Още от 16 век, когато Николай Коперник демонстрира, че Земята се върти около Слънцето, учените са работили неуморно, за да разберат връзката в математически план. Ако това светло небесно тяло - от което зависи сезоните, дневният цикъл и целият живот на Земята - не се върти около нас, тогава каква точно е природата на нашата орбита около него?
В продължение на няколко века астрономите прилагат научния метод, за да отговорят на този въпрос и определят, че орбитата на Земята около Слънцето има много очарователни характеристики. И това, което са открили, ни помогна да разберем защо измерваме времето по начина, по който го правим.
Орбитални характеристики:
На първо място, скоростта на земната орбита около Слънцето е 108 000 км / ч, което означава, че нашата планета изминава 940 милиона км по време на една орбита. Земята завършва по една орбита на всеки 365.242199 средни слънчеви дни, факт, който изминава дълъг път към обяснение защо се нуждаят от допълнителен календарен ден на всеки четири години (известен още през високосна година).
Разстоянието на планетата от Слънцето варира, докато орбитира. Всъщност Земята никога не е едно и също разстояние от Слънцето от ден на ден. Когато Земята е най-близо до Слънцето, се казва, че е в перихелион. Това се случва около 3 януари всяка година, когато Земята е на разстояние от около 147 098 074 км.
Средното разстояние на Земята от Слънцето е около 149,6 милиона км, което също се нарича една астрономическа единица (AU). Когато е на най-далечното си разстояние от Слънцето, се казва, че Земята е в афелион - което се случва около 4 юли, където Земята достига разстояние от около 152,097,701 км.
И тези от вас в северното полукълбо ще забележат, че "топлото" или "студеното" време не съвпада с това колко близо е Земята до Слънцето. Това се определя от аксиален наклон (виж по-долу).
Елиптична орбита:
След това е естеството на орбитата на Земята. Вместо да бъде перфектен кръг, Земята се движи около Слънцето в разширен кръгъл или овален модел. Това е това, което е известно като „елиптична“ орбита. Този орбитален модел е описан за първи път от Йоханес Кеплер, германски математик и астроном, в неговата семинарна работа Астрономия нова (Нова астрономия).
След като измери орбитите на Земята и Марс, той забеляза, че на моменти орбитите и на двете планети изглежда се ускоряват или забавят. Това съвпада пряко с афелия и перихелиона на планетите, което означава, че разстоянието на планетите от Слънцето има пряка връзка със скоростта на орбитите им. Това също означаваше, че и Земята, и Марс не обикалят около Слънцето в идеално кръгли модели.
Описвайки природата на елиптичните орбити, учените използват фактор, известен като „ексцентричност“, който се изразява под формата на число между нула и единица. Ако ексцентриситетът на планетата е близо до нула, тогава елипсата е почти кръг. Ако е близо до една, елипсата е дълга и стройна.
Земната орбита има ексцентриситет по-малък от 0,02, което означава, че тя е много близка до кръговата. Ето защо разликата между разстоянието на Земята от Слънцето в перихелион и афелион е много малка - по-малко от 5 милиона км.
Сезонна промяна:
Трето, има ролята на орбитата на Земята през сезоните, която споменахме по-горе. Четирите сезона се определят от факта, че Земята е наклонена на 23,4 ° по вертикалната си ос, което се нарича "аксиален наклон". Тази странност в нашата орбита определя слънцестоенията - точката в орбитата на максимален аксиален наклон към или извън Слънцето - и равноденствията, когато посоката на наклона и посоката към Слънцето са перпендикулярни.
Накратко, когато северното полукълбо е наклонено далеч от Слънцето, то преживява зима, докато южното полукълбо преживява лято. Шест месеца по-късно, когато северното полукълбо е наклонено към Слънцето, сезонният ред е обърнат.
В северното полукълбо зимното слънцестоене настъпва около 21 декември, лятното слънцестоене е близо до 21 юни, пролетното равноденствие е около 20 март, а есенното равноденствие е около 23 септември. Аксиалният наклон в южното полукълбо е точно обратен на посоката в северното полукълбо. Така сезонните ефекти на юг са обърнати.
Макар че е вярно, че Земята има перихелион или точка, в която тя е най-близо до слънцето, и афелий, най-отдалечената му от Слънцето, разликата между тези разстояния е твърде минимална, за да има значително влияние върху земните сезони и климата.
Точки на Lagrange:
Друга интересна характеристика на земната орбита около Слънцето е свързана с точките на Лагранж. Това са петте позиции в орбиталната конфигурация на Земята около Слънцето, където комбинираното гравитационно дърпане на Земята и Слънцето осигурява точно центростремителната сила, необходима за орбита с тях.
Петте точки на Лагранж между Земята са обозначени (донякъде невъобразимо) L1 до L5. L1, L2 и L3 седят по права линия, която минава през Земята и Слънцето. L1 седи между тях, L3 е на противоположната страна на Слънцето от Земята, а L2 е на противоположната страна на Земята от L1. Тези три точки на Lagrange са нестабилни, което означава, че сателит, поставен на която и да е от тях, ще се измести от курса, ако бъде нарушен при най-малкото.
Точките L4 и L5 лежат на върховете на двата равностранни триъгълника, където Слънцето и Земята представляват двете долни точки. Тези точки се движат по протежение на околоземната орбита с L4 60 ° зад нея и L5 60 ° напред. Тези две точки на Lagrange са стабилни, поради което са популярни дестинации за сателити и космически телескопи.
Проучването на земната орбита около Слънцето е научило учените много и на други планети. Знаейки къде седи планетата по отношение на нейната родителска звезда, орбиталният й период, аксиалният й наклон и множество други фактори са основни за определянето дали животът може да съществува или не и дали хората могат да живеят или не един ден там.
Тук сме писали много интересни статии за орбитата на Земята в сп. „Космос“. Ето 10 интересни факта за Земята, на колко далеч е Земята от Слънцето ?, Какво е въртенето на Земята ?, Защо има сезони ?, и какво е аксиалният наклон на Земята?
За повече информация вижте тази статия за НАСА - Прозорецът към статията на Вселената за елиптичните орбити или разгледайте Земята на НАСА: Общ преглед.
Astronomy Cast също еспидоси, които имат отношение към темата. Ето BQuestions Show: Черни черни дупки, Небалансиране на Земята и Космическо замърсяване.
Източници:
- Уикипедия - Земна орбита
- НАСА: Windows към Вселената - орбитата на Земята
- НАСА: Попитайте астрофизик - Скоростта на въртене на Земята
