Шарообразность и вращение Земли. Часовые пояса. Календарь.

Вопросы для рассмотрения:
1. Представления о Земле древних людей.
2. Размеры Земли. Положение в Солнечной системе.
3. Вращение Земли вокруг оси и вокруг Солнца.
4. Измерение времени. Часовые пояса.
5. Календарь.


         1. Представление о Земле древних людей.

         В древности люди задумывались о форме Земли, но представляли ее такой, какой она им виделась. Исходя из видимой картины, земля представлялась плоской, а над ней простирается опрокинутый купол неба. Огромный «каравай», по представлениям людей, стоит на трех слонах, а те на черепахе, плавающей в океане. Безуспешные попытки дойти до края земли ни к чему не привели.

Люди обратили внимание так же на  следующие факты:

- при  появлении предмета из-за горизонта в море сначала появляется  его верхушка, а потом постепенно и сам предмет;

- при плавании в океане у другого материка положение звезд изменяется;

- тень от Луны во время затмения круглая, значит, и Земля тоже может иметь форму шара.

Подобные наблюдения породили предположение, что Земля имеет форму шара. Именно шарообразность Земли не дает за горизонтом видеть весь корабль; именно шарообразность не позволяет дойти до края горизонта.

Основоположником учения о шарообразности Земли принято считать математика и философа Пифагора (VI век до н.э.).

Впервые достаточно точно определил размеры Земли, доказав ее шарообразность, греческий ученый Эратосфен. Он вычислил длину окружности Земли математически. 22 июня он измерил угол отклонения солнечного света по тени в одном пункте (в Александрии), а в другом пункте (в Сиене, ныне Асуан) Солнце стояло в зените. В Александрии Солнце отстояло от зенита на 7,2 ^о . Зная расстояние от Александрии до Сиены, Эратосфен вычислил длину окружности Земного шара и радиус, который практически совпадает с современными данными. Таким образом, античным ученым было уже известно, что Земля – шар.

В средние века наука не имела такого расцвета как в античности, потому что все открытия человечества были забыты и пылились в архивах. Только эпоха Возрождения позволила совершить скачок вперед.

Практическим путем шарообразность Земли в средние века доказал испанский мореплаватель Фернандо Магеллан, совершив кругосветное путешествие и возвратившись в свою страну (1519-1521 г.г.). Именно уверенность в шарообразности Земли позволила Америго Виспуччи (1499-1500 г.г.) и Христофору Колумбу (1502-1504 г.г.) открыть новый континент – Америку (хотя они думали, что попали в Индию).

 В науке того времени  сформировалось утверждение о шарообразности Земли. Но ученые по-прежнему представляли Землю в центре Вселенной.  Родоначальниками этой теории были древние греки Пифагор и Аристотель, а затем Птолемей, усовершенствовав их идеи. Вокруг планеты, по древнему представлению вращались звезды и другие космические тела по своим орбитам. Самыми дальними были звезды.  Такое представление называлось геоцентрическим. Опровергнуть это утверждение пытались еще в Древней Греции ученые Аристарх Самосский, Архимед, а потом Николай Коперник (1473-1543) и Джордано Бруно (1571-1600 г.). Архимед создал свою систему за полтора века до Птолемея и рассчитал расстояние от Солнца до планет. Но система Архимеда имела неточности. Наиболее правильную модель выстроил Н. Коперник с помощью математических расчетов. Он так же рассчитал расстояние от планет до Солнца и ввел астрономическую единицу.  Система Коперника называется гелиоцентрической. Продолжателем этой идее явился Галилео Галилей (1564-1642), соорудивший телескоп и сделавший множество важных астрономических открытий: путники Юпитера, пятна на Солнце и др.

Открытие Исааком Ньютоном (1643-1727) закона всемирного тяготения подтвердило движение Земли вокруг Солнца.

Доказать вращение Земли смог в 1851 г. французский физик Леон Фуко с помощью магнитного маятника. Маятник, подвешенный под куполом парижского пантеона длиной 67 м, имел период колебания 16 с., а масса груза составляла 22 кг. При каждом новом качании маятника его острие прочерчивало на песке, слоем которого был покрыт пол, новый след. Происходило это потому, что даже за несколько секунд Земля успевала повернуться на небольшой угол, а плоскость качания маятника оставалась неизменной.

         2. Размеры Земли. Положение в Солнечной системе.

       Земля является третьей от Солнца планетой, самой плотной их всех планет Солнечной системы. 

          Расстояние до Солнца 150 млн. км

Экваториальный радиус 6378,160 км

Полярный радиус 6356,777 км (разница на 21 км)

Средняя плотность 5520 кг/ м³

Длина окружности экватора 40075,696 км

Объем 1.100 млрд. км³

Масса 5,98 * 10²⁴ кг

Скорость движения в космосе  30 км/с

Средняя температура поверхности + 7^оС

Наклон земной оси 23,5^о

Период вращения 23ч 56 мин 4,1 с

Период обращения 365, 26 суток

Земля имеет магнитное поле, протяженность которого равна почти 5 земным радиусам. Отклонение магнитного полюса от географического составляет 11^о и стоит более вертикально. Струи солнечного ветра, достигая земного шара, встречаются с его магнитным полем. Солнечный ветер обладает своим магнитным полем, поэтому два поля взаимодействуют, образую своеобразный рисунок. Встречая на сво­ём пути Землю, солнечный ветер сильно деформирует её магнитосфе­ру, в результате чего наша планета обладает длинным магнитным «хво­стом», также направленным от Солн­ца. Магнитное поле Земли чутко от­зывается на обдувающие её потоки солнечного вещества.

Солнечный ветер движется по спирали из-за вращения Солнца. Проникая в атмосферу, он вызывает ее свечение (полярное сияние) на Севе;рном полюсе. Благодаря магнитному полю, Земля не подвергается мощному нагреву Солнцем и имеет температуру, позволяющую поддерживать жизнь.

         

           3. Вращение Земли вокруг оси и вокруг Сонца.

 

Вращение Земли вокруг своей оси приводит к тому, что она освещается то одним полушарием, то другим, а так же к полярному сжатию планеты. В результате воращения
Наклон земной оси 23,56^о, поэтому при вращении вокруг солнца Северное и Южное полушарие обогреваются неравномерно. Поэтому происходит смена времен года. Количество поступающей от солнца энергии зависит от угла падения солнечных лучей. На экваторе он самый большой, а на  полюсах – самый маленький. Из-за наклона земной оси некоторые приполярные области три месяца совсем не получают света, длится полярная ночь. На противоположном же полюсе длится полярный день.

Следствием движения Земли вокруг Солнца является смена времен года.  Шарообразность Земли приводит к возникновению тепловых поясов и природных зон.

Самое высокое положение над горизонтом солнце в северном полушарии 22 июня – день летнего солнцестояния (самый длинный день в году). 22 декабря наблюдается противоположное явление – самый короткий день в году, т.к. солнце занимает самое низкое положение над горизонтом.

На Земле есть два периода, когда день равен по длительности ночи. Это дни весеннего и осеннего равноденствия 21 марта и 23 сентября.

4. Измерение времени. Часовые пояса.

В качестве единиц для измерения времени были выбраны наблюдаемые на небе явления: смена дня и ночи – сутки; движение Земли вокруг Солнца – год. Древние цивилизации, не дошедшие до нас, имели такие же единицы времени.

Вращаясь вокруг своей оси, Земля поворачивается за 1 ч на 15^о. А так как государства лежат в разных географических областях, время будет не везде одинаково. Существует местное время. Например, в Санкт-Петербурге полдень наступает на 35 минут позднее, 095;ем в Москве. Оно не удобно. Поэтому введено всемирное время (поясное). Согласно всемирному времени, существует точка отсчета времени  0 часов. Пункт отсчета – нулевой меридиан, проходящий через Гринвичскую обсерваторию, расположенную недалеко от Лондона. От этого пункта к востоку определены часовые пояса. Они обозначены не строго по меридианам, а так как удобно людям (по границам областей и государств). Поясное время в России введено с 1 июля 1919 г. Т.о. если мы движемся на восток, то при пересечении часового пояса стрелки часов следует переводить на час вперед.

В целях рационального использования электроэнергии, во многих странах введено летнее время, при котором летом стрелки часов переводятся на час вперед.

Существует линия изменения даты, проходящая по 180^о меридиану, расположенному между Азией и Америкой. Пересекая эту линию, мы попадаем из одного дня в другой. Поэтому при ее пересечении с запада на восток нужно перевести календарь на сутки назад, а с востока на запад, наоборот, на сутки вперед.

          5. Календарь.

Календарь, которым мы пользуемся в на­стоящее время, создан в результате длительных поисков, на протяжении истории человечества их существовало более 200.

Уже на первом этапе развития цивилизации некото­рые народы стали пользоваться лунными календарями. В этих календарях чередовались месяцы продолжительно­стью 29 и 30 сут. Началом месяца всегда считалось новолу­ние. Но от одного новолуния до следующего проходит примерно 29 1/2 сут — такова периодичность смены фаз Луны, связанная с ее обращением вокруг Земли. При та­ком календаре продолжительность года из 12 «лунных» месяцев составляет всего 354 дня.

В солнечном календаре за основу берется продолжи­тельность тропического года, т. е. промежуток времени между двумя последовательными прохождениями центра Солнца через точку весеннего равноденствия. Тропичес­кий год составляет 365 сут 5 ч 48 мин 46,1 с. Поскольку число суток в году не может быть дробным, во всех ка­лендарях обычно год содержит 365 сут, а определенные годы — на 1 сут больше.

В древнем Египте в V тысячелетии до н. э. был введен календарь, который был согласован со сменой времен года и состоял из 12 месяцев по 30 дней в каждом и дополнительных 5 дней в конце года. Такой календарь давал ежегодно отставание в 1/4 сут, или 1 год за 1460 лет.

Непосредственный предшественник современного ка­лендаря был разработан в Древнем Риме по приказу им­ператора Юлия Цезаря и потому получил название юли­анского. Год согласно этому календарю состоял из 12 ме­сяцев, содержащих 365 или 366 сут. Лишние сутки добав­лялись каждые четыре года, такие года получили название високосных.

С учетом високосных лет продолжительность года по юлианскому календарю отличалась от продолжительнос­ти тропического года всего на 11 мин 14 сек, что давало ошибку в 1 сут за 128 лет или 3 сут примерно за 400 лет. Юлианский календарь был принят в качестве христианского в 325 г. н. э., и ко второй половине XVI века расхож­дение достигло уже 10 сут.

Для того чтобы исправить положение дел, папа рим­ский Григорий XIII в 1582 г. ввел так называемый новый стиль; календарь тоже назван по его имени — григориан­ским.

Чтобы уменьшить отличие календарного года от тро­пического, было решено каждые 400 лет выбрасывать из счета 3 сут. путем сокращения числа високосных лет. Про­стыми, не високосными условились считать все годы сто­летий, за исключением тех, у которых число столетий делится на 4 без остатка. Високосным считался 1600 г., високосным является и стоящий на рубеже XXI века 2000 г. В то же время 1700, 1800 и 1900 гг. были простыми.

В России новый стиль был введен только с 1 февраля 1918 г. К этому времени между ним и старым стилем накопилась разница в 13 дней. Эта разница сохранится до 2100 г., который по старому стилю должен был бы считаться високосным, а по новому — простым. Разли­чие между старым и новым стилем обычно указывается, когда мы имеем дело с событиями, относящимися к про­шлому. Так, например, мы говорим, что К.Э. Циолков­ский родился 5(17) сентября 1857 г.

Год по григорианскому календарю оказывается в сред­нем на полминуты длиннее тропического, так что рас­хождение за 400 лет составляет всего 2 ч 53 мин, или сутки за 3300 лет.

Нумерация лет как по новому, так и по старому стилю ведется от года рождества Христова. В России новая эра была введена указом Петра I, согласно которому после 31 декабря 7208 г. «от сотворения мира» наступило 1 янва­ря 1700 г.