Один год из жизни Солнца
Звезда по имени Солнце живет и дышит, и за переменами в ее жизни постоянно следит космический аппарат НАСА под названием Обсерватория солнечной динамики (Solar Dynamics Observatory, SDO). Это видео демонстрирует нам один год из жизни Солнца – с 1 января 2015 г. до 28 января 2016 г.
Данное видео наглядно показывает разнообразные циклические процессы, протекающие на Солнце. Наше светило живет, «дышит», движется в пространстве и дает жизнь всему живому на Земле
На этом видео легко видеть 25-дневный цикл вращение Солнца. Можно также заметить, что видимые размеры Солнца то увеличиваются, то уменьшаются. Это связано с тем, что расстояние между космическим аппаратом SDO и Солнцем с течением времени меняется. 26 октября 2006 года два одинаковых космических аппарата были запущены на орбиты близкие к орбите движения Земли вокруг Солнца. В ходе проекта один из них постепенно отстает от Земли (Behind), а другой, наоборот, обгоняет ее (Ahead). Это дает возможность одновременно наблюдать Солнце из двух разных точек, то есть использовать стереоскопический эффект, позволяющий получать трехмерные изображения структур и явлений на Солнце.
1. Периоды обращения солнца вокруг своей оси
Солнце представляет собой медленно вращающуюся звезду, имеющую то же направление вращения, что и Земля. Основной особенностью Солнца является то, что его вращение дифференциально, то есть на низких гелиоширотах угловая скорость вращения больше, чем на высоких.
Периодические явления порождаются механическим вращением. Предполагается, что 27-суточный синодический период вращения Солнца влияет на многие климатические и геомагнитные явления на Земле. Такая взаимосвязь объясняется вращением активных областей на Солнце.
2. Периоды соединения пар планет солнечной системы
Под соединением пары планет солнечной системы понимается такое характерное взаиморасположение Солнца и этих двух планет, при котором их проекции на плоскость эклиптики находятся на одной линии.
Количественные характеристики
Периодическое соединение пар планет Солнечной системы связано с периодическим обращением планет вокруг Солнца по эллиптическим орбитам.
Порождаемые циклические явления
Энтузиаст изучения воздействия планет на погоду Е.С. Денисов считает, что периодическое соединение пар планет Солнечной системы вызывает периодическое понижение температуры воздуха на Земле.
3. Годичный ритм вариации скорости вращения Земли
На фоне характерных для угловой скорости и вращения Земли скачкообразных, нерегулярных флуктуаций существует также годичная цикличность в вариациях угловой скорости, которая проявляется в замедленном вращении Земли в одни месяцы и убыстренном – в другие.
Количественные характеристики
Механизм возникновения циклического явления
Предполагается, что такие вариации связаны с периодическими изменениями момента инерции Земли, обусловленными сезонной динамикой атмосферы и планетарным распределением атмосферных осадков.
4. Чандлеровский период движения полюса Земли
Полюсы Земли описывают на ее поверхности сложные кривые, не выходящие в течение последних десятилетий за пределы квадрата со сторонами 25 м. В 1892г. американский ученый С. Чандлер, обработав ряд наблюдений за изменениями широт на Земле установил, что движение полюсов Земли в основном складывается из двух периодических движений: по кругу с периодом, названным в дальнейшем периодом Чандлера; и по вытянутому эллипсу с годичным периодом.
Количественные характеристики
Механизм возникновения циклического явления
В 1895 г. американский астроном Ньюком доказал, что упругие деформации Земли влияют на ее вращение и порождают колебания полюса Земли с периодом 428 суток, то есть с периодом Чандлера.
5. Додекадная вариация скорости суточного вращения Земли
Анализ данных вариации скорости суточного вращения Земли, полученных по атомной шкале времени за промежуток 1955 – 1985 гг., позволил установить, что эти колебания представляют собой квазигармонический процесс, амплитуда которого постепенно затухает от 60-х к 80-м годам.
Количественные характеристики
Механизм возникновения циклического явления
6. Цикл изменения интенсивности перемещения полюсов Земли
На основании анализа данных о местоположении северного полюса за период 1892-1967гг. было установлено, что его перемещения становились более интенсивными примерно через равные промежутки времени. Вместе с тем в 1927 году перемещения полюса не наблюдалось.
Количественные характеристики
Механизм возникновения циклического явления
Предполагается, что цикл изменения интенсивности перемещения полюсов Земли порождается 6-7-летним циклом колебаний климатического режима.
Порождаемые циклические явления
Цикл изменения интенсивности вынужденных колебаний полюсов Земли порождает 6-7-летний цикл колебаний климатического режима планеты.
7. Период нутации земной оси
Земная ось с течением времени не остается в пространстве параллельной себе самой и в проекции на небесную сферу описывает эллипс, большие оси которого всегда направлены к полюсам эклиптики. Это явление называется нутацией земной оси. Оно было открыто в 1727 г. Брадлеем при наблюдении звезды Дракона.
Количественные характеристики
Механизм возникновения циклического явления
Эти колебания обусловлены периодическим изменением взаимного положения лунной и земной орбит, которое определяется периодическим движением лунных узлов.
Порождаемые циклические явления
Предполагается, что нутация земной оси обуславливает циклическое изменение климатического режима Земли.
