Ruch obiegowy Ziemi i jego następstwa

Skopiowano ze stron roboczych projektu Wolne Podręczniki

Wszystkie planety Układu Słonecznego obiegają Słońce po orbitach w kształcie elips. Ruch ten odbywa się w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara. Czas pełnego obiegu zależy od odległości planety od Słońca. W przypadku Ziemi wynosi on 365 dni 5 godzin i 49 minut. Jest to jeden rok ziemski. W trakcie wykonywania ruchu po orbicie nasza planeta znajduje się średnio w odległości 150 mln km od Słońca. Wartość ta określana jest jako jednostka astronomiczna (1AU).

Ułożenie Ziemi w czasie obiegu wokół Słońca

W czasie ruchu obiegowego Ziemia nachylona jest w stosunku do płaszczyzny swojej orbity pod kątem 66°33’. Nachylenie to powoduje, że w tym samym miejscu na Ziemi - w zależności od jej położenia względem Słońca - zmienia się wysokość górowania Słońca nad horyzontem.
Istnieje szereg następstw wynikających z ruchu obiegowego.

NASTĘPSTWA RUCHU OBIEGOWEGO

Wysokość zenitalnego położenia Słońca nad horyzontem podczas jego pozornej wędrówki po sklepieniu niebieskim jest zmienna. Efektem tego jest nierównomierne oświetlenie Ziemi w ciągu roku. Dlatego też wydzielono strefy oświetlenia Ziemi.

Miejsce górowania Słońca w zenicie w ciągu roku

Najlepiej oświetlona jest strefa międzyzwrotnikowa. W ciągu całego roku Słońce znajduje się w niej wysoko nad linią horyzontu. Niekiedy w południe Słońce znajduje się w punkcie położonym dokładnie nad obserwatorem. Punkt taki nazywamy zenitem. Na zwrotnikach Słońce góruje w ten sposób jeden raz w roku (na zwrotniku Raka - 22 czerwca, na zwrotniku Koziorożca - 22 grudnia). W pozostałych miejscach strefy międzyzwrotnikowej - dwukrotnie. W dniu 21 marca i 23 września promienie słoneczne padają prostopadle na równik. Są to jedyne dni w roku, gdy kula ziemska jest jednolicie oświetlona.

Najmniej energii słonecznej w ciągu roku otrzymują obszary położone poza kołami podbiegunowymi (66°33’ N/S). Są to strefy okołobiegunowe, w obrębie których występują dnie i noce polarne. Dzień polarny trwa dłużej niż dobę. Jest to czas, w którym tarcza słoneczna nie chowa się pod linię widnokręgu. Jego długość wzrasta w miarę wzrostu szerokości geograficznej. Na biegunach trwa pół roku. Zjawisko dnia polarnego występuje przemiennie ze zjawiskiem nocy polarnej. Gdy na biegunie północnym trwa noc polarna, na biegunie południowym jest dzień polarny.

Warto wiedzieć!

Biała noc w Helsinkach (24 czerwca 2005r.)

W rejonie kół podbiegunowych na wiosnę oraz jesienią występują też białe noce. Zjawisko to polega na przechodzeniu zmierzchu w świt bez zapadania ciemności. Ich przyczyną jest bliskie położenie Słońca pod linią horyzontu w ciągu nocy (do 10°). Wówczas do powierzchni Ziemi dociera promieniowanie rozproszone - takie z którym mamy do czynienia też np. przy całkowicie zachmurzonym niebie. Nie pozwala ono na zapadnięcie nocnych ciemności.

Pomiędzy zwrotnikami a kołami podbiegunowymi, zarówno na półkuli północnej jak i południowej, rozciągają się strefy umiarkowanych szerokości geograficznych. Wraz ze wzrostem szerokości geograficznej w ich obrębie maleje maksymalna wysokość górowania Słońca (od 90° na zwrotnikach, do 23°27’ na kołach podbiegunowych) wzrasta natomiast różnica w długości trwania dnia i nocy. Strefę tę cechuje największe zróżnicowanie klimatyczne w ciągu roku.

W dniach równonocy i przesileń rozpoczynają się kalendarzowe pory roku. Wyznaczane są one przez dni górowania Słońca w zenicie nad zwrotnikami i nad równikiem. Z tego powodu określane są mianem astronomicznych pór roku. Dla półkuli północnej jest to:

• 21 III – dzień równonocy wiosennej (początek astronomicznej wiosny), promienie padają prostopadle na równik
  
• 22 VI – dzień przesilenia letniego (początek astronomicznego lata), promienie słoneczne padają prostopadle na zwrotnik Raka
  
• 23 IX – dzień równonocy jesiennej (początek astronomicznej jesieni), promienie padają prostopadle na równik
  
• 22 XII – dzień przesilenia zimowego (początek astronomicznej zimy), promienie padają prostopadle na zwrotnik Koziorożca
  

Schemat ruchu obiegowego Ziemi

Na półkuli południowej pory roku przesunięte są względem półkuli północnej o pół roku. Oznacza to, że w momencie, gdy na jednej z półkul rozpoczyna się kalendarzowa zima, na drugiej jest to pierwszy dzień lata.

OŚWIETLENIE ZIEMI W DNIACH RÓWNONOCY I PRZESILEŃ

Oświetlenie Ziemi w dniu przesilenia letniego

Przesilenie letnie ma miejsce 22 czerwca. Jest to dzień, w którym promienie słoneczne padają pod kątem prostym na zwrotnik Raka. Dlatego też półkula północna otrzymuje znacznie większą ilość energii słonecznej niż południowa, a Słońce wysoko góruje nad widnokręgiem. Rozpoczyna się tu astronomiczne lato, a dzień jest najdłuższy w ciągu roku. Na tereny położone poza kołem podbiegunowym północnym przez całą dobę docierają promienie słoneczne. Oznacza to, że w tej strefie mamy do czynienia ze zjawiskiem dnia polarnego. W tym samym czasie na półkuli południowej dzień jest najkrótszy, mamy początek kalendarzowej zimy, a poza kołem podbiegunowym panuje noc polarna.

Oświetlenie Ziemi w dniu równonocy

W czasie równonocy Słońce znajduje się w zenicie na równiku. Oznacza to, że cała planeta otrzymuje w tym dniu taką samą ilość energii słonecznej, a dzień i noc wszędzie trwają po 12 godzin. 21 marca na półkuli północnej jest pierwszym dniem kalendarzowej wiosny, na południowej - kalendarzowej jesieni. Pół roku później - 23 września - sytuacja jest odwrotna. Jesień zaczyna się na obszarach położonych na północ od równika, wiosna - na południe od niego. W dniu równonocy wschód i zachód Słońca pokrywa się dokładnie z geograficznymi kierunkami wschodu i zachodu.

Oświetlenie Ziemi w dniu przesilenia zimowego

Podczas przesilenia zimowego, 22 grudnia, Słońce znajduje się bezpośrednio nad obserwatorem na zwrotniku Koziorożca. Półkula północna jest tego dnia znacznie słabiej oświetlona niż południowa. Na obszarach położonych w jej obrębie rozpoczyna się astronomiczna zima. Dzień jest tu najkrótszy, zaś noc najdłuższa. Słońce w południe góruje na najniższej wysokości w ciągu roku, a poza kołem podbiegunowym północnym w ogóle nie wznosi się ponad linię horyzontu; panuje tam noc polarna. Punkty położone na południe od równika otrzymują znacznie więcej energii słonecznej. 22 grudnia rozpoczyna się tu kalendarzowe lato. Słońce tego dnia widoczne jest najdłużej nad widnokręgiem, a poza kołem podbiegunowym nie chowa się za horyzontem. Oznacza to, że w strefie tej panuje dzień polarny.

Ruch obiegowy Ziemi a pory roku - film

Opisane powyżej następstwa ruchu obiegowego Ziemi mają bardzo duży wpływ na zróżnicowanie środowiska przyrodniczego, a w konsekwencji także na gospodarkę człowieka. Strefowość oświetlenia Ziemi w znacznym stopniu decyduje o zróżnicowaniu klimatycznym naszego globu, a także różnorodności formacji roślinnych na świecie. Ponadto zwierzęta wykazują różnorodne przystosowania do panujących warunków świetlnych, termicznych czy wilgotnościowych. Warunki klimatyczno-roślinne wpływają na rodzaje gleb. Wymienione czynniki przyrodnicze kształtują z kolei warunki bytowe człowieka i przekładają się na rozmieszczenie ludności oraz na sposób prowadzenia np. gospodarki rolnej.

KALENDARZ

Jednostką czasu wyznaczaną przez ruch obiegowy Ziemi jest rok. Jest to okres jednego pełnego obiegu Ziemi wokół Słońca i stanowi podstawę tworzenia kalendarza. Pierwszym, stosunkowo dokładnym kalendarzem był obowiązujący na obszarze Cesarstwa Rzymskiego, stworzony w 46 r. p.n.e. na polecenie Juliusza Cezara kalendarz juliański. Dzięki przeprowadzonym obserwacjom astronomicznym zauważono, że po okresie 365 dni Ziemia nie znajduje się dokładnie w takiej samej pozycji astronomicznej i że położenie to uzyskuje dopiero po następnych 6 godzinach. Dlatego też wprowadzono co cztery lata rok przestępny, trwający 366 dni. Kalendarz juliański obowiązywał w Europie przez wiele stuleci – w większości państw (w tym w Polsce) do 1582.

Rok przestępny

Obliczenia dokonane w I w p.n.e. okazały się jednak nieprecyzyjne. Niedokładność wynosiła ponad 9 minut i po okresie 128 lat kalendarz juliański opóźniony był o 1 dobę. Wraz z upływem czasu różnica wzrastała. W związku z tym na zlecenie papieża Grzegorza XIII wprowadzono reformę kalendarza. Polegała ona na zniesieniu lat przestępnych w latach o numerach podzielnych przez 100, z wyjątkiem tych, które podzielne są przez 400. Tak więc lata 1700, 1800, 1900 stały się latami zwyczajnymi, trwającymi 365 dni, zaś lata 1600 i 2000 pozostały latami przestępnymi. Ponadto, w celu skorygowania różnicy powstałej przez okres szesnastu wieków, w 1582 roku ominięto 10 dni (po 5 października nastąpił dzień 14 października). Nowy kalendarz na cześć zleceniodawcy nazwano gregoriańskim. Współcześnie różnicę w wyliczeniach pomiędzy obydwoma kalendarzami zaobserwować można na podstawie czasu obchodzenia świąt przez różne odłamy chrześcijaństwa. Katolickie i protestanckie święta religijne, jak na przykład Boże Narodzenie, ułożone są według kalendarza gregoriańskiego. Prawosławne są wyznaczane według kalendarza juliańskiego i obecnie rozpoczynają się później o 13 dni.

OBLICZANIE WYSOKOŚCI GÓROWANIA SŁOŃCA NAD HORYZONTEM

Metoda rozwiązania zadania:

1. Określ szerokość geograficzną, na której Słońce jest w zenicie. W przypadku równonocy jest to równik.
   
2. Oblicz różnicę pomiędzy wartością 90° (wysokość górowania Słońca nad równikiem) a szerokością geograficzną Brukseli. Otrzymany wynik określa wysokość położenia Słońca nad horyzontem w stolicy Belgii.
   

• 90° - 51° = 39°
  

Odpowiedź: W dniu równonocy Słońce góruje w Brukseli na wysokości 39°.

Metoda rozwiązania zadania:

• Przesilenie letnie
  

1. Określ szerokość geograficzną, na której Słońce jest w zenicie. W przypadku przesilenia letniego jest to zwrotnik Raka. (23°27'N). Zauważ, że o tę wartość szerokości geograficznej zwrotnika górowanie Słońca w zenicie jest ,,bliżej" Seulu.
   
2. Oblicz różnicę pomiędzy wartością 90° a szerokością geograficzną stolicy Korei Południowej (37°30'N).
   
3. Do otrzymanego wyniku dodaj wartość szerokości geograficznej zwrotnika Raka (23°27'N).
   

• 90° - 37°30' = 62°30'
  
• 62°30' + 23°27' = 85°57'
  

• Przesilenie zimowe
  

1. Określ szerokość geograficzną, na której Słońce jest w zenicie. W przypadku przesilenia zimowego jest to zwrotnik Koziorożca (23°27'S). Zauważ, że o tę wartość szerokości geograficznej zwrotnika górowanie Słońca w zenicie jest ,,dalej" Seulu.
   
2. Oblicz różnicę pomiędzy wartością 90° a szerokością geograficzną stolicy Korei Południowej (37°30'S).
   
3. Od otrzymanego wyniku odejmij wartość szerokości geograficznej zwrotnika Koziorożca (23°27'S).
   

• 90° - 37°30' = 62°30'
  
• 62°30' - 23°27' = 39°03'
  

Odpowiedź: W Seulu w dniu przesilenia letniego Słońce góruje na wysokości 85°57', a w dniu przesilenia zimowego na wysokości 39°03'.

SPRAWDŹ SIĘ

Uzupełnij tabele, tak aby charakteryzowały oświetlenie Ziemi w dniach przesileń i równonocy: