Co kdyby vám někdo řekl, že v každém okamžiku cestujete rychlostí výrazně převyšující rychlost zvuku? Mohli byste si myslet, že se zbláznili, vzhledem k tomu, že – jak jste nejlépe mohli říct – stáli jste na pevné zemi, a ne v kokpitu nadzvukového tryskáče. Přesto je tvrzení správné. V každém okamžiku se všichni pohybujeme rychlostí asi 1 674 kilometrů za hodinu, díky rotaci Země,
Podle definice je rotace Země doba, za kterou se jednou otočí na své ose. To se zjevně provádí jednou denně – tedy každých 24 hodin. Ve skutečnosti však existují dva různé druhy rotace, které je zde třeba vzít v úvahu. Za prvé, existuje doba, kterou Zemi trvá, než se jednou otočí kolem své osy, aby se vrátila do stejné orientace ve srovnání se zbytkem vesmíru. Pak je tu, jak dlouho trvá, než se Země otočí, aby se Slunce vrátilo na stejné místo na obloze.
Sluneční vs. hvězdný den:
Jak všichni víme, trvá přesně 24 hodin, než se Slunce vrátí na stejné místo na obloze, což by se zdálo zřejmé. 24 hodin je to, co považujeme za úplný den a čas, který trvá přechod ze dne do noci a zpět. Ve skutečnosti však Zemi trvá 23 hodin, 56 minut a 4,09 sekund, než se jednou otočí kolem své osy ve srovnání s hvězdami v pozadí.
proč ten rozdíl? Bylo by to proto, že Země obíhá kolem Slunce a jeden oběh dokončí za něco málo přes 365 dní. Pokud vydělíte 24 hodin 365 dny, uvidíte, že vám zbývají asi 4 minuty denně. Jinými slovy, Země se otáčí kolem své osy, ale také obíhá kolem Slunce, takže postavení Slunce na obloze dohání každý den o 4 minuty.
Noční obloha ukazující 6 hodin rotace zachycená dlouhou expozicí. Kredit: Chris Schur
Doba, za kterou se Země jednou otočí kolem své osy, je známá jako ahvězdný den– což je 23,9344696 hodin. Vzhledem k tomu, že tento typ denního měření je založen na poloze Země vůči hvězdám, astronomové jej používají jako systém sledování času, aby mohli sledovat, kde se hvězdy objeví na noční obloze, hlavně proto, aby věděli, kterým směrem mají nasměrovat své hvězdy. dalekohledy v.
Doba, za kterou se Slunce vrátí na stejné místo na obloze, se nazývá asluneční den, což je 24 hodin. To se však v průběhu roku mění a akumulovaný efekt vytváří sezónní odchylky až 16 minut od průměru. To je způsobeno dvěma faktory, mezi které patří eliptická dráha Země kolem Slunce a její axiální sklon.
Orbita a axiální sklon:
Tak jako Johannes Kepler uvedeno v jeho Nová astronomie (1609), Země a Sluneční planety se neotáčí kolem Slunce v dokonalých kruzích. Toto je známé jako Keplerův první zákon , který uvádí, že „oběžná dráha planety kolem Slunce je elipsa s těžištěm Slunce v jednom ohnisku“. V perihéliu (tj. jeho nejbližším) je 147 095 000 km (91 401 000 mi) od Slunce; zatímco v aféliu je to 152 100 000 km (94 500 000 mil).
Tato změna vzdálenosti znamená, že oběžná rychlost Země se zvyšuje, když je nejblíže Slunci. Zatímco jeho rychlost je v průměru asi 29,8 km/s (18,5 mps) nebo 107 000 km/h (66487 mph), ve skutečnosti se v průběhu roku pohybuje o celý km/s – mezi 30,29 km/s a 29,29 km/ s (109 044 – 105 444 km/h; 67 756,8 – 65 519,864 mph).
Axiální sklon (nebo šikmost) Země a jeho vztah k rotační ose a rovině oběžné dráhy při pohledu ze Slunce během severní rovnodennosti. Kredit: NASA
Při tomto tempu trvá Slunci ekvivalent 24 hodin – tedy jeden sluneční den –, než dokončí úplnou rotaci kolem zemské osy a vrátí se k poledníku (bodu na zeměkouli, který prochází od severu k jihu přes póly). Při pohledu z místa nad severními póly Slunce i Země obíhá Země kolem Slunce proti směru hodinových ručiček.