8. Период движения лунных узлов
Видимый путь Солнца среди звезд, называемый эклиптикой, представляет собой большой круг небесной сферы, к которому наклонена плоскость земного экватора на угол 23°27". Точки пересечения лунной орбиты с эклиптикой называются узлами лунной орбиты. Лунные узлы смещаются вдоль эклиптики навстречу движения Луны и совершают оборот вдоль эклиптики за один и тот же промежуток времени.
Количественные характеристики
Механизм возникновения циклического явления
Периодическое перемещение узлов лунной орбиты создается возмущающим воздействием Солнца на движение Луны.
Порождаемые циклические явления
Перемещение узлов лунной орбиты вносит основной вклад в явление нутации оси вращения Земли посредством периодического изменения приливного момента. С движением узлов лунной орбиты связаны также периодические изменения наклона лунной орбиты к плоскости земного экватора от 18°10" до 28°45".
9. Декадные вариации скорости суточного вращения Земли
Анализ данных Л. Моррисона о среднегодовых вариациях скорости суточного вращения Земли за промежуток времени с 1664 по 1974 гг. позволил Ю.Р. Ривину сделать вывод о том, что этим вариациям свойственна цикличность с периодами колебаний менее 50 лет. Особенно отчетливо эта цикличность проявляется на промежутке 1824 – 1974 гг. и представляет собой наложение двух квазигармонических колебаний, у которых амплитуда первого колебания несколько затухает на границах интервала времени, а амплитуда второго несколько усиливалась в 60-70-х годах прошлого столетия.
Количественные характеристики
Механизм возникновения циклического явления
10. Шестидесятилетний цикл вариации скорости вращения Земли
Л. Моррисоном были вычислены среднегодовые вариации скорости суточного вращения Земли за период с 1664 по 1974 гг. Спектральный анализ этих данных позволил Ю.Р. Ривину сделать вывод о том, что реально существуют 60-летние циклы вариаций скорости суточного вращения Земли.
Установлено, что вариации с таким периодом представляют собой нестационарный колебательный процесс. С середины XVII века по 20-е годы XIX века они могут быть представлены как квазигармонические колебания с постоянной амплитудой. После 20-х годов XIX столетия амплитуда колебаний практически мгновенно увеличилась и в течение XX века медленно уменьшается.
Количественные характеристики
Механизм возникновения циклического явления
11. Периоды обращения планет, их спутников и комет солнечной системы
Солнечная система включает в себя центральное светило – Солнце, девять больших планет с их 31 спутником, более 1600 обозначенных малых планет (астероидов), около 100 известных короткопериодических комет, около 50 известных метеорных роев. В настоящее время установлены четыре основные закономерности Солнечной системы, имеющие космогоническое значение:
1. Все планеты обращаются вокруг Солнца практически по круговым орбитам – эллипсам с небольшим эксцентриситетом.
2. Все планеты обращаются вокруг Солнца в одном и том же направлении – против часовой стрелки.
3. Солнечная система компланарна, то есть плоскости орбит всех планет расположены вблизи плоскости экватора Солнца
4. В Солнце сосредоточено 99,87% всей массы солнечной системы, а в планетах – только 0,13%. На долю Солнца приходится 2% момента количества движения, а на долю планет – 98%.
Синодический период обращения – промежуток времени между двумя последовательными соединениями Луны (или какой-нибудь планеты Солнечной системы) с Солнцем при наблюдении за ними с Земли. При этом соединения планет с Солнцем должны происходить в фиксированном линейном порядке, что существенно для внутренних планет: например, это будут последовательные верхние соединения, когда планета проходит за Солнцем.
Синодический период Луны равен промежутку времени между двумя новолуниями или двумя любыми другими одинаковыми последовательными фазами.
Сидерический период обращения – промежуток времени, в течение которого какое-либо небесное тело-спутник совершает вокруг главного тела полный оборот относительно звёзд. Понятие «сидерический период обращения» применяется к обращающимся вокруг Земли телам – Луне (сидерический месяц) и искусственным спутникам, а также к обращающимся вокруг Солнца планетам, кометам и др. Сидерический период также называют годом.
Под наклонением орбиты понимают угол между плоскостью орбиты небесного тела и плоскостью эклиптики, совпадающей с плоскостью обращения Земли вокруг Солнца.
