Ось вращения Земли
Солнечная система > Система Земля-Луна > Планета Земля > Ось вращения Земли
Графическое изображение оси вращения Земли
Вращение Земли вокруг оси: описание движения планеты, угол осевого наклона, схема вращения относительно плоскости орбиты, смена времен года и прецессия.
Ось вращения Земли наклонена под углом в 23,5° относительно плоскости эклиптики. Именно из-за этого наклона у нас на планете Земля происходит смена сезонов.
Чтобы лучше разобраться в том, как происходит вращение Земли вокруг своей оси, сначала необходимо поговорить о Солнце. Представьте себе линию, которая проходит через Северный и Южный полюса Солнца. Это и есть ось вращения Солнца. Затем вообразите себе диск, выходящий из солнечного экватора во всех направлениях. Этот диск называется плоскостью эклиптики. Астрономы уже давно измерили оси вращения, проходящие через каждую из планет Солнечной системы. Затем измерили угол осевого наклона относительно оси вращения Солнца.
У нашей планеты этот угол наклона оси равен примерно 23,5°. Это угол относительно оси вращения Солнца. Из-за такого наклона земной оси, на нашей планете происходит регулярная смена времен года. В летний сезон ось Земли наклонена таким образом, что Северный полюс Земли наклоняется к Солнцу. Регионы северного полушария получают больше солнечных лучей и поэтому там теплее, чем в Южном полушарии. Осенью, как Северное полушарие, так и Южное получают равную долю солнечного света. В зимний период Северный полюс наклоняется в сторону от Солнца, и поэтому там холоднее, а в Южном полушарии теплее.
Точный градус наклона земной оси составляет 23,439281°.
Угол наклона Земли является практически стабильным в течение длительного периода времени, но Земля слегка покачивается на своей оси, как волчок – это называется прецессией. В связи с этим время смены сезонов медленно меняется. Цикл смены составляет примерно 25 800 лет. Таким образом, лето и зима поменяются местами, и лето будет приходить в северное полушарие в декабре, а зима в июне. Теперь вы знаете, что собою представляет ось вращения планеты Земля.
Случаи смещения земной оси, причины и последствия
Специалист Лаборатории реактивного движения (JPL) НАСА Ричард Гросс (Richard Gross) считает, что землетрясение могло привести к смещению оси Земли примерно на 15 сантиметров в сторону 139-го градуса восточной долготы. Продолжительность дня должна сократиться на 1,6 микросекунды.
Специалисты Национального института геофизики и вулканологии Италии сообщили о том, что, по их расчетам, в результате землетрясения ось сместилась почти на 10 сантиметров.
27 февраля 2010 года землетрясение магнитудой 8,8 произошло в Чили. Исследователь лаборатории реактивного движения NASA Ричард Гросс предположил, что в результате подземных толчков, вращение Земли изменилось. Используя сложную модель, Гросс вместе с группой ученых рассчитал, что землетрясение могло сократить каждый земной день на 1,26 микросекунды. Кроме того, землетрясение отклонило ось вращения Земли на 2,7 мс (в проекции на поверхности около 8 см).
По данным лаборатории реактивного движения НАСА (США), в результате землетрясения протяженность суток сократилась на 6,8 микросекунд, а земная ось сместилась примерно на 7 сантиметров.
26 декабря 2004 г. около 04:00 мск в акватории Индийского океана близ северной части острова Суматра (Индонезия) Национальным центром сейсмологической информации США был зафиксирован подземный толчок силой 8,9 балла по шкале Рихтера. Около 08:00 мск к северо-востоку от острова был зафиксирован еще один — силой 7,3 балла. Затем в течение часа была зафиксирована серия толчков силой около 6 баллов, направлявшихся волной от острова Суматра по направлению к Андаманским островам (Индия). Подземные толчки послужили причиной возникновения цунами, обрушившегося, в частности, на побережья Индии, Индонезии, Таиланда и Шри-Ланки.
Ряд российских ученых с сомнениями относятся к сообщениям о смещении оси Земли. Владимир Сурдин, старший научный сотрудник Государственного астрономического института им. П. К. Штернберга считает, что «сама ось вращения Земли не может сместиться в результате землетрясения. Это просто невозможно. Для этого нужно мощное внешнее воздействие. Землетрясения – это внутреннее дело Земли. Из-за них может сместиться часть земного тела, земная кора. Земная поверхность «ходит» примерно на один метр в течение временного периода около 400 дней. Долгосрочные наблюдения показывают, что за 20 лет смещение земной коры может составлять около 15 метров. Но в течение года — не более одного метра. Так что небольшие, например 10 сантиметров, смещения земной коры возможны».
