Яка орбіта Землі

§ 18. Пояси освітленості на Землі. Визначення висоти Сонця над горизонтом та тривалості дня. Орбітальний рух Землі: основні характеристики. Географічні наслідки обертання Землі навколо Сонця

1. ПОЯСИ ОСВІТЛЕНОСТІ НА ЗЕМЛІ. Нахил земної осі відносно площини орбіти і рух Землі навколо Сонця еліпсоїдною траєкторією визначають умови формування на планеті п’яти поясів освітленості. Різниця між ними полягає у висоті полуденного Сонця над горизонтом, довжині світлового дня й, відповідно, теплових умовах (мал. 1).

За допомогою мал. 1 поясніть, як і чому змінюється кут падіння сонячних променів на поверхню Землі й що від цього залежить.

Межі поясів освітленості й теплових поясів на Землі не збігаються переважно через вплив рельєфу, підстилаючої поверхні на розподіл температур повітря, а в океані та біля його берегів — ще й через морські течії.

За допомогою мал. 1 визначте умовні межі поясів освітленості.

Кожен пояс освітленості має свої особливості через різну поведінку Сонця протягом року над цими поясами. У тропічному поясі воно хоча б раз буває в зеніті. У помірних поясах Сонце ніколи не буває в зеніті й тут відсутні полярні дні й ночі. У полярних поясах у літній час спостерігаються полярні дні, коли Сонце не ховається за горизонт, а взимку — полярні ночі, коли воно взагалі не сходить.

За допомогою мал. 1 визначте на прикладі Південної Америки, де й коли Сонце буває в зеніті.

2. ВИЗНАЧЕННЯ ВИСОТИ СОНЦЯ НАД ГОРИЗОНТОМ ТА ТРИВАЛОСТІ ДНЯ. Ви знаєте, що кількість тепла, яке Сонце посилає на земну поверхню, залежить від величини кута падіння його променів (він може бути від 0 до 90°). Кут 0° може бути на полюсах та на території від них до полярних кіл. За цих умов сонячні промені лише «ковзають» поверхнею Землі, слабко її нагріваючи. Під кутом 90° (Сонце в зеніті) сонячні промені падають на поверхню Землі між двома тропіками та сильно нагрівають поверхню Землі.

Отже, чим ближче до екватора, тим більше кут падіння сонячних променів і, відповідно, земна поверхня сильніше нагрівається.

Наведіть докази змін кута падіння сонячних променів на поверхню Землі в різні пори року.

Мал. 1. Пояси Сонячної освітленості Землі.

Висоту Сонця над лінією горизонту можна виміряти за допомогою секстанта, астролябії, квадранта й гномона. Гномон є дуже давнім астрономічним приладом, його вік — щонайменше декілька тисяч років (мал. 2).

Найпростіший гномон може зробити кожен: довгу палицю встромляємо в землю так, щоб над поверхнею залишився рівно один метр. У сонячний день опівдні тінь від цієї палиці буде найменшою. Кут між кінцем тіні та відрізком, що з’єднує палицю з ним, є кутом, під яким на земну поверхню падає сонячне проміння.

3. ОРБІТАЛЬНИЙ РУХ ЗЕМЛІ: ОСНОВНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ. Ви вже знаєте тривалість періоду часу, за який Земля обертається навколо Сонця. Це рік, який приблизно визначають у 365 днів. Із 48 хв 46 с, які для зручності не враховують кожного року, «набігає» ще один день, який додають до високосного року (раз на чотири роки).

Земна орбіта має довжину понад 936 млн км. Швидкість Землі (понад 108 тис. км/год), із якою вона рухається навколо Сонця, ми не відчуваємо. Земля то віддаляється від Сонця (у точці орбіти, яка має назву афелій) на 5 млн км (орбіта еліпсоїдна), то знову до нього наближається (у точці орбіти, яка має назву перигелій). Збільшення відстані до Сонця призводить до зменшення швидкості руху Землі власною орбітою. Сонце ніби постійно тримає нашу планету на повідку, то підтягуючи її до себе, то знову відпускаючи.

Використовуючи знання із фізики, поясніть, завдяки чому ми не відчуваємо швидкість, із якою Земля рухається навколо Сонця.

Мал. 2. а) Сонячний гномон; б) використання астролябії; в) квадрант; г) секстант.

Мал. 3. Рух Землі відповідно до II закону Кеплера.

Відповідно до законів Кеплера, в афелії Земля рухається зі швидкістю 29,3 км/с, у перигелії — 30,3 км/с. Отже, у нас, у Північній півкулі, літо — найдовша пора року, а зима — найкоротша; перевищення становить 7 діб 14 год, а в Південній півкулі все навпаки (мал. 3).