Количественные характеристики
| Периоды обращения больших планет вокруг Солнца и своей оси | |||
|---|---|---|---|
| Планета | Сидерический период, суток (лет) | Синодический период, суток (лет) | Период вращения вокруг оси, суток |
| Меркурий | 87,97 | 115,88 (0,317) | 58,646 |
| Венера | 224,701 | 583,92 (1,599) | 243,0187 |
| Земля | 365,256 | – | 0,9972 |
| Марс | 686,980 (1,88) | 779,94 (2,135) | 1,0259 |
| Юпитер | 4332,585 (11,86) | 398,88 (1,092) | 0,4135 |
| Сатурн | 10759,197 (29,46) | 378,09 (1,035) | 0,4440 |
| Уран | 30685,807 (84,02) | 369,66 (1,012) | 0,7183 |
| Нептун | 60187,604 (164,78) | 367,49 (1,006) | 0,6713 |
| Плутон | 90469,274 (248,09) | 366,74 (1,004) | 6,3872 |
| Элементы орбит больших планет Солнечной системы | ||||
|---|---|---|---|---|
| Планета | Среднее расстояние от Солнца, млн. км | Эксцентриситет орбиты | Наклонение орбиты, градус | Масса, в массах Земли |
| Меркурий | 57,87 | 0,20562 | 7,004 | 0,0543 |
| Венера | 108,14 | 0,00680 | 3,394 | 0,8136 |
| Земля | 149,50 | 0,01673 | – | 1,0 |
| Марс | 227,79 | 0,09336 | 1,850 | 0,1069 |
| Юпитер | 777,80 | 0,04842 | 1,306 | 317,37 |
| Сатурн | 1426,10 | 0,05572 | 2,491 | 95,08 |
| Уран | 2869,10 | 0,04718 | 0,773 | 14,61 |
| Нептун | 4495,70 | 0,00857 | 1,774 | 17,23 |
| Плутон | 5905,00 | 0,24864 | 17,144 | 0,11 |
| Периоды обращения некоторых малых планет Солнечной системы | ||
|---|---|---|
| Планета | Сидерический период обращения, суток | Синодический период обращения, суток |
| Церера | 1680,11 | 466,66 |
| Паллада | 1683,77 | 466,50 |
| Юнона | 1692,45 | 473,90 |
| Веста | 1325,83 | 504,22 |
| Астрея | 1512,10 | 481,71 |
| Геба | 1380,61 | 496,78 |
| Ирис | 1344,09 | 501,32 |
| Флора | 1194,34 | 526,41 |
| Метида | 1347,74 | 501,19 |
| Виктория | 1300,26 | 507,70 |
| Эвномия | 1570,54 | 475,97 |
| Meльпомена | 1271,04 | 512,64 |
| Массалия | 1366,00 | 498,66 |
| Навзикая | 1358,70 | 499,37 |
| Бамберга | 1607,06 | 472,78 |
| Аквитания | 1654,55 | 468,62 |
| Эрот | 642,83 | 845,37 |
| Папагена | 1793,34 | 458,71 |
| Давида | 2078,23 | 443,20 |
| Гильдаго | 5087,82 | 393,50 |
| Ганимед | 1585,15 | 474,60 |
| Амур | 975,20 | 584,00 |
| Икар | 409,07 | 5047,64 |
| Аполлон | 661,09 | 816,20 |
| Адонис | 1008,07 | 572,80 |
| Элементы некоторых малых планет | ||||
|---|---|---|---|---|
| Планета | Большая полуось орбиты, млн. км | Эксцентриситет | Наклонение, градус | Диаметр, км |
| Церера | 413,83 | 0,076 | 10,60 | 768 |
| Паллада | 414,43 | 0,234 | 34,82 | 492 |
| Юнона | 398,88 | 0,258 | 13,00 | 190 |
| Веста | 353,13 | 0,089 | 7,13 | 392 |
| Астрея | 385,27 | 0,190 | 5,33 | 100 |
| Геба | 362,40 | 0,204 | 14,76 | 170 |
| Ирис | 356,72 | 0,231 | 5,50 | 170 |
| Флора | 329,21 | 0,157 | 5,90 | 100 |
| Метида | 006,87 | 0,124 | 5,60 | 130 |
| Виктория | 348,79 | 0,221 | 8,38 | 90 |
| Эвномия | 395,44 | 0,187 | 11,76 | 228 |
| Meльпомена | 343,26 | 0,218 | 10,13 | 95 |
| Массалия | 360,01 | 0,143 | 0,68 | 106 |
| Навзикая | 359,11 | 0,246 | 6,85 | 75 |
| Бамберга | 401,27 | 0,337 | 11,26 | 95 |
| Аквитания | 409,49 | 0,238 | 17,97 | 107 |
| Эрот | 217,98 | 0,223 | 10,83 | 6x32 |
| Папагена | 431,77 | 0,234 | 14,91 | 210 |
| Давида | 475,72 | 0,176 | 15,74 | 230 |
| Гильдаго | 866,23 | 0,656 | 42,53 | 25-50 |
| Ганимед | 397,33 | 0,542 | 26,30 | 48 |
| Амур | 287,35 | 0,436 | 11,93 | 1-2 |
| Икар | 161,16 | 0,827 | 22,98 | 1-2 |
| Аполлон | 222,16 | 0,566 | 6,42 | 1-2 |
| Адонис | 294,37 | 0,779 | 1,48 | 1-2 |
| Элементы орбит некоторых периодических комет | |||
|---|---|---|---|
| Название | Период обращения, суток | Эксцентриситет | Наклонение, градус |
| Энке-Бэклунда | 1204,57 | 0,847 | 12,37 |
| Григга-скьелле рупа | 1790,78 | 0,704 | 17,64 |
| Темпеля | 21923,36 | 0,548 | 12,47 |
| Брорзена | 11995,32 | 0,810 | 29,39 |
| Темпеля-Л. Свифта | 2074,94 | 0,638 | 5,44 |
| Понса-Виннеке | 2237,11 | 0,654 | 21,69 |
| Копфа | 2256,83 | 0,556 | 7,22 |
| Цвассмана-Бахмана 2 | 2384,67 | 0,385 | 3,73 |
