Еще с 16 века, когда Николай Коперник продемонстрировал, что Земля вращается вокруг Солнца, ученые неустанно работали, чтобы понять взаимосвязь в математических терминах. Если это яркое небесное тело - от которого зависят времена года, суточный цикл и вся жизнь на Земле - не вращается вокруг нас, то какова же природа нашей орбиты вокруг него?
В течение нескольких столетий астрономы применяли научный метод, чтобы ответить на этот вопрос, и определили, что Орбита Земли Вокруг Солнца есть много интересных характеристик. И то, что они обнаружили, помогло нам понять, почему мы измеряем время именно так.
Орбитальные характеристики:
Во-первых, скорость обращения Земли по орбите вокруг Солнца составляет 108 000 км / ч, что означает, что наша планета проходит 940 миллионов км за одну орбиту. Земля совершает один оборот по орбите каждые 365,242199 средних солнечных дней, факт, который имеет большое значение для объяснения того, зачем нужен дополнительный календарный день каждые четыре года (то есть в високосный год).
Расстояние от планеты до Солнца меняется в зависимости от ее орбиты. Фактически, Земля никогда не бывает на одинаковом расстоянии от Солнца изо дня в день. Когда Земля находится ближе всего к Солнцу, считается, что она находится в перигелии. Это происходит примерно 3 января каждого года, когда Земля находится на расстоянии около 147 098 074 км.
Среднее расстояние от Земли до Солнца составляет около 149,6 миллиона км, что также называется одной астрономической единицей (AU). Когда Земля находится на самом дальнем расстоянии от Солнца, считается, что она находится в афелии, что происходит примерно 4 июля, когда Земля достигает расстояния около 152 097 701 км.
И те из вас, кто живет в северном полушарии, заметят, что «теплая» или «холодная» погода не совпадает с тем, насколько близко Земля к Солнцу. Это определяется осевым наклоном (см. Ниже).
Эллиптическая орбита:
Далее, о природе орбиты Земли. Вместо того, чтобы быть идеальным кругом, Земля движется вокруг Солнца по вытянутой круговой или овальной схеме. Это так называемая «эллиптическая» орбита. Этот орбитальный паттерн был впервые описан Иоганном Кеплером, немецким математиком и астрономом, в его основополагающей работе.новая астрономия(Новая астрономия).
Иллюстрация трех законов движения Кеплера, которые показывают две планеты с эллиптическими орбитами вокруг Солнца. Предоставлено: Википедия / Hankwang.
После измерения орбит Земли и Марса он заметил, что время от времени орбиты обеих планет, казалось, ускорялись или замедлялись. Это совпадало непосредственно с афелием и перигелием планет, а это означало, что расстояние планет от Солнца напрямую зависело от скорости их орбит. Это также означало, что и Земля, и Марс не вращались вокруг Солнца по идеально круговой траектории.
При описании природы эллиптических орбит ученые используют фактор, известный как «эксцентриситет», который выражается в виде числа от нуля до единицы. Если эксцентриситет планеты близок к нулю, то эллипс представляет собой почти круг. Если он близок к единице, эллипс длинный и тонкий.
Орбита Земли имеет эксцентриситет менее 0,02, что означает, что она очень близка к круговой. Вот почему разница между расстоянием Земли от Солнца в перигелии и афелии очень мала - менее 5 миллионов км.
Сезонное изменение:
В-третьих, существует роль, которую орбита Земли играет в сезонах года, о которой мы говорили выше. Четыре сезона определяются тем фактом, что Земля наклонена на 23,4 ° по своей вертикальной оси, что называется «осевым наклоном». Эта особенность нашей орбиты определяет солнцестояния - точку на орбите максимального наклона оси к или от Солнца - и равноденствия, когда направление наклона и направление к Солнцу перпендикулярны.
В течение года ориентация оси остается фиксированной в пространстве, вызывая изменения в распределении солнечной радиации. Предоставлено: NOAA / Томас Дж. Эндрюс.
Короче говоря, когда северное полушарие наклонено от Солнца, оно переживает зиму, а южное полушарие - лето. Шесть месяцев спустя, когда северное полушарие наклоняется к Солнцу, сезонный порядок меняется на противоположный.
В северном полушарии зимнее солнцестояние наступает около 21 декабря, летнее солнцестояние - около 21 июня, весеннее равноденствие - около 20 марта, а осеннее равноденствие - около 23 сентября. Наклон оси в южном полушарии прямо противоположен направлению в северном полушарии. Таким образом, сезонные эффекты на юге обращаются вспять.
Хотя верно, что у Земли есть перигелий, или точка, в которой она находится ближе всего к Солнцу, и афелий, самая дальняя точка от Солнца, разница между этими расстояниями слишком минимальна, чтобы оказывать какое-либо существенное влияние на времена года на Земле. и климат.
Точки Лагранжа:
Еще одна интересная характеристика орбиты Земли вокруг Солнца связана с Точки Лагранжа . Это пять позиций в орбитальной конфигурации Земли вокруг Солнца, где объединенное гравитационное притяжение Земли и Солнца обеспечивает именно центростремительную силу, необходимую для их вращения по орбите.
Точки Лагранжа Солнце-Земля. Предоставлено: Xander89 / Wikimedia Commons.
Пять точек Лагранжа между Землей помечены (несколько невообразимо) от L1 до L5. L1, L2 и L3 расположены вдоль прямой линии, проходящей через Землю и Солнце. L1 находится между ними, L3 находится на противоположной стороне Солнца от Земли, а L2 находится на противоположной стороне Земли от L1. Эти три точки Лагранжа нестабильны, что означает, что спутник, помещенный в любую из них, отклонится от курса, если его хоть немного потревожить.
Точки L4 и L5 лежат на концах двух равносторонних треугольников, где Солнце и Земля составляют две нижние точки. Эти точки лежат вдоль орбиты Земли, при этом L4 на 60 ° позади нее и L5 на 60 ° впереди. Эти две точки Лагранжа стабильны, поэтому они являются популярными направлениями для спутников и космических телескопов.
Изучение орбиты Земли вокруг Солнца многому научило ученых и о других планетах. Знание того, где находится планета относительно своей родительской звезды, ее орбитального периода, наклона ее оси и множества других факторов, - все это имеет решающее значение для определения того, может ли жизнь существовать на одной из них, и смогут ли люди когда-нибудь жить. там.
Мы написали много интересных статей об орбите Земли здесь, в Universe Today. Вот 10 интересных фактов о Земле , Как далеко Земля от Солнца? , Что такое вращение Земли? , Почему бывают сезоны? , а также Что такое наклон оси Земли?
Для получения дополнительной информации ознакомьтесь с этой статьей о НАСА - «Окно во Вселенную». эллиптические орбиты или посмотрите НАСА Земля: Обзор .
Astronomy Cast также подчеркивает, что имеет отношение к предмету. Вот BQuestions Show: черные черные дыры, дисбаланс Земли и загрязнение космоса .
Источники:
