Następstwa ruchu obiegowego Ziemi

RoV29WHLP9uma

Zdjęcie przedstawia częściowe zaćmienie Słońca. Tarcza Słońca zakryta jest częściowo tarczą Księżyca, który znajduje się pomiędzy Słońcem i Ziemią. Lewa strona tarczy Słońca przysłonięta jest Księżycem. Tarcza Słońca ma kształt półksiężyca, jest w kolorze białym z domieszką żółtego. Półksiężyc skierowany jest ostrymi końcami w lewo. Wokół Słońca jasna poświata – blisko Słońca ma kolor żółty, przechodzi w pomarańczowy, a następnie w ciemnoczerwony.

Aby zrozumieć poruszane w tym materiale zagadnienia, przypomnij sobie:

• jak Ziemia porusza się wokół własnej osi i wokół Słońca;

• jak nachylona jest oś Ziemi i jakie są tego konsekwencje;

• kiedy występują zjawiska równonocy i przesileń;

• jak wygląda przebieg pozornej wędrówki Słońca po sferze niebieskiej na różnych szerokościach geograficznych.

Twoje cele:

• wyjaśnisz następstwa ruchu obiegowego Ziemi;

• scharakteryzujesz dwa najważniejsze kalendarze na Ziemi;

• wymienisz konsekwencje różnic w oświetleniu Ziemi przez Słońce w ciągu roku;

• opiszesz przebieg i zasięg zjawisk dnia polarnego i nocy polarnej;

• wyjaśnisz przyczyny i przebieg zaćmień Słońca oraz Księżyca.

Przygotuj przed lekcją:

• globus,

• tellurium.

Oznaczenia:

* - materiał dla zainteresowanych

1. Kalendarz juliański i gregoriański*

* Zagadnienie dla zainteresowanych.

Nie da się precyzyjnie podzielić roku słonecznego na pełne dni (ponieważ trwa on ok. 365 dni, 5 godzin, 49 minut) ani na równe 12 miesięcy (miesiąc księżycowy wyznaczany na podstawie czasu, jakiego potrzebuje Księżyc na wykonanie pełnego obiegu wokół Ziemi, ma w zależności od sposobu obliczania od 27,3 do 29,5 dnia, co po pomnożeniu przez 12 daje odpowiednio 327,6 lub 354 dni). W rezultacie wszystkie starożytne kalendarze były nieprecyzyjne i nie zgadzały się ze sobą. Juliusz CezarGajusz Juliusz CezarJuliusz Cezar nakazał uporządkowanie tej kwestii i opracowanie dla całego imperium rzymskiego jednolitego kalendarza.

W roku, który obecnie określamy jako 45 rok p.n.e., wprowadzono kalendarz nazywany od imienia cesarza juliańskim. Główne jego założenia to: ustanowienie dnia 1 stycznia początkiem roku; ustalenie długości miesiąca na 30 lub 31 dni – z wyjątkiem lutego, który ma ich tylko 28; wprowadzenie co 4 lata roku przestępnegorok przestępnyroku przestępnego – dłuższego o jeden dzień, czyli o 29 lutego. Założono wówczas, że rok ma 365 dni i 6 godzin. Faktycznie jest jednak krótszy o ok. 11 minut. Błąd ten sumował się przez setki lat, aż w 1582 roku urósł do ok. 10 dni. Początki pór roku przestały zgadzać się z kalendarzem. Papież Grzegorz XIIIGrzegorz XIII (właśc. Ugo Boncompagni)Papież Grzegorz XIII wprowadził reformę, która obowiązuje do dziś. Po pierwsze zadecydował, aby jednorazowo po 4 października nastąpił 15 października, dzięki czemu usunął nadmiarowe dni. Po drugie przyjął, że zwykły rok ma 365 dni, co 4 lata wypada rok przestępny i dodawany jest wówczas 29 lutego, ale co 100 lat rok, który miałby być przestępny, jest jednak zwykły i ma 365 dni. Natomiast co 400 lat, pomimo pełnej setki, rok i tak jest przestępny. Kalendarz ten nazwany został gregoriańskim i dominuje na całym świecie, choć jest kilka innych, równie ważnych kalendarzy.

Ciekawostka

Poza kalendarzem juliańskim (który ciągle jest podstawą roku liturgicznego w Kościele prawosławnym) i gregoriańskim (który dominuje na świecie) funkcjonują także inne kalendarze. We wschodniej i południowo‑wschodniej Azji w kilku krajach oficjalnie przyjęto kalendarz gregoriański, ale święta nadal obchodzi się zgodnie z tradycyjnymi kalendarzami nawiązującymi do księżycowo‑słonecznego kalendarza chińskiego. Hindusi stosują swój zreformowany kalendarz narodowy, a muzułmanie z całego świata obchodzą święta według kalendarza muzułmańskiego.

R1Frp4cnnvssL

Zdjęcie przedstawia obchody chińskiego Nowego Roku. Wieczór. W tle znajdują się stojące przy ulicy budynki. Wzdłuż ulicy korowód świętujących mieszkańców. W środku korowodu duży kolorowy chiński smok. Głowa smoka skierowana w kierunku obserwatora. Otwarta paszcza ukazuje zęby. Na głowie ma duże czerwone stożkowate rogi oraz kolorowe wijące się wzory. Oczy smoka świecą się na kolor jasnozielony. Za głową długi wężowaty tułów, widoczny w prawej części zdjęcia. Tworzą go osoby idące jedna za drugą w odległości około jednego metra. Zasłonięte są kolorowym materiałem imitującym skórę smoka. Składa się on z falbanek, które uszyte są z poziomych pasów. Na dole mają kolor żółty, w środku czerwony, a na górze materiał posiada okrągłe czerwone pola otoczone żółtymi obwódkami, przez co przypominają łuski. Na lewo od smoka trzej mężczyźni niosą flagi znacznych rozmiarów w kształcie trójkąta. Wnętrze flagi na pierwszym planie jest w kolorze żółtym, a krawędzie posiadające trójkątne wcięcia są czerwone. Druga flaga ma czerwone wnętrze i żółte krawędzie.

RXru7lE2T6SUb

Zdjęcie przedstawia bardzo duży dziedziniec w kształcie wieloboku otoczony kilkupiętrowymi krużgankami. Na środku dziedzińca bryła o wysokości kilkunastu metrów, w kształcie zbliżonym do sześcianu. Pokryta jest czarną materiałową osłoną, na której wyszyte są złotym kolorem wersety z Koranu. To Al‑Kaba, świątynia i sanktuarium w Mekce. Wokół sześcianu znajdują się tłumy wiernych. W tle widoczne jest miasto z kilkunastopiętrowymi wieżowcami w kolorze piaskowym.

2. Strefy oświetlenia Ziemi. Jak powstaje zjawisko dnia i nocy polarnej?

Roczna wędrówka Ziemi wokół Słońca powoduje powstanie pięciu stref oświetlenia Ziemi. Ich granice wyznaczają zwrotniki i koła podbiegunowe. Najsilniej oświetlona jest strefa międzyzwrotnikowa. Rozciąga się między zwrotnikiem Raka na północy a zwrotnikiem Koziorożca na południu. Przez jej środek przebiega równik. Tylko na tym obszarze obserwowane jest zjawisko górowania Słońca w zenicie. W ciągu każdej doby występuje zarówno dzień, jak i noc. Ich długość jest niemal identyczna na równiku i wynosi po ok. 12 godzin, a w pobliżu zwrotników różnica między tymi częściami doby to maksymalnie 2 godziny.

Dwie strefy umiarkowane znajdują się między zwrotnikami i kołami podbiegunowymi – zwrotnikiem Raka i kołem podbiegunowym północnym oraz zwrotnikiem Koziorożca i kołem podbiegunowym południowym, przez co są słabiej oświetlone. Słońce tutaj nigdy nie góruje w zenicie, ale w ciągu każdej doby występuje dzień i noc. Bardzo silnie zróżnicowana jest wysokość górowania Słońca. W pobliżu zwrotników może to być od ok. 43° do niemal 90°, a w sąsiedztwie kół podbiegunowych od prawie 0° do maksymalnie 43°. Bardzo duże jest też zróżnicowanie długości dnia i nocy w ciągu roku.

