Длина орбиты

Длина орбиты

По какой орбите Земля движется вокруг Солнца?

Из школьного курса всем известно, что Земля вращается относительно Солнца. Орбита – это траектория движения нашей планеты вокруг звезды. Есть ли у неё какие-нибудь примечательные особенности?

Форма траектории

Долгое время астрономы полагали, что орбиты небесных тел – это окружности. Однако Иоганн Кеплер установил, что на самом деле планеты, в том числе Земля, двигаются по эллиптической траектории, причем Солнце находится в одном из фокусов этого эллипса.

У эллипса, который выглядит как сплюснутая окружность, есть такой параметр, как эксцентриситет. Он определяет, насколько близка его форма к окружности. Эксцентриситет может принимать значение от нуля до единицы. Если он равен нулю, то орбита становится идеальным кругом, в центре которого расположена звезда. Земной эксцентриситет равен 0,0167, то есть наша орбита очень близка к круговой.

Точка, в которой небесное тело максимально удалено от своего светила, называется апоцентром, а ближайшая точка именуется перицентром. Применительно к планетам Солнечной системы также используются термины афелий и перигелий. Когда Земля находится в афелий, расстояние от неё до Солнца составляет 152 млн км, а в перигелий оно сокращается до 147 млн км.

Столь незначительное изменение радиуса земной орбиты очень важно для жизни на планете, так как оно позволяет поддерживать стабильное значение средней температуры на ней. Для сравнения – радиус орбиты Меркурия меняется от 46 до 70 млн км, что соответствует значению эксцентриситета 0,2.

Расстояние от Земли до Солнца

Средний радиус земной орбиты, равный 150 млн км, принят за одну астрономическую единицу – единицу измерения расстояний в космическом пространстве. Исторически ее удобно было использовать при описании Солнечной системы.

Дело в том, что определить относительные расстояния в ней (например, вычислить, что радиус венерианской орбиты в 1,4 раза меньше радиуса земной), значительно проще, чем рассчитать абсолютные. Поэтому астрономы приняли расстояние между Землей и Солнцем за условную единицу и через нее выражали все остальные линейные размеры в нашей планетной системе. Лишь в 1672 году с помощью измерения параллакса Марса итальянцу Джованни Кассини удалось впервые оценить радиус земной орбиты в 140 млн км.

Более точное значение астрономической единицы удалось получить методом радиолокации Венеры советским астрономам в 1961 году. Они получили значение 149 599 300±2000 км.

Скорость движения Земли

Общая протяженность орбиты нашей планеты составляет 940 млн км, которые Земля преодолевает за 365,25 дня, именно поэтому каждый четвертый год делают високосным, добавляя к нему 29 февраля. При этом небесные тела движутся по орбите с неравномерной скоростью. Быстрее всего планеты движутся в перицентре, а медленней всего в апоцентре. Земля оказывается в афелие 3 июля и замедляется в этот день до 29,2 км/с. 3 января наша планета достигает перигелия, разгоняясь да 30,2 км/с.

Плоскость орбиты

Орбита каждого небесного тела – это плоская фигура, то есть все ее точки лежат в одной плоскости. Плоскость земной орбиты называется эклиптикой. Интересно, что орбиты всех известных нам планет Солнечной системы почти лежат в эклиптике. Ось вращения Земли вокруг собственной оси наклонена под углом 23° к эклиптике, следствием этого наклона является неравномерный нагрев Северного и Южного полушария на разных участках орбиты, из-за чего возникает сезонность погоды. Когда выше экватора лето, ниже него – зима, и наоборот.

Солнце также вращается вокруг собственной оси, причем все планеты вращаются в ту же сторону, что и светило. Это является косвенным доказательством того, что когда-то вещество, из которого состоят все планеты и наша звезда, было единым газопылевым облаком, от которого отделился строительный материал для планет. Однако есть одна аномалия, объяснение которой до сих пор не найдено. Дело в том, что само Солнце вращается не в эклиптике, а с отклонением от неё на шесть градусов. Астрономы предполагают, что это может служить косвенным доказательством того, что в нашей системе есть ещё неоткрытые планеты, которые также двигаются не в эклиптике, и своим гравитационным воздействием раскачивают ось вращения Солнца.

Отклонение орбиты от идеальной формы

Идея Кеплера о том, что орбиты небесных тел – это эллипсы, очень хорошо описывала поведение планет с точки зрения наблюдателей XVII века, однако с повышением точности измерений стали обнаруживаться отклонения от законов Кеплера. Дело в том, что предложенная немецким астрономом математическая модель была построена на двух упрощениях:

  • масса планеты пренебрежимо мала относительно массы звезды;
  • учитывается только взаимное влияние сил тяжести двух тел, звезды и планеты, а влияние третьих тел (других планет) не учитывается.

Естественно, в реальности всё сложнее. На самом деле правильнее считать, что не Земля вращается вокруг Солнца, а оба объекта вращаются относительно общего центра масс, который называется барицентром. Но в силу огромной массы звезды барицентр находится внутри неё.

Точные астрономические измерения показывают, что в наше время расстояние между Землей и Солнцем медленно увеличивается со скоростью 15 см в год. Однако это не значит, что наша планета будет постоянно удаляться от светила, периоды удаления могут чередоваться с периодами сближения.

Например, астроном Милутин Миланкович обнаружил, что эксцентриситет земной орбиты не постоянен, а циклически изменяется. Длительность таких циклов составляет около 100 тысяч лет, в течение которых эксцентриситет меняется от 0,005 до 0,05. Именно эти колебания являются причиной ледниковых периодов.

Устойчива ли орбита Земли?

По законам Кеплера планеты могут вращаться вокруг звезды бесконечно долго, однако из-за отклонений от этих законов возможен вариант и неустойчивости, когда планеты покидают свою орбиту или, наоборот, падают на светило. Аналитически рассчитать это невозможно, поэтому приходиться применять компьютерное моделирование.

Проведенные расчеты не позволяют однозначно предсказать судьбу планет Солнечной системы. В некоторых моделях Меркурий либо падает на Солнце, либо сталкивается с Венерой или Землей. Также он может спровоцировать столкновение других планет. Но произойдет это через миллиарды лет.

Какова орбита нашей планеты?

Орбита Земли вокруг Солнца

Как и остальные планеты солнечной системы, наша планета совершает движение вокруг своего светила. Орбитой называется данный путь, проделываемый Землей. Явление параллактического смещения звезд и аберрация света звезд есть доказательство движения Земли по орбите. Время полного перемещения Земли вокруг Солнца равняется одному году.

Движение Солнца

Солнце двигается по эклиптике, отражая при этом движение Земли вдоль орбиты. При пересечении небесной сферы площадью ее орбиты, образуется большой круг, называемый эклиптикой. Под углом 23°27′ происходит пересечение плоскости небесного экватора и плоскости эклиптики. В местах, где происходят их пересечения, получаются точки осеннего и весеннего равноденствия. Два раза в год Солнце бывает в этих точках — 23 сентября и 21 марта, когда оно перемещается из северного полушария в южное или обратным путем.

Орбита Земли вокруг Солнца

Окружность, по стандарту называемая эллипсом, является орбитой Земли, в одном из фокусов которого располагается Солнце. Путь от Солнца до Земли изменяется на протяжении года, начиная от 147 миллионов км в перигелии, заканчивая до 152 миллионов км в афелии. Орбита имеет длину более 930 миллионов км. Барицентр Земли совершает движение с запада на восток со средней скоростью примерно 30 км/с и преодолевает все расстояние за 365 суток 6 часов 9 минут 9 секунд. Этот временной промежуток имеет название звездный год.

Временное расстояние между двумя последовательными передвижениями Солнца сквозь точку весеннего равноденствия имеет название тропический год. Такой год равен 365 суткам 5 часам 48 минутам 46 секундам, что на 20 мин короче звездного (сидерического) года. Это явление называется предварением равноденствий и вызывается прецессией.

Следствие перемещения Земли вокруг Солнца

Современный календарь (Григорианский) подстроен под длительность тропического года с погрешностью 1 день в 2800 лет. Поэтому даже через 100 тысяч лет зима будет приходиться главным образом на зимние месяцы, а лето на летние!