| Джакобини-Циннера | 2347,05 | 0,728 | 30, 89 |
| Биелы | 2418,27 | 0,756 | 12,55 |
| Даниэла | 2433,61 | 0,586 | 19,71 |
| Д’Арреста | 2446,03 | 0,612 | 18,05 |
| Финлея | 2487,30 | 0,708 | 3,44 |
| Брукса 2 | 2531,49 | 0,487 | 5,55 |
| Борелли 1 | 2559,98 | 0,605 | 31,10 |
| Файе | 2704,98 | 0,565 | 10,55 |
| Уиппла | 2708,99 | 0,356 | 10,25 |
| Рейнмута 1 | 2794,83 | 0,478 | 8,40 |
| Шимасса | 2984,76 | 0,706 | 12,03 |
| Вольфа 1 | 3073,88 | 0,396 | 27,32 |
| Комас Сола | 3124,28 | 0,578 | 13,46 |
| Тутля | 4969,48 | 0,821 | 54,65 |
| Кроммелина | 10180,39 | 0,919 | 28,87 |
| Галлея | 27769,35 | 0,967 | 162,21 |
| Элементы некоторых спутников планет солнечной системы | ||||
|---|---|---|---|---|
| Планета | Спутник | Сидерический период обращения, суток | Эксцентриситет | Диаметр, км |
| Земля | Луна | 27,322 | 0,0549 | 3476 |
| Марс | Фобос | 0,319 | 0,019 | 16 | Деймос | 1,262 | 0,003 | 8 |
| Юпитер | Амальтея | 0,498 | 0,0032 | 250×146×128 | Ио | 1,769 | 0,0041 | 3642 | Европа | 3,561 | 0,0094 | 3122 | Ганимед | 7,15 | 0,0011 | 5260 | Каллисто | 16,689 | 0,0074 | 4820 |
| Сатурн | Мимас | 0,940 | 0,0190 | 397 | Энцелад | 1,370 | 0,0030 | 499 | Тефия | 1,890 | 0,0000 | 1060 | Диона | 2,740 | 0,0020 | 1118 | Рея | 4,518 | 0,0009 | 1528 | Титан | 15,950 | 0,0289 | 5150 | Гиперион | 21,280 | 0,023 | 266 | Япет | 79,330 | 0,029 | 1436 |
| Уран | Ариэль | 2,520 | 0,007 | 1157,8 | Умбриэль | 4,144 | 0,008 | 1169,4 | Титания | 8,706 | 0,0023 | 1577,8 | Оберон | 13,463 | 0,0010 | 1522,8 | Миранда | 1,4135 | 0,0013 | 471,6 |
| Нептун | Тритон | 5,877 | 0,0000 | 2707 | Нереида | 360,14 | 0,7512 | 340 |
Механизм возникновения циклического явления
Основной силой, управляющей движением планет и связывающей воедино солнечную систему, является солнечная гравитация, описываемая законом всемирного тяготения, открытым И. Ньютоном в середине XVII века.
Порождаемые циклические явления
Гравитационное взаимодействие планет и Солнца, а также периодическое изменение их взаиморасположения приводят к возникновению периодического изменения величины сил гравитации, действующих на материальные тела Солнечной системы. Это приводит к образованию периодических приливных явлений в Солнечной системе.
12. Период предварения равноденствия
Узлы земной орбиты (точки осеннего и весеннего равноденствия) перемещаются по эклиптике навстречу движению Солнца, так что оно вступает в эти точки немного раньше, чем если бы они были неподвижными. Это явление называется прецессией или предварением равноденствия. Оно проявляется в том, что на небесной сфере северный полюс мира движется вокруг полюса эклиптики по малому кругу.
Количественные характеристики
В настоящее время полюс мира находился вблизи Полярной звезды.
Механизм возникновения циклического явления
Поскольку ось вращения Земли не перпендикулярна плоскостям орбит Земли и Луны, Луна и Солнце создают момент сил, стремящийся выровнять ось Земли, что приводит к явлению прецессии.
Порождаемые циклические явления
13. Цикл колебаний угла наклона плоскости земного экватора к плоскости эклиптики
В 1930 г. сербский астрофизик М. Миланкович на основании теоретических расчетов показал, что вариациям угла наклона плоскости земного экватора к плоскости эклиптики свойственна цикличность. Результаты М. Миланковича были уточнены Ш. Г. Шарафом и Н. А. Будниковой, которые установили что эта цикличность представляет собой суперпозицию пяти периодических колебаний.
Количественные характеристики
Ввиду соизмеримости частот периодических колебаний угла наклона существует также период в 200 тыс. лет.
Амплитуда колебаний с «большим» периодом – 1,259°
Механизм возникновения циклического явления
Предполагается, что гравитационное взаимодействие Земли с другими небесными телами Солнечной системы является основной причиной циклических вариаций угла наклона плоскости земного экватора к плоскости эклиптики.
Порождаемые циклические явления
Эти колебания порождают циклическое изменение летней и зимней инсоляции на Земле.
14. Цикл колебания эксцентриситета земной орбиты
Земля движется в мировом пространстве вокруг Солнца по эллиптической орбите. Отношение расстояния фокуса от центра эллипса к его большой полуоси называется эксцентриситетом. Сербским астрофизиком Миланковичем в 1930 г. на основании строгих физических соотношений было показано, что эксцентриситету земной орбиты свойственны циклические колебания. В дальнейшем Ш.Г. Шараф и Н.А. Будникова подтвердили выводы Миланковича, установив, что цикл колебаний эксцентриситета в целом складывается из шести периодических колебаний.
Количественные характеристики
Ввиду соизмеримости пяти частот колебаний эксцентриситета существует большой период продолжительностью 1200 –1300 тыс. лет.
Амплитуда большого периода колебаний – 0,035.
Механизм возникновения циклического явления
Предполагается, что вековой цикл колебания эксцентриситета земной орбиты порождается гравитационным взаимодействием Земля – другие тела Солнечной системы.
Порождаемые циклические явления
Колебания эксцентриситета вносят основной вклад в циклические колебания амплитуды вариации летней инсоляции (суммы солнечной радиации, получаемой единицей площади на выбранной широте в течение летнего калорического полугодия).
15. Период колебаний Солнечной системы относительно плоскости галактики
В 1954 г. на основании теоретических выкладок советский астроном П. П. Паренаго пришел к выводу, что в процессе движения Солнечной системы вокруг центра масс Галактики она совершает плавные волнообразные колебания, направленные перпендикулярно к плоскости Галактики. Период этих колебаний иногда называют «драконическим годом».
Количественные характеристики
Механизм возникновения циклического явления
Предполагается, что эти колебания возникают в результате гравитационного взаимодействия Солнечная система – Галактика.
Порождаемые циклические явления
Колебания Солнечной системы относительно плоскости Галактики порождают цикл горообразования, период которого вдвое меньше драконического года. Горообразующие силы наиболее интенсивно проявляются в те отрезки времени, когда Солнечная система пересекает плоскость Галактики.
16. Период изменения абсолютной скорости Солнца
В 1952 г. советский астроном П.П. Паренаго вычислил и построил приближенную орбиту движения Солнца, показав, что Солнце обращается вокруг центра масс Галактики почти по эллиптической орбите. Одним из основных выводов Паренаго было то, что движение Солнца происходит неравномерно, то есть абсолютная скорость его движения относительно фонового излучения не является постоянной, а изменяется периодически. Оказалось, что период изменения абсолютной скорости движения Солнца совпадает с аномалистическим периодом – временем между двумя последовательными прохождениями Солнцем через перигалактий и апогалактий.
Количественные характеристики
Механизм возникновения циклического явления
Периодические изменения абсолютной скорости движения Солнца обусловлены его движением вокруг центра масс Галактики.
Порождаемые циклические явления
Периодичность в наступлении морей на сушу (трансгрессия) и горизонтальных движений земной коры имеют наибольшую интенсивность при максимальной абсолютной скорости Солнца.
Периодичность в наступлении морей и вертикальных движений земной коры имеют наибольшую интенсивность при минимальной абсолютной скорости движения Солнца.
17. Космический год
Под космическим годом понимается время полного обращения Солнца вокруг центра Галактики.
Количественные характеристики
| Период | 212 млн. лет |
|---|---|
| Аномалистический период движения Солнца (время между двумя последовательными прохождениями через перигалактий или апогалактий) | 176 млн. лет |
| Момент ближайшего прохождения через перигалактий наступит через | 12 млн. лет |
| Момент последнего прохождения через апогапактий был | 76 млн. лет тому назад |
| Эксцентриситет орбиты | 0,09 |
| Расстояние Солнца от центра Галактики: | |
| | 7,12 кпс |
| | 7.86 кпс |
| | 7,20 кпс |
| Линейная скорости Солнца: | |
| | 250 км/сек |
| | 207 км/сек |
| | 247 км/сек |
| Галактическая долгота восходящего узла | -4,1° |
| Наклон орбиты в настоящее время | +1,37° |
Механизм возникновения циклического явления
Космический год обуславливается гравитационным взаимодействием материальных тел Галактики.
Порождаемые циклические явления
Предполагается, что обращение Солнца вокруг центра Галактики приводит к периодическому изменению галактических приливных сил, что, в свою очередь, порождает цикличность в вулканической и тектонической деятельности на Земле.
18. Период прецессии оси вращения Солнца
Теоретические расчеты показывают, что ось вращения Солнца испытывает периодические колебания, описывая в космическом пространстве круговую коническую поверхность. Такое циклическое движение принято называть прецессией оси вращения Солнца.
Количественные характеристики
Период – 1-2 млрд. лет
Механизм возникновения циклического явления
Гравитационное взаимодействие Солнце – Земля, Солнце – Меркурий и Солнце – Венера является причиной прецессии оси вращения Солнца. Около половины этого эффекта связано с притяжением Венеры, а вторая половина – с притяжением Меркурия и Земли.
Земля - планета, совершающая повороты вокруг Солнечного светила. Также она совершает движение вокруг собственной оси. Эти повороты сложные, до конца не исследованные. Несмотря на сложности определения вращений, ученым удалось установить, почему ночью бывает темно.
С Земли кажется, что миры вращаются вокруг нас. Если ежедневно в одно и то же время вставать в одном и том же месте, то можно увидеть, как движутся звезды по небу, как проходит Солнце по нему. В такие моменты кажется, что наша планета - центр мироздания.
Вокруг Солнца
Как уже было сказано, всегда происходит вращение Земли вокруг самой яркой звезды нашей солнечной системы, и одновременно совершаются обороты вокруг собственной оси.
Оборот вокруг светила планета совершает за триста шестьдесят пять дней и шесть часов. Чтобы было удобнее считать даты, был введен календарный год, равный 365 дням. И раз в четыре года, когда из шести часов накопится двадцать четыре, добавляется еще один день. Этот год получил название «високосный», а новый день прибавляется к февралю.
При вращении Земли вокруг светила сменяются времена года. Из-за того что планета имеет определенный угол наклона - шестьдесят шесть с половиной градусов, она перемещается в космическом пространстве. Из-за наклонного положения солнечный свет освещает то одну, то другую сторону планеты. Когда в западном полушарии день, в восточном ночь.
Когда лучи Солнца падают под прямым углом на планету, наблюдаются дни равноденствия - день и ночь имеют одинаковую длину. Такое событие бывает дважды в год: в дни весеннего (в марте) и осеннего (в сентябре) равноденствия. Началом лета и зимы считают даты, когда Солнце светит на планету с наибольшей высоты (в июне и декабре).
Обращение земной оси к Солнцу
Во время зимнего солнцестояния земная ось обращается к светилу южным концом. И, соответственно, солнечные лучи падают на южные широты. С этого дня на параллелях южнее экватора дни становятся длинными, а ночи короткими. На южном полярном круге начинает править полярный день.
На всех частях севернее линии экватора дни короче ночи, а на северном полярном круге глубокая ночь.
Полярные круги - это границы полярного дня и ночи, которые продолжаются от одних до 178 суток. На все время полярной ночи Солнце заходит за горизонт. Во время полярного дня Солнце светит и не прячется за горизонтом.
Вращение вокруг себя
Земля вращается вокруг себя, совершая полный оборот за сутки. Планета вращается с востока на запад, поэтому Солнце восходит на востоке и садится на западе.
Повороты планеты вокруг себя позволяют понять, почему ночью бывает темно и светило прячется за горизонтом. Именно появление Солнца и его опускание является причиной смены дня и ночи.
Так почему ночью бывает темно, и где в это время свет? Одна часть планеты постоянно обращена к Солнцу. И на той ее части, куда попадают солнечные лучи, наблюдается день. На противоположной (темной стороне), до которой свет не достает, наблюдается ночь. Во время вращения солнечный свет постепенно проникает на те участки, которые до этого момента были темными, а с тех, где было светло, Солнце уходит. С Земли это явление наблюдается в виде заката и рассвета.
Вращение планеты вокруг себя, во время которого она подставляет поочередно разные участки под солнечные лучи, отсчитывает земные сутки и меняет день на ночь. В то время, когда Солнце не светит на западную часть планеты, оно освещает восточную. Исходя из этого, в первой части будет ночь, а в другой - день. Вот почему ночью бывает темно.
Вращение вокруг галактики
Земля располагается в Солнечной системе, которая находится в галактике Млечный Путь. Свое название она получила за особый внешний вид: на ночном небе она выглядит как разлитое молоко. На самом деле, белая полоса - это скопление миллионов звезд.
Галактика имеет спиралевидную форму. По современным подсчетам, наша Солнечная система находится ближе к краю галактики, в одном из ее рукавов. Она совершает движение по спирали вокруг центра галактики. По подсчетам, полный поворот вокруг центра спираль Млечного Пути совершает примерно за 225 млн лет.
Ученые о галактическом вращении
Ученые считают, что это вращение вокруг центра галактики должно каким-то образом сказываться на нашем существовании и на всех планетах Солнечной системы. Однако данных о том, какие именно события влекут за собой полные обороты, пока нет. Это связано с малым возрастом человечества, исчисляется он всего десятками тысяч лет, а серьезные наблюдения за космосом и происходящими в нем явлениями ученые совершают только несколько столетий.
Вывод
Земля движется вместе с нашей Солнечной системой вокруг центра нашей галактики. Один полный поворот совершается примерно за 225 миллионов лет. Одновременно Земля всегда вращается вокруг нашего светила. Причем, во время вращения планета то удаляется, то приближается к нему. Из-за этого явления люди наблюдают смену времен года. Во время вращения вокруг звезды Земля одновременно совершает повороты относительно своей оси с запада на восток: из-за этого явления день сменяет ночь.
Луна вращается вокруг Земли. Земля вращается вокруг Солнца. Закономерный вопрос: а Солнце тоже вокруг чего-нибудь вращается?
Ответ на этот вопрос астрономы получили только в 20 веке, и ответ этот - ДА.
Наше Солнце входит в состав огромной звездной системы, которая называется Галактикой (еще ее называют Млечный Путь). Наша Галактика имеет форму диска, похожего на две сложенные краями тарелки. В центре его находится округлое ядро Галактики.
Наша Галактика - вид сбоку
Если посмотреть на нашу Галактику сверху, то она выглядит, как спираль, в которой звездное вещество сосредоточено, в основном, в ее ветвях, называемых галактическими рукавами. Рукава находятся в плоскости диска Галактики.
