С какой скоростью вращается Земля (и почему это движение не ощущается)?

Стоит ли доверять собственным ощущениям? Возможно, нет. Кажется, будто древние греки и средневековые церковные доктрины были правы, ведь возникает полное ощущение неподвижности. Однако на самом деле планета находится в постоянном и стремительном движении. С какой же скоростью происходит это вращение и почему оно остается незамеченным?

Находясь на Земле, невозможно заметить ее вращение. Зато при взгляде на небо наблюдается непрерывное движение Луны, Солнца и звезд. Создается впечатление, будто именно они мчатся на огромной скорости. После восхода Луна уверенно смещается вправо, проходя расстояние, равное ширине сжатого кулака на вытянутой руке, примерно каждые 40 минут.

Конечно, уже на протяжении веков известно, что все объекты на поверхности планеты участвуют в этом стремительном круговороте. Поскольку это движение не ощущается, стоит подробно разобрать, с какими скоростями приходится иметь дело.

С какой скоростью происходит движение?

На экваторе, например в Кито (Эквадор), скорость вращения земного шара достигает примерно 1670 км/ч.

Однако на Северном или Южном полюсе эта скорость равна нулю! Таким образом, скорость вращения Земли варьируется в зависимости от географического положения, и реальный показатель находится между этими двумя крайностями. Для точного расчета скорости в конкретной точке потребуется калькулятор с функцией вычисления косинусов. Достаточно ввести значение широты своего местоположения и нажать кнопку косинуса. Затем полученное число нужно умножить на 1670, чтобы узнать скорость движения в километрах в час.

Проведем несложный расчет. Для городов вроде Нью-Йорка, Индианаполиса или Денвера, расположенных на 40-й параллели, скорость вращения составляет около 1280 км/ч, что превышает скорость звука. Этим фактом можно в шутку оправдываться, если не удалось вовремя услышать просьбу близкого человека.

Но это лишь самое начало стремительного космического путешествия. Земля также движется по своей околосолнечной орбите со скоростью около 107 000 км/ч. Это явление гораздо интереснее, чем кажется на первый взгляд. Все планеты описывают удивительную траекторию, вращаясь вокруг Солнца. Чтобы сохранять стабильность орбиты и не быть притянутой колоссальной гравитацией Солнца в его огненную бездну, планета, находящаяся близко к светилу (например, Меркурий), должна обладать огромной боковой (тангенциальной) скоростью.

Все планеты движутся в одном направлении — против часовой стрелки, если смотреть со стороны Северного полюса, — и их орбитальная скорость уменьшается по мере удаления от Солнца. Это означает, что ближайшие к Земле планеты — Венера (внутри земной орбиты) и Марс (снаружи) — движутся со скоростями, наиболее близкими к земной скорости, которая составляет около 30 км/с.

Как оказывается, Венера движется примерно на 5 км/с быстрее Земли, а Марс — на 5 км/с медленнее. Это отличная новость для космонавтики. При отправке ракет к этим планетам и в ходе будущих пилотируемых миссий на Марс не потребуется колоссального количества дополнительного топлива для значительного ускорения или торможения. Процесс будет напоминать переход с одной лошадки на карусели на соседнюю.

Куда именно в космическом пространстве направляется планета? Рассказываем в материале.

Почему движение Земли не ощущается?

Как отмечалось выше, Земля вращается вокруг своей оси со скоростью до 1670 км/ч, или около 0,48 км/с, в зависимости от географического положения. [При этом Земля также движется по своей орбите со скоростью около 107 000 км/ч (около 30 км/с), а вся Солнечная система перемещается со скоростью порядка 230 км/с, обращаясь вокруг центра нашей Галактики Млечный Путь (см. раздел «Секунда координации» ниже).] Это чрезвычайно высокие скорости. Почему же это движение остается неощутимым? Причина кроется в постоянстве скоростей. Люди, атмосфера и земные океаны вращаются с одной и той же постоянной скоростью.

В качестве аналогии можно представить поездку в автомобиле. При движении с высокой скоростью по ровному шоссе само движение практически не чувствуется. Однако при нажатии на тормоз изменение скорости сразу становится ощутимым. Именно поэтому стремительное перемещение Земли сквозь Вселенную остается незаметным для ее обитателей.

Меняется ли скорость Земли?

Земля действительно не всегда движется с одинаковой скоростью. Наша планета движется быстрее всего по своей орбите в январе, когда находится ближе всего к Солнцу (и это не опечатка), а медленнее всего — в июле.

Это дает планете возможность совершить больше оборотов в летние месяцы. Данное обстоятельство объясняет, почему теплое полугодие (от мартовского до сентябрьского равноденствия) оказывается примерно на неделю длиннее холодного — малоизвестный, но примечательный астрономический факт.

Кроме того, постепенно меняется и скорость осевого вращения Земли. С этим явлением связан популярный факт, который многие понимают не совсем верно.

Уже более полувека показания часов на Земле тщательно синхронизируются с вращением планеты. В сутках ровно 86 400 секунд. Разумеется, это предполагает равномерный ход секунд. Точное хронометрирование также опирается на допущение, что Земля вращается с постоянной скоростью. Однако скорость вращения планеты постепенно снижается, что вносит определенные коррективы в расчеты. Почему же это происходит?

Почему Земля замедляется?

Влияние Луны на земные океаны известно еще с древности: приливы и отливы происходят каждый день на 50 минут позже, точно так же, как Луна восходит и заходит на 50 минут позже. Многие полагают, что приливный горб высотой около 90 сантиметров под Луной возникает из-за того, что спутник притягивает и буквально поднимает воду вверх.

Однако физика процесса иная: гравитация Луны не способна напрямую поднимать воду. Дело в том, что сила тяжести Луны слабее земной даже на самой лунной поверхности, а по мере удаления от спутника она уменьшается еще сильнее. На поверхности Земли, в районе океанов, направленное вверх притяжение Луны составляет всего три миллионные доли от земной силы тяжести.

Три миллионные. Очевидно, что для капли океанской воды земное притяжение вниз всегда будет преобладать над лунным притяжением вверх. Никакие земные объекты не улетят в небо под воздействием Луны. Тогда возникает вопрос: как объяснить появление того самого приливного горба высотой около 90 сантиметров?

Объяснение достаточно простое. Представим участок океана, где Луна находится низко над горизонтом или только восходит. Именно так это выглядит из большинства точек планеты. В этом случае притяжение Луны направлено вбок, то есть горизонтально. При этом земная гравитация не противодействует этому горизонтальному смещению, так как она направлена строго вниз. В результате на огромные массы океанской воды действует неуравновешенная тангенциальная (горизонтальная) сила притяжения Луны. Вода начинает слегка смещаться по горизонтали. Эта небольшая сила суммируется на огромных пространствах в тысячи километров с обеих сторон планеты, сдвигая водные массы до тех пор, пока они не соберутся в приливный горб непосредственно под Луной.

Так формируются приливы. По мере вращения планеты этот приливный горб достигает мелководья у побережий, где высота воды заметно увеличивается, обеспечивая среднюю высоту прилива около 1,5 метров.

Взаимодействие приливной волны с побережьем создает сопротивление. Столкновение миллиардов тонн океанской воды с прибрежными скалами приводит к возникновению силы трения. Именно этот процесс постепенно замедляет вращение планеты.

Секунда координации

Эффект замедления крайне мал. Сутки удлиняются всего на одну секунду за 750 веков (75 000 лет). Почему же тогда периодически приходится добавлять так называемую секунду координации, чтобы синхронизировать часы с вращением Земли? Например, в 1972 году было добавлено сразу две такие секунды. На первый взгляд, это кажется нелогичным.

Причина кроется в первоначальной калибровке атомных часов под период вращения Земли, где сутки состоят из 86 400 секунд. Однако в расчеты закралась небольшая неточность. При установлении эталона секунды использовались данные наблюдений за вращением Земли более чем за сто лет, из-за чего сам интервал секунды оказался определен с небольшой погрешностью. Официальное определение секунды привязано к переходу между уровнями энергии атома цезия-152 (точнее, частоте излучения в 9 192 631 770 герц), и умножение этой величины на 86 400 должно в точности соответствовать одному обороту Земли. Однако реальная продолжительность суток не соответствует этому эталону уже около 150 лет.

Таким образом, базовая секунда изначально была определена с крошечным отклонением. Чтобы исправить это несоответствие, погрешности дают накопиться в течение нескольких лет, после чего добавляют секунду координации к последней минуте декабря или июня.

В повседневной жизни эти тонкости незаметны. Для обывателя замедление вращения окружающих предметов не играет роли. При желании можно будет перевести кухонные часы на секунду назад примерно через 75 000 лет.

Вдобавок вся Солнечная система входит в состав Галактики Млечный Путь и обращается вокруг сверхмассивной черной дыры в ее центре со скоростью около 230 км/с. Это колоссальная скорость — 230 км/с! Это самое быстрое движение, в котором участвует каждый житель Земли, хотя оно и неощутимо, поскольку все окружающие объекты движутся синхронно.

На этом можно остановиться, поскольку дальнейшие рассуждения приведут к расширению Вселенной, уносящему галактики прочь друг от друга с еще более невероятными скоростями.

В итоге, несмотря на иллюзию полного покоя в тихий выходной день, на самом деле все объекты находятся в стремительном космическом полете.

Интересно, какая планета вращается медленнее всех?

Твитнуть