Геодезия Земли
Наука, изучающая измерения на поверхности нашей планеты, называется геодезией. Одним из самых ранних задокументированных стремлений вычислить размер Земли было предпринято Эратосфеном, библиотекарем в Александрии, Египет, примерно в 250 году до нашей эры.
Примерно в полдень дня летнего солнцестояния (когда полуденное солнце стояло выше всего в небе), вертикальный столб в Александрии отбрасывал тень, образующую угол около 7 градусов с ним.
Он также знал, что в Сиене (ныне Асуан) солнце в тот же день будет прямо над головой, освещая дно глубокого колодца. Используя оценку расстояния между двумя городами с севера на юг и предполагая, что Солнце находится очень далеко, он сумел вычислить окружность Земли с относительной точностью.
Окружность Земли
В наши дни известно, что окружность Земли на экваторе составляет 40 075 километров.
Диаметр Земли
Экваториальный диаметр Земли составляет 12 756 километров. На самом деле Земля не идеально сферична, а представляет собой сплюснутый сфероид, то есть слегка приплюснута по направлению с севера на юг, так что диаметр от Южного до Северного полюса всего 12 714 километров.
Метр
Интересно, что метр изначально был определен (французской Академией наук в 1791 году) как одна десятимиллионная часть расстояния от экватора до Северного полюса. Это объясняет, почему это расстояние почти ровно 10 миллионов метров (10 000 километров).
Геоцентрическая модель Земли
В прошлом считалось, что Солнце, Луна, планеты и звезды имели совершенно иную природу, чем Земля. В 4 веке до нашей эры Аристотель выдвинул предположение, что они состоят из небесного Пятого элемента, в дополнение к его земным элементам – Земле, Воде, Воздуху и Огню.
Многие мыслители, включая Аристотеля, считали, что Земля неподвижно находится в центре Вселенной. Эта модель, известная как геоцентрическая (центрированная на Земле), была разработана Птолемеем Александрийским примерно в 150 году нашей эры.
Почти все астрономы придерживались этой модели в течение последующих 1400 лет. С этой точки зрения Земля точно не была планетой, так как она определенно не была блуждающим светом в небе.
Вращение Земли по Копернику
В 16 веке нашей эры Николай Коперник предложил, что Земля вращается вокруг оси, проходящей через Северный и Южный полюса, один раз в сутки – то есть за один "звездный" день, который измеряется по далеким звездам, а не по Солнцу.
Звездные сутки Земли длятся 23 часа 56 минут и 4 секунды, что на несколько минут меньше, чем ее "солнечный" день. Коперник также заявил, что Земля обращается вокруг Солнца один раз в звездный год (365,256 дня). Он верил, что Луна обращается вокруг Земли, а другие планеты – вокруг Солнца, как и Земля. В этом смысле Земля – планета, ведь она тоже вращается вокруг Солнца.
Гелиоцентрическая модель Земли
Гелиоцентрическая (солнечно-центрированная) модель Коперника воспринималась не сразу. Однако Иоганн Кеплер из Германии, основываясь на этой основной идее, разработал свои три закона движения планет в начале 17-го века. Один из этих законов утверждает, что орбита планеты, то есть путь вокруг Солнца, представляет собой эллипс, где Солнце находится не в самом центре, а в одной из двух точек, называемых фокусами.
Расстояние от Земли до Солнца
Орбита Земли ближе к окружности, чем орбиты большинства других планет. Расстояние от Земли до Солнца изменяется всего на небольшой процент: от примерно 147,1 миллиона километров в начале января до примерно 152,1 миллиона километров в начале июля.
В 1687 году Исаак Ньютон из Англии опубликовал свой закон всемирного тяготения в своем знаменитом труде "Математические начала натуральной философии", объясняющий движение планет как вызванное гравитационным притяжением Солнца к планетам. К этому моменту почти все ученые приняли гелиоцентрическую модель.
Гравитация
Ньютон показал, что любые два объекта притягиваются друг к другу с этой гравитационной силой. Эта сила пропорциональна массе каждого объекта, и она уменьшается с увеличением расстояния между объектами. "Вес" тела — это просто гравитационная сила, воздействующая на него со стороны Земли или любой другой планеты или крупного тела, рядом с которым оно находится.
Объекты, по инерции, стремятся двигаться в космосе по прямой с постоянной скоростью, но гравитационное притяжение может искривить этот путь и создать замкнутую орбиту. Луна вращается вокруг Земли, а Земля – вокруг Солнца.
Орбита Земли
Солнцестояния и равноденствия
Ось вращения Земли наклонена примерно на 23,5 градуса относительно плоскости ее вращения вокруг Солнца. Это позволяет Северному полушарию получать наибольшее количество солнечного света. Максимальная продолжительность светового дня – примерно 21 июня, когда Северный полюс наклонен к Солнцу.
Северный полюс указывает почти в одном и том же направлении в течение всего года – к Полярной звезде. Однако примерно 21 декабря Земля находится на противоположной стороне Солнца, поэтому Южный полюс наклонен к Солнцу, и в это время Южное полушарие получает больше солнечного света. Эти даты называются солнцестояниями.
Равноденствия, когда день и ночь имеют примерно одинаковую продолжительность по всему миру, происходят между ними, примерно 21 марта и 23 сентября. Таким образом, времена года управляются наклоном земной оси, а не относительно небольшим изменением расстояния от Солнца.
Ось Земли
В настоящее время ось Земли направлена почти непосредственно на Полярную звезду. Однако примерно через 13 000 лет Полярная звезда будет заменена яркой звездой Вега. Древнегреческий астроном Гиппарх заметил это тонкое явление еще во 2 веке до нашей эры.
Круг, описываемый в небе Северным полюсом, имеет небольшие колебания из-за своего рода "качающегося" движения, называемого нутацией. За цикл, длящийся около 41 000 лет, наклон оси вращения колеблется от 22 до 25 градусов.
В первой половине 20-го века сербский математик Милутин Миланкович предположил, что такие изменения в наклоне, наряду с небольшими изменениями в форме орбиты Земли, вызывали климатические изменения в прошлом. Климатологи в настоящее время признают эту модель как объяснение одного из многих факторов, запускающих и прекращающих ледниковые периоды.
Место Земли в Солнечной системе
Гелиоцентрическая модель утверждала, что Солнце неподвижно. Но за последнее столетие все резко изменилось. Оказалось, что звезды на самом деле – другие Солнца (то есть Солнце – это звезда), которые движутся в пространстве. Более того, многие из них могут иметь свои собственные планеты.
Первая внесолнечная планета была обнаружена в 1995 году. За 15 лет было обнаружено еще более 200 таких планет, в основном с использованием косвенных методов, таких как анализ небольших колебаний родительской звезды в ответ на гравитационное притяжение планеты к ней.
Расположение Солнечной системы в Галактике Млечный путь:
Ближайшая звездная система находится примерно в 270 000 раз дальше от Земли, чем Солнце. Большинство звезд, видимых невооруженным глазом, находятся более чем в миллион раз дальше Солнца, что объясняет, почему они кажутся такими тусклыми. Многие из них были бы намного ярче Солнца, если бы их поместили на его место.
Все звезды, видимые невооруженным глазом, являются ближайшими соседями в огромной дискообразной структуре, называемой галактикой Млечный Путь, которая содержит более ста миллиардов звезд.
Расстояние до Центра Млечного Пути
Солнце находится примерно в 27 000 световых лет от центра Млечного Пути. Световой год – это расстояние, которое свет проходит за год, почти 9,5 триллиона километров. Солнце и его планеты обращаются вокруг центра Млечного Пути с периодом (временем, необходимым для завершения одной орбиты) около 250 миллионов лет.
Млечный Путь, в свою очередь, является лишь одной из миллиардов галактик в наблюдаемой Вселенной. Галактики обычно удаляются друг от друга и разбросаны на миллиарды световых лет пространства.
Строение Земли:
Чтобы узнать, как выглядит Земля внутри, можно представить себе бурение до самого центра. Однако ничего подобного никогда не делалось. Самая глубокая скважина на Кольском полуострове в России имеет глубину около 12,26 километра и достигает лишь 1/500 расстояния до центра Земли.
Земные циклы и Круговорот воды на Земле
Солнечная энергия и Магнитное поле Земли
Что ещё посмотреть: