Движение Земли по орбите вокруг Солнца

Земля, подобно другим планетам, движет­ся вокруг Солнца. Этот путь Земли называ­ют орбитой (лат. оrbita — 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 (см. рис. 1).

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 (рис. 12). 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 пер-

 

2*

Рис. 12. Прецессия земной оси

Рис. 13. Освещение Земли и полуденная высота Солнца над горизонтом на разных широтах в дни равноденствий

 

пендикулярное 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 по-

 

люсах становился бы равным нулю (рис. 13). В этих условиях нагревание земной поверх­ности в течение года уменьшалось бы от экватора к полюсам и смены времен года не было бы.

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 (рис. 14, слева). В этот день — день летнего солнцестояния — сол­нечные лучи в полдень отвесно падают на па­раллель 23,5° с. ш. — это Северный тропик (греч. 1гор1Ьа.5 — 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 (рис. 14, справа). 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

22 июня

СП наклонный луч 23 У2° наклонный луч 47°

наклонный луч 43° наклонный луч 66 Уг отвесный луч 90° з отвесный луч 90°/

с; ш.а х

^наклонный луч 66 У2° х / наклонный луч 43° о наклонный луч 47°^ скользящий луч 0°______

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 в эти дни освещены одинаково, день всюду на Земле равен ночи (см. рис. 12). 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.

В результате годового движения Земли по орбите и наклона оси ее вращения к плоско­сти орбиты на Земле образовались пять по­ясов освещения, ограниченных тропиками и полярными кругами. Они отличаются высотой полуденного стояния Солнца над горизонтом, продолжительностью дня и тепловыми усло­виями.

Жаркий пояс лежит между тропиками. В его пределах Солнце два раза в году быва­ет в зените, на тропиках — по одному ра­зу в год, в дни солнцестояний (и этим они от­личаются от всех остальных параллелей). На экваторе день всегда равен ночи. На других широтах этого пояса продолжительность дня