По словам сотрудника лаборатории гравиметрии Государственного астрономического института имени Штернберга (ГАИШ) МГУ Леонида Зотова, теоретические смещения оси на 6-8 сантиметров предсказывались для многих крупных землетрясений, однако они не были подтверждены наблюдениями.
Зотов отмечает, что получить нужные для проверки расчетов наблюдения можно с помощью нескольких систем, в частности группировки спутников GPS, которая четыре раза в сутки определяет координаты географических полюсов Земли. Получить эти координаты в более высоком разрешении можно, но для этого нужно запустить программу обработки. Это, по выражению Зотова, «вещь нетривиальная». Существует также система радиотелескопов со сверхдлинной базой (РСДБ), которая дает координаты раз в сутки.
Леонид Зотов отмечает, что эти изменения пока не удавалось наблюдать, если удастся провести подобный мониторинг — «это будет большой прогресс».
Собственная ось Земли немного смещается и сама по себе, без каких-либо катастрофических событий, в результате медленных геологических процессов. Например, последний ледниковый период завершился около 11 тыс. лет назад, и огромные массы льда исчезли с поверхности материков и океанов. Это не только привело к перераспределению массы, но и «разгрузило» земную мантию, позволив ей принять форму, близкую к сферической. Процесс этот еще не завершен, и в результате него ось, на которой «балансирует» наша планета, естественным образом смещается примерно на 10 сантиметров в год.
Материал подготовлен на основе информации РИА Новости и открытых источников
Прежде чем обсуждать эту проблему, следует обратить внимание на то, что у Земли есть две пары полюсов: географических и магнитных, порожденных вращением Земли, но связанных с разными структурами планеты.
Географические полюса связаны с центром масс планеты, а магнитные с гидромагнитным динамо (ядром).
Наша планета представляет собой не идеальную сферу. Во-первых, земной шар чуть сплюснут с полюсов. Во-вторых, распределение массы по планете неоднородно, хотя бы потому, что часть ее поверхности составляют океаны, а часть – материки. В северном полушарии суши заметно больше, чем в южном, в западном меньше, чем в восточном. Ось вращения Земли, на которой «сбалансирован» этот неоднородный шар планеты, совершает сложные гармонические движения.
Наиболее очевидные движения Земли – это суточное вращение (как раз вокруг пресловутой оси
) и годовое вокруг Солнца.
Орбита Земли (эклиптика) имеет форму эллипса, в одном из двух фокусов, которого находится Солнце (1-й закон Кеплера). Земля – гигантский гироскоп (гироско́п
от др.-греч. Γυρο «вращение» и др.-греч. Σκοπεω «смотреть» — устройство, как правило, основанное на законе сохранения вращательного момента (момента импульса)), сохраняющий в пространстве положение оси вращения, в том числе и угол наклона к орбите.
Из-за экваториального «утолщения» сродни спасательному кругу, надетому на талию, Земля испытывает приливные воздействия Солнца и Луны, которые «поддергивают» ее, заставляя совершать круговое вращательное движение осью — длительность периода прецессирования составляет около 26 000 лет.
Земля, как и другие планеты земной группы, имеет слоистое внутреннее строение. Она состоит из твёрдых силикатных оболочек (коры, крайне вязкой мантии), и металлического ядра. Внешняя часть ядра жидкая (значительно менее вязкая, чем мантия), а внутренняя — твёрдая. Раскаленное до 70000С железно-никелевое ядро участвует во вращении Земли, порождая магнитное поле. Магнитные полюса Земли «гуляют» по поверхности на большие расстояния и в настоящее время не совпадают с географическими, через которые «проходит» ось вращения.
Центр магнитного диполя смещен относительно центра Земли в направлении на 18° с.ш. и 147,8° в. д. на 430 км. Ось этого диполя наклонена к оси вращения Земли на 11,5°. На такой же угол геомагнитные полюса отстоят от соответствующих географических полюсов. При этом южный геомагнитный полюс находится в северном полушарии. В настоящее время он расположен недалеко от северного географического полюса Земли в Северной Гренландии. Его координаты φ = 78,6° с.ш., λ =
70,1° з.д., У cеверного магнитного полюса φ = 75° ю.ш., λ
=
120,4° в.д. (в Антарктиде).
https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%97%D0%B8%D0%BC%D0%BB%D1%8F
Схема магнитного поля Земли. Рис. из статьи Н. В. Короновского «Магнитное поле геологического прошлого Земли» в Соросовском образовательном журнале
https://elementy.ru/news/431077
Расположение северного магнитного полюса не совпадает с географическим северным полюсом. Примерно с начала XVII века полюс располагается под паковыми льдами в границах нынешней канадской Арктики. Это приводит к тому, что стрелка компаса показывает на север не точно, а лишь приблизительно.
