение вращения 1958-1961гг. и замедление 1989-1994гг. являются кратковременными флуктуациями. Сезонные колебания приводят к тому, что скорость вращения Земли бывает наименьшей в апреле и ноябре, а наибольшей – в январе и июле. Январский максимум значительно меньше июльского. Разность между минимальной величиной отклонения длительности земных суток от эталонных в июле и максимальной в апреле или ноябре составляет 0,001с.

Рис.1.28. Среднемесячные отклонения длительности земных суток от эталонных за 45 лет

Изучение неравномерности вращения Земли, нутаций земной оси и движения полюсов имеет большое научное и практическое значение. Знание этих параметров необходимо для определения координат небесных и земных объектов. Они способствуют расширению наших знаний в различных областях наук о Земле.

В 80-е годы 20 века на смену астрономическим методам определения параметров вращения Земли пришли новые методы геодезии. Доплеровские наблюдения ИСЗ, лазерная локация Луны и ИСЗ, система глобального позиционирования GPS, радиоинтерферометрия являются эффективными средствами для изучения неравномерности вращения Земли и движения полюсов. Наиболее подходящими для радиоинтерферометрии являются квазары – мощные источники радиоизлучения чрезвычайно малого углового размера (менее 0,02²), которые являются, по-видимому, наиболее удалёнными объектами Вселенной, практически неподвижными на небе. Квазарная радиоинтерферометрия представляет эффективнейшее и независимое от оптических измерений средство для изучения вращательного движения Земли.

Земля находится постоянно в движении, вращаясь вокруг Солнца и вокруг своей собственной оси. Это движение и постоянный наклон оси Земли (23,5°) определяет многие эффекты, которые мы наблюдаем как нормальные явления: ночь и день (из-за вращения Земли вокруг своей оси), смена сезонов (из-за наклона оси Земли), и разный климат в различных областях. Глобусы можно вращать и их ось имеет наклон как и ось Земли (23,5°), поэтому с помощью глобуса можно проследить движение Земли вокруг своей оси довольно точно, а с помощью системы "Земля - Солнце" можно проследить движение Земли вокруг Солнца.

Вращение Земли вокруг своей оси

Земля вращается вокруг своей собственной оси с запада на восток (против часовой стрелки, если смотреть со стороны Северного полюса). Земле требуются 23 часа, 56 минут, и 4.09 секунды, чтобы закончить один полный оборот вокруг собственной оси. День и ночь обусловлены вращением Земли. Угловая скорость вращения Земли вокруг своей оси или угол, на который поворачивается любая точка на поверхности Земли, одинаков. Он составляет 15 градусов за один час. А вот линейная скорость вращения в любом месте на экваторе составляет приблизительно 1 669 километров в час (464 м/с), уменьшаясь до нуля на полюсах. Например, скорость вращения на широте 30° - 1445 км/ч (400 м/с).
Мы не замечаем вращения Земли по той простой причине, что параллельно и одновременно с нами движутся с той же скоростью все предметы вокруг нас и нет "относительных" движений предметов вокруг нас. Если, например, корабль будет идти равномерно, без ускорения и торможения по морю в спокойную погоду без волнения на поверхности воды, мы совсем не будем ощущать того, как такой корабль движется, если будем находиться в каюте без иллюминатора, поскольку все предметы внутри каюты будут двигаться параллельно вместе с нами и кораблём.

Движение Земли вокруг Солнца

В то время, как Земля вращается вокруг собственной оси, она обращается и вокруг Солнца с запада на восток против часовой стрелки, если смотреть с северного полюса. Земле требуется один звездный год (около 365,2564 суток), чтобы закончить один полный оборот вокруг Солнца. Путь движения Земли вокруг Солнца называется орбитой Земли и эта орбита не идеально круглая. Среднее расстояние от Земли до Солнца - приблизительно 150 миллионов километров, и это расстояние изменяется до 5 миллионов километров, формируя небольшой овал орбиты (эллипс). Ближайшая к Солнцу точка орбиты Земли, называется - Перигелий. Земля проходит эту точку в начале января. Наиболее удалённая от Солнца точка орбиты Земли, называется - Афелий. Земля проходит эту точку в начале июля.
Так как наша Земля движется вокруг Солнца по эллиптической траектории, то скорость по орбите изменяется. В июле скорость минимальна (29,27 км/сек) и после прохождения афелия (верхняя красная точка на анимации) она начинает ускоряться, а в январе скорость максимальна (30,27 км/сек) и начинает замедляться после прохождения перигелия (нижняя красная точка).
В то время, пока Земля делает один оборот вокруг Солнца, она преодолевает расстояние равное 942 миллионов километров за 365 дней, 6 часов, 9 минут и 9.5 секунд, то есть мы мчимся вместе с Землёй вокруг Солнца со средней скоростью 30 км в секунду (или 107 460 км в час), и в тоже самое время Земля вращается вокруг своей собственной оси за 24 часа один раз (за год 365 раз).
На самом деле, если рассматривать движение Земли более скрупулёзно, то оно намного сложнее, так как на Землю влияют различные факторы: вращение Луны вокруг Земли, притяжение других планет и звезд.