Орбита земли

События на орбите

По астрономическому соглашению четыре сезона определяются по солнцестояния (две точки на земной орбите максимального наклона оси Земли, к Солнцу или от Солнца) и Равноденствия (две точки на орбите Земли, где наклонная ось Земли и воображаемая линия, проведенная от Земли к Солнцу, точно перпендикулярны друг другу). В дни солнцестояний и равноденствий год делится на четыре приблизительно равные части. В северном полушарии зимнее солнцестояние происходит около 21 декабря; летнее солнцестояние около 21 июня; весеннее равноденствие — около 20 марта, а осеннее равноденствие — около 23 сентября. Влияние наклона оси Земли в южном полушарии противоположно таковому в северном полушарии, таким образом, сезоны солнцестояний и равноденствий в южном полушарии противоположны сезонам в северном полушарии (например, время летнего солнцестояния в северном полушарии приходится на в то же время, что и южное зимнее солнцестояние).

В наше время земные перигелий происходит примерно 3 января, а афелий около 4 июля (другие эпохи см. прецессия и Циклы Миланковича). Изменение расстояния Земля-Солнце приводит к увеличению примерно на 6,9%. в общей солнечной энергии, достигающей Земли в перигелии относительно афелия. Поскольку южное полушарие наклонено к Солнцу примерно в то же время, когда Земля приближается к Солнцу максимально близко, южное полушарие получает от Солнца немного больше энергии, чем северное, в течение года. Однако этот эффект гораздо менее значительный, чем общее изменение энергии из-за наклона оси, и большая часть избыточной энергии поглощается большей долей поверхности, покрытой водой в южном полушарии.

В Сфера холма (гравитационный сфера влияния) Земли составляет около 1500000 километров (0.01 AU) по радиусу, что примерно в четыре раза больше среднего расстояния до Луны. Это максимальное расстояние, на котором гравитационное влияние Земли сильнее, чем более далекие Солнце и планеты. Объекты, вращающиеся вокруг Земли, должны находиться в пределах этого радиуса, в противном случае они могут стать несвязанными гравитационным возмущением Солнца.

Орбитальные характеристики

эпоха	J2000.0
афелий	152.10×106 км (94,51×106 ми) 1.0167 AU
перигелий	147.10×106 км (91,40×106 ми) 0,98329 AU
большая полуось	149.60×106 км (92.96×106 ми) 1.000001018 AU
эксцентриситет	0.0167086
склонность	7.155 ° до солнцес экватор1.578690° к неизменный самолет
долгота восходящего узла	174.9°
долгота перигелия	102.9°
аргумент периапсиса	288.1°
период	365.256363004 дней
средний орбитальная скорость	29,78 км / с (18,50 миль / с)107,208 км / ч (66,616 миль / ч)
скорость в афелии	29,29 км / с (18,20 миль / с)
скорость в перигелии	30,29 км / с (18,82 миль / с)

На следующей диаграмме показано соотношение между линией солнцестояния и линией солнцестояния. апсиды эллиптической орбиты Земли. Орбитальный эллипс проходит через каждое из шести изображений Земли, которые последовательно представляют собой перигелий (периапсис — ближайшую точку к Солнцу) где-нибудь с 2 по 5 января, точку мартовского равноденствия 19, 20 или 21 марта, точка июньского солнцестояния 20, 21 или 22 июня, афелий (апоапсис — самая дальняя точка от Солнца) где-нибудь с 3 по 5 июля, сентябрьское равноденствие 22, 23 или 24 сентября и декабрьское солнцестояние. 21, 22 или 23 декабря. Диаграмма показывает очень преувеличенную форму орбиты Земли; фактическая орбита практически круглая.

Из-за наклона оси Земли на ее орбите, максимальная интенсивность солнечных лучей падает на Землю на 23,4 градуса к северу от экватора во время июньского солнцестояния ( Тропик Рака) и 23,4 градуса к югу от экватора во время декабрьского солнцестояния ( Тропик Козерога).

