Вращение Земли вокруг оси¶

Вращение Земли — это движение планеты вокруг собственной оси, проходящей через географические полюса. Один полный оборот (звёздные сутки) занимает 23 часа 56 минут 4 секунды; в быту и в астрономических расчётах используются солнечные сутки длительностью 24 часа. Вращение Земли — причина смены дня и ночи, суточного движения светил по небу, а также одного из важнейших геофизических эффектов — сжатия планеты у полюсов (полярного сжатия).

¶Направление и скорость

Земля вращается с запада на восток, если смотреть на планету со стороны Северного полюса — против часовой стрелки. Именно поэтому Солнце, Луна, планеты и звёзды восходят на востоке и заходят на западе.

Линейная скорость вращения зависит от широты и максимальна на экваторе:

Угловая скорость Земли примерно постоянна и составляет около 7,29 × 10⁻⁵ рад/с, то есть 360° за сутки.

¶Природа вращения

Вращение Земли — наследие формирования Солнечной системы около 4,6 млрд лет назад. Облако газа и пыли, из которого образовалось Солнце и планеты, изначально обладало угловым моментом; по мере сжатия под действием гравитации скорость вращения вещества возрастала (эффект фигурного катка). Скорость вращения молодой Земли была значительно выше современной — предположительно, первые сутки длились около 6 часов. Постепенное замедление произошло из-за приливного воздействия со стороны Солнца и Луны: приливные «приливы» в океанах и твёрдом теле планеты отстают от направления на Луну, и трение ослабляет угловой момент вращения. По современным оценкам, в палеозое сутки длились около 22 часов, 1 млрд лет назад — около 18–19 часов. В далёком будущем вращение продолжит замедляться, пока Земля не окажется в состоянии синхронного вращения с Луной (как Меркурий с Солнцем или Луна с Землёй), хотя этот процесс займёт миллиарды лет.

¶Следствия вращения

¶Форма планеты

Центробежная сила, обусловленная вращением, максимальна на экваторе и нулевая на полюсах. Она «раздувает» экваториальные области, формируя форму, близкую к эллипсоиду вращения. Экваториальный радиус Земли составляет 6378,137 км, полярный — 6356,752 км; разница — около 21 км. Без вращения Земля была бы почти идеальной сферой.

¶Смещение траекторий

При вращении все движущиеся объекты на поверхности (воздушные массы, вода, снаряды) отклоняются вправо на Северном полюсе и влево на Южном — это сила Кориолиса. Она объясняет:

• циклональное вращение атмосферных фронтов (в северном полушарии — против часовой стрелки, в южном — по часовой);
• направление океанических течений;
• отклонение траекторий снарядов и ветров.

¶Сжатие полярных областей

Как отмечалось, полярное сжатие — прямое следствие вращения. Оно также приводит к тому, что сила тяжести на полюсах примерно на 0,5 % больше, чем на экваторе.

¶Суточное движение светил

Вращение создаёт иллюзию вращения небесной сферы вокруг Земли. Именно поэтому в геоцентрических системах астрономии (Птолемей, Коперник до него) движение Солнца и звёзд считалось реальным, а неподвижность Земли — очевидной.

¶Измерение и точность

Длительность суток не абсолютно постоянна. На неё влияют:

• Приливное трение — вековое замедление (на ~2,3 мс за столетие);
• Перенос углового момента — Луна постепенно отдаёт Земле энергию, а сама удаляется (≈ 3,8 см в год);
• Сейсмическая активность — редкие, но измеримые изменения;
• Перераспределение массы — таяние ледников, перенос воды в океанах, атмосферные явления.

Для точных астрономических и навигационных расчётов используется звёздное (сидерическое) время, определяемое положением точек Овна и Козерога на небе. С 1967 года секунда определяется не по вращению Земли, а по переходам атомных часов ( cesium-133), а расхождение между атомным и астрономическим временем компенсируется вставными секундами.

¶Вращение и космические полёты

Западное направление вращения определяет практику космических запусков: стартуют преимущественно с восточных побережий (Космодром Байконур, Канаверал, Космодром Восточный), чтобы использовать добавочную скорость экваториального вращения. На экваторе она даёт выигрыш до 465 м/с, что существенно экономит топливо. Именно поэтому Франция строит космодром во Французской Гвиане, а не в метрополии.

¶Вращение Земли в культуре и науке

Долгое время идея вращения Земли встречала сопротивление. Хотя гелиоцентрическую модель предлагали ещё Аристарх Самосский и Николай Коперник (1543), экспериментальное подтверждение пришло лишь в XIX веке. В 1851 году французский физик Жан Фуко продемонстрировал в Парижском Пантеоне качание маятника Фуко — плоскость колебаний маятника медленно поворачивалась относительно Земли, наглядно доказав вращение планеты. В 1871 году Джордж Гейл установил первый интерферометр для измерения скорости вращения Земли.

¶История изучения

• III в. до н. э. — Аристарх Самосский предлагает гелиоцентрическую систему.
• 1543 — Николай Коперник публикует «Об обращении небесных сфер».
• 1632 — Галилео Галилей защищает вращение Земли в «Диалоге».
• 1687 — Исаак Ньютон объясняет полярное сжатие теорией вращения жидкого тела.
• 1851 — Жан Леон Фуко демонстрирует маятник Фуко.
• 1967 — СИ определяет секунду через цезиевый стандарт.

¶Источники

• Большая Российская энциклопедия, т. 5 (Вавилон — Введение)
• Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона
• Морозов В. П. «Курс общей астрономии»
• Кузьмин Ю. Г. «Вращение Земли и его геофизические следствия»
• NASA Earth Fact Sheet