Астрономический калейдоскоп

Астрономический калейдоскоп - Земля

Главная страница

Солнце и планеты

Спутники

Созвездия

Гостевая книга

Планета: Земля

Краткая информация: 3-я планета от Солнца, спутник - Луна, среднее расстояние от Солнца 1 а.е. или 149600000 км, экваториальный радиус 6378,15 км, масса Земли = 5,972*10²⁴кг, средняя плотность планеты = 5,5*10³кг/м³, звездный период вращения вокруг оси 23ч. 56м. 4с., имеет атмосферу.

  Форма Земли  Внутреннее строение  Атмосфера  Магнитное поле  Вращение

Форма Земли

Привычное нам назвние "земной шар" отражает действительность неточно. Земля по своей форме отличается от шара, скорее напоминая эллипсоид вращения - сплюснутый сфероид. Малая ось сфероида совпадает с осью вращения; "полярный" радиус Земли равен 6356,755 км. Земной экватор можно с достаточной точностью считать окружностью, имеющий радиус равный 6378,15 км. Таким образом, экваториальный радиус Земли больше полярного на 21,395 км. Отношение этой величины к экваториальному радиусу называется сжатием фигуры Земли; оно равно 1/296,28. Это такая малая величина, что мы будем дальше говорить "земной шар".

Земля Сферодоидная форма Земли - следствие ее осевого вращения, при котором возникает центробежная сила. Она и привела к "вспучиванию" экваторальных частей земного шара.
Ось вращения не сохраняет неизменного положения в теле Земли. Она описывает около среднего положения очень сложную конусоподобную поверхность, обегая по ней за 428 суток. Это приводит к изменению положений полюсов, которые колеблются относительно среднего положения с размахом порядка 40 м. Конечно, это очень небольшое колебание, но оно несколько сказывается на географических широтах и его приходится изучать и учитывать.

Внутреннее строение Земли

Колебание полюсов имеет очень большое значение для исследования внутреннего строения Земли. Теоретические рассуждения показывают, что если бы Земля была абсолютно твердым телом, то возникшие колебания ее оси вращения имели бы период, равный 305 суткам. Но так как период равен 428 суткам, то тело Земли не твердое, а упругое.
Проникновение исследователей внутрь Земли затруднено прежде всего быстро растущей температурой недр. Поэтому при изучении внутреннего строения Земли приходится использовать всевозможные косвенные способы. Один из таких способов состоит в изучении законов распространения в теле Земли сейсмических волн. При землятресениях из их очага, сквозь упругое тело Земли распространяются колебания - сейсмические волны, которые воспринимаются специальными приборами на станциях, разбросанных по всему земному шару. Интепритация результатов этих наблюдений привела к следующим выводам. Внешний тонкий слой земной коры покоится на "подстилающей" поверхности и как бы "плавает" по ней. Это, конечно, не означает, что подстилающая поверхность жидкая. Отнюдь нет, она должна находиться в смолообразном состоянии, обладая одновременно свойствами и твердого, и жидкого состояния. На быстрые воздействия она реагирует как твердое тело, а на постоянно действующие, медленно изменяющиеся силы она отзывается как жидкость. Это, в частности, позволяет объяснить, почему в земной коре проиходят как вертикальные, так и горизонтальные подвижки. Известно, например, что берега Норвегии постепенно поднимаются вверх, а берега Италии погружаются в море. Нарушение равновесия сил приводит к местным подъемам и опусканиям.
Земля Под внешними слоями находится толстый слой, который теперь называют мантией Земли. Она простирается вглубь до половины радиуса Земли и имеет среднюю плотность вещества около 5 г/см³. Еще глубже расположено ядро Земли, где плотность вещества выше - около 10 г/см³. В центре Земли находится в внутреннее ядро, у которого плотность вещества еще выше (около 15 г/см³), а радиус около 1250 км. Внутреннее ядро Земли вращается быстрее всех остальных слоев планеты. По последним оценкам, оно обгоняет кору и мантию Земли на полный оборот примерно за 1000 лет. Внутреннее ядро Земли состоит из нескольких областей, в каждой из которых кристаллы железа ориентированы по-своему.

Атмосфера

Земля Рассмотрим теперь строение земной атмосферы. Воздушная оболочка Земли состоит в осномном из азота и кислорода; на долю водяного пара, углекислого газа, водорода, гелия и других благородных газов (аргона, ксенона и т.д.) приходится лишь небольшая часть общего состава атмосферы. Хотя атмосфера простирается до значительной высоты (порядка двух тысяч километров над поверхностью Земли), основная масса воздуха сконцентрирована в низших слоях - тропосфере и частично стратосфере. Объясняется это тем, что собственный вес воздуха сдавливает под влиянием земного притяжения нижнии слои. Давление воздуха (а следовательно, и его плотность) быстро падает по мере подъема над поверхностью Земли. Если давление и плотность воздуха падают с высотой плавно, то температура изменяется по гораздо более сложному закону.
Зарево на Земле Земная атмосфера разделена на несколько слоев. В нижнем слое - тропосфере - температура падает в среднем на 0,65^о каждые 100 м. В более высоком слое, стратосфере, сохраняется температура равная 60-80^o ниже нуля. На высотах от 30 до 50 км располагается озоносфера, где молекулы озона О₃ интенсивно поглощают ультрафиолетовое излучение Солнца, что приводит к некоторому разогреванию. На высотах около 100 км расположена ионосфера, где наряду с ионами содержатся свободные электроны. Здесь температура возрастает с увеличением высоты. Еще выше расположена так называемая экзосфера (высота свыше 350 км), где газ еще более разрежен и скорости хаотических движений атомов соответствуют температурам от 800 до 1700^o.
Земля Верхние слои земной атмосферы особенно подвержены космическим влияниям - Солнца и космических лучей - потоков, состоящих, как известно из элементарных частиц, протонов и ядер легких химических элементов, "разогнанных" магнитными полями Вселенной (и частично Солнца) до скоростей, близких к скорости света.

Магнитное поле Земли

Всем хорошо известно, что намагниченная стрелка компаса устанавливается так, что один ее конец направлен на север, а другой - на юг, вдоль направления магнитного меридиана, который, как правило, не совпадает с географическим. В первом приближении можно принять, что магнитные свойства Земли, совпадают со свойтсвами диполя наклоненного к оси вращения Земли на 11^o,5 и не проходящего точно через центр Земли, но близкого к нему. Те места, в которых магнитная ось пересекает поверхность Земли, называются магнитными полюсами. Конечно, такое представление описывает свойства земного магнитного поля очень приближенно, так как существуют большие отклонения, так называемые магнитные аномалии. Кроме того, магнитное поле подвержено как медленным "вековым", так и быстрым колебаниям. Последние известны под названием "магнитных бурь" и вызваны вторжениями в земную атмосферу солнечных корпускулярных потоков. Обычно магнитная буря сопровождается свечением околополярных областей земной атмосферы - полярными сияниями.
Магнитное поле Земли оказывает сильное влияние на движение заряженных частиц при их приближении к Земле из космоса. Это приводит к образованию так называемых радиационных поясов Земли. Вокруг Земли образуется "магнитная ловушка", опоясывающая Землю в виде "бублика". Нанизываясь на магнитные силовые линии, быстро движующаяся частица не может выйти из этой ловушки. В частности, в ней "запираются" некоторые виды вторичных космических лучей. Происходит это так. При некоторых ядерных преобразованиях, происходящих в верхних слоях нашей атмосферы, под влиянием первичных космических лучей "рождаются" нейтроны, на которые магнитное поле не действует. Такой нейтрон может уходить от Земли в пространство. Но нейтрон быстро распадается на протон и электрон, а они из магнитной ловушки уже уйти не могут.

Вращение

Вращение Земли вокруг своей оси происходит неравномерно. Вследствие тормозящего влияния солнечных и лунных приливов оно постепенно замедляется, что увеличивает продолжительность суток в среднем на 0,0023 секунды за столетие. Определены также сезонные неравномерности вращения. Например, в июле сутки короче апрельских или ноябрьских примерно на 0,001 секунды, что вызвано перераспределением масс, изменением снежного покрова и другими причинами. Кроме этого, астрономами отмечены необъяснимые пока скачкообразные изменения скорости вращения Земли.

Полный оборот вокруг своей звезды Земля совершает за один год. Поскольку ось вращения Земли имеет постоянный наклон к плоскости орбиты, на Земле происходит смена времен года: Солнце попеременно греет больше то северное, то южное полушарие. Орбита Земли представляет собой эллипс, очень мало отличающийся от окружности. Солнце находится в одном из фокусов этого эллипса, поэтому Земля то приближается к своей звезде (зимой для северного полушария), то удаляется от нее (летом). При этом вблизи Солнца Земля несколько ускоряет свой бег, а вдали - замедляет. Расположение плоскости орбиты Земли в пространстве тоже постоянно меняется благодаря возмущающему влиянию других планет Солнечной системы.
Ученым впервые удалось доказать наличие связи между сменой климата и изменениями формы Земли, вызванными притяжением других планет Солнечной системы, особенно Юпитера и Сатурна. Гравитационное воздействие наших соседей по Солнечной системе изменяет форму Земли, что сказывается на ее прецессии - медленном повороте земной оси и на изменении игла между ней и плоскостью земной орбиты. Этот процесс, конечно, влияет на климат, так как меняет угол падения солнечных лучей на поверхность планеты. На величину прецессии также заметно влияет перераспределение массы в теле Земли, вызванное конвекцией в ее недрах и периодическими оледенениями ее поверхности. Самое же любопытное состоит в том, что влияние планет попадает в резонанс с внутренними процессами Земли и поэтому заметно усиливается.

Направление оси вращения нашей планеты тоже не остается постоянным. Так как Земля сплюснута с полюсов, то Луна своим притяжением стремится развернуть Землю "экватором к себе". На этот эффект накладывается действующие аналогичным образом притяжение Солнца, в результате чего ось вращения Земли медленно описывает конус, вершина которого находитсяв центре планеты, а ось перпендикулярна плоскости орбиты - эклиптике (при этом угол наклона земной оси к эклиптике остается постоянным и равным 66^о 34'). Такое движение называется прецессией. Помимо прецессии ось вращения Земли испытывает мелкие колебания (порядка нескольких угловых секунд) около своего среднего положения, называемые нутацией. Они вызываются тем, что прецессионные силы все время меняются как по величине, так и по направлению. Они уменьшаются до нуля, когда Луна и Солнце находятся в плоскости земного экватора, и принимают максимальные значения, когда склонения этих небесных тел имеют наибольшую величину. Вместе прецессия и нутация приводят к тому, что полюсы мира среди звезд описывают за 26000 лет слегка волнистую круговую линию радиусом 23^о 26' с центром в полюсе эклиптики.

Точные многолетние измерения географических координат нескольких пунктов Земли показали, что их широты то увеличиваются, то уменьшаются на доли угловой секунды относительно некоего среднего значения. Это происходит вследствие того, что тело Земли смещается относительно оси вращения. Поэтому в разные моменты времени с полюсами совпадают разные точки поверхности. То есть, полюса Земли как бы "блуждают" по ее поверхности, не покидая при этом квадрата со сторонами около 30 м. Движение полюсов Земли носит периодический характер, в котором выделяются 12-месячный и 14-месячный периоды.

Мы упомянули о том, что Земля движется вокруг Солнца по эллипсу. Однако, на самом деле по этому эллипсу движется цент масс системы Земля-Луна, который находится на расстоянии 4672 км от центра Земли по направлению к Луне, то есть примерно на 1700 км под земной поверхностью. Вокруг него происходит обращение не только Луны, но и Земли с периодом 27,32 суток. Поэтому Земля как бы переваливается с боку на бок относительно своей эллиптической орбиты.