Ruch Ziemi wokół Słońca nazywamy ruchem obiegowym albo – z języka angielskiego – orbitowaniem. Ziemia krąży wokół Słońca w czasie niespełna 365 dni i 6 godzin, w istotny sposób zmieniając w tych okresie swoje położenie względem Słońca, co powoduje poważne konsekwencje dla życia na Ziemi.
Spis tematów (kliknij, aby przejść do wyboru tematów)
Ruchy Ziemi
III Obieg Ziemi wokół Słońca
1. Cechy ruchu obiegowego Ziemi
Ruch obiegowy Ziemi to orbitowanie naszej planety wokół Słońca – centrum Układu Słonecznego. Odbywa się on po orbicie w kształcie elipsy, której jednym z ognisk jest Słońce. Powoduje to, że w ciągu roku odległość Ziemi od Słońca zmienia się. Gdy Ziemia znajduje się najbliżej naszej gwiazdy – około 147 milionów kilometrów od niej mówimy o peryhelium. Zdarza się to w styczniu każdego roku (między 2 i 5 dniem tego miesiąca). Z kolei gdy odległość od Słońca jest największa i osiąga 152 mln kilometrów mówimy, że Ziemia jest w aphelium. Ma to miejsce w lipcu każdego roku (między 3 i 7 dniem tego miesiąca).
Położenie Ziemi w aphelium i peryhelium
Źródło: https://ocs-pl.oktawave.com/v1/AUTH_2887234e-384a-4873-8bc5-405211db13a2/spidersweb/2017/07/punk-odsloneczny.jpg
By obiec Słońce Ziemia potrzebuje dokładnie 365 dni, 5 godzin, 48 minut i 46 sekund – jeden rok (zwrotnikowy zwany też słonecznym). Aby ułatwić organizację życia, przyjęto, że jeden rok będzie trwał dokładnie 365 dni, natomiast nadwyżkę co 4 lata dodaje się w postaci 1 dnia w postaci tak zwanego roku przestępnego – który trwa 366 dni.
Co istotne – Ziemia obiega Słońce będąc nachyloną osią swojego bortu do płaszczyzny orbity pod kątem 66°34′ lub 23°26′ względem płaszczyzny równika. Czasami używa się tutaj także pojęcia ekliptyki, czyli toru pozornego ruchu Słońca wokół Ziemi obserwowanego z powierzchni planety. W praktyce jest to równoznaczne z powierzchnią orbity.
Nachylenie osi obrotu Ziemi względem płaszczyzny ekliptyki
Źródło: Własna edycja na podstawie: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/4b/Nachylenie_osi_obrotu.png
To pochylenie Ziemi, które można zaobserwować np. na modelach globusa, powoduje że oświetlenie planety nie jest jednakowe przez cały okres obiegu wokół Słońca. Ziemia – w różnych częściach roku ustawia się do Słońca inaczej, powodując zmiany w oświetlaniu planety – a tym samym – w ilości docierającej do różnych części Ziemi energii.
2. Wybrane skutki ruchu obiegowego
Zmiana położenia Ziemi względem Słońca w ciągu roku powoduje zarówno bardzo poważne jak i mające charakter wyłącznie obserwacyjny skutki. Obejmują one liczne aspekty życia. Do głównych następstw ruchu obiegowego należą:
- Nierównomierne oświetlenie Ziemi w ciągu roku (zmiana wysokości Słońca nad horyzontem), a tym samym – zróżnicowana dostawa energii słonecznej, co z kolei powoduje istnienie stref klimatycznych
Oświetlenie Ziemi przez Słońce zmienia się każdego dnia. W toku obiegu Ziemi wokół Słońca, wyróżnia się kilka momentów określanych „przesileniami”.
Oświetlenie Ziemi w trakcie ruchu obiegowego (kliknij aby powiększyć obraz)
Źródło: Własna modyfikacja na podstawie: https://static.epodreczniki.pl/portal/f/res-minimized/R1KJhVUmSWYmR/7/960/g8zv64bFa10Fs39lr0E06I95GlYHgeyx.png
Istotą zmiany w oświetleniu jest występowanie trzech okresów, uznawanych ponadto za początek tzw. kalendarzowych pór roku:
- Przesilenie 22 czerwca (letniego dla półkuli północnej i zimowego dla półkuli południowej). Słońce góruje tego dnia pionowo nad Zwrotnikiem Raka – większe oświetlenie półkuli północnej, trwa dzień polarny na kole podbiegunowym północnym i noc polarna na kole podbiegunowym południowym.
- Przesilenie 22 grudnia (zimowe dla półkuli północnej i letnie dla półkuli południowej). Słońce góruje tego dnia pionowo nad Zwrotnikiem koziorożca – większe oświetlenie półkuli południowej, trwa dzień polarny na kole podbiegunowym południowym i noc polarna na kole podbiegunowym północnym.
- Przesilenie 21 marca i 23 września (równonoc wiosenna i jesienna). Słońce góruje w tych dniach pionowo nad równikiem. Dzień na całej Ziemi trwa dokładnie 12 godzin. W tych dniach rozpoczynają się i kończą dni i noce polarne na biegunach.
Ustawienie Ziemi względem Słońca oraz długość trwania dnia w czasie przesileń (z punktu widzenia półkuli północnej – np. w Polsce)
Źródło: Własna modyfikacja na podstawie: https://static.epodreczniki.pl/portal/f/res-minimized/Rrrns1daq30wM/3/960/EInGPemPBPCciaVPRsR0lmHCOAP6CK6c.png
Obszary położone w strefie międzyzwrotnikowej mają stale dużą dostawę energii (zawsze wysoki kąt padania promieni słonecznych – Słońce zawsze wysoko nad horyzontem), z kolei obszary umiarkowane i okołobiegunowe – znacznie niższą (Słońce raz wyżej, raz niżej nad horyzontem).
- Występowanie pór roku związane ze zmianą ustawienia Ziemi względem Słońca
W geografii przyjmuje się za początki kolejnych pór roku: 21 marca (wiosny), 22 czerwca (lata), 23 września (jesieni) oraz 22 grudnia (zimy), choć w rzeczywistości powinno to być o 1 dzień wcześniej. Faktycznie „klimatyczne pory roku” nie są obserwowane we wszystkich strefach klimatycznych – zjawisko to jest typowe dla obszaru Polski i krajów o podobnych szerokościach geograficznych.
- Zmiana miejsc wschodu i zachodu Słońca na widnokręgu
W dniu równonocy wiosennej (21 marca) i jesiennej (23 września) Słońce na całej Ziemi wschodzi idealnie na wschodzie, a zachodzi idealnie na zachodzie. Latem (poza strefą Międzyzwrotnikową np. w Polsce) na półkuli północnej Słońca wschodzi bliżej północnego-wschodu, a zachodzi bliżej północnego-zachodu z kolei zimą wschodzi bliżej połduniowego-wschodu, a zachodzi bliżej południowego-zachodu. Na półkuli południowej odwrotnie.
- Zmiana długości dnia i nocy (dłuższa lub krótsza pozorna wędrówka Słońca nad horyzontem) oraz zjawisko dnia i nocy polarnej
Idealnie 12-godzinny dzień występuje przez cały rok na równiku. Oddalanie się na północ i południe powoduje zmianę długości dnia i nocy. Dzień jest dłuższy latem, krótszy zimą. Poza kołem podbiegunowym północnym i południowym, występuje przez pewien czas (im bliżej bieguna tym dłuższy) zjawisko dnia i nocy polarnej czyli dnia o długości 24 godzin i nocy o długości 0 godzin.
Obserwacja zjawiska dnia polarnego w rosyjskiej Jakucji (kompozycja ujęć Słońca co kilka godzin)
Źródło: Zdjęcie: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/1/14/%D0%9F%D0%BE%D0%BB%D1%8F%D1%80%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D0%B4%D0%B5%D0%BD%D1%8C_%D0%BD%D0%B0%D0%B4_%D0%BE%D0%B7._%D0%9E%D0%B6%D0%BE%D0%B3%D0%B8%D0%BD%D0%BE.jpg/1280px-%D0%9F%D0%BE%D0%BB%D1%8F%D1%80%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D0%B4%D0%B5%D0%BD%D1%8C_%D0%BD%D0%B0%D0%B4_%D0%BE%D0%B7._%D0%9E%D0%B6%D0%BE%D0%B3%D0%B8%D0%BD%D0%BE.jpg
- Pozorna zmiana położenia gwiazd na niebie
Zmiana pozycji Ziemi względem Słońca powoduje zmianę położenia obserwowanych z Ziemi gwiazdozbiorów w ciągu roku. Te same układy gwiazd zmieniają swoje położenie na nocnym niebie lub nawet całkowicie znikają za linią horyzontu w ciągu roku.
Sierpień 2019 – fragment nieba widziany w kierunku północnym
Źródło: http://www.polskiastrobloger.pl/2019/07/niebo-nad-polska-w-sierpniu-2019-trudne-perseidy-letnia-droga-mleczna-nowy-sezon-nocy-astronomicznych.html
3. Obserwacja Słońca na niebie
Znając prawidłowości dotyczące oświetlenia Ziemi wyznaczono na naszej planecie 3 linie, które odpowiadają miejscom granicznym, w których Słońce „góruje” nad horyzontem, a więc znajduje się pod kątem 90° względem oświetlanej powierzchni. Moment pionowego oświetlenia danego miejsca nazywamy górowaniem w zenicie, a wydarzenie to ma miejsce zawsze w południe (12:00). Na całej Ziemi Słońce góruje właśnie w tzw. południe słoneczne, ale tylko w strefie międzyzwrotnikowej możliwe jest osiągnięcie pionowego kąta świecenia. Wynika to właśnie z nachylenia ziemskiej osi względem orbity. Z tego powodu Słońce może górować w pionie jedynie:
- Na Zwrotniku Raka – 22 czerwca
- Na Zwrotniku Koziorożca – 22 grudnia
- Dwukrotnie nad każdym punktem położonym między oboma zwrotnikami, w tym nad równikiem w dniach 21 marca i 23 września.
To właśnie z tego powodu, że Słońce świeci akurat nad tymi punktami w tych konkretnych dniach, ustalono te daty jako graniczne dla okresu trwania pór roku. Jest to też powód, dla którego ustalono położenie na Ziemi zwrotników – granicznych miejsc, gdzie Słońce może świecić pod kątem prostym.
Zachęcamy do obejrzenia krótkiego filmu pokazującego różnice w obserwacji pozornej wędrówki Słońca nad horyzontem na obszarach o szerokościach geograficznych takich jak Polska:
Źródło: Doświadczenia oficjalna strona: https://www.youtube.com/watch?v=aEdwi7jDq0Y
Tak jak wskazano na filmie – oświetlenie różnych miejsc, także Polski – w ciągu roku ulega zmianie. Zmieniają się miejsca wschodu i zachodu Słońca, wysokość jego świecenia oraz długość dnia. W geografii odkryto ponadto sposób obliczania matematycznego kąta pod którym Słońce będzie górować w wybranych dniach na różnych obszarach planety. Więcej na ten temat przeczytasz w tym temacie (kliknij aby przejść).
Pozorny ruch Słońca z punktu widzenia obserwatora na półkuli północnej
Źródło: https://www.pbslearningmedia.org/resource/buac18-k2-sci-ess-sunposition/changing-position-of-the-sun-in-the-sky/
Choć sam pozorny ruch Słońca nad horyzontem to skutek ruchu obrotowego Ziemi, to jednak zmiana przebiegu tej wędrówki nad danym punktem w ciągu roku, jest już skutkiem ruchu obiegowego. Na poniższych grafikach przedstawiono sposób świecenia Słońca i kąt pod którym to Słońce świeci w różnych miejscach na Ziemi.
Wędrówki Słońca nad obszarami o różnych szerokościach geograficznych (kliknij aby powiększyć obraz)
Źródło: Modyfikacja własna na podstawie: https://static.epodreczniki.pl/portal/f/res-minimized/R1cI20OJsIrqf/4/960/1kKyLmF54W77LQEK6gURMIzEJeVZwh20.png
Brak komentarzy