В нынешнюю эпоху ось передвижения Земли располагается под углом 66,5° к плоскости орбиты и совершает перемещение на протяжении года параллельно самой себе в пространстве. Следствием этого (движению нашей планеты по орбите около Солнца) является изменение времен года и неравенство ночи и дня.

Наклон оси

Из-за наклонности Земной оси к плоскости орбиты и сохранения ее расположения в пространстве, происходит разный угол падения лучей Солнца. Это создает существенные различия в поступлении теплового потока на земную кору в разные периоды года, а также разную длительность дня и ночи на протяжении года на всех широтах, не считая экватора, где день равняется ночи.

22 июня ось нашей планеты направлена северным концом к небесному светилу. Этот день называется днем летнего солнцестояния. 22 декабря ось Земли направлена южным концом к Солнцу. Этот день зовется днем зимнего солнцестояния. 21 марта является днем весеннего равноденствия, а 23 сентября — день осеннего равноденствия, оба полушария в эти дни имеют одинаковую освещенность.

Длина орбиты

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

РАСЧЕТЫ БАЛЛИСТИЧЕСКИЕ ИСКУССТВЕННЫХ СПУТНИКОВ ЗЕМЛИ

МЕТОДИКА РАСЧЕТА ЗАТРАТ ТОПЛИВА НА МАНЕВРИРОВАНИЕ

Artificial. Earth satellite ballistic computations.
Computation methods of manoeuvring propellant expenditure

Дата введения 1985-01-01

Е.А.Зайцев; М.А.Закиров, канд. техн. наук; Г.В.Лебедев; В.А.Модестов, канд. техн. наук; В.А.Понюхов; И.Г.Пыхова; Л.Н.Степанова

СОГЛАСОВАНО С ГОСУДАРСТВЕННОЙ СЛУЖБОЙ СТАНДАРТНЫХ СПРАВОЧНЫХ ДАННЫХ (протокол от 10 августа 1983 г. N 26)

УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ ПОСТАНОВЛЕНИЕМ Государственного комитета СССР по стандартам от 8 сентября 1983 г. N 4155

ВНЕСЕНА поправка, опубликованная в ИУС N 12, 1984 год

Поправка внесена изготовителем базы данных

Настоящий стандарт устанавливает методику расчета затрат топлива на маневрирование искусственных спутников Земли (ИСЗ) с целью поддержания заданных параметров их орбиты и предназначен для проектных баллистических расчетов ИСЗ, совершающих полет в диапазоне высот от 120 до 1500 км с временем активного существования более одних суток.

1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Методика расчета затрат топлива на поддержание заданных параметров орбиты ИСЗ представлена для следующих случаев движения центра масс ИСЗ (далее — движения ИСЗ):

полет с поддержанием заданной высоты полета;

полет с поддержанием высоты орбиты в заданном диапазоне высот;

спуск с круговой орбиты на Землю.

1.2. В стандарте рассматривают орбиты ИСЗ, близкие к круговым (далее — круговые орбиты). Орбиты ИСЗ принимают кеплеровыми с элементами, равными элементам средней орбиты. Средняя орбита ИСЗ — кеплерова орбита, аппроксимирующая орбиту ИСЗ в нормальном поле притяжения Земли без учета сопротивления атмосферы.

1.3. Параметры движения ИСЗ рассчитывают в невозмущенной атмосфере в орбитальной системе координат для ИСЗ, сохраняющих постоянный баллистический коэффициент согласования действующих на него сил.

Орбитальная система координат ( ) имеет начало в центре масс ИСЗ:

ось направлена по радиусу-вектору ИСЗ в сторону его увеличения;

ось нормальна плоскости орбиты ИСЗ и направлена в сторону, обратную вектору кинетического момента движения ИСЗ;

ось лежит в плоскости орбиты, направлена по нормали к радиусу-вектору, положительное направление ее совпадает с направлением движения ИСЗ.

1.4. Возмущения движения ИСЗ за счет неучета коэффициентов разложения потенциала аномалии поля земного притяжения приняты равными нулю.

