
- •6.1. Определение радиуса Земли. Триангуляция
- •6.2. Определение расстояний до небесных тел
- •6.3. Единицы расстояний в астрономии
- •6.4. Определение суточного и годичного параллаксов из наблюдений
- •6.5. Определение астрономической единицы (параллакса Солнца)
- •6.6. Определение размеров и формы светил
- •6.7. Движение Земли вокруг Солнца
- •6.8. Смена времен года на Земле
- •6.9. Вращение Земли вокруг оси
- •6.10. Прецессионное и нутационное движение земной оси
- •6.11. Неравномерность вращения Земли. Эфемеридное время. Атомное время
6.8. Смена времен года на Земле
Наблюдения показывают, что полюсы мира в течение года не меняют заметным образом своего положения среди звезд. Отсюда следует, что ось вращения Земли при движении ее вокруг Солнца остается параллельной сама себе. Кроме того, изменение склонения Солнца в течение года в пределах от + 23°27' (в момент летнего солнцестояния) до — 23°27' (в момент зимнего солнцестояния) свидетельствует о том, что ось вращения Земли не перпендикулярна к плоскости орбиты Земли, а наклонена к ней на угол в 66°33'= 90°—23°27’.
Следствием движения Земли вокруг Солнца, наклона оси вращения Земли к плоскости орбиты и постоянства этого наклона является регулярная смена времен года на Земле.
Расположение Земли и ее оси вращения
по отношению к направлению солнечных
лучей в дни равноденствий и в дни
солнцестояний показано на рис. 47. Угол
между направлением солнечных лучей и
нормалью к ровной площадке, расположенной
горизонтально на поверхности Земли, в
положении I равен i1=—e,
в положении III — i3=
+ e, а в положении II — i2=
, где e — наклон эклиптики к экватору, а
— географическая широта места.
Согласно законам физики, величина лучистого потока F, падающего на площадку, пропорциональна косинусу угла между направлением лучей и нормалью к площадке, т.е.
F = F0cosi,
где F0— величина потока, перпендикулярно падающего на площадку (i = 90°).
В день летнего солнцестояния (положение I)
F1= F0cos (— e).
В день зимнего солнцестояния (положение III)
F3= F0cos (+ e).
Наконец, в дни равноденствий (положение II)
F2= F0cos.
Таким образом, в течение года площадка
на поверхности Земли, в зависимости от
широты места, получает различное
количество лучистой энергии (тепла).
Так, например, на широте
= 55°45' F1больше F3в 4,6 раза, а
F2в 1,5 раза меньше F1.
Поток лучистой энергии, падающей на Землю, изменяется также и обратно пропорционально квадрату расстояния до Солнца, но это изменение существенной роли в смене времен года на Земле не играет, так как орбита Земли мало отличается от окружности. Действительно, если в афелии Земля получает F солнечного тепла, то в перигелии она получает 1,07 F, т.е. на 7% больше. Этим различием и объясняется несколько менее суровая зима и более прохладное лето в северном полушарии, по сравнению с зимой и летом в южном полушарии Земли.
6.9. Вращение Земли вокруг оси
Вращение Земли вокруг оси проявляется во многих явлениях на ее поверхности. Например, пассаты (постоянные ветры в тропических областях обоих полушарий, дующие к экватору) вследствие вращения Земли с запада на восток дуют с северо-востока в северном полушарии и с юго-востока — в южном полушарии; в северном полушарии подмываются правые берега рек, в южном — левые; при движении циклона с юга на север его путь отклоняется к востоку и т.д.
Наиболее
наглядным следствием вращения Земли
является опыт с физическим маятником,
впервые поставленный физиком Фуко в
1851 г.
a) б)
Рис 48. Маятник Фуко. А — плоскость качания маятника.
Опыт Фуко основан на свойстве свободного маятника сохранять неизменным в пространстве направление плоскости своих колебаний, если на него не действует никакая сила, кроме силы тяжести.
Фуко поставил свой опыт, подвесив маятник под куполом Пантеона в Париже. Длина маятника была 67 м, вес чечевицы — 28 кГ. В 1931 г. в Ленинграде в здании Исаакиевского собора был подвешен маятник длиной 93 м и весом 54 кГ. Амплитуда колебаний этого маятника равна 5 м, период — около 20 секунд. Острие его чечевицы при каждом следующем возвращении в одно из крайних положений смещается в сторону на 6 мм. Таким образом, за 1-2 минуты можно убедиться в том, что Земля действительно вращается вокруг своей оси.
Вторым следствием вращения Земли (но менее наглядным) является отклонение падающих тел к востоку. Этот опыт основан на том, что чем дальше находится точка от оси вращения Земли, тем больше ее линейная скорость, с которой она перемещается с запада на восток вследствие вращения Земли. Поэтому вершина высокой башни В перемещается к востоку с большей линейной скоростью, нежели ее основание О (рис. 50). Движение тела, свободно падающего с вершины башни, будет происходить под действием силы притяжения Земли с начальной скоростью вершины башни. Следовательно, прежде чем упасть на Землю, тело будет двигаться по эллипсу, и хотя скорость его движения постепенно увеличивается, упадет оно на поверхность Земли не у основания башни, а несколько обгонит его, т.е. отклонится от основания в сторону вращения Земли, к востоку.
В теоретической механике для расчета величины отклонения тела к востоку х получена формула
где h — высота падения тела в метрах,
— географическая широта места опыта,
а х выражено в миллиметрах.