Разобрав послойно матушку-Землю, нам остается изучить орбиты ее вращений, да еще несколько тем, с ними связанных. Ведь шелуха луковичных слоев так мала, что из космоса неразличима, но всю планету целиком все-таки откуда-то, да видно. В конце концов, готовя бульон познаний о вселенной, нельзя представить его без ароматной луковицы нашей планеты, которая в нем плавает. Овощ на дне кастрюли - это уже совсем другое блюдо, а нам еще надо доделать и съесть то, за которое мы уже взялись.
Как видно из отрывка песни в эпиграфе к статье, двигатели земного вращения вокруг своей оси - это медведи. О них мы не будем сейчас говорить, лучше рассмотрим саму ось. Наши косолапые белые друзья заставляют планету совершать 1 оборот вокруг своей оси за в среднем 23 часа 56 минут и 4,091 секунд. Этот интервал называется звездными сутками.
А ось вращения Земли вокруг Солнца крутят какие-то другие, неведомые сущности, которые отличаются непостоянством. Дело в том, что эта ось вращения процестирует и колеблется. А в большом масштабе времени и вовсе замедляется - продолжительность оборота Земли за последние 2000 лет увеличивалась на 0,0023 с в столетие. Каждые следующие сутки длиннее предшествующих на 29 наносекунд.
Но нам надо вернуться к процессиям и колебаниям. Начнет с первого пункта этого коротенького списка. Процессирование также называют предварением весеннего и осеннего равноденствий. Равноденствия - это время, когда день равен ночи, т. е. точки пересечения небесного экватора (большого круга небесной сферы, совпадающего с плоскостью земного экватора) с эклиптикой (большой круг небесной сферы, по которому происходит видимое с Земли вращение Солнца относительно звезд). Каждый звездный год весеннее равноденствие наступает раньше, чем в предыдущем году, на 20 мин 24 с. Но это не значит, что как-то меняется протяженность нашего года или его времена смещаются по календарю. Григорианский календарь, приятый повсеместно на планете, отражает длину не звездного, а тропического года, который соответствует интервалу от равноденствия до равноденствия. Эффект предварения равноденствий фактически включен в наш календарь.
Как мы уже догадались из названия, причина предварения равноденствий - это процессия - периодическое изменение направления земной оси под гравитационным действием Луны и, в меньшей степени, Солнца. Для того, чтобы представить себе это явление, возьмем нашу луковицу. В результате процессии ось, которая проходит от широкого конца луковицы к узкому, очерчивает в пространстве конус, где его нижняя, широкая часть, менее подвижна, чем верхняя. Полный оборот этой вращающейся головешки происходит за 25800 лет.
Процессия является причиной различия звездного и тропического года.
Однако, процессия - это не единственная причина смещения земной оси. Вторая из них - это нутация. Это периодическое и быстрое "подрагивание", т. е. покачивание, полюсов, каждый из которых своим центром выписывает синусоиду вокруг центра вращения - Солнца. Так же это явление называется колебаниями, о которых мы упомянули раньше, а теперь спешим растолковать их читателю. Хоть угол наклона земной оси относительно постоянен, он, как мы только что сказали, претерпевает небольшие смещения раз в 18,6 лет. В долгопериодичной перспективе ось планеты также колеблется. Этот интервал занимает около 41 000 лет.
Оба этих явления - процессия и нутация - вызваны меняющимся притяжением Солнца и Луны на экваториальную выпуклость. Да, Земля - это не идеально сферический мячик, но эллипсоид в сечении. Его нельзя описать какой-либо математической формулой, т. к. массы внутри Земли распределены неравномерно. Эта модель геоида (о которой подробнее мы поговорим в следующий раз) - наиболее подходящая к поверхности нашего родного эллипсоида и математически правильная модель поверхности планеты.
Наверняка, у вас возник еще один вопрос: как же Земля движется относительно Солнца? Отвечаем: она вращается по эллиптической орбите на расстоянии около 150 млн км со средней скоростью 29,765 км/с. В общем, несется, как оголтелая. На самом деле, в перигелии (ближайшая к центральному объекту, в данном случае - Солнцу, точка вращения по орбите) эта скорость равна 30,27 км/с, а в афелии (наиболее удаленная от Солнца точка на орбите Земли) - 29,27 км/с.
В настоящее время Земля проходит перигелий около 3 января, а афелий - 4 июля. Количество солнечной энергии, достигающей Земли в перигелии примерно на 6,9% больше, чем в афелии из-за того, что расстояние от планеты до светила в афелии на 3,4% больше. Южное полушарие наклонено в сторону воспитательницы-Солнца примерно в то же время, что когда Земля расположена ближе всего к Солнцу (в перигелии), то в течение года количество солнечной энергии там немного больше. Но часть этой избыточной энергии поглощается бо́льшим количеством воды Южного океана.
Земля оббегает Солнце по кругу за 365,2564 средних солнечных суток, т. е. за 1 звездный год. Заметим, что эта цифра не равна стандартным 365 дням года, а немного больше. За чет этой набегающей разницы раз в 4 года случается високосный год - год, на 1 день длиннее стандартного, т. е. длиной в 366 дней. Воспитательница-Солнце вместе со своей воспитанницей-планетарной группой тоже вращается - на этот раз, вокруг центра галактики Млечный Путь - по почти круговой орбите со скоростью приблизительно 220 км/с.
А еще наши медведи так активно трутся о земную ось, что та наклоняется относительно вертикали. Из-за этого высота воспитательницы-Солнца над горизонтом изменяется. Летом Северный полюс наклонен к Солнцу больше, чем Южный, что сильно увеличивает продолжительность дня там и высоту светила над горизонтом. Поэтому и температуры воздуха в среднем в Северном полушарии летом выше. Зимой же Северный полюс отклоняется от Солнца в обратную сторону, что приводит к уменьшению светового дня и повсеместному похолоданию за счет снижения количества солнечной энергии. За Северным полярным кругом в это время случается полярная ночь, которая длится почти 2 суток, и Солнце не восходит в день солнцестояния. Соответственно летом там наступает полярный день.
Изменения погодных условий, обусловленные этой работой полярных мишек, приводит к смене времен года. 4 сезона определяются 2 солнцестояниями - зимним и летним - моментами, когда земная ось максимально наклонена по направлению к Солнцу либо от него, и 2 равноденствиями - осенним и весенним, о которых мы уже говорили ранее. Зимнее солнцестояние приходится в среднем на 21 декабря, после чего световой день начинает расти, а летнее - на примерно 21 июня, после чего день начинает укорачиваться. Весной и осенью день с ночью становятся одинаковых размеров приблизительно 20 марта и 23 сентября соответственно.
Когда Северный полюс благостно склоняется в сторону Солнца, то Южный, наоборот, максимально отворачивается от него. Поэтому, когда в Северном полушарии лето жарит людей на сковородке жары, в Южном они превращаются в сосульки - и наоборот. Хотя человек достаточно ленив, чтобы и там, и там называть месяцы одинаково - с января по декабрь.
Полюсы Земли также перемещаются на несколько метров относительно ее поверхности на несколько метров. О них мы поговорим в скором будущем более подробно.
Скорость Земли, что закономерно, тоже не постоянна, что влечет за собой изменение продолжительности суток на планете.
На сегодня, дорогой читатель, мы совершили достаточно оборотов вокруг оси своего разумения по орбите новых знаний. Так и голова может закружиться от обилия новой информации! Поэтому мы продолжим разговор о Земле на следующей неделе, а пока предлагаем умерить свое вращение и немного прогуляться по прямой, прямо к отдыху и умиротворению. До скорой встречи!