1.5. Затраты топлива определяют при плотности атмосферы по ГОСТ 25645.101-83. Для расчета предельных затрат топлива следует учитывать вариации плотности атмосферы, определяемые по ГОСТ 25645.101-83, ГОСТ 25645.102-83 и ГОСТ 25645.115-84.

1.6. Расчет затрат топлива проводят по схеме полета ИСЗ, которую разбивают на типовые участки, принимая затраты топлива на этих участках независимыми.

1.7. Затраты топлива на поддержание заданных параметров орбиты состоят из затрат на коррекцию параметров орбиты и на управление движением ИСЗ относительно его центра масс.

При расчете затрат топлива на управление движением ИСЗ его аэродимические коэффициенты в зависимости от ориентации определяют по методике, приведенной в обязательном приложении 1.

1.8. При расчете затрат топлива на поддержание заданной высоты орбиты принимают, что корректирующие импульсы скорости (далее — импульсы скорости) ориентированы по трансверсали, а точки их приложения расположены на линии апсид средней орбиты.

При расчете затрат топлива для спуска с круговой орбиты на Землю принимают, что импульс скорости ориентирован в плоскости орбиты, а угол его наклона определяют из условия минимума затрат характеристической скорости на коррекцию.

1.9. Элементы средней орбиты , , , , а также другие параметры средней орбиты вычисляют через элементы оскулирующей орбиты , , , , взятые в восходящем узле, по формулам (1)-(14), приведенным в табл.1, при значениях параметров Земли , , , , приведенных в справочном приложении 2.

Уравнения для вычисления параметров

Большая полуось средней орбиты

(1)

(2)

Средний аргумент перигея

, 0° 360° (3)

Функции аргумента перигея

(4)

(5)

(6)

Радиус перигея средней орбиты

(7)

Радиус апогея средней орбиты

(8)

Абсолютная скорость в перигее средней орбиты

(9)

Абсолютная скорость в апогее средней орбиты

(10)

Средняя высота орбиты

(11)

Средний радиус орбиты

(12)

Средняя скорость на орбите

(13)

Средний радиус Земли при наклонении орбиты

(14)

1. Среднее наклонение орбиты

.

2. При неизвестном наклонении орбиты принято, что 6368687 м.

3. Значения среднего радиуса Земли в зависимости от наклонения орбиты ИСЗ , вычисленные по формуле (14), приведены в справочном приложении 2.

1.10. Баллистический коэффициент согласования вычисляют по формуле

, (15)

где — конструктивный баллистический коэффициент ИСЗ, вычисляемый по формуле

,

где — номинальное значение коэффициента аэродинамического сопротивления на типовом участке полета ИСЗ;

— площадь миделева сечения ИСЗ, к которой отнесены аэродинамические коэффициенты ИСЗ;

— масса ИСЗ в начале типового участка полета, вычисляемая по формуле

,

где — вес ИСЗ в начале типового участка;

— ускорение силы тяжести в точке запуска носителя ИСЗ;

— проекция составляющей силы тяги двигателей ориентации и стабилизации ИСЗ на ось орбитальной системы координат осредненная на типовом участке полета с учетом аэродинамических характеристик ИСЗ;

— коэффициент, вычисляемый по формуле

,

где — угловая скорость вращения Земли;

— плотность верхней атмосферы по ГОСТ 25645.101-83.

Номинальное значение определяют осреднением значения , рассчитанного по изменениям углов ориентации осей ИСЗ относительно осей орбитальной системы координат и углов ориентации подвижных элементов конструкции ИСЗ, заданных на типовом участке схемы полета ИСЗ.

При отсутствии данных об изменении углов ориентации осей ИСЗ и подвижных элементов, значение осредняют во всем возможном диапазоне их изменения.