Отклонение орбиты от идеальной формы

И. Кеплер вывел несколько законов, описывающих принципы движения небесных тел, и поводов сомневаться в них ученым XVII в. не было. Но с повышением точности измерений начали обнаруживаться отклонения от кеплеровского учения. Немецкий астроном построил свою модель на 2 упрощениях:

вес любой планеты принимался пренебрежимо малым относительно веса Солнца;
было учтено только взаимное гравитационное влияние светила и планеты, а воздействие соседних небесных тел не принималось во внимание.

Диаграмма, показывающая, как барицентр Солнечной системы менялся с течением времени. Credit: Wikimedia Commons.

Сегодня ученые при вычислении орбитальных характеристик учитывают еще один важный фактор

Они принимают во внимание, что не только планета вращается вокруг светила, но и связка «небесное тело — звезда» выполняет собственное вращение вокруг барицентра — условной точки в космосе, центра масс. В силу значимости солнечных габаритов барицентр нашей системы находится внутри Солнца, и он несколько меняет свое расположение

Сейчас ежегодно расстояние между Землей и нашей звездой увеличивается на 15 см, и разница с сегодняшним значением полуоси достигнет километра уже через 67 тысяч лет — пустяк с точки зрения космического времени. Но постоянно отдаляться мы не будем: раз в 100 тыс. лет удаление будет сменяться сближением и наоборот.

Такая цикличность наблюдается на планете уже миллионы лет. Она стала причиной множества глобальных катаклизмов, например, ледниковых периодов.

Вместе с расстоянием до Солнца постоянно изменяется эксцентриситет нашей орбиты. Его величина в разные годы отличалась от сегодняшней и составляла от 0,05 до 0,005.

Факты про Землю

1. Полное обращение вокруг Солнца Земля совершает за 365 дней 6 часов 9 минут и 10 секунд.

2. Земля является самой плотной планетой в Солнечной Системе.

3. Хоть у северного полюса нет суши, он покрывается льдом.

4. Согласно геологическим исследованиям, жизнь на Земле зародилась 3.5 миллиарда лет назад, а 99% всех живших на ней организмов давно вымерли.

5. Земля находится в «Зоне Златовласки» – вода на планетах в таких зонах способна находиться в жидком виде.

Getty Images

6. На протяжении более 2000 лет, люди верили, что Земля является центром Вселенной, но уже в 1543 году Николай Коперник огласил гелиоцентрическую теорию, которая утверждала, что в центре Солнечной системы находится Солнце, а не Земля.

7. Земля – это единственная планета Солнечной Системы, не названная в честь мифологических Богов.

8. Внутреннее ядро Земли состоит из твердых и очень горячих железа и никеля. Диаметр ядра составляет 2,440 километра, что сопоставимо с Австралией, чья ширина составляет 2,500 километра.

9. Температура внутреннего ядра составляет 5427 градуса по Цельсию, что выше температуры плавления алмаза почти на 1,500 градусов.

10. Самой высокой точкой на Земле является вершина горы Эверест – 8,8 километра над уровнем моря, а самой низкой является Бездна Челленджера в Марианской впадине глубиной 11,022 метра.

11. 97% вулканов на Земле находится в океанах, а срединно-океанические хребты достигают длин более 60,000 километров.

12. Парниковый эффект, когда тепло не может покинуть атмосферу из-за скопившихся газов, позволяет поддерживать стабильную температуру на Земле. Без него, средняя температура поверхности Земли была бы не 15 градусов, а -18 градусов.

13. Земля – это единственная планета Солнечной Системы с тектоническими плитами. Они «плавают» на поверхности мантии и периодически сталкиваются друг с другом.

14. За счёт вращающегося ядра, Земля является гигантским магнитом, со своими магнитными полюсами, и образующая собственное магнитное поле, которое защищает нас от радиоактивного излучения из космоса.

15. У Земли есть один естественный спутник – это Луна. Искусственных спутников у Земли около 20,000, но менее 3,000 из них в данный момент работают.

16. Атмосфера Земли разделена на 5 слоёв: тропосферу, стратосферу, мезосферу, термосферу и экзосферу и простирается на 10,000 километров в космос, но 98% всей массы атмосферы находится в пределах высоты 50 километров.

17. На Луне побывало 12 человек, а высадки людей на Луну проводились с Июля 1969 года по Декабрь 1972.

18. Из всей Солнечной Системы, только на Земле вода представлена в трёх агрегатных состояниях – твёрдом, жидком и газообразном.

19. На приливы и отливы влияет в большей степени Луна, но Солнце тоже участвует в этом процессе.

Getty Images

20. Свет с Солнца достигает Земли за 8 минут и 20 секунд, поэтому мы можем только видеть Солнце, каким оно было 8.3 минуты назад.

21. С Земли невооружённым взглядом можно увидеть более 9,000 звёзд.

22. На Земле произрастает более 3 триллионов деревьев. На одного человека приходится около 425 деревьев.

23. Среднее расстояние от Земли до Солнца составляет 149,598,023 километра. При самом дальнем расположении, называемом афелием, расстояние составляет 152,000,000 километра, а при самом близком, называемым перигелием, расстояние составляет 147,095,000 километра.

24. Луна образовалась в результате столкновения Земли с другой планетой, по размеру похожей на Марс. Сразу после образования Луны, она была настолько близко, что по расчётам, приливы могли подниматься более чем на 100 метров.

Getty Images Pro

25. 180 миллионов лет назад на Земле был единственный континент, под названием Пангея.

Примечания и ссылки

1. (fr) Люк Дюрье, «Повторное обращение к проблеме двух тел», в Даниэле Бенесте и Клода Фрешле (ред.), Современные методы небесной механики , Гиф-сюр-Иветт, Границы, 2-е изд., 1992, с. 18 ( ISBN  2-86332-091-2 )
2. (in) TS Kelso, , CelesTrak (по состоянию на 23 июня 2019 г. )
3. (in) Т.С. Келсо, , CelesTrak (по состоянию на 23 июня 2019 г. )
4. (in) , ЕКА ,январь 2019
5. , стр.  123–128

Библиография

• (ru) Роберт Гизиу, Курс космической механики (DESS in Space Techniques) , СРЕДИЗЕМНОМОРСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ — ЭКС-МАРСЕЛЬ II,2000 г., 184  с.
• Мишель Капдеру, спутники Kepler в GPS , Springer,2012 г.( ISBN  978-2-287-99049-6 )

История учебы

Гелиоцентрическая солнечная система

Гелиоцентризм (нижняя панель) по сравнению с геоцентрической моделью (верхняя панель), не в масштабе

Гелиоцентризм это научная модель, которая впервые поместила Солнце в центр Солнечная система и вывести планеты, включая Землю, на свою орбиту. Исторически гелиоцентризм противопоставляется геоцентризм, который поместил Землю в центр. Аристарх Самосский гелиоцентрическая модель была предложена уже в третьем веке до нашей эры. В шестнадцатом веке Николай Коперник’ De Revolutionibus представил полное обсуждение гелиоцентрическая модель Вселенной во многом так же, как Птолемей представил свою геоцентрическую модель во втором веке. Этот «Коперниканская революция»решена проблема планетарного ретроградное движение утверждая, что такое движение было только воспринимаемым и очевидным. «Хотя новаторская книга Коперника … была веком ранее, Джоан Блау был первым картографом, включившим свою революционную гелиоцентрическую теорию в карту мира ».

Будущее

Математики и астрономы (например, Лаплас, Лагранж, Гаусс, Пуанкаре, Колмогоров, Владимир Арнольд, и Юрген Мозер) искали доказательства стабильности движения планет, и этот поиск привел к множеству математических разработок и нескольким последовательным «доказательствам» стабильности Солнечной системы. Согласно большинству прогнозов, орбита Земли будет относительно стабильной в течение длительных периодов времени.

В 1989 г. Жак ЛаскарРабота показала, что орбита Земли (а также орбиты всех внутренних планет) может стать хаотичной и что ошибка в 15 метров при измерении начального положения Земли сегодня сделает невозможным предсказать, где находится Земля. окажется на своей орбите через 100 миллионов лет. Моделирование Солнечной системы — тема, охватываемая проблема н-тела.

Влияние на Землю

Из-за земных осевой наклон (часто известный как наклон эклиптика), наклон траектории Солнца в небе (как его видит наблюдатель на поверхности Земли) меняется в течение года. Для наблюдателя на северной широте, когда северный полюс наклонен к Солнцу, день длится дольше, а Солнце кажется выше в небе. Это приводит к более высоким средним температурам, поскольку дополнительная солнечная радиация достигает поверхности. Когда северный полюс отклонен от Солнца, верно обратное, и погода обычно прохладнее. К северу от Полярный круг и к югу от Южный полярный круг, достигается крайний случай, когда часть года совсем отсутствует дневной свет, а в противоположное время года — непрерывный световой день. Это называется полярная ночь и полуденное солнце, соответственно. Это изменение погоды (из-за направления наклона оси Земли) приводит к сезоны.

Особенности орбиты Земли

Орбита Земли вокруг Солнца не является правильным кругом. Она имеет конфигурацию эллипса, но не ярко выраженного. Максимально планета удаляется на дистанцию 152 миллиона километров, это явление получило название перигелий.Наименьшая дистанция к Солнцу составляет 147 миллионов километров, она получила название афелий. Время вхождения Земли в афелий в Северном полушарии происходит 5 июля. В перигелий планета входит 3 января — для нашего полушария это зимний период.

Полный период обращения планеты вокруг Солнца составляет 365,25 земных суток, это астрономический год. Годовое перемещение Земли по орбите фиксируют исходя из косвенных проявлений. К ним относят изменение длительности дня и ночи, изменение полуденной высоты, а также смену точек восхода и захода Солнца.

Влияние на Землю

Из-за земных осевой наклон (часто известный как наклон эклиптика), наклон траектории Солнца в небе (как его видит наблюдатель на поверхности Земли) меняется в течение года. Для наблюдателя на северной широте, когда северный полюс наклонен к Солнцу, день длится дольше, а Солнце кажется выше в небе. Это приводит к более высоким средним температурам, поскольку дополнительная солнечная радиация достигает поверхности. Когда северный полюс отклонен от Солнца, верно обратное, и погода обычно прохладнее. К северу от Полярный круг и к югу от Южный полярный круг, достигается крайний случай, когда часть года совсем отсутствует дневной свет, а в противоположное время года — непрерывный световой день. Это называется полярная ночь и полуденное солнце, соответственно. Это изменение погоды (из-за направления наклона оси Земли) приводит к сезоны.

Плоскость орбиты

Точки любой орбиты всегда лежат в одной плоскости. Для Земли такая космическая «поверхность» называется эклиптикой, все остальные планеты системы движутся в плоскостях, близких к нашей.

Центральное светило тоже вращается вокруг своей оси, в том же направлении, что и все соседние планетарные объекты. Это косвенное доказательство того, что оно и все остальные тела системы образовались из единого газопылевого протооблака. Но одному явлению объяснение до сих пор не найдено: Солнце вращается с существенным отклонением от эклиптики. Не исключено, что в непосредственной близости от нас существуют крупные неоткрытые планеты, чье гравитационное воздействие так влияет на нашу звезду.

 Плоскость эклиптики — это плоскость обращения Земли вокруг Солнца (земной орбиты). Credit: spacegid.com.

Эклиптика участвует в оценке наклона оси небесного тела. Для нас он составляет 23°, что является причиной неравномерного годового нагрева южного и северного полушарий, когда Земля находится на разных участках орбиты и смены времен года.

Изучение Солнечной системы

Долгое время человечество было убеждено, что все звёзды и планеты вращаются вокруг Земли. Система мира с неподвижной Землёй в центре была разработана греческим учёным Птолемеем во 2 веке до нашей эры и просуществовала более полутора тысяч лет. 

В 1453 году польский астроном Николай Коперник доказал, что Земля, как и другие планеты (на тот момент их было известно шесть), вращаются вокруг Солнца. Однако вплоть до XVII века церковь считала это учение ересью и боролась с его последователями. 

Одним из них был итальянский монах Джордано Бруно. В 1584 году он опубликовал исследование, в котором утверждал, что Вселенная бесконечна, а Солнце подобно остальным звёздам, просто находится гораздо ближе к Земле. Бруно был схвачен инквизицией и приговорён к сожжению на костре как еретик. 

Другим последователем Коперника стал итальянский учёный Галилео Галилей. Он создал первый телескоп, который позволил увидеть кратеры Луны, пятна на Солнце, открыть четыре спутника Юпитера и установить, что планеты вращаются вокруг своей оси. Чтобы не повторить судьбу Бруно, Галилей был вынужден отречься от своих идей.

