Портал любителей астрономии > солнечная система > земля > Планета Земля - основные цифры

Планета Земля - основные цифры

Находясь внутри дома, трудно оценить размеры и его размеры и форму. Необходимо выйти на улицу и посмотреть со стороны. Но, как известно, впервые человек посмотрел на Землю из космоса только 12 апреля 1961 года. Откуда же астрономы древности узнали о том, что Земля - шар? Предположение о том, что Земля шарообразна было высказано еще Пифагором в VI в. до н.э. по наблюдениям лунных затмений. А раз Земля шарообразна, а не стоит на китах и черепахе, то можно определить ее размеры. Это было впервые сделано Эратосфеном в Александрии приблизительно в 240 г до н.э. Благоволило Эратосфену и то, что на одном меридиане с Александрией находился город Сиена (Асуан). Но, что самое замечательное, в Сиене Солнце в полдень в определенные дни проходит через зенит. Следуя простой логике, можно измерить высоту Солнца в Александрии, которая находиться в 5000 стадиях (1 стадия=175м) от Сиены. Разница в высоте Солнца в полдень в этих пунктах составила 7,2 градуса. Откуда находим длину окружности земного шара: 360/7,2•5000=250000 стадий, а радиус земного шара R=L/2Pi =39808 стадий или примерно 40000 стадий. В метрах получим 40000•175 = 7000000 м или 7000 км, что вполне согласуется с современными данными (6378 км).

Итак, Земля шар и по смене дня и ночи можно прийти к выводу, что она вращается вокруг своей оси, о чем свидетельствует, например, размыв правых берегов рек, текущих в северном полушарии Земли, и левых - в южном полушарии. Астрономическими наблюдениями обнаружены такие связанные с вращением Земли явления, как суточная аберрация звезд, суточный параллакс. Высказывались предположения, что Земля обращается вокруг Солнца, но эта идея не получила поддержки в умах древних ученых. Когда было получено доказательство обращения Земли вокруг Солнца, ученые пришли к выводу, что вокруг Солнца движется центр масс системы Земля-Луна, так называемый барицентр. Среднее расстояние Земли от Солнца равно 149600000 км. Это расстояние называется в астрономии 1 астрономическая единица и используется в качестве основной единицы определения расстояний между небесными телами Солнечной системы. Эта величина выводилась раньше из определений солнечного параллакса. Горизонтальным параллаксом Солнца называется угол, под которым на расстоянии Земли от центра Солнца был бы виден экваториальный радиус Земли. Раньше солнечный параллакс определялся наблюдениями из разных пунктов Земли явления прохождения Венеры или Меркурия по диску Солнца. По современным радиолокационным данным параллакс Солнца равен 8,794". Горизонтальный параллакс для Луны составляет в среднем 57'.

Полный оборот вокруг Солнца Земля совершает в течение 365,25636 суток. Это сидерический год. Существует, так же, тропический год. Это средний промежуток времени от одного весеннего равноденствия до следующего. Он равен 365,2422 средних суток.

Ближайшая к Солнцу точка орбиты Земли называется перигелием и составляет 147117000 км, самая далекая - афелием - 152083000 км. Их соединяет линия апсид, совпадающая с большой осью эллипса планетной орбиты. Положение линии апсид определяется гелиоцентрической долготой перигелия. В 2001 г. долгота перигелия земной орбиты была близка к 103°. Вследствие медленного вращения линии апсид в ту же сторону, куда движется сама Земля, долгота перигелия возрастает на 61,9" в год. Полный тропический оборот линия апсид делает в 20934 года. В настоящую эпоху Земля проходит через перигелий в начале, а через афелий в начале июля. Точная дата (ее можно узнать из Астрономического календаря) меняется из года в год, в следствие того, что барицентр движется вокруг Солнца не по эллипсу вследствие притяжения планетами Земли. Средняя скорость движения Земли по ее орбите около 30 км/с.

Поверхность Земли для определения местоположения условно разделена сеткой линий: параллелями и меридианами. Параллели располагаются параллельно экватору, а меридианы опоясывают Землю от полюса до полюса. Координаты места определяются географической широтой - расстоянием от земного экватора и географической долготой - углом между плоскостью начального (гринвичского) меридиана и меридиана данного места. Плоскость земного экватора наклонена на 23° 27' к плоскости земной орбиты, а ось вращения в настоящее время направлена на Полярную звезду. Наклон оси вращения Земли является причиной смены времен года на Земле.

Параллели и меридианы Земли

Весна и лето в северном полушарии продолжаются около 186 суток, а осень и зима - около 179 суток. Разница в продолжительности времен года связана с вытянутостью земной орбиты и прохождением перигелия и афелия. В перигелии Земля движется быстрее, а в афелии медленнее, согласно законам Кеплера. За начало астрономических времен года принимают моменты прохождения центра Солнца через соответственные точки равноденствий и солнцестояний.

Измерения величины 1 градуса по долготе и широте показали, что длина одного градуса широты у экватора раина 110,6 км, а у полюсов - 111,7 км. Это говорит о том, что форма Земли является сфероидом, но правильнее форму Земли называют геоидом (по-гречески земноподобный), т.к. сплюснутость Земли в результате вращения вокруг оси не является единственным фактором, обуславливающим форму нашей планеты. Экваториальный радиус сфероида равен 6378 км, а полярный - 6356 км. Сплюснутость Земли около 0,3%, что создает некоторое осложнение при определении широт на ее поверхности.
Внутреннее строение Земли предполагает наличие неоднородностей и при вращении планеты происходят колебания оси вращения, в результате чего полюсы Земли описывают на ее поверхности кривые с радиусом от центра колебаний 0,4" (около 25 м на поверхности). Земная ось подвержена так же прецессии и нутации. В результате прецессии земная ось описывает в пространстве конус за 26000 лет с углом относительно оси прецессии в 23° 27', т.е. с углом наклона плоскости земного экватора к плоскости земной орбиты. Нутация - относительно короткопериодические колебания, накладывающиеся на прецессию оси вращения Земли под действием вращательного момента из-за внешних гравитационных влияний. Нутация оси Земли (достигающая 15 дуговых секунд с периодом около 18,6 лет) вызвана изменениями орбиты Луны.

Земной шар имеет раскаленное ядро с температурой порядка 5000 С. При такой температуре и давлении вышележащих слоев до 4 млн атмосфер в центре упругость внутренних частей ядра в 2,5 раза больше упругости стали. При этих условиях вещество в ядре Земли находится в особом "металлическом" состоянии. Плотность в центре Земли около 13 г/см3. Земной шар покрыт корой, под которой до ядра распространятся мантия. При углублении на каждые 33 м внутрь земной коры температура повышается в среднем на один градус Эта величина называется геотермическим градиентом.

Внутреннее строение Земли

Геосфера Глубина (в км) Название слоя
Кора от 0 до 10-70 Кора
до 410 верхняя мантия
Мантия 410-1000 1000-2700 переходный слой, нижняя мантия
2700-2900 переходный слой, жидкий
Ядро 2900-5060 5060-5270 верхний слой ядра
5270-6370 внутренняя часть твердого ядра


Внутреннее строение Земли
Внутреннее строение Земли
1 - литосфера; мантия: 2 - верхняя; 3 - средняя; 4 - нижняя; 5 - астеносфера; 6 - ядро.

Средняя плотность Земли (5,517 г/см3) приблизительно вдвое больше плотности поверхностных ее слоев (2,6-3 г/см3). Возраст Земли, согласно последних данных, не менее 4,5 млрд. лет. Ураново-свинцовый метод дает оценку возраста Земли как планеты (4,56 ± 0,03) - 109 лет. Около 71 % поверхности Земли покрыто водой. Средняя ее толщина примерно 4 км. Около 11% суши составляют ледники, около 3% - зона вечной мерзлоты. В Мировом океане находятся 97% водных ресурсов Земли.

Магнитное поле Земли в первом приближении представляется диполем, ось которого наклонена на угол 11,5° к оси вращения Земли. Напряженность магнитного поля при отсутствии возмущений (от Солнца) на северном магнитном полюсе составляет 0,6 эрстеда, на южном 0,7, а на магнитном экваторе 0,4 эрстеда. Магнитные полюса непрерывно движутся по земной поверхности. Причиной их перемещения являются глубинные процессы в ядре Земли.

Атмосфера Земли

Атмосфера Земли является жизненно необходимой деталью строения Земли. Благодаря азотно-кислородной атмосфере на Земле возникла жизнь. Воздух атмосферы рассеивает солнечные лучи. Для видимого спектра большее рассеяние сине-голубых лучей обусловливает голубой цвет неба, что не дает возможности наблюдать звезды днем. В силу этого же Солнце и Луна близ горизонта (перед закатом и после восхода) бывают красного или оранжевого цвета. В атмосфере имеются два слоя, состоящих из метеорных пылинок и пылинок вулканического происхождения, которые служат центрами конденсации водяного пара. Один из них находится на высоте около 80 км, где отмечен минимум температуры (около -140°С) и где образуются серебристые облака. Другой - выше 115 км, в области, где начинают светиться метеорные тела, влетающие в атмосферу Земли. Атмосфера не только рассеивает и поглощает инфракрасное и коротковолновое излучение небесных светил, но и не пропускает к нам значительную часть космического радиоизлучения. Радиоволны длиной волны больше 20 м отражаются ионосферой. Волны короче 3 см - поглощаются водяным паром. Атмосфера Земли защищает нас от вредоносного воздействия космических лучей. Атмосфера вызывает рефракцию или преломление лучей в атмосфере, которая влияет на положение светила на небе и заметным образом искажает форму Солнца и Лупы у горизонта. Земная атмосфера состоит в основном из азота и кислорода, при чем ее состав почти не меняется до высоты 100-150 км. Выше обнаруживается изменение состава атмосферы: количество тяжелых инертных газов резко падает, а молекулярные азот и кислород заменяются атомарными. От высоты 280 км и выше преобладает атомарный кислород, с 800 км преобладает гелий, а с 1600 км - водород. Содержание водяных паров в воздухе составляет около 0,3 %. Атмосферу Земли по температурным и физическим условиям делят на пять слоев; тропосферу, стратосферу, мезосферу, ионосферу и экзосферу.

Земля, вид из космоса

Некоторые из этих слоев частично перекрываются. Тропосфера начинается от поверхности Земли или моря: верхняя ее граница в средних широтах находится на высоте 9-10 км зимой и 10-12 км летом, а в экваториальной зоне поднимается до 15-17 км. Состояние тропосферы определяет погоду на поверхности Земли. В тропосфере содержится около 80% массы всей атмосферы. Тонкий слой на границе между тропосферой и стратосферой называется тропопаузой. Стратосфера распространяется от 12 км до 50 км, где находится стратопауза, выше которой располагается мезосфера. На высоте 80 км находится мезопауза. Выше мезосферы от 60 до 25000 км - находится ионосфера. Она имеет огромное значение для радиосвязи на больших расстояниях, которая осуществляется на длинных, средних и коротких радиоволнах, многократно отражающихся от ионизованных слоев ионосферы и от поверхности Земли. Данные, полученные с помощью ИСЗ, показали, что земной шар окружен "поясами радиации" - областями резкого увеличения концентрации заряженных частиц высокой энергии. Изучение метеорных следов и серебристых облаков на высоте 80 км обнаруживает наличие "стратосферных ветров", скорости которых превышают 100 м/с.

<< Вернуться в раздел




Яндекс цитирования