2. МЕТОДИКА РАСЧЕТА ЗАТРАТ ТОПЛИВА НА ПОДДЕРЖАНИЕ
ЗАДАННЫХ ПАРАМЕТРОВ ОРБИТ ИСЗ

2.1. Расчет суммарных затрат топлива

Суммарные затраты топлива на поддержание заданных параметров орбиты на типовом участке полета ИСЗ вычисляют по формуле

Длина орбиты

Решение: Так как спутники низколетящие, то это означает, что орбиты у спутников круговые и радиус орбиты примерно совпадает с радиусом соответствующей планеты. Если обозначить массу планеты , а радиус , то ускорение свободного падения для спутника можно вычислить как , $» /> где — гравитационная постоянная. Известно, что для кругового движения со скоростью , $» /> отсюда получаем, что >. $» /> Преобразуем это выражение. <3>pi R^2> <3>pi R^2>>. = sqrt <3>pi R^2 G rho>, $» /> где — средняя плотность планеты. Плотности Земли и Юпитера известны — это г/см ^3 $» /> и г/см ^3 $» /> соответственно (для оценки можно взять 5 и 1), радиус Юпитера можно оценить, зная радиус Солнца (если он неизвестен, то легко «восстанавливается» либо из данных о плотности и массе Солнца (последнюю можно получить, зная радиус орбиты Земли и продолжительность года), либо из данных об угловом размере диска Солнца и расстоянии до него). В итоге оказывается, что радиус Юпитера примерно в 10 раз больше радиуса Земли, и, следовательно, скорость низколетящего спутника Юпитера будет в approx 5 $» /> раз больше, чем скорость такого же спутника Земли.
Решение: Радиус Земли примерно равен км, поэтому астероид пролетел на расстоянии, равном 10 радиусам Земли. Немного упростим задачу — будем считать, что астероид пересекал прямую, соединяющую наблюдателя и Луну, перпендикулярно. Тогда путь , пройденный астероидом на фоне диска Луны, относится к расстоянию до него так же, как диаметр Луны к расстоянию до нее. Отсюда (если выразить все величины в радиусах Земли) <10>= frac<1/2><60>, $» /> и пройденный путь радиуса Земли. Выразив его в километрах, получим, км. Теперь вспомним, что астероид двигался под углом к прямой. Так как расстояние между Землей и Луной намного больше 530 км, то можно считать, что за счет этого путь астероида на фоне диска Луны увеличился в approx 1.4 $» /> раза. В итоге получаем путь, равный км. Так как астероид двигался со скоростью 20 км/с, время пересечения окажется равным с.

км над поверхностью Земли столкнулись два спутника: «Космос-2251» и «Iridium 33». В момент столкновения угол между траекториями спутников составлял . Найдите диапазон возможных значений относительной скорости спутников при столкновении.

Решение: Спутники столкнулись на сравнительно небольшой высоте. С достаточной точностью можно считать, что в момент столкновения оба спутника находились в перигее (минимально возможная высота полета спутников составляет примерно 300 км, и относительная разница между расстоянием до центра Земли 7200 км и 6700 км невелика). Первая и вторая космические скорости на такой высоте также мало отличаются от <<наземных>> (они пропорциональны $» />, поэтому отличие не превосходит 6%). Следовательно, минимально возможная скорость каждого спутника около 8 км/с, а максимально возможная — около 11 км/с. Если бы скорости спутников были одинаковыми и равнялись , то, так как угол между траекториями составлял , относительная скорость сближения спутников также равнялась . Отсюда очевидно, что возможная относительная скорость спутников заключена в пределах от 8 км/с до 11 км/с.
Решение: Посланный локатором сигнал распространяется в некотором телесном угле, поэтому его интенсивность падает обратно пропорционально квадрату расстояния. Интенсивность излучения, отраженного от астероида, при распространении назад к локатору также уменьшается обратно пропорционально квадрату расстояния, поэтому интенсивность принятого локатором сигнала зависит от расстояния до объекта как $» />. Из условия ясно, что интенсивность вернувшегося сигнала в противостоянии была в 4 раза больше, чем в квадратуре, следовательно, расстояния до астероида в противостоянии $» /> и в квадратуре $» /> связаны как = sqrt[4] <4>r_text <п>= sqrt <2>r_text <п>$» /> Вспомнив определения противостояния (Солнце, Земля и астероид находятся на одной прямой) и квадратуры (направления Солнце-Земля и Земля-астероид образуют прямой угол), можно заметить, что расстояние в противостоянии, выраженное в астрономических единицах, равно = R — 1 $» />, где — радиус орбиты астероида (также в а.е.), а расстояние в квадратуре = sqrt $» /> (по теореме Пифагора). Отсюда получаем уравнение cdot (R-1) =sqrt. $» /> Оно приводится к квадратному , корни которого равны и . Корень, равный единице, нас не устраивает по смыслу задачи, поэтому ответ один — радиус орбиты астероида равен 3 а.е.
Решение: Поскольку продолжительность суток изменять нельзя, то из условия следует, что продолжительность года должна равняться ровно суткам (сейчас она составляет суток). Воспользовавшись III законом Кеплера ( $» />, где — большая полуось, — период), получаем, что большую полуось орбиты Земли надо уменьшить в = (1 + 5.3/360)^ <2/3>approx 1 + frac<2> <3>cdot frac<5.3> <360>approx 1.01 $» /> раза. Для решения второй части задачи следует вспомнить, что продолжительность периода повторения фаз Луны — синодический лунный месяц — это не совсем то же самое, что период обращения Луны вокруг Земли. Синодический месяц связан с периодом обращения как = frac<1>

— frac<1><360>, $» /> (тут 360 — новая продолжительность года в сутках), отюда желаемый нами период обращения <1/S + 1/360>= frac<1> <1/30 + 1/360>= frac<360> <13>approx 27.7. $» /> Далее действуем так же, как при решении первой части задачи. В итоге получаем, что большую полуось орбиты Луны надо увеличить в = (1 + 0.4/27.3)^ <2/3>approx 1 + frac<2> <3>cdot frac<0.4> <27.3>approx 1.01 $» /> раза.

Движение земли по орбите вокруг Солнца

Земля, подобно другим планетам, движется вокруг Солнца. Этот путь Земли называют орбитой (лат. Orbita – колея, дорога). Доказательствами орбитального движения Земли служат явления аберрации света звезд и их параллактическое смещение, которым присущ периодический характер. Периодичность равна одному году, что соответствует времени обращения Земли вокруг Солнца.

Отражением движения Земли по орбите является движение Солнца по эклиптике. Эклиптика – большой круг небесной сферы, образующийся при пересечении ее плоскостью орбиты. Плоскость эклиптики наклонена к плоскости небесного экватора и пересекается с ней под углом 23°27′. Места их пересечения называются точками весеннего и осеннего равноденствия. В этих точках Солнце бывает дважды в году – 21 марта и 23 сентября при переходе из южного полушария в северное и наоборот.

osvesh1

Орбита Земли – эллипс, близкий к окружности, в одном из фокусов которого находится Солнце. Расстояние от Земли до Солнца изменяется в течение года от 147 млн. км в перигелии (2 января) до 152 млн. км в афелии (5 июля). Длина орбиты более 930 млн. км. Земля (точнее, барицентр) движется по орбите с запада на восток, совпадая с направлением ее осевого вращения, со средней скоростью около 29,8 км/с и проходит весь путь за 365 сут. 6 ч 9 мин 9 с. Этот промежуток времени называют звездным (сидерическим) годом.

Тропический год – промежуток времени между двумя последовательными прохождениями Солнца через точку весеннего равноденствия. Он на 20 мин короче сидерического года и равен 365 сут. 5 ч 48 мин 46 с, так как точка весеннего равноденствия медленно смещается в направлении движения Земли по орбите (навстречу видимому годичному движению Солнца) на угол 50″ в год и равноденствие наступает раньше, чем Солнце пройдет 360° по эклиптике. Это явление было названо предварением равноденствий, и вызвано оно прецессией. Прецессия – медленное конусообразное вращение земной оси вокруг перпендикуляра к плоскости орбиты с вершиной в центре Земли. Период ее полного оборота составляет около 26 тыс. лет. Прецессия обусловлена притяжением Солнцем и Луной экваториальной выпуклости Земли и стремлением их повернуть земную ось в перпендикулярное положение к плоскости орбиты, чтобы совместить плоскости небесного экватора и эклиптики. Но Земля, как всякое вращающееся тело, противодействует этим силам, что вызывает конусообразное вращение ее оси вокруг полюсов (подобно оси вращающегося волчка). Из-за изменения положения земной оси и оси мира изменяется положение в пространстве земного и небесного экватора и соответственно точек весеннего и осеннего равноденствия.

