Скорость движения Земли¶
Скорость движения Земли — это характеристики, описывающие перемещение планеты в космосе: орбитальную скорость вокруг Солнца, скорость вращения вокруг собственной оси и совокупную скорость относительно ближайших звёзд. Наиболее часто под «скоростью движения Земли» понимают орбитальную скорость — около 29,78 км/с (около 107 200 км/ч), с которой планета обращается по орбите вокруг Солнца.
¶Орбитальная скорость
Земля движется по эллиптической орбите вокруг Солнца, среднее расстояние до которого составляет около 149,6 млн км (1 астрономическая единица). Средняя орбитальная скорость равна примерно 29,78 км/с, или около 107 200 км/ч. За один оборот, длящийся один тропический год (365,24 суток), Земля проходит путь длиной около 940 млн км.
Орбита не является идеальным кругом: эксцентриситет орбиты составляет около 0,0167. Из-за этого скорость Земли варьируется в течение года. В перигелии (ближайшей к Солнцу точке, около 147,1 млн км) скорость достигает максимальных значений — около 30,29 км/с, а в афелии (наиболее удалённой точке, около 152,1 млн км) — минимальных, около 29,29 км/с. Разница составляет около 1 км/с, или примерно 3,4 %.
Орбитальная скорость определяется законом всемирного тяготения Ньютона и формулой первой космической скорости. Для круговой орбиты скорость рассчитывается как v = √(GM/r), где G — гравитационная постоянная, M — масса Солнца, r — расстояние до Солнца. Масса Земли при этом в расчёт не входит — она влияет лишь на то, какую силу притяжения испытывает планета, но не на её орбитальную скорость при заданном расстоянии.
¶Скорость вращения вокруг оси
Помимо обращения вокруг Солнца, Земля вращается вокруг собственной оси. Линейная скорость вращения зависит от широты: на экваторе она максимальна и составляет около 465 м/с (1674 км/ч), уменьшаясь к полюсам до нуля. Средняя линейная скорость вращения поверхности — около 400 м/с.
Скорость вращения определяется угловой скоростью: Земля совершает полный оборот за звёздные сутки — 23 часа 56 минут 4 секунды (86 164 секунды). Солнечные сутки (24 часа) длиннее звёздных примерно на 4 минуты, поскольку за это время Земля продвигается по орбите, и для совпадения положения Солнца с полуденной точкой требуется дополнительный поворот.
Скорость вращения Земли постепенно замедляется под действием приливных сил Луны и Солнца. По данным геодезии и астрономии, длина суток увеличивается примерно на 2,3 миллисекунды за столетие. В геологическом прошлом сутки были короче: около 400 млн лет назад, в девоне, они составляли примерно 21,9 часа.
¶Совокупная скорость
Истинная скорость Земли в пространстве складывается из нескольких движений:
- Орбитальная скорость вокруг Солнца — около 29,78 км/с.
- Скорость Солнечной системы относительно ближайших звёзд — около 19,4 км/с (примерно 70 000 км/ч) в направлении созвездия Геркулеса.
- Движение вокруг центра Галактики — около 220 км/с (примерно 792 000 км/ч). Период обращения Солнечной системы вокруг центра Млечного Пути составляет около 225–250 млн лет (галактический год).
- Движение Локальной группы галактик и дальнейшее расширение Вселенной.
Совокупная скорость Земли относительно реликтового фона (космического микроволнового фона) составляет около 370 км/с — это так называемое «движение Солнечной системы относительно реликтового фона», обнаруженное в 1970-х годах.
¶Измерение и наблюдение
Скорость движения Земли была установлена в ходе развития небесной механики. Иоганн Кеплер в начале XVII века сформулировал законы движения планет, показав, что орбитальная скорость зависит от расстояния до Солнца. Исаак Ньютон объяснил эти закономерности законом всемирного тяготения.
В современной астрономии орбитальная скорость определяется по космическим доплеровским измерениям — смещению спектральных линий в излучении далёких объектов, а также по точным радиолокационным измерениям положений планет и космических аппаратов. Релятивистские эффекты, связанные с движением Земли, учитываются в спутниковых навигационных системах (ГЛОНАСС, GPS): релятивистская поправка на орбитальную скорость составляет около 7 мкс в сутки, а на гравитационный потенциал — около 45 мкс в сутки.
¶Практическое значение
Скорость движения Земли имеет значение для астрономии, космонавтики и навигации. При запуске космических аппаратов используется орбитальная скорость Земли: старт с экватора в направлении вращения даёт выигрыш около 465 м/с. Относительная скорость движения Земли определяет наблюдаемые смещения звёзд (параллакс) и годичное движение Солнца по звёздному небу.
Источники:
- «Астрономический календарь», ежегодник, ГАИШ МГУ
- М. Ф. Агешкина, «Курс общей астрономии»
- «Большая Российская энциклопедия», статья «Земля»
- Н. Н. Семёнов, «Курс общей астрономии»
- П. Г. Кулаков, «Курс общей астрономии»