В XVII веке немецкий астроном Иоганн Кеплер открыл законы движения планет — ему удалось установить связь между скоростью вращения планеты и её расстоянием от Солнца. Его идеи воспринял знаменитый английский физик Исаак Ньютон, создатель теории всемирного тяготения. 

В XVIII—XIX веках открытия в области оптики позволили создать более мощные телескопы, которые позволили учёным узнать больше о солнечной системе. Были открыты планеты Уран и Нептун. 

В 1951 году Советский Союз вывел на орбиту Земли первый искусственный спутник. С этого момента началась Космическая эра — эпоха практического изучения солнечной системы. 

В 1961 году Юрий Гагарин стал первым человеком, побывавшем в космосе, а в 1969 году космический корабль «Аполлон-11» доставил людей на Луну. 

В 1970-х годах Советский Союз и США запустили несколько десятков аппаратов для исследования Марса, Венеры и Меркурия, а запущенные в 1980-х аппараты «Вояджер-1» и «Вояджер-2» позволили получить данные о дальних планетах — Юпитере, Сатурне, Уране, Нептуне и их спутниках. Большую роль в изучении солнечной системы сыграл вывод на орбиту Земли космического телескопа «Хаббл» в 1990 году. 

В нынешнем десятилетии космические агентства разных стран планируют пилотируемый полёт на Марс. Экспедиция на другую планету станет величайшим событием в истории освоения солнечной системы. И всё же пока человечество находится в самом начале пути изучения космоса.

Что такое экватор и для чего он нужен

Под экватором следует понимать линию, перпендикулярную оси, вдоль поверхности Земли, на одинаковом расстоянии от полюсов.

Вдоль всей этой линии день равняется ночи. Правда, из-за атмосферной рефракции продолжительность дня больше на несколько минут. Два раза в год (в дни равноденствий) Солнце находится в зените, и лучи будут направляться строго перпендикулярно земной поверхности. Широта на экваторе – 0°.

Экватор имеет важнейшее значение для определения широты географического объекта.  Все точки, находящиеся к югу от воображаемой линии, имеют южную широту. А объекты, располагающиеся к северу от нее, соответственно, имеют северную широту.

Виды орбит

Орбиты делят на относительные и абсолютные.

Абсолютная орбита – это путь тела в установленной отсчетной системе, которую считают универсальной. Примером такой системы является Вселенная, взятая как единое целое.

Относительная орбита – это траектория тела в системе отсчета, которая движется по искривленной траектории с переменной скоростью. Например, при описании траектории искусственного спутника указывается его движение относительно планеты. В первом приближении – это эллиптическая траектория, в фокусе которой находится Земля, сама плоскость движения относительно звезд считается неподвижной. При таком варианте измерений, очевидно, что траектория движения – это орбита относительного типа, поскольку она определяется по отношению к Голубой планете, которая сама вращается вокруг Солнца. Если же посмотреть на траекторию движения относительно звезд, то наблюдается винтовая траектория – это абсолютная орбита искусственного спутника.

Интересные факты

• В прошлом Земля считалась центром Вселенной. 2000 лет древние астрономы считали, что Земля статична, а другие небесные тела путешествуют по круговым орбитам вокруг нее. К такому мнению они пришли наблюдая очевидное движение Солнца и планет при наблюдении с Земли. В 1543 году Коперник опубликовал свою гелиоцентрическую модель Солнечной системы, в которой Солнце находится в центре нашей Солнечной системы.

• Земля это единственная планета в системе, которую не назвали в честь мифологических богов или богинь (остальные семь планет в Солнечной системе были названы в честь римских богов или богинь). Имеется ввиду пять видимых невооруженным глазом планет: Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и Сатурн. Все тот же подход с именами древнеримских богов был использован после открытия Урана и Нептуна. Само же слово «Земля» происходит от старого английского слова «ertha» означающее почву.

• Земля является самой плотной планетой в Солнечной системе. Плотность Земли отличается в каждом слое планеты (ядро, например, является более плотным, чем земная кора). Средняя плотность планеты составляет около 5,52 грамма на кубический сантиметр.