Благодаря предварению равноденствий постепенно смещается на более ранние сроки начало всех сезонов года. Через 13 тыс. лет поменяются местами даты весеннего и осеннего равноденствия, лето северного полушария будет приходиться на декабрь, январь и февраль, а зима – на июнь, июль и август.

Следствием прецессии является также перемещение полюсов мира среди звезд. Если сейчас близлежащей звездой к Северному полюсу мира (Р) является Полярная звезда в созвездии Малая Медведица, то через 13 тыс. лет на ее месте окажется и станет полярной звезда Вега в созвездии Лира.

В современную эпоху ось вращения Земли наклонена к плоскости орбиты под углом 66,5° и перемещается в течение года в пространстве параллельно самой себе. Это приводит к смене времен года и неравенству дня и ночи – важнейшим следствиям обращения Земли по орбите вокруг Солнца.

Если бы земная ось была перпендикулярна плоскости орбиты, то светораздельная плоскость и терминатор (светораздельная линия на поверхности Земли) проходили бы через оба полюса и делили бы все параллели пополам, день всегда был бы равен ночи и солнечные лучи на экватор в полдень падали бы всегда отвесно. По мере удаления от экватора угол их падения уменьшался бы и на полюсах становился бы равным нулю. В этих условиях нагревание земной поверхности в течение года уменьшалось бы от экватора к полюсам и смены времен года не было бы.

osvesh2

Наклон земной оси к плоскости орбиты и сохранение ее ориентировки в пространстве обусловливают различный угол падения солнечных лучей и соответственно различия в поступлении тепла на земную поверхность в разные сезоны года, а также неодинаковую продолжительность дня и ночи в течение года на всех широтах, кроме экватора, где день и ночь всегда равны 12 ч.

22 июня земная ось северным концом обращена к Солнцу. В этот день – день летнего солнцестояния – солнечные лучи в полдень отвесно падают на параллель 23,5° с. ш. – это Северный тропик (греч. tropikas – круг поворота). Все параллели севернее экватора до 66,5° с. ш. большую часть суток освещены – на этих широтах день длиннее ночи. Севернее 66,5° с. ш. в день летнего солнцестояния территория полностью освещена Солнцем – там полярный день. Параллель 66,5° с. ш. является границей, с которой начинается полярный день,– это Северный полярный круг. В этот же день на всех параллелях южнее экватора до 66,5° ю. ш. день короче ночи. Южнее 66,5° ю. ш. территория не освещена совсем – там полярная ночь. Параллель 66,5° ю. ш. – Южный полярный круг. 22 июня – начало астрономического лета в северном полушарии и астрономической зимы в южном полушарии.

22 декабря земная ось южным концом обращена к Солнцу. В этот день – день зимнего солнцестояния – солнечные лучи в полдень отвесно падают на параллель 23,5° ю. ш. – Южный тропик. На всех параллелях южнее экватора до 66,5° ю. ш. день длиннее ночи. Начиная с Южного полярного круга устанавливается полярный день. В этот день на всех параллелях севернее экватора до 66,5° с. ш. день короче ночи. За Северным полярным кругом – полярная ночь. 22 декабря – начало астрономического лета в южном полушарии и астрономической зимы в северном полушарии.

21 марта – в день весеннего равноденствия – и 23 сентября – в день осеннего равноденствия – терминатор проходит через оба полюса Земли и делит все параллели пополам. Северное и южное полушария з эти дни освещены одинаково, день всюду на Земле равен ночи. Солнце в полдень находится в зените над экватором. На Земле 21 марта и 23 сентября – начало астрономической весны и астрономической осени в соответствующих полушариях.

Со сменой времен года связана сезонная ритмичность в природе. Она проявляется в изменении температуры, влажности воздуха и других метеорологических показателей, в режиме водоемов, в жизни растений, животных и т. д.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!:

Adblock
detector