Rotace této Země kolem Slunce nebo precese Slunce přes rovnodennosti je důvodem, proč rok trvá přibližně 365,2 dne. Je to také z toho důvodu, že každé čtyři roky je vyžadován jeden den navíc (29. února během každého přestupného roku). Také rotace Země kolem Slunce podléhá mírné excentricitě (0,0167°), což znamená, že je v určitých obdobích roku pravidelně blíže nebo dále od Slunce.
Zemská osa je také nakloněna v úhlu přibližně 23,439° směrem k ekliptice. To znamená, že když Slunce překročí rovník v obou rovnodennostech, jeho denní posun vzhledem k hvězdám v pozadí je pod úhlem k rovníku. V červnu a prosinci, kdy je Slunce nejdále od nebeského rovníku, odpovídá daný posun podél ekliptiky velkému posunu na rovníku.
Zdánlivé sluneční dny jsou tedy v březnu a září kratší než v červnu nebo prosinci. V severních mírných zeměpisných šířkách Slunce vychází během letního slunovratu na sever od skutečného východu a zapadá na sever od skutečného západu, přičemž se v zimě obrací. Slunce vychází v létě na jih od skutečného východu pro jižní mírné pásmo a zapadá na jih od skutečného západu.
Rotační rychlost:
Jak již bylo řečeno, Země se otáčí poměrně rychle. Ve skutečnosti vědci zjistili, že rotační rychlost Země na rovníku je 1 674,4 km/h. To znamená, že už jen tím, že by stál na rovníku, by se již člověk pohyboval rychlostí přesahující rychlost zvuku v kruhu. Ale podobně jako měření dne lze rotaci Země měřit jedním ze dvou různých způsobů.
Období rotace Země vzhledem k pevným hvězdám je známé jako „hvězdný den“, což je 86 164,098903691 sekund středního slunečního času (neboli 23 hodin, 56 minut a 4,0989 sekund). Doba rotace Země vzhledem k předchozí nebo pohyblivé střední jarní rovnodennosti je mezitím 23 hodin 56 minut a 4,0905 sekund středního slunečního času. Není to zásadní rozdíl, ale přesto rozdíl.
Planeta se však s postupem času mírně zpomaluje kvůli slapovým účinkům, které má Měsíc na rotaci Země. Atomové hodiny ukazují, že dnešní doba je delší asi o 1,7 milisekundy než před stoletím, čímž se pomalu zvyšuje rychlost, kterou se UTC upravuje o skokové sekundy. Rotace Země jde také ze západu na východ, proto Slunce vychází na východě a zapadá na západě.
Vizualizace hvězdného dne vs. slunečního dne. Kredit: quora.com
Vznik Země:
Další zajímavá věc o rotaci Země je, jak to všechno začalo. Rotace planety je v zásadě způsobena momentem hybnosti všech částic, které se spojily, aby vytvořily naši planetu před 4,6 miliardami let. Předtím byly Země, Slunce a zbytek Sluneční soustavy součástí obřího molekulárního mračna vodíku, helia a dalších těžších prvků.
Když se mrak zhroutil dolů, hybnost všech částic způsobila, že se mrak roztočil. Současná doba rotace Země je výsledkem této počáteční rotace a dalších faktorů, včetně slapového tření a hypotetického dopadu Theia – srážka s objektem velikosti Marsu, o které se předpokládá, že se odehrála cca. před 4,5 miliardami let a vytvořil Měsíc.
Tato rychlá rotace je také to, co dává Zemi její tvar a zplošťuje ji do zploštělého sféroidu (nebo co vypadá jako zmáčknutá koule). Tento zvláštní tvar naší planety znamená, že body podél rovníku jsou ve skutečnosti dále od středu Země než na pólech.
Umělcův dojem, jak vypadala sluneční soustava v raných fázích formování, jako oblak prachu kroužící kolem hvězdy. Kredit: JPL/NASA
Historie studia:
V dávných dobách astronomové přirozeně věřili, že Země je pevné těleso ve vesmíru a že Slunce, Měsíc, planety a hvězdy se kolem ní otáčejí. V klasickém starověku se to stalo formálním do kosmologických systémů filozofy a astronomy jako Aristoteles a Ptolemaios – který se později stal známým jako Ptolemaiovský model (neboli Geocentrický model ) vesmíru.
Během starověku však byli tací, kteří tuto úmluvu zpochybňovali. Jedním z bodů sporu byla skutečnost, že Země byla nejen pevně na místě, ale že se ani neotáčela. Například Aristarchos ze Samosu (asi 310 – 230 př. n. l.) publikoval spisy na toto téma, které citovali jeho současníci (např. Archimedes). Podle Archiméda Aristarchos zastával názor, že Země obíhá kolem Slunce a že vesmír je mnohonásobně větší, než se dříve myslelo.
A pak tu byl Seleukis ze Seleucie (asi 190 – 150 př. n. l.), helénistický astronom, který žil v říši Blízkého východu Seleucidů. Seleukos byl zastáncem heliocentrického systému Aristarcha a mohl to dokonce prokázat přesným výpočtem planetárních poloh a rotace Země kolem „středu hmoty“ Země-Měsíc.
Ilustrace ptolemaiovského geocentrického systému od portugalského kosmografa a kartografa Bartolomeua Velha, 1568. Uznání: Bibliothèque Nationale, Paříž
Geocentrický model vesmíru by také zpochybnili středověcí islámští a indičtí učenci. Například v roce 499 nl vydal indický astronom Aaryabhata své dílo magnum Aryabhatiya , ve kterém navrhl model, kde se Země otáčela kolem své osy a periody planet byly dány vzhledem ke Slunci.
Íránský astronom Abu Sa’id al-Sijzi z 10. století odporoval ptolemaiovskému modelu tvrzením, že Země se otáčí kolem své osy, čímž vysvětluje zdánlivý denní cyklus a rotaci hvězd vzhledem k Zemi. Přibližně ve stejnou dobu diskutoval Abu Rayhan Biruni (973 – 1048) o možnosti rotace Země kolem své vlastní osy a kolem Slunce – ačkoli to považoval za filozofický problém, nikoli za matematický.
Na observatoři Maragha a Ulugh Beg (aka. Samarkand) byla rotace Země diskutována několika generacemi astronomů mezi 13. a 15. stoletím a mnoho předložených argumentů a důkazů se podobalo těm, které použil Koperník. Bylo to také v té době, kdy Nilakantha Somayaji publikovalAryabhatiyabhasya(komentář kAryabhatiya), ve kterém obhajoval částečně heliocentrický planetární model. Toto bylo následováno v roce 1500 tantrasangraha, ve kterém Somayaji začlenil rotaci Země na její ose.
Ve 14. století se v Evropě začaly objevovat aspekty heliocentrismu a pohybující se Země. Například francouzský filozof biskup Nicole Oresme (asi 1320-1325 až 1382 CE) diskutoval o možnosti rotace Země kolem své osy. Největší vliv na moderní astronomii však měl polský astronom Mikuláš Koperník, když v roce 1514 publikoval své představy o heliocentrickém vesmíru v krátkém pojednání s názvem Commentariolus („Malý komentář“).
Srovnání geocentrických a heliocentrických modelů vesmíru. Kredit: history.ucsb.edu
Stejně jako jiní před ním, Koperník stavěl na díle řeckého astronoma Atistarcha a také vzdal hold škole Maragha a několika významným filozofům z islámského světa (viz níže). Jeho modelu neodmyslitelně patřila skutečnost, že Země a všechny ostatní planety se otáčely kolem Slunce, ale také to, že Země se otáčí kolem své osy a obíhá kolem Měsíce.
Časem a díky vědcům, jako je Galileo a Sir Isaac Newton Pohyb a revoluce naší planety by se staly uznávanou vědeckou konvencí. S příchodem vesmírného věku, rozmístěním satelitů a atomových hodin jsme nejen potvrdili, že je v neustálém pohybu, ale dokázali jsme s neuvěřitelně přesností změřit jeho oběžnou dráhu a rotaci.
Svět se zkrátka točí od svého vzniku. A na rozdíl od toho, co by někteří mohli říkat, je to skutečně takjezpomaluje, i když neuvěřitelně pomalým tempem. Ale samozřejmě, až se výrazně zpomalí, pravděpodobně přestaneme existovat nebo vyklouzneme z jeho „mrzutých pout“ a staneme se meziplanetárním druhem.
Napsali jsme mnoho zajímavých článků o pohybech Země zde na Universe Today. Zde je Jak rychle se Země otáčí? , Dráha Země kolem Slunce , Jak rychle se Země otáčí? , Proč se Země točí? , Co by se stalo, kdyby se Země přestala točit? , a Jaký je rozdíl mezi heliocentrickým a geocentrickým modelem sluneční soustavy?
Pokud byste chtěli více informací o rotaci Země, podívejte se Průvodce NASA pro průzkum sluneční soustavy na Zemi . A zde je odkaz na Observatoř Země NASA .
Nahráli jsme také epizodu Astronomy Cast vše o Zemi . Poslouchej tady, Epizoda 51: Země .