Каждый день полюс движется по эллиптической траектории, и, кроме того, смещается в северном и северо-западном направлении со скоростью около 10 км в год, поэтому любые его координаты являются временными и неточными. Со второй половины ХХ века полюс довольно быстро движется в сторону Таймыра. В 2009 году скорость движения северного полюса составляла 64 километра в год.
Противоположностью северного магнитного полюса является южный магнитный полюс, который расположен в Антарктике. Если провести условную линию от одного полюса до другого, то она не пройдёт точно через центр Земли. Это связано с тем, что магнитное поле Земли не совсем симметрично.
https://www.krugosvet.ru/
О географической оси
Земная ось регулярно испытывает некоторые смещения, допустимое значение которых на полюсе составляет круг диаметром около 10 м.
Земля чуть ли не ежедневно испытывает смещение. Никаких последствий для климатической ситуации на нашей планете землетрясение и смещение оси вращения не принесут.
Ученые из Центра космической геодезии при Итальянском космическом агентстве совместно со специалистами-сейсмологами из других стран проводят анализ данных по смещению оси вращения для выявления изменений, способных радикально повлиять на жизнь планеты. В частности, исследуются возможные изменения центра тяжести планеты и характеристики гравитационного поля.
Измерения оси вращения Земли производят в Международной службе вращения Земли (МСВЗ), расположенной в городе Париже, которая использует постоянные наблюдения за вращением планеты с многочисленных станций и обсерваторий. МСВЗ ведает единой системой координат и определяет положение Земли в пространстве для решения геодезических, астрономических и геофизических прикладных задач, а также следит за соотношением всемирного времени, мерой которого является вращение Земли, и атомного, измеряемого атомными часами.
В России, по словам заведующего лабораторией Института физики Земли, председателя российского экспертного совета по прогнозам землетрясений Алексея Николаева, нет своей специализированной службы по измерению вращения Земли, и российские ученые пользуются данными МСВЗ.
Чилийское землетрясение 27 февраля 2010 г, центр – на глубине 35 км, магнитуда 8,8 — было очень мощным.
Уже несколько дней спустя некоторые ученые выступили с заявлениями о том, что столь сильное сотрясение могло изменить наклон оси всей нашей планеты. Геофизик из NASA Ричард Гросс (Richard Gross) говорит: «Если наши расчеты верны, собственная ось Земли сместилась примерно на 8 см». Здесь важно обратить внимание на то, что речь идет не о наклоне оси вращения. «Собственная ось характеризует не то, насколько Земля наклонена, — добавляет Гросс, — а то, как она сбалансирована».
https://www.oko-planet.su/science/sciencenews/34422-sodrognulas-li-zemlya-smeshhenie-osi.html
Момент инерции тела относительно оси вращения
На следующем рисунке показано, как выбор оси вращения тела влияет на значение момента его инерции и, следовательно, на легкость/сложность его вращения. На рисунках а) и б) показан однородный цилиндр с радиусом r и высотой h, который вращается вокруг продольной оси (рисунок а) и вокруг оси, перпендикулярной цилиндру, проходящему через его центр (рисунок б).
Ролик с радиусом r и высотой h вращается вокруг продольной оси (рисунок а) и оси, перпендикулярной цилиндру, проходящему через его центр (рисунок б)). Вес ролика в случае а) гораздо более сфокусирован вблизи его оси вращения, чем в случае б), поэтому цилиндр с рисунка а) вращать легче, чем ролик с рисунка б).
В обоих случаях мы имеем дело с одним и тем же телом, но в первом случае (рис. А) легче вращать ролик. Причиной такой ситуации является различное распределение веса цилиндра вокруг его оси вращения: при вращении цилиндра вокруг продольной оси масса ролика более сфокусирована вблизи оси вращения, чем во второй. В результате получается меньшее значение момента инерции цилиндра из рисунка а), а не цилиндра из рисунка б).
Если вы не хотите читать всю информацию советуем вам посмотреть видео про момент силы, в котором вы узнаете абсолютно все:
