Скорость обращения Земли вокруг Солнца¶

Скорость обращения Земли вокруг Солнца — средняя линейная скорость, с которой Земля движется по своей орбите вокруг Солнца, составляет около 29,78 км/с (примерно 107 200 км/ч). Земля — третья планета Солнечной системы, и за один оборот, длящийся один тропический год (365,25 суток), она проходит путь длиной около 940 млн км.

¶Орбита Земли

Орбита Земли — это эллипс с малым эксцентриситетом (0,0167), почти круг, одна из фокусных точек которого занята Солнцем. Среднее расстояние от Земли до Солнца (астрономическая единица) равно 149,6 млн км. Из-за эксцентриситета расстояние в течение года меняется: в перигелии (около 3 января) Земля находится на расстоянии 147,1 млн км от Солнца, в афелии (около 4 июля) — на расстоянии 152,1 млн км.

Скорость Земли по орбите также не постоянна. Согласно второму закону Кеплера (закону площадей), радиус-вектор, соединяющий Землю с Солнцем, за равные промежутки времени описывает равные площади. Поэтому в перигелии Земля движется быстрее — до 30,29 км/с, а в афелии медленнее — до 29,29 км/с.

¶Как определяется скорость

Скорость обращения Земли можно вычислить, разделив длину орбиты на период обращения. При среднем расстоянии 149,6 млн км длина орбиты составляет около 940 млн км, а период — 365,256 суток (31 558 152 секунды). Частное даёт значение около 29,78 км/с.

Точный расчёт возможен на основе закона всемирного тяготения Ньютона. Масса Солнца (1,989×10³⁰ кг) и астрономическая единица позволяют вычислить первую космическую скорость для орбиты радиусом 1 а. е. — она и составляет около 29,8 км/с. Эта скорость поддерживает Землю на орбите: центростремительное ускорение, создаваемое гравитацией Солнца, компенсирует «стремление» Земли двигаться по прямой.

¶Вращение Земли вокруг своей оси

Скорость вращения Земли вокруг Солнца не следует путать со скоростью её вращения вокруг собственной оси. Экваториальная точка Земли движется с линейной скоростью около 465 м/с (1674 км/ч) благодаря суточному вращению. На широте Москвы (около 55,75° с. ш.) эта скорость составляет примерно 260 м/с.

Суточное вращение влияет и на наблюдаемую скорость Земли относительно Солнца: точка на экваторе, обращённая к направлению движения Земли по орбите, движется быстрее на 465 м/с, чем точка на противоположной стороне. Однако по сравнению с орбитальной скоростью 29,78 км/с эта поправка невелика — менее 2 %.

¶Скорость относительно других тел

Земля вращается вокруг Солнца в составе Солнечной системы, которая, в свою очередь, движется вокруг центра Галактики. Скорость Солнечной системы относительно центра Млечного Пути составляет около 220 км/с, а вместе с общим вращением Галактики скорость движения Солнца в пространстве достигает примерно 230 км/с. Таким образом, наблюдаемая скорость Земли относительно далёких звёзд складывается из нескольких движений: орбитального вокруг Солнца (29,78 км/с), вращения вокруг оси (до 0,465 км/с), движения Солнца вокруг центра Галактики (около 220 км/с) и общего движения Галактики относительно локального покоя газа (около 30 км/с).

¶Измерение и наблюдение

Орбитальная скорость Земли была определена в XVII веке после открытия законов Кеплера (1609–1619) и формулировки закона всемирного тяготения Ньютоном (1687). Для практических целей скорость измеряется по изменению положения Земли относительно далёких звёзд, а также по доплеровскому смещению линий в спектрах излучения.

Современные радиолокационные измерения, в том числе отражение сигналов от планет и аппаратов межпланетных миссий, позволяют определить астрономическую единицу с высокой точностью, что уточняет и значение орбитальной скорости. По данным наблюдений, длина орбиты Земли за год увеличивается примерно на 1,5 см из-за постепенного удаления Земли от Солнца (примерно 1,5 см в год), что связано с потерей массы Солнцем.

¶Значение

Орбитальная скорость Земли определяет длительность года и стабильность климата. Изменение скорости на доли процента привело бы к изменению орбиты и, как следствие, к изменению условий на планете. Скорость также определяет эффективность гравитационных манёвров при запуске космических аппаратов: используя орбитальное движение Земли, аппараты получают дополнительный импульс для выхода к другим планетам.

История изучения:

• Иоганн Кеплер — «Новая астрономия» (1609), «Гармония мира» (1619)
• Исаак Ньютон — «Математические начала натуральной философии» (1687)

Источники:

• «Астрономический календарь» (ежегодник, М.)
• Э. А. Азаров, В. А. Шоронов — «Курс общей астрономии»
• Большая Российская энциклопедия, статья «Земля»
• NASA Planetary Fact Sheet