• Гравитационное взаимодействие между Землей и Луной вызывает приливы на Земле. Считается, что Луна заблокирована приливными силами Земли, поэтому ее период вращения совпадает с Земным и она обращена к нашей планете всегда одной и той же стороной.

• Вращение Земли постепенно замедляется. Замедление вращения Земли происходит очень медленно, примерно 17 миллисекунд на сто лет. Но, в конечном итоге, это удлиняет день. Тем не менее, этому процессу потребуется около 140 миллионов лет для того, чтобы увеличить сутки с 24 до 25 часов.

• Атмосфера Земли на 78% состоит из азота, 21% кислорода, а также следовых количеств других газов, включая аргон и углекислый газ.

• Значительная часть земного кислорода была образована в процессе фотосинтеза.

• Земля имеет очень мощное магнитное поле. Это поле защищает планету от воздействия солнечного ветра и, как считают ученые, является результатом никель-железного ядра планеты и его быстрого вращения.

• Земля имеет озоновый слой, который защищает ее от вредного солнечного излучения. Эта оболочка представляет собой особый тип кислорода, который поглощает большую часть мощных ультрафиолетовых лучей.

• 70% поверхности Земли покрыто водой, остальную часть представляют континенты и острова, на которых также присутствует множество озер и других источников воды.

• Считается, что первая жизнь на Земле возникла в океане посредством процесса абиогенеза — естественного процесса, при котором жизнь вырастает из неживой материи в виде простого органического соединения.

• Вода Земли первоначально могла находится внутри планеты. Но, с течением времени, вода была доставлена на поверхность в результате вулканической активности планеты.

• Земля имеет относительно небольшое число видимых кратеров по сравнению с другими твердыми телами в Солнечной системе. Это происходит потому, что Земля является геологически активной, на ней происходят такие процессы, как тектоника и эрозия, которые могут менять ее поверхность.

Характеристики орбит

Объекты на НОО испытывают влияние разреженных слоёв атмосферы: термосферы (80-500 км) и экзосферы (500 км и выше), в зависимости от высот орбит. Данные орбиты находятся в промежутке между атмосферой и радиационными поясами.

Высоты менее 300 км для спутников обычно не применяются, поскольку время существования на столь низких орбитах невелико.

Орбитальная скорость, необходимая для поддержания стабильной НОО составляет приблизительно 7,8 км/с, но уменьшается с увеличением высоты. Для достижения НОО с поверхности планеты требуется характеристическая скорость от 9,4 км/с. Помимо необходимой первой космической скорости 7,9 км/с, требуются дополнительные 1,5—2 км/с из-за аэродинамических и гравитационных потерь.

Примеры

• Многие спутники дистанционного зондирования Земли и разведывательные аппараты используют НОО, поскольку на этих орбитах они находятся ближе к поверхности. Для аппаратов, работающих в оптическом диапазоне, либо требующих стабильного электроснабжения для своих солнечных батарей, часто используются солнечно-синхронные орбиты с высотой около 800 км и приполярным наклонением.
• Международная Космическая Станция (МКС) находится на НОО с высотой около 400 км над поверхностью Земли.
• НОО используются для телекоммуникационных спутников, так как здесь им требуются менее мощные усилители. Однако, данные орбиты не являются геостационарными, и спутник находится в области прямой видимости лишь небольшого участка поверхности. Поэтому используются сети («созвездия») из множества спутников, например, в спутниковой телефонной системе Iridium (около 700 км) используется более 70 аппаратов.

Эллиптическая орбита Земли

Нет, маршрут планеты не выступает идеальным кругом. Мы вращаемся по вытянутому эллипсу. Впервые это описал Иоганн Кеплер. Можете изучить движение Земли по орбите на схеме.

Строение орбиты Земли

Ученый измерил орбиты Земли и Марса и понял, что периодически они ускорялись и тормозили. Это совпадало с показателями афелия и перигелия, а значит дистанция от звезды основывается на орбитальной скорости (никакой круговой орбиты).

Для характеристики природы эллиптических орбит исследователи используют понятие эксцентриситета – от 0 к 1. Если он приближен к 0, то имеем практически круг. У Земли – 0.02, то есть близка к круговой.