Najsłabiej oświetlane przez Słońce są strefy podbiegunowe, leżące między kołami podbiegunowymi i biegunami. Na biegunach Słońce nigdy nie wznosi się wyżej niż 23°27$\mathrm{\text{'}}$. Tuż za kołami podbiegunowymi leżą obszary, gdzie występują zjawiska dnia i nocy polarnej. Polegają one na tym, że w ciągu jednej doby Słońce nie zachodzi lub nie wschodzi ani na chwilę. Im bliżej biegunów, tym okres dnia i nocy polarnej jest dłuższy. Na samych biegunach dzień polarny trwa aż pół roku, po czym następuje tak samo długa noc polarna.

Rdz3UMh7EAMvV

Ilustracja przedstawia kulę ziemską. Kula ziemska podzielona jest kilkoma poziomymi liniami, będącymi przypadkami charakterystycznych równoleżników. Po lewej stronie kuli oznaczono wartości szerokości geograficznych, na których znajdują się poszczególne zaznaczone na niej równoleżniki, a po prawej ich nazwy.Na środku kuli linią ciągłą oznaczony jest równik (zero stopni), na północ od niego przerywaną linią oznaczono zwrotnik Raka (dwadzieścia trzy stopnie i dwadzieścia siedem minut szerokości geograficznej północnej), na południe – zwrotnik Koziorożca (dwadzieścia trzy stopnie i dwadzieścia siedem minut szerokości geograficznej południowej). W okolicach biegunów zaznaczono koło podbiegunowe północne (sześćdziesiąt sześć stopni i trzydzieści trzy minuty szerokości geograficznej północnej) i koło podbiegunowe południowe (sześćdziesiąt sześć stopni i trzydzieści trzy minuty szerokości geograficznej południowej). Dodatkowo kolorami zaznaczono trzy strefy wyznaczone w ten sposób na kuli ziemskiej. Na żółto zaznaczono strefę międzyzwrotnikową. Na zielono oznaczono strefy leżące na północy pomiędzy zwrotnikiem Raka i kołem podbiegunowym północnym oraz na południu pomiędzy zwrotnikiem Koziorożca i kołem podbiegunowym południowym. Są to strefy umiarkowane. Ostatnimi strefami leżącymi na północ i południe od kół podbiegunowych są strefy podbiegunowe, które zostały oznaczone na fioletowo. Z prawej strony planszy dodatkowo umieszczono legendę w postaci trzech kolorowych poziomych pasków z oznaczeniem kolorów wymienionych stref.

RhWT6t8WEj30y

Ilustracja przedstawia pozorną wędrówkę Słońca w ciągu dnia polarnego po niebie. Obrazek prezentuje w schematyczny sposób krajobraz – na pierwszym planie umieszczono równinę, dalej w tle po lewej stronie w oddali górę, a nieco bliżej po prawej stronie wzniesienie. Ilustracja podzielona jest na dwanaście równych pionowych prostokątów za pomocą cienkich czarnych linii. Prostokąty przylegają do siebie. Każdy przedstawia Słońce na innym poziomie o różnych godzinach w ciągu doby. Poniżej każdego z prostokątów, na dole ilustracji, ustawione są obok siebie zegary. Zaczynając od lewej: Pierwszy zegar wskazuje godzinę ósmą. Słońce w połowie nieba. Po dwóch godzinach Słońce jest wyżej. Najwyżej Słońce jest o godzinie dwunastej w południe. Na następnych prostokątach pozycja Słońca stopniowo obniża się. Zegary wskazują zmiany co dwie godziny. Najniżej Słońce jest o godzinie dwunastej o północy, tuż nad horyzontem. Następnie ponownie znajduje się coraz wyżej. Pozorna wędrówka Słońca odbywa się po trasie w kształcie fali, linia ma kształt sinusoidalny. Od lewej, w połowie nieba, wznosi się. Osiąga szczyt w trzecim prostokącie i łagodnie opada aż do dziewiątego prostokąta, po czym ponownie wznosi się. Następnie cały cykl się powtarza.

3. Skąd się biorą zaćmienie Słońca i zaćmienia Księżyca?*

* Zagadnienie skierowane do uczniów szkoły ponadpodstawowej (zakres rozszerzony).

Księżyc obiega Ziemię po orbicie nachylonej w stosunku do płaszczyzny ekliptyki od ok. –6° do +6°. Ponadto odległość Księżyca od Ziemi jest wyraźnie zmienna i waha się od ok. 363 tys. km (w perygeum, kiedy Księżyc znajduje się najbliżej Ziemi) do niemal 406 tys. km (w apogeum, kiedy Księżyc jest najbardziej oddalony od Ziemi). W rezultacie nawet gołym okiem można zauważyć różnice w postrzeganych przez nas rozmiarach tarczy Księżyca. Rozmiary kątowe Księżyca wahają się od maksymalnie 0°33$\mathrm{\text{'}}$28$\mathrm{\text{'}\text{'}}$ (perygeum) do minimalnie 0°29$\mathrm{\text{'}}$55$\mathrm{\text{'}\text{'}}$ (apogeum). Ma to znaczenie, gdyż przez niezwykły zbieg okoliczności widoczne z Ziemi rozmiary Słońca wahają się od 0°32$\mathrm{\text{'}}$31$\mathrm{\text{'}\text{'}}$ do 0°31$\mathrm{\text{'}}$27$\mathrm{\text{'}\text{'}}$, czyli są zbliżone do widomych rozmiarów Księżyca.

Co najmniej dwukrotnie w ciągu roku (a maksymalnie cztero- lub pięciokrotnie) występuje zjawisko astronomiczne polegające na tym, że Księżyc staje na linii między Ziemią a Słońcem i przesłania światło słoneczne. Zjawisko to nazywamy zaćmieniem Słońcazaćmienie Słońcazaćmieniem Słońca. W skali całej Ziemi występuje ono dosyć często, ale widoczne jest zawsze na stosunkowo małym obszarze, w pasie węższym niż 300 km o długości kilku tysięcy km. W efekcie tylko raz na kilka lat mamy szansę zobaczyć z terenu Polski częściowe zaćmienie Słońca, a całkowite zaćmienie występuje na naszych ziemiach co kilkaset lat. Najbliższe całkowite zaćmienie Słońca będzie widoczne z terenów Polski 7 października 2135 roku.

RNQF32mQ5VJ0A1

Schemat przedstawia częściowe zaćmienie Słońca. Po lewej stronie żółte Słońce o średnicy około dwukrotnie większej niż średnica Ziemi, która znajduje się po prawej stronie planszy. Dodatkowo wokół Słońca zamieszczono duże pomarańczowe promienie. Na powierzchni Ziemi widoczne są zielone kontynenty oraz niebieskie obszary pokryte wodą. Słońce i Ziemia umieszczone są w tej samej linii. Pomiędzy Słońcem i Ziemią znajduje się szary Księżyc. Średnica Księżyca to nieco ponad jedna trzecia średnicy Ziemi. Księżyc umieszczono blisko Ziemi, znajduje się od niej w odległości zbliżonej do swojej jednej średnicy.Promienie Słońca padają na powierzchnię Księżyca i Ziemi. Oznaczono je za pomocą prostych linii poprowadzonych z północnej i południowej części Słońca. Zarówno z północnej jak i południowej części Słońca wyprowadzono po dwie linie proste. Z części północnej linia znajdująca się wyżej styka się z północną częścią Księżyca i dalej pada na powierzchnię Ziemi. Druga linia biegnie nieco niżej, przez co styka się z południową częścią Księżyca i dalej również styka się z powierzchnią Ziemi. Z południowej części Słońca poprowadzono dwie linie w analogiczny sposób – z tą różnicą, że linia znajdująca się wyżej styka się z północną, a linia położona niżej z południową częścią Księżyca. Ze względu na zasłanianie przez Księżyc promieni słonecznych, na Ziemi tworzy się cień i półcień. W miejscu, w którym pola wyznaczone przez linie poprowadzone z północnej i południowej części