Література

1. Бакулин П.И. и др. Курс общей астрономии. — М.: 1977, гл. IX, X, XII, XIV.

2. Бронштэн В.А. Планеты Солнечной системы. — М.: Наука,1986

3. Зигель Ф.Ю. Путешествие по недрам планет. — М.:Недра,1988

4. Новиков И.Д. Эволюция Вселенной. — М.: Наука, 1990.

5. Тейлер Р. Дж. Галактики. Строение и эволюция, пер. с англ., М., 1981.

6. Чеботарев Г.А. Иоганн Кеплер и небесная механика. М., 1971

http://www.astronet.ru/db/msg/1235911

Лекція 3. Планета земля

1. Розміри Землі, склад і внутрішня будова.

2. Осьове обертання Землі та його наслідки.

3. Гравітаційне поле Землі.

4. Доба і час.

1. Розміри Землі, склад і внутрішня будова

Ньютон довів, що Земля не куля, а сфероїд обертання (двовісний еліпсоїд). Причина відхилення від кулястої форми – дія відцентрової сили яка виникає під час обертання Землі навколо своєї осі. З наближенням до екватора вона проявляється дужче. У зв'язку з неоднорідністю речовинного складу і розподілу маси Землі її фігура сплющена і на екваторі (трьовісний еліпсоїд), що на кілька десятків метрів відрізняється від фігури еліпсоїда обертання. Справжня геометрична фігура Землі відрізняється і від сфероїда і від трьовісного еліпсоїда і названагеоїдом. Поверхня геоїда скрізь перпендикулярна до напряму сили тяжіння. Тобто це поверхня рівноваги, що співпадає у відкритому океані з поверхнею спокійної вільної води. Ця поверхня мало відрізняється від поверхні земного еліпсоїда і, як правило, підіймається над нею на материках максимально на 120 м та опускається в Світовому океані максимально на 160 м. Вчені вважають, що геоїд відображає мабуть розташування мас на дуже великих глибинах.

Доказами кулястості Землі є: кругла тінь від Землі на Місяці під час місячних затемнень (доказ Арістотеля), поступове "занурення" корабля за обрій у відкритому морі, збільшення далечі видимого горизонту під час підняття вгору, сучасні космічні дослідження та ін.

Міжнародний астрономічний союз у 1976 році прийняв такі значення елементів земного еліпсоїда:

радіус екваторіальний (R_e) 6378,140 км

радіус полярний (R_n) 6356,755 км

середній радіус (Rc) 6371,004 км

полярне сплющення Re-Rn/Rn=21,3 км або 1:298,3

довжина дуги меридіана 40008,6 км

довжина дуги екватора 40075,7 км

площа поверхні Землі 510,1007 млн. км²

Середня щільність (густина) Землі 5,52 г/см³.

Внутрішня будова Землі (рис. 7): 1) внутрішнє ядро, 2) зовнішнє ядро, 3) нижня мантія, 4) верхня мантія, 5) літосфера. Внутрішнє ядро мабуть тверде, а зовнішнє – рідке. Щільність мантії зростає з глибиною. Земля – єдина планета Сонячної системи, що має гідросферу. Гідросфера пом'якшує клімат Землі, віддає певну кількість води в атмосферу,, створює парниковий ефект. Гідросфера запасає велику кількість тепла влітку і віддає його взимку, пом'якшуючи сезонні коливання температур на континентах. Вона переносить тепло з екваторіальних широт у полярні. Наявність гідросфери відіграла вирішальну роль у виникненні життя на Землі.

2. Осьове обертання Землі та його наслідки

Земля обертається навколо своєї осі за період 23 год. 56 хв. 4,09 с. Обертання Землі навколо осі проявляється в багатьох явищах на її поверхні: зміні дня і ночі, добовій ритміці в географічній оболонці, припливах та відпливах та ін.

Наочним посібником осьового обертання Землі є маятник Фуко. За одну зоряну добу маятник здійснить повний оберт відносно поверхні Землі з кутовою швидкістю = 15⁰ за зоряну годину. На південному полюсі маятник зробить за 24 зоряні години теж один повний оберт, але проти годинникової стрілки. Лише на екваторі маятник Фуко неефективний. В будь-якому іншому місці з більшою від 0 широтою кут видимого повороту площини коливань маятника відносно повер­хні Землі пропорційний географічній широті=15⁰sin. Не менш наочним є відхилення падаючих тіл на схід. У теоретичній механіці для розрахунків величини відхилення тіл на схід (x) є формула, де h – висота падіння тіла в м;– географічна широта. Добре спостерігається осьове обертання Землі із супутників.

Внаслідок того, що Земля не має точної симетричної форми і не є однорідною, то її період обертання не залишається незмінним. На екваторіальні виступи Землі діють сили притягання Місяця і Сонця. Через це вісь обертання Землі здійснює складні рухи в просторі. Насамперед вона повільно описує навколо осі екліптики конус, залишаючись весь час нахиленою до площини орбіти під кутом 66⁰33'. Цей рух земної осі називається прецесійним, період його біля 26000 років. Крім того, вісь обертання Землі здійснює різні дрібні коливання поблизу свого середнього положення, що називається нутацією земної осі. Нутаційні коливання виникають тому, що прецесійні сили Сонця і Місяця безперервно змінюють свою величину і напрями – вони = 0, коли Сонце і Місяць знаходяться в площині екватора Землі і досягають максимуму, коли вони найбільше віддалені від нього. Головне нутаційне коливання земної осі має період 18,6 років, що дорівнює періоду обертання місячних вузлів.

Відмічено, що широти пунктів на Землі не залишаються незмінни­ми, а періодично змінюються, відхиляючись від середнього значення на 0,3''. Якщо широта в одному місці збільшується то на протилеж­ному меридіані вона зменшується на таку ж приблизно величину. Ці коливання широт пояснюються тим, що Земля зміщується відносно осі обертання. Внаслідок цього полюси Землі, описуючи на поверхні складну криву, не виходять з квадрата зі сторонами в 30 метрів. При цьому рух відбувається проти годинникової стрілки.

Період обертання Землі навколо осі є проміжок часу, протягом якого Земля здійснює повний оберт відносно якогось незмінного напряму. Встановлено, що кутова швидкість Землі не постійна, тобто обертання Землі нерівномірне. Внаслідок цього середня доба виявляється величиною непостійною. Під впливом притягання Місяця і в меншій степені Сонця в твердому тілі Землі відбуваються земні припливи. Завдяки обертанню Землі припливні хвилі підіймаються і опускаються з амплітудою в декілька десятків сантиметрів (максимально до 43 см), рухаються по її поверхні. Як наслідок кожна точка поверхні двічі на добу підіймається і опускається. Деякі дослідники вважають у цьому можливу причину утворення загальної тріщинуватості порід.

Вісь обертання – це уявна пряма, навколо якої Земля обер­тається і яка проходить через цент маси Землі. Вона пере­тинає поверхню Землі в двох точках – північному географічному полюсі і південному. Велике коло на поверхні Землі, площина якого перпендикулярна до осі обертання, називається зем­ним екватором. Вона ділить поверхню Землі на дві півкулі. Малі ко­ла, площини яких паралельні до площини екватора називають гео­графічними паралелями. Паралель, що знаходиться на віддалі 23⁰27' на північ від екватора, називається північним тропіком, а па­ралель, що знаходиться на віддалі 23⁰27' на південь від екватора, називається південним тропіком, паралелі, що знаходяться на 66⁰33' пн.ш. та 66⁰33' пд.ш. – відповідно північним і південним по­лярним колом. Найкоротша пряма, що з'єднує обидва полюси, нази­вається географічним меридіаном. Нульовий меридіан – Грінвіцький.