Наша Галактика - вид сверху
Наша Галактика содержит более 100 миллиардов звезд. Диаметр диска Галактики - около 30 тысяч парсек (100 000 световых лет) , а толщина - около 1000 световых лет.
Звезды внутри диска движутся по круговым траекториям вокруг центра Галактики, подобно тому, как планеты в Солнечной системе обращаются вокруг Солнца. Вращение Галактики происходит по часовой стрелке, если смотреть на Галактику со стороны ее северного полюса (находящегося в созвездии Волосы Вероники). Скорость вращения диска не одинакова на различных расстояниях от центра: она убывает по мере удаления от него.
Чем ближе к центру Галактики - тем выше плотность звезд. Если бы мы жили на планете около звезды, находящейся вблизи ядра Галактики, то на небе были бы видны десятки звезд, по яркости сопоставимых с Луной.
Однако Солнце находится очень далеко от центра Галактики, можно сказать - на ее окраине, на расстоянии около 26 тыс. световых лет (8,5 тысяч парсек), вблизи плоскости галактики. Оно расположено в рукаве Ориона, соединенном с двумя более крупными рукавами - внутренним рукавом Стрельца и внешним Рукавом Персея.
Солнце движется со скоростью около 220-250 километров в секунду вокруг центра Галактики и делает полный оборот вокруг ее центра, по разным оценкам, за 220-250 миллионов лет. За время своего существования Период обращения Солнца вместе с окрестными звездами около центра нашей звездной системы называют галактическим годом. Но нужно понимать, что общего периода для Галактики нет, так как она вращается не как твердое тело. Солнце за время своего существования облетело Галактику примерно 30 раз.
Обращение Солнца вокруг центра Галактики носит колебательный характер: каждые 33 миллиона лет оно пересекает галактический экватор, затем поднимается над его плоскостью на высоту в 230 световых лет и снова опускается вниз, к экватору.
Интересно, что Солнце делает полный оборот вокруг центра Галактики в точности за то же время, что и спиральные рукава. В результате Солнце не пересекает области активного звездообразования, в которых часто вспыхивают сверхновые - источники губительного для жизни излучения. То есть оно находится в секторе Галактики, максимально благоприятном для зарождения и поддержания жизни.
Кстати...
Наиболее пытливые почемучки, наверно, не остановятся и на этом и спросят: "А наша Галактика тоже вращается вокруг какого-нибудь центра?"
И снова ответ - да.
Млечный Путь входит в группу галактик, связанных между собой гравитационными силами, которую называют Местной группой. Кроме Млечного пути, в нее входят галактика Андромеды и галактика Треугольника, а также около 50 более мелких галактик. Поперечник Местной группы - 1 миллион парсек (мегапарсек), или 3 млн. световых лет.
Местная группа галактик, в свою очередь, является частью еще более крупного скопления - Местного сверхскопления Девы. Его размер - 200 миллионов световых лет, а его центр находится на расстоянии 50 млн. световых лет от нас. Сверхскопление вращается вокруг оси, перпендикулярной его диску, и напоминает в этом смысле обычную галактику. Скорость движения Местной группы вокруг центра сверхгалактики - около 400 километров в секунду.
В конце 20 века астрономы выяснили, что Местное сверхскопление несется со скоростью 500-700 километров в секунду в сторону огромнейшего скопления галактик, обладающего мощной гравитационной силой (силой притяжения), который назвали Великим Аттрактором (англ. Great Attractor, от "attract" - "привлекать, притягивать, пленять"). Он находится на расстоянии примерно 65 миллионов парсек или 250 млн. световых лет, в созвездии Наугольника.
Иерархия движений, в которых принимает участие наша планета:
а) вращение Земли вокруг Солнца;
б) вращение вместе с Солнцем вокруг центра нашей Галактики;
в) движение относительно центра Местной группы галактик вместе со всей Галактикой под действием гравитационного притяжения туманности Андромеды (галактики М31);
г) движение к скоплению галактик в созвездии Девы и движение к Великому Аттрактору.
Местное сверхскопление, в свою очередь, - лишь одно из множества сверхскоплений галактик во Вселенной. Соседнее с нашим сверхскопление находится в созвездии Геркулеса на расстоянии 700 миллионов световых лет, причём на протяжении примерно 300 миллионов световых лет по пути к нему - полная пустота, нет ни галактик, ни звезд. Таким образом, вещество во Вселенной распределено не равномерно и не хаотически, а в виде ячеек, в гранях которых сосредоточено вещество, а внутри ячеек - гигантские абсолютно пустые пространства-"пузыри". Галактики и их скопления расположены в порядке, напоминающем пчелиные соты невообразимых размеров. Чем ближе к стыкам таких ячеек, тем сильнее сконцентрировано вещество. Чем обусловлена такая симметричная, упорядоченная структура? На этот вопрос сегодня нет ответа.
Солнечные пятна видимым образом перемещаются по солнечному диску от восточного края к западному. Это перемещение Галилей в 1610 г. правильно понял как выражение осевого вращения Солнца, направленного так же, как вращение Земли. Пятна, особенно крупные, существуют долго, и поэтому можно наблюдать их повторное появление на обращенной к Земле стороне Солнца, а фиксируя более точно их положение на солнечном диске, можно легко и точно установить синодический период вращения Солнца S. Он будет отличаться от звездного периода вращения Р, так как мы наблюдаем вращение Солн вокруг оси с движущейся Земли. Период обращения Земли Е составляет 1 год. Три величины - S, Р и Е - связаны очевидной формулой
из которой легко получить период Р вращения Солнца вокруг своей оси относительно звезд.
Исследование движений пятен позволило установить, с одной стороны, положение в мировом пространстве оси вращения и экватора Солнца, а с другой, - показало, что пятна, помимо общего монотонного перемещения по диску Солнца, имеют еще собственные перемещения по нему.
Вместе с тем оказалось, что период возвращения пятен в то же положение на диске Солнца закономерно изменяется с гелиографической широтой (т. е. с положением пятна относительно солнечного экватора): экваториальные области Солнца вращаются всего быстрее, а по мере удаления от экватора вращение замедляется. Проследить это экваториальное ускорение вращения Солнца по пятнам удается лишь в поясе от +40° до -40° гелиографической широты, так как на более высоких широтах пятна почти не встречаются.
Весьма обстоятельное определение элементов вращения Солнца сделал более 100 лет назад Кэррингтон. Он нашел следующее положение экватора Солнца:
долгота восходящего узла солнечного экватора относительно эклиптики
наклон солнечного экватора к эклиптике
Земля пересекает плоскость солнечного экватора в начале июня и в начале декабря. В это время пути видимого перемещения пятен по диску Солнца прямолинейны. В остальное время они криволинейны. Первую половину года к Земле обращен южный полюс Солнца, а вторую - северный.
Для расчета гелиографических долгот служит, по предложению Кэррингтона, тот нулевой меридиан, который проходил через центр солнечного диска в гринвичский полдень 1 января 1854 г. (юлианская дата JD 2 398 220,0). В дальнейшем этот же меридиан проходит центр солнечного диска через каждые 27,2753 суток, на основании чего идет счет солнечных оборотов (так, например, 1954, дек. 21,63 начался 1355-й оборот Солнца). Приведенное выше значение есть синодический период S вращения Солнца на средней широте пятен (около 16°). Ему соответствует по формуле (1.1) звездный период вращения Солнца . Отсюда получается угловая скорость вращения Солнца на гелиографической широте за сутки. На других гелиографических широтах угловая скорость
Это одна из многих эмпирических формул, выводимых по наблюдениям тысяч пятен.
Большое количество пятен в данном случае необходимо, чтобы уничтожить влияние эффекта собственных перемещений пятен по поверхности Солнца. С меньшей точностью определяется вращение Солнца по факелам. Одно из таких определений дало формулу
Описанными средствами изучается вращение Солнца вблизи его экватора. Для того чтобы проследить солнечное вращение на более высоких широтах, эффективно применяется метод определения лучевых скоростей противоположных точек солнечного диска, лежащих на одной широте.
Для этого получают спектрограммы того и другого края солнечного диска одновременно, одну под другой, для чего диск Солнца проектируют на длинную щель спектрографа, и призмами, установленными перед щелью, переносят изображения противоположных точек диска в середину щели на ось спектрографа (призмы расположены подобно зеркалам в перископе и, в частности, в перископическом интерферометре; см. КПА 461). При достаточно большой дисперсии, например 0,5 А/мм, линии солнечного спектра, принадлежащие восточному и западному краям Солнца, будут заметным образом смещены друг оносительно друга; величина этого смещения даст (по формуле эффекта Доплера) удвоенную скорость вращения Солнца на соответствующей гелиографической широте. В конце прошлого и начале нынешнего столетия были проведены многочисленные и обширные ряды наблюдений (Дунер, Хальм, Белопольский, Адамс и др.), позволяющие проследить вращение Солнца до гелиографической широты 75°. По последним определениям оно подчиняется формуле вида (1.2) или (1.3), но с существенно иным значением вращения на экваторе, а именно:
Из формулы (1.4) получается скорость вращения экватора Солнца 1,93 км/с, тогда как по формуле (1.2) эта же величина получается равной 2,03 км/с.
Можно думать, что такие расхождения реальны и связаны с различием уровней, на которых существуют пятна или зарождаются спектральные линии. Кроме того, на протяжении десятилетий значение первого члена в формуле (1.4) сильно меняется: так, в начале нашего столетия экваториальная скорость вращения Солнца определялась как 2,06 и даже 2,08 км/с, но ввиду множества обстоятельств, осложняющих наблюдения и обработку, говорить о реальном изменении скорости вращения Солнца было бы неосторожно, тем более, что самые последние измерения опять дают среднее значение скорости вращения Солнца на экваторе 2,06 км/с. Для характеристики изменения вращения Солнца с широтой формула (1.4) заслуживает полного доверия. В частности, из нее следует, что на широте 75° период вращения Солнца достигает 32 земных суток.
Все изложенные факты - экваториальное ускорение вращения Солнца и разная скорость вращения его на разных уровнях - указывают на то, что Солнце вращается не как твердое тело. Это вполне соответствует нашему представлению о его газовой природе.