Вращение Земли вокруг своей оси¶

Вращение Земли — это вращение планеты вокруг своей оси, проходящей через Северный и Южный полюса. Полный оборот Земля совершает за одни сидерические сутки — приблизительно 23 часа 56 минут 4 секунды. Скорость вращения зависит от широты: на экваторе линейная скорость поверхности достигает примерно 1670 км/ч, а с увеличением широты уменьшается до нуля у полюсов.

¶Скорость вращения

¶Линейная скорость

Линейная скорость точки на поверхности Земли определяется формулой v = ω·R·cos φ, где ω — угловая скорость вращения, R — радиус Земли, φ — широта. На экваторе, где cos φ = 1, скорость максимальна и составляет около 465 м/с (1674 км/ч). На широте Санкт-Петербурга (около 60° с. ш.) линейная скорость падает примерно до 837 км/ч, на широте Москвы (55,75° с. ш.) — до 940 км/ч. У полюсов линейная скорость равна нулю.

¶Угловая скорость

Угловая скорость вращения Земли составляет около 7,292115 × 10⁻⁵ рад/с, что соответствует 360° за сидерические сутки. Эта величина лежит в основе определения единицы времени «эфемеридная секунда» и использовалась при построении системы единиц СИ до 1967 года, когда секунда была переопределена через излучение атома цезия.

¶Сутки

Солнечные сутки (24 часа) длиннее сидерических (23 ч 56 мин 4 с) примерно на 4 минуты, поскольку за время одного оборота Земли вокруг оси она также продвигается по орбите вокруг Солнца, и для совпадения Солнца с одним и тем же положением на небе требуется дополнительный поворот. Средняя продолжительность солнечных суток в течение года колеблется из-за неравномерности движения Земли по эллиптической орбите и наклона оси; разница между самыми длинными и самыми короткими солнечными сутками достигает около 50 секунд.

¶Изменение скорости вращения

¶Приливы и замедление

Вращение Земли постепенно замедляется под действием приливных сил, создаваемых Луной и Солнцем. Приливные «приливы» в океанах, отставая от вращения планеты, создают тормозящий момент, который за столетия увеличивает длину суток примерно на 2,3 миллисекунды. Палеонтологические данные, основанные на годовых кольцах кораллов и отложениях, показывают, что в девонском периоде (около 400 млн лет назад) сутки составляли около 22 часов, а в позднем докембрии — около 18–21 часа.

¶Неравномерность

Помимо векового замедления, вращение Земли испытывает неравномерности из-за перераспределения массы: таяние ледников, тектонические процессы, перенос воды и воздуха. В 2020 году учёные зафиксировали аномально быстрое вращение, приведшее к тому, что 30 июня 2022 года впервые за десятилетия была введена отрицательная високосная секунда (минус одна секунда), компенсирующая накопившееся отставание атомных часов от астрономического времени.

¶Движение полюсов

Ось вращения Земли не остаётся неподвижной относительно планеты: полюса смещаются по поверхности на десятки метров в год вследствие перераспределения массы (полярное блуждание). Кроме того, прецессия оси (полный цикл — около 25 772 лет) и нутация изменяют ориентацию оси в пространстве, что влияет на положение полюсов на небе.

¶Наблюдаемые следствия

Вращение Земли вызывает ряд явлений: смену дня и ночи, смещение траекторий снарядов и потоков жидкостей (эффект Кориолиса), формирование циклонов и антициклонов, сжатие планеты у полюсов (экваториальный радиус больше полярного примерно на 21 км) и разницу в весе тела на полюсах и экваторе (около 0,5 %).

¶Способы определения

Скорость вращения Земли измеряют астрономическими наблюдениями (сравнение положения звёзд с атомными часами), лазерной локацией спутников и отражателей на Луне, а также сейсмическими данными. Международная служба вращения Земли (IERS) публикует ежегодные бюллетени с параметрами вращения и вводит високосные секунды для согласования астрономического и атомного времени.

¶Источники

• «Большая российская энциклопедия»: статьи «Вращение Земли», «Земля»
• Морозов Б. Н. «Курс общей астрономии»
• Служба вращения Земли (IERS): бюллетени и отчёты
• Статьи журнала «Астрономический вестник» о неравномерности вращения Земли