3.2. Обертання Землі навколо осі

Земля обертається навколо осі із заходу Схід, т. е. проти годинникової стрілки, якщо дивитися Землю з Полярної зірки (з Північного полюса). У цьому кутова швидкість обертання, т. е. кут, який повертається будь-яка точка лежить на поверхні Землі, однаковий і становить 15° протягом години. Лінійна швидкість залежить від широти: на екваторі вона найбільша – 464 м/с, а географічні полюси нерухомі.

Головним фізичним доказом обертання Землі навколо осі служить досвід з маятником Фуко, що коливається. Після того, як французький фізик Ж. Фуко в 1851 р. в паризькому Пантеоні здійснив свій знаменитий досвід, обертання Землі навколо осі стало незмінною істиною. Фізичним доказом осьового обертання Землі є також вимірювання дуги 1° меридіана, яка у екватора становить 110,6 км, а полюси – 111,7 км (рис. 15). Ці виміри доводять стиснення Землі біля полюсів, а воно властиве лише тім, що обертаються. І нарешті, третій доказ – відхилення падаючих тіл від прямовисної лінії на всіх широтах, крім полюсів (рис. 16). Причина цього відхилення обумовлена ​​збереженням ними за інерцією більшої лінійної швидкості точки А(на висоті) порівняно з точкою В(У земної поверхні). Падаючи, предмети відхиляються Землі на схід оскільки вона обертається із заходу Схід. Величина відхилення максимальна на екваторі. На полюсах тіла падають вертикально, не відхиляючись напряму земної осі.

Географічне значення осьового обертання Землі винятково велике. Насамперед воно впливає на фігуру Землі. Стиснення Землі біля полюсів – результат її осьового обертання. Раніше, коли Земля оберталася з більшою кутовою швидкістю, полярне стиснення було значнішим. Подовження доби і, як наслідок, зменшення екваторіального радіусу та збільшення полярного супроводжується тектонічними деформаціями земної кори (розлами, складки) та розбудовою макрорельєфу Землі.

Важливим наслідком осьового обертання Землі є відхилення тіл, що рухаються в горизонтальній площині (вітерів, річок, морських течій та ін.). від їхнього початкового напряму: у північній півкулі – праворуч,у південному – вліво(це одна із сил інерції, названа прискоренням Коріоліса на честь французького вченого, який першим пояснив це явище). За законом інерції кожне тіло, що рухається, прагне зберегти незмінними напрямок і швидкість свого руху у світовому просторі (рис. 17). Відхилення – результат те, що тіло бере участь одночасно як у поступальному, і у обертальному рухах. На екваторі, де меридіани паралельні один одному, напрямок їх у світовому просторі при обертанні не змінюється і відхилення дорівнює нулю. До полюсів відхилення наростає і стає у полюсів найбільшим, оскільки там кожен меридіан за добу змінює свій напрямок у просторі на 360°. Сила Коріоліса обчислюється за формулою F = m x 2ω x υ x sin φ, де F - Сила Коріоліса, т– маса тіла, що рухається, ω – кутова швидкість, υ – швидкість тіла, що рухається, φ – географічна широта. Прояв сили Коріоліса в природних процесах дуже різноманітний. Саме через неї в атмосфері виникають вихори різного масштабу, у тому числі циклони та антициклони, відхиляються від градієнтного напрямку вітри та морські течії, впливаючи на клімат і через нього на природну зональність та регіональність; з нею пов'язана асиметрія великих річкових долин: у північній півкулі у багатьох річок (Дніпро, Волга та ін.) з цієї причини праві береги круті, ліві – пологі, а у південному – навпаки.

З обертанням Землі пов'язана природна одиниця виміру часу добуі відбувається зміна дня та ночі.Доба буває зоряна та сонячна. Зоряна доба- Проміжок часу між двома послідовними верхніми кульмінаціями зірки через меридіан точки спостереження. За зоряну добу Земля здійснює повний оберт навколо своєї осі. Вони дорівнюють 23 год 56 хв 4 с. Зоряна доба використовується при астрономічних спостереженнях. Справжня сонячна доба- Проміжок часу між двома послідовними верхніми кульмінаціями центру Сонця через меридіан точки спостереження. Тривалість справжньої сонячної доби змінюється протягом року насамперед через нерівномірний рух Землі по еліптичній орбіті. Отже, вони незручні для вимірювання часу. У практичних цілях користуються середньої сонячної доби.Середній сонячний час вимірюють по так званому середньому Сонцю - уявної точці, що рівномірно переміщається по екліптиці і здійснює повний оборот за рік, як і Сонце. Середня сонячна доба дорівнює 24 год. Вони довші за зоряні, оскільки Земля обертається навколо осі в тому ж напрямку, в якому рухається по орбіті навколо Сонця з кутовою швидкістю близько 1° на добу. Через це Сонце зміщується на тлі зірок, і Землі потрібно ще «довернутися» приблизно на 1°, щоб Сонце «прийшло» на той самий меридіан. Таким чином, за сонячну добу Земля здійснює оборот приблизно на 361 °. Для переведення справжнього сонячного часу в середньому сонячному часі вводиться поправка – так зване рівняння часу.Його максимальне позитивне значення + 14 хв. 11 лютого, найбільше негативне –16 хв. 3 листопада. За початок середньої сонячної доби приймають момент нижньої кульмінації середнього Сонця – опівночі. Такий рахунок часу називають громадянським часом.

У повсякденному житті середнім сонячним часом користуватися теж незручно, оскільки на кожному меридіані воно своє, місцевий час.Наприклад, на двох сусідніх меридіанах, проведених з інтервалом 1°, місцевий час відрізняється на 4 хв. Наявність у різних пунктах, що лежать на різних меридіанах, свого місцевого часу призводила до багатьох незручностей. Тому на Міжнародному астрономічному конгресі 1884 р. було прийнято поясний рахунок часу. Для цього всю поверхню земної кулі розділили на 24 годинні пояси, по 15° кожен. За поясний часприйнято місцеве час середнього меридіана кожного пояса. Для переведення місцевого часу в поясне та назад існує формула T n – m = N – λ °, де Т п – поясний час, m - місцевий час, N- Число годин, рівне номеру пояса, λ ° - Довгота, виражена в часовій мірі. Нульовий (він же 24-й) пояс той, посередині якого проходить нульовий (Грінвічський) меридіан. Його час прийнято як всесвітнього часу.Знаючи всесвітній час, легко вирахувати поясний час за формулою T n = T 0 + N, де Т 0 - Всесвітній час. Рахунок поясів ведеться Схід. У двох сусідніх поясах поясний час відрізняється рівно на 1 год. Межі часових поясів на суші для зручності проведені не строго по меридіанах, а по природних рубежах (річках, горах) або державних та адміністративних кордонах.

У ряді країн час переводять на годину вперед лише на літо. У Росії її з 1981 р. період із квітня до жовтня також вводиться літній часза рахунок переведення часу ще на годину вперед у порівнянні з декретним. Таким чином, влітку час у Москві фактично відповідає місцевому часу на меридіані 60 в. д. Час, за яким живуть жителі Москви та другого часового поясу, в якому вона розташована, називається московським.За московським часом у нашій країні складають розклад руху поїздів, літаків, відзначається час на телеграмах.

По середині дванадцятого пояса, приблизно вздовж 180 ° меридіана, в 1884 проведена міжнародної лінії зміни дати.Це умовна лінія на поверхні земної кулі, по обидва боки якої години і хвилини збігаються, а календарні дати відрізняються на одну добу. Наприклад, у Новий рік о 0 год 00 хв на захід від цієї лінії настає вже 1 січня нового року, а на схід – лише 31 грудня старого року. При перетині кордону дат із заходу на схід у рахунку календарних днів повертаються на добу тому, а зі сходу на захід одну добу в рахунку дат пропускаються.

Зміна дня та ночі створює добову ритмічністьу живій та неживій природі. Добовий ритм пов'язаний зі світловими та температурними умовами. Загальновідомий добовий перебіг температури, денний та нічний бризи тощо. Дуже яскраво проявляється добовий ритм живої природи. Відомо, що фотосинтез можливий лише вдень, за наявності сонячного світла, що багато рослин розкривають свої квіти в різні годинники. Тварин за часом прояви активності можна поділити на нічних і денних: більшість з них не спить удень, але багато (сови, кажани, нічні метелики) – у темряві ночі. Життя людини теж протікає у добовому ритмі.

Рис. 18. Сутінки та білі ночі

Період плавного переходу від денного світла до нічної темряви сутінками. ВНа основі їх лежить оптичне явище, що спостерігається в атмосфері перед сходом і після заходу Сонця, коли воно ще (або вже) знаходиться під лінією горизонту, але висвітлює небосхиляння, від якого відбивається світло. Тривалість сутінків залежить від відмінювання Сонця (кутової відстані Сонця від площини небесного екватора) та географічної широти місця спостереження. На екваторі сутінки короткі, зі збільшенням широти зростають. Розрізняють три періоди сутінків. Цивільні сутінкиспостерігаються, коли центр Сонця занурюється під обрій неглибоко (на кут до 6°) і ненадовго. Це фактично білі ночі,коли вечірня зоря сходиться з ранковою зорею. Влітку вони спостерігаються на широтах 60 і більше. Наприклад/в Санкт-Петербурзі (широта 59 ° 56 "пн.ш.) вони продовжуються з 11 червня по 2 липня, в Архангельську (64 ° 33" пн.ш.) - з 13 травня по 30 липня. Навігаційні сутінкиспостерігаються коли центр сонячного диска занурюється під горизонт на 6–12°. При цьому видно лінію горизонту, і з корабля можна визначити кут зірок над нею. І наприкінці, астрономічні сутінкиспостерігаються, коли центр диска Сонця занурюється під горизонт на 12-18 °. У цьому зоря на небі ще перешкоджає астрономічним спостереженням слабких світил (рис. 18).

Обертання Землі дає дві нерухомі точки. географічні полюси(точки перетину уявної осі обертання Землі із земною поверхнею) – і цим дозволяє побудувати координатну сітку з паралелей і меридіанів. Екватор(Лат. aequator – вирівнювач) – лінія перетину земної кулі площиною, що проходить через центр Землі перпендикулярно до осі її обертання. Паралелі(Грець. parallelos – що йдуть поруч) – лінії перетину земного еліпсоїда площинами, паралельними площині екватора. Меридіани(Лат. meridlanus – південний) – лінії перетину земного еліпсоїда площинами, що проходять через обидва її полюси. Довжина 1 ° меридіана в середньому 111,1 км.