Поясніть за допомогою мал. 3, у якій частині земної орбіти планета рухається з більшою швидкістю. Порівняйте з мал. 2 а (с. 49) і вкажіть пори року, коли це відбувається.

У результаті руху Землі навколо Сонця й нахилу екліптики відбувається зміна пір року. Утворення й наявність тропіків і полярних кіл є також наслідком руху та положення Землі навколо і відносно Сонця. Тропіки — це паралелі, проведені по 23°27′ на північ і південь від екватора. Це природна межа положення Сонця в зеніті: на північ і на південь від тропіків Сонце ніколи не буває прямо над головою. Між тропіками розташований жаркий пояс, який займає майже 40% земної поверхні. Сонце тут буває в зеніті двічі на рік і лише безпосередньо над тропіками один раз у дні сонцестоянь. Ця особливість відрізняє тропіки від усіх інших паралелей. На екваторі день завжди дорівнює ночі.

Полярні кола (Північне і Південне) — паралелі, які віддалені від екватора на 66°33′ на південь і північ. У Північній півкулі в день зимового сонцестояння (22 грудня) на північ від Полярного кола Сонце не сходить над горизонтом, і чим далі на північ, тим довше триває Полярна ніч, а починаючи із дня літнього сонцестояння (22 червня) — не заходить. Аналогічне явище спостерігається і в Південній півкулі.

Між Полярними колами і тропіками розташовані два помірні пояси, де Сонце ніколи не буває в зеніті, а протягом доби день обов’язково змінює ніч. Загальна площа цих поясів становить майже 52% земної поверхні.

У минулі геологічні епохи, імовірно, Земля рухалася інакше навколо Сонця і навколо своєї осі. Наслідком цього були зовсім інші природні умови на нашій планеті. Наприклад, на землях сучасної України мільйони років тому був тропічний клімат, були поширені теплолюбні рослини й тварини. Підтвердженням цього є знахідки студентів географічного факультету Київського національного університету імені Тараса Шевченка під час практики в Каневі зубів акул, які мешкали в теплому морі.

Спостереження вчених довели, що магнітні полюси нашої планети в останній час зрушили зі свого традиційного місця. Деякі науковці пояснюють це явище зміною впливу Сонця на Землю. Цілком можливо, що і в минулому географічні полюси були не в тому місці, де вони є зараз.

  • Протягом року Сонце по-різному освітлює поверхню Землі, тому на планеті утворилося п’ять поясів освітленості.
  • Унаслідок руху Землі навколо Сонця, нахилу земної осі до площини екліптики на нашій планеті відбувається зміна пір року. Протягом дня і року висота Сонця над лінією горизонту постійно змінюється.
  • Земля робить повний оберт навколо Сонця за 365 днів 48 хв 46 с. Щоб «наздогнати» постійне щорічне відставання на 48 хв 46 с, кожен четвертий рік називається високосним і триває 366 днів.

ЗАПИТАННЯ ТА ЗАВДАННЯ

  • 1. Обґрунтуйте наявність на Землі саме п’яти поясів освітленості.
  • 2. Складіть простий гномон і визначте висоту Сонця у вашій місцевості опівдні в день зимового сонцестояння.
  • 3. Проаналізуйте наслідки орбітального руху Землі протягом року відповідно до законів Кеплера.
  • 4. Доведіть, що клімат України в минулому був зовсім іншим, ніж зараз.

Щось змінило орбіту Землі мільйони років тому, і вчені мають про це припущення

Учені кажуть, що орбіта нашої планети не завжди була такою, як сьогодні. Десятки мільйонів років тому сталася подія, котра підвищила глобальну температуру планети на 8 градусів і змінила її обертання. Але що ж могло бути настільки масивним і гравітаційно сильним, щоб так вплинути на Землю?

Причини змін

Складання воєдино змін, яких зазнала наша планета за 4,5 мільярди років свого існування, вимагає вражаючої детективної роботи. Для виявлення найдрібніших деталей часто потрібне поєднання геології, моделювання та статистичного аналізу.

Згідно з новим дослідженням, причиною всіх згаданих негараздів могло стати зближення Сонячної системи з іншою зорею, яка пройшла надзвичайно близько до нас – настільки, що спричинила хаос у кліматі. На основі геологічних даних ми знаємо, що близько 56 мільйонів років тому, на межі палеоцену та еоцену, температура Землі зросла на цілих 8 градусів. Це завжди було загадкою для нашої науки, але планетолог Натан Кайб з Інституту планетарних наук і астрофізик Шон Реймонд з Лабораторії астрофізики Бордо припускають, що причиною могла бути саме ця випадкова зустріч, адже різкі зміни в кліматі Землі корелюють зі змінами в орбіті Землі навколо Сонця.

Ми знаємо про цю кореляцію вже давно. Сонячна система відносно стабільна, але її орбіти можуть змінюватись, і досить легко. Наприклад, орбіта Землі регулярно піддається впливу планет-гігантів, які спричиняють довготривалі зміни її орбіти, осьового нахилу та прецесії, а внаслідок цього – клімату. Ці зміни, що відбуваються протягом десятків тисяч років, називаються циклами Міланковича, і ми досить добре їх вивчили.

Нові симуляції показують, що зоря, проходячи повз Сонячну систему, могла внести достатній збій в орбіти планет, щоб підштовхнути Землю з її курсу. Загалом моделювання орбітальної еволюції Сонячної системи з плином часу є складним завданням. Зазвичай вчені намагаються “відмотати” Сонячну систему назад у симуляціях. Але ці симуляції включають лише ізольовану Сонячну систему й не беруть до уваги велику, густонаселену і динамічну галактику, в якій вона знаходиться.

Хоча в космосі багато порожнього простору, все в галактиці рухається різними орбітами та з різними швидкостями й траєкторіями. Інші зорі можуть пролетіти повз Сонце, і якщо це станеться, гравітаційна взаємодія обох зоряних систем може вплинути на їхні планети, якщо такі є.

Тож у новій симуляції вчені хотіли дізнатися, чи може зоря, що пролітає повз, мати подібний ефект, навіть на значній відстані. Їхня робота брала за приклад одну вже відому подію. Близько 2,8 мільйона років тому зоря, схожа на Сонце, під назвою HD 7977, пройшла повз Сонячну систему, ймовірно, так близько, що пролетіла всередині Хмари Оорта. Можливо, вона пролетіла на відстані близько 31 000 астрономічних одиниць, що в 31 000 разів більше відстані між Землею і Сонцем – занадто далеко, щоб мати значний вплив.

Проводячи симуляції, дослідники послідовно виявляли, що дещо менші відстані між пролітаючою зорею та Землею дійсно мають гравітаційний вплив на рух планети відносно Сонця, що, звісно, й так було очевидно. Це означає, що зоря, яка пройшла повз нас 56 мільйонів років тому, повинна була підлетіти ближче, ніж HD 7977, або бути масивнішою і мати сильнішу гравітацію.

Вчені підрахували, що зорі пролітають повз нас на відстані 50 000 астрономічних одиниць кожний мільйон років або близько того, а на відстані 10 000 астрономічних одиниць кожні 20 мільйонів років або близько того. Це означає, що цілком можливо, що зоря, яка пролітала повз нас, впливала на клімат Землі в минулому.

Такі зустрічі відіграють важливу роль у довготривалій динамічній еволюції нашої Сонячної системи і нам потрібно брати до уваги ці випадки, коли ми вивчаємо Землю та ближній космос.

“Супутник-дідусь” ERS-2 впаде у середу на Землю. Він першим розповів про танення льодовиків

ERS-2 був передовою платформою спостереження, коли його запустили у 1995 році.

Він поступово знижувався після завершення роботи у 2011 році і тепер у середу зробить неконтрольоване занурення в атмосферу.

Європейська космічна агенція (ESA) стверджує, що більша частина двотонного супутника згорить під час падіння.

Цілком можливо, що деякі міцніші частини витримають інтенсивне нагрівання, яке виникає під час польоту скрізь атмосферу, але ймовірність того, що ці уламки влучать у населений пункт та завдадуть шкоди, невелика.

Вони можуть приземлитися практично у будь-якій точці світу. Але оскільки більша частина поверхні Землі вкрита океаном, будь-яке космічне сміття, швидше за все, потоне у морі.

“Жоден з елементів супутника, які можуть потрапити в атмосферу (і досягти поверхні Землі), не є радіоактивним або токсичним”, – сказав Мірко Албані з відділу ESA, який відповідає за наземне спостереження за Землею.

Температура поверхні моря: сучасний моніторинг клімат завдячує програмі ERS

У 1990-х роках агенція запустила два майже ідентичні супутники дистанційного зондування Землі (ERS). Це були найдосконаліші спостерігачі за планетою свого часу з набором інструментів для відстеження змін на землі, в океанах і повітрі.

Супутники спостерігали за повенями, вимірювали температуру поверхні континенту та океану, відстежували рух льодовиків і фіксували вигин землі під час землетрусів.

А ERS-2, крім усього цього, дав нову можливість оцінити захисний озоновий шар Землі.

Цю пару супутників називають “прабатьками спостереження за Землею в Європі”.

“З точки зору технологій, ви можете провести пряму лінію від ERS до європейських супутників Copernicus/Sentinel, які сьогодні спостерігають за планетою. ERS – це те, з чого все почалося”, – каже BBC доктор Ральф Корді, менеджер Airbus зі спостереження за Землею.

Доктор Рут Моттрам – дослідник льодовиків із Данського метеорологічного інституту. Вона згадує революцію, яку ERS зробила в її галузі.

“Коли я була студенткою університету у 1990-х роках, нам казали, що крижані покриви дуже холодні та стабільні, і вони не зміняться суттєво. Знадобляться десятиліття, перш ніж ми побачимо будь-які зміни, яких ми очікували внаслідок змін клімату. А ERS показав, що це неправда, і що великі зміни вже відбуваються”.

Німецька компанія Dornier (нині Airbus) керувала монтажем супутників ERS

Першим із дуету додому повертається ERS-2.

Спочатку він обертався навколо Землі на висоті 780 км, але у 2011 році інженери використали його останні запаси палива, щоб знизити його висоту до 570 км. Очікувалося, що верхні шари атмосфери затягнуть космічний корабель і знищать його приблизно через 15 років.

Цей прогноз справдиться в середу вдень за Гринвічем.

Коли і де саме, важко сказати. Багато що залежатиме від щільності верхніх шарів атмосфери, на які впливає сонячна активність.

Можна з упевненістю сказати, що входження в атмосферу відбудеться між 82 градусами північної та південної широти, адже це була орбіта супутника навколо Землі.

Експерти ESA з космічного сміття підрахували, що незначна частина ERS-2 долетить на поверхні Землі.

Австралійська трекінгова компанія HEO стежить за спуском ERS-2

Серед цих фрагментів можуть бути внутрішні панелі та деякі металеві частини, як-от паливні та компенсаторні баки.

Деталь, що має найбільшу ймовірність пройти крізь атмосферу, – це антена для радіолокаційної системи з синтезованою апертурою, яку побудували у Великій Британії. Вона створена з вуглецевого волокна, яке витримує високі температури.

Коли запускали ERS-2, правила щодо запобігання утворенню космічного сміття були набагато м’якшими. Повернення резервного космічного корабля протягом 25 років після закінчення експлуатації вважали прийнятним.

У новій хартії ESA Zero Debris рекомендують, щоб період утилізації не перевищував п’яти років. Майбутні супутники агенції запускатимуть з необхідним паливом і здатністю швидко сходити з орбіти.

Причина очевидна: з такою кількістю супутників, які зараз запускають на орбіту, ризик зіткнень зростає.

Знизити ERS-1 інженерам не вдалося, звʼязок із супутником перервався. Він все ще може перебувати на висоті понад 700 км над Землею. Щоб він впав з такої висоти природним чином, може знадобитися 100 років.

Розлом Хейворда в Каліфорнії: ERS першим зробив радіолокаційну інтерферометрію та картографування руху гірських порід

Американська компанія SpaceX, яка керує більшістю функціональних супутників, що перебувають зараз на орбіті (їх понад 5400), нещодавно оголосила, що виведе з ладу 100. Ці супутники мають несправності, які “можуть збільшити ймовірність втрати звʼязку з ними в майбутньому”.

Компанія хоче знищити ці космічні кораблі до того, як будь-які проблеми ускладнять це завдання.

Минулого тижня Secure World Foundation, група захисту екологічного використання космосу, і LeoLabs, американська компанія, яка відстежує космічне сміття, заявили, що терміново потрібно прибрати зайве орбітальне обладнання.

“Накопичення масивних покинутих об’єктів на низькій навколоземній орбіті не припиняється; 28% таких об’єктів залишається на орбіті з початку століття”, – йдеться в заяві екологів.

“Ці скупчення сміття становлять небезпеку для тисяч нових супутників, які живлять глобальну космічну економіку”.

Related Post

Яке громадянство найлегше отриматиЯке громадянство найлегше отримати

Між тим перелік країн, де паспорт Євросоюзу отримати найважче, очолила Естонія: тут громадянство ЄС отримують приблизно один із кожних 200 заявників (0,6 відсотка). Далі йдуть Латвія, Чехія та Литва.16 січ.

Що може хворіти на 14-му тижні вагітностіЩо може хворіти на 14-му тижні вагітності

Що має насторожити під час вагітності Вияви токсикозу … Головний біль, непритомності … Кров'янисті виділення із статевих шляхів … Нав'язливі болі внизу живота і в попереку … Переймоподібні больові відчуття