Вращение Земли вокруг оси

Земля вращается вокруг оси с запада на восток, т. е. против часовой стрелки, если смо­треть на Землю с Полярной звезды (с Север­ного полюса). При этом угловая скорость вра­щения, т. е. угол, на который поворачивается любая точка на поверхности Земли, одинаков и составляет 15° за час. Линейная скорость зависит от широты: на экваторе она наиболь­шая — 464 м/с, а географические полюса не­подвижны.

Главным физическим доказательством вра­щения Земли вокруг оси служит опыт с ка­чающимся маятником Фуко. После того как

Рис. 15. Эллипсоид вращения (разница полуосей «а» и «в» утрирована). Для наглядности угол 1° преувеличен

французский физик Ж- Фуко в 1851 г. в па­рижском Пантеоне осуществил свой знамени­тый опыт, вращение Земли вокруг оси стало непреложной истиной. Физическим доказатель­ством осевого вращения Земли являются так­же измерения дуги 1° меридиана, которая у экватора составляет 110,6 км, а у полюсов — 111,7 км (рис. 15). Эти измерения доказыва­ют сжатие Земли у полюсов, а оно свойст­венно лишь вращающимся телам. И наконец, третье доказательство — отклонение падаю­щих тел от отвесной линии на всех широтах, кроме полюсов (рис. 16). Причина этого от­клонения обусловлена сохранением ими по инерции большей линейной скорости точки А (на высоте) по сравнению с точкой В (у зем­ной поверхности). Падая, предметы отклоня­ются на Земле к востоку потому, что она вра­щается с запада на восток. Величина откло­нения максимальна на экваторе. На полюсах тела падают вертикально, не отклоняясь от направления земной оси.

Географическое значение осевого вращения Земли исключительно велико. Прежде всего оно влияет на фигуру Земли. Сжатие Земли у полюсов — результат ее осевого вращения. Раньше, когда Земля вращалась с большей угловой скоростью, полярное сжатие было зна­чительнее. Удлинение суток и, как следствие, уменьшение экваториального радиуса и уве-

запад

запад

восток

ВОСТОК

 

 

личение полярного сопровождается тектони­ческими деформациями земной коры (разло­мы, складки) и перестройкой макрорельефа Земли.

Важным следствием осевого вращения Зем­ли является отклонение тел движущихся в го­ризонтальной плоскости (ветров, рек, морских течений и др.), от их первоначального направ­ления: в северном полушарии — вправо, в южном — влево (это одна из сил инерции, названная ускорением Кориолиса в честь фран­цузского ученого, который первым объяснил это явление). По закону инерции каждое дви­жущееся тело стремится сохранить неизмен­ными направление и скорость своего движе­ния в мировом пространстве (рис. 17). От­клонение — результат того, что тело участвует одновременно как в поступательном, так и во вращательном движениях. На экваторе, где меридианы параллельны друг другу, направле­ние их в мировом пространстве при вращении не меняется и отклонение равно нулю. К по­люсам отклонение нарастает и становится у полюсов наибольшим, поскольку там каждый меридиан за сутки изменяет свое направление в пространстве на 360°. Сила Кориолиса вы­числяется по формуле F=mХ2ωХvХsinφ, где F — сила Кориолиса, т — масса движущего­ся тела, ω — угловая скорость, v —скорость движущегося тела, φ — географическая ши­рота. Проявление силы Кориолиса в природ­ных процессах весьма многообразно. Именно из-за нее в атмосфере возникают вихри раз­ного масштаба, в том числе циклоны и анти­циклоны, отклоняются от градиентного направ­ления ветры и морские течения, оказывая вли­яние на климат и через него на природную зональность и региональность; с ней связана асимметрия крупных речных долин: в север­ном полушарии у многих рек (Днепр, Волга и др.) по этой причине правые берега крутые, левые — пологие, а в южном — наоборот.

С вращением Земли связана естественная единица измерения времени — сутки и про­исходит смена дня и ночи. Сутки бывают звездные и солнечные. Звездные сутки — промежуток времени между двумя последова-

Рис. 16. Отклонение падающих тел к востоку при вра­щении Земли

В В" В"

20°с.ш.

,В В"* \В'

420' ю.ш.

Рис. 17. Отклонение тел, движущихся по меридиану, в северном полушарии — вправо, в южном полушарии — влево

тельными верхними кульминациями звезды че­рез меридиан точки наблюдения. За звездные сутки Земля совершает полный оборот вокруг своей оси. Они равны 23 ч 56 мин 4 с. Звезд­ные сутки используются при астрономических наблюдениях. Истинные солнечные сутки — промежуток времени между двумя после­довательными верхними кульминациями цент­ра Солнца через меридиан точки наблюдения. Продолжительность истинных солнечных суток изменяется в течение года прежде все­го из-за неравномерного движения Земли по эллиптической орбите. Следовательно, они также неудобны для измерения времени. В практических целях пользуются средними солнечными сутками. Среднее солнечное вре­мя измеряют по так называемому среднему Солнцу — воображаемой точке, равномерно перемещающейся по эклиптике и совершаю­щей полный оборот за год, как и истинное Солнце. Средние солнечные сутки равны 24 ч. Они длиннее звездных, так как Земля вращается вокруг оси в том же направлении,

в котором движется по орбите вокруг Солн­ца с угловой скоростью около 1° в сутки. Из-за этого Солнце смещается на фоне звезд, и Земле нужно еще «довернуться» примерно на 1°, чтобы Солнце «пришло» на тот же самый меридиан. Таким образом, за солнечные сут­ки Земля совершает оборот примерно на 361°. Для перевода истинного солнечного времени в среднее солнечное время вводится поправ­ка — так называемое уравнение времени. Его максимальное положительное значение + 14 мин 11 февраля, наибольшее отрицатель­ное —16 мин 3 ноября. За начало средних солнечных суток принимают момент нижней кульминации среднего Солнца — полночь. Та­кой счет времени называют гражданским временем.

В повседневной жизни средним солнечным временем пользоваться тоже неудобно, по­скольку на каждом меридиане оно свое, местное время. Например, на двух соседних меридианах, проведенных с интервалом в 1°, местное время отличается на 4 мин. Наличие в различных пунктах, лежащих на разных ме­ридианах, своего местного времени приводи­ло ко многим неудобствам. Поэтому на Меж­дународном астрономическом конгрессе в 1884 г. был принят поясной счет времени. Для этого всю поверхность земного шара раздели­ли на 24 часовых пояса, по 15° каждый. За поясное время принято местное время сред­него меридиана каждого пояса. Для перевода местного времени в поясное и обратно суще­ствует формула Т_п—т=N—'X.⁰, где Т_п — по­ясное время, т — местное время, N — чис­ло часов, равное номеру пояса, Х° — долго­та, выраженная в часовой мере. Нулевой (он же 24-й) пояс тот, по середине которого про­ходит нулевой (Гринвичский) меридиан¹. Его время принято в качестве всемирного време­ни. Зная всемирное время, легко вычислить поясное время по формуле Т_п=Т₀+М, где Т₀ — всемирное время. Счет поясов ведется на вос­ток. В двух соседних поясах поясное время от­личается ровно на 1 ч. Границы часовых по­ясов на суше для удобства проведены не строго по меридианам, а по естественным рубежам (рекам, горам) или государственным и адми­нистративным границам.

В нашей стране поясное время введено с 1 июля 1919 г. Россия расположена в десяти часовых поясах: со второго по одиннадцатый. Однако в целях более рационального исполь­зования летом дневного света в нашей стра­не в 1930 г. специальным постановлением

¹ Гринвич — пригород г. Лондона.

² В Москве полдень по местному (среднесолнечному)
времени летом наступает в тот момент, когда на часах
13 ч 30 мин — по летнему времени, а зимой тогда, ког­
да на часах 12 ч 30 мин — по декретному времени.

правительства было введено так называемое декретное время, опережающее поясное на 1 ч. Так, например, Москва формально нахо­дится во втором часовом поясе, где поясное время исчисляется по местному времени ме­ридиана 30° в. д. Но фактически время зимой в Москве устанавливается по времени треть­его часового пояса, соответствующего мест­ному времени на меридиане 45° в. д. Подоб­ная «передвижка» действует на всей террито­рии России, кроме Калининградской области, время в которой реально соответствует вто­рому часовому поясу.

В ряде стран время переводят на один час вперед лишь на лето. В России с 1981 г. на период с апреля по октябрь также вводится летнее время за счет перевода времени еще на час вперед по сравнению с декретным. Та­ким образом, летом время в Москве факти­чески соответствует местному времени на ме­ридиане 60° в. д. Время, по которому живут жители Москвы и второго часового пояса, в котором она расположена, называется мос­ковским². По московскому времени в нашей стране составляют расписание движения по­ездов, самолетов, отмечается время на теле­граммах.

По середине двенадцатого пояса, пример­но вдоль 180° меридиана, в 1884 г. проведе­на международная линия перемены даты. Это условная линия на поверхности земного шара, по обе стороны от которой часы и ми­нуты совпадают, а календарные даты отлича­ются на одни сутки. Например, в Новый год в 0 ч 00 мин к западу от этой линии насту­пает уже 1 января нового года, а к восто­ку — только 31 декабря старого года. При пересечении границы дат с запада на восток в счете календарных дней возвращаются на одни сутки назад, а с востока на запад одни сутки в счете дат пропускаются.

Смена дня и ночи создает суточную рит­мичность в живой и неживой природе. Су­точный ритм связан со световыми и темпера­турными условиями. Общеизвестен суточный ход температуры, дневной и ночной бризы и т. д. Очень ярко проявляется суточный ритм живой природы. Известно, что фотосинтез воз­можен лишь днем, при наличии солнечного света, что многие растения раскрывают свои цветки в разные часы. Животных по времени проявления активности можно подразделить на ночных и дневных: большинство из них бодр­ствует днем, но многие (совы, летучие мыши, ночные бабочки) — во мраке ночи. Жизнь че­ловека тоже протекает в суточном ритме.

Период плавного перехода от дневного све­та к ночной темноте и обратно называется су­мерками. В основе их лежит оптическое яв­ление, наблюдаемое в атмосфере перед вос-

22 июня ~бО°-661/2°С.Ш.

Экватор в дни равноденствий

Средние широты

 

 

ходом и после захода Солнца, когда оно еще (или уже) находится под линией горизонта, но освещает небосвод, от которого отражает­ся свет. Продолжительность сумерек зависит от склонения Солнца (углового расстояния Солнца от плоскости небесного экватора) и географической широты места наблюдения. На экваторе сумерки короткие, с увеличени­ем широты возрастают. Различают три пери­ода сумерек. Гражданские сумерки наблюда­ются, когда центр Солнца погружается под го­ризонт неглубоко (на угол до 6°) и ненадолго. Это фактически белые ночи, когда вечерняя заря сходится с утренней зарей. Летом они наблюдаются на широтах 60° и более. Напри­мер, в Санкт-Петербурге (широта 59°56' с.ш.) они продолжаются с 11 июня по 2 июля, в Архангельске (64°33' с.ш.) — с 13 мая по 30 июля. Навигационные сумерки наблюда­ются, когда центр солнечного диска погружа­ется под горизонт на 6—12°. При этом вид­на линия горизонта, и с корабля можно оп­ределить угол звезд над ней. И наконец, астрономические сумерки наблюдаются,

Рис. 18. Сумерки и белые ночи

когда центр диска Солнца погружается под го­ризонт на 12—18°. При этом заря на небе еще препятствует астрономическим наблюде­ниям слабых светил (рис. 18).

Вращение Земли дает две неподвижные точ­ки — географические полюса (точки пере­сечения воображаемой оси вращения Земли с земной поверхностью) — и тем самым позво­ляет построить координатную сетку из парал­лелей и меридианов. Экватор (лат. аеqиаter – уравнитель) – линия пересечения зем­ного шара плоскостью, проходящей через центр Земли перпендикулярно оси ее вращения. Па­раллели (греч. раrаllelos – идущие рядом) — линии пересечения земного эллипсоида плос­костями, параллельными плоскости экватора. Меридианы (лат. теridianus – полуден­ный) — линии пересечения земного эллипсо­ида плоскостями, проходящими через оба ее полюса. Длина 1° меридиана в среднем 111,1 км.