Почему Земля вращается вокруг своей оси

Каждое утро Солнце появляется в одной стороне неба, днём перемещается над горизонтом, а вечером скрывается. Долгое время людям казалось, что именно небо вращается вокруг неподвижной Земли. Сегодня мы знаем: важная причина смены дня и ночи — вращение Земли вокруг собственной оси.

Что такое земная ось

Ось Земли нельзя увидеть или потрогать. Это воображаемая линия, которая проходит через центр планеты примерно от Северного полюса к Южному. Земля вращается вокруг этой линии так же, как игрушечный волчок вращается вокруг своей оси.

Один оборот относительно Солнца соответствует примерно 24 часам — обычным солнечным суткам. Если измерять оборот относительно далёких звёзд, получается около 23 часов 56 минут. Разница возникает потому, что Земля одновременно вращается вокруг оси и движется по орбите вокруг Солнца.

Почему Земля вообще начала вращаться

Ответ связан с рождением Солнечной системы. Около 4,6 миллиарда лет назад Солнце и будущие планеты формировались из огромного облака газа и пыли. Это облако уже имело движение. Под действием гравитации вещество собиралось в более плотные области, сталкивалось и образовывало всё более крупные тела.

Когда будущая Земля росла, она получала не только массу, но и движение частиц, которые в неё попадали. Движение не было идеально симметричным. В итоге молодая планета имела вращение вокруг своей оси.

Почему вращение не остановилось

В космосе нет плотной среды, похожей на воздух у поверхности Земли, которая могла бы быстро затормозить целую планету. В физике действует закон сохранения углового момента: вращающееся тело продолжает вращаться, если внешние силы не изменят его движение.

Поэтому Земля не нуждается в постоянном «моторе». Она сохраняет вращение, полученное во время формирования, хотя со временем оно понемногу меняется под действием других небесных тел.

В какую сторону вращается Земля

Если смотреть сверху со стороны Северного полюса, Земля вращается против часовой стрелки. На поверхности мы обычно описываем это как вращение с запада на восток.

Из-за этого нам кажется, что Солнце, Луна и звёзды за сутки перемещаются по небу в противоположном направлении — с востока на запад. На самом деле такое суточное движение неба в значительной степени является следствием нашего собственного вращения вместе с Землёй.

Как вращение создаёт день и ночь

Солнце освещает примерно половину земного шара. На стороне, повёрнутой к Солнцу, день. На противоположной стороне — ночь. Земля непрерывно вращается, поэтому разные города и страны по очереди переходят с освещённой стороны на тёмную и обратно.

Этот процесс можно представить с помощью глобуса и фонарика. Если направить фонарик на одну сторону глобуса, половина поверхности окажется освещённой. При медленном вращении глобуса освещённая область будет постепенно меняться.

Почему день не всегда длится 12 часов

Ось Земли наклонена к плоскости орбиты примерно на 23,4 градуса. Из-за этого в течение года меняется высота Солнца и продолжительность светлого времени суток. Летом в соответствующем полушарии дни обычно длиннее, зимой — короче. Около экватора эти изменения меньше, а возле полюсов бывают полярный день и полярная ночь.

Таким образом, сама смена дня и ночи связана с вращением Земли, а сезонные изменения продолжительности дня — с сочетанием вращения, наклона оси и движения Земли вокруг Солнца.

С какой скоростью мы вращаемся

Земля очень большая, поэтому точка на экваторе за сутки проходит огромный путь. Скорость поверхности у экватора составляет примерно 1 670 километров в час относительно оси вращения. Чем ближе к полюсу, тем меньше круг, который проходит точка поверхности за сутки, и тем меньше её линейная скорость.

Мы не чувствуем эту огромную скорость, потому что вместе с поверхностью движутся здания, воздух, океаны и мы сами. Равномерное движение не ощущается так, как резкое ускорение, торможение или поворот.

Как вращение связано с часовыми поясами

Когда в одной части Земли Солнце находится высоко над горизонтом, на противоположной стороне может быть ночь. Поэтому использовать одно и то же местное солнечное время для всей планеты неудобно. Землю условно разделили на часовые пояса.

За 24 часа планета поворачивается примерно на 360 градусов, то есть в среднем на 15 градусов за один час. Реальные границы часовых поясов часто изменены государственными и географическими границами, поэтому на карте они не всегда выглядят как ровные полосы.

Что такое эффект Кориолиса

Вращение Земли влияет на движение крупных масс воздуха и воды. Если рассматривать такое движение относительно вращающейся поверхности, пути потоков кажутся отклоняющимися. Это называют эффектом Кориолиса.

Он важен для общей циркуляции атмосферы и океана, но не означает, что маленькая вода в раковине обязательно закручивается в определённую сторону только из-за вращения планеты. Для небольших бытовых вихрей гораздо важнее форма сосуда и начальное движение воды.

Почему Земля немного сплюснута

Наша планета не является идеальным шаром. Из-за вращения она немного выпуклее у экватора и чуть сплюснута у полюсов. Разница небольшая по сравнению с общим размером Земли, поэтому на обычных изображениях планета кажется круглой.

Это ещё один пример того, что вращение имеет реальные физические последствия, хотя человек в повседневной жизни их почти не замечает.

Меняется ли скорость вращения

Да, но очень медленно и не совсем одинаково. На вращение влияют Луна, Солнце, движение воды и атмосферы, процессы внутри Земли и перераспределение масс на поверхности. Особенно важны приливные взаимодействия с Луной: в очень долгом масштабе они постепенно замедляют вращение Земли.

В далёком прошлом сутки были короче современных. Изменения за обычную человеческую жизнь очень малы, но точные атомные часы позволяют учёным их измерять.

Вращение и обращение — разные движения

Эти слова часто путают:

• Вращение — Земля крутится вокруг собственной оси. Это связано примерно с 24-часовыми сутками.
• Обращение — Земля движется по орбите вокруг Солнца. Один такой путь занимает примерно 365,25 суток.

Оба движения происходят одновременно. Поэтому утром мы не «останавливаемся», когда начинается новый день: Земля продолжает и вращаться, и лететь по своей орбите.

Простой опыт с глобусом

Для модели понадобятся глобус и настольная лампа. Лампа будет изображать Солнце. Поставьте глобус на некотором расстоянии и отметьте точку, например свой город. Медленно вращайте глобус с запада на восток.

1. Когда точка обращена к лампе, там условный день.
2. При повороте к границе света наступает вечер.
3. На неосвещённой стороне — ночь.
4. При дальнейшем вращении точка снова выходит к свету — наступает утро.

Это модель, а не точное воспроизведение размеров и расстояний, но она хорошо показывает основной принцип смены дня и ночи.

Краткий план доклада

1. Что называется осью Земли.
2. Как сформировалось вращение планеты.
3. Почему Земля продолжает вращаться.
4. В каком направлении она вращается.
5. Как возникают день и ночь.
6. Другие последствия вращения Земли.
7. Чем вращение отличается от обращения вокруг Солнца.

Вывод

Земля вращается потому, что получила движение ещё во время формирования Солнечной системы и сохраняет его благодаря законам физики. Один солнечный цикл занимает около 24 часов. Вращение вызывает смену дня и ночи, связано с часовыми поясами, влияет на движение воздуха и воды и даже немного меняет форму планеты. Это постоянное движение происходит вместе с обращением Земли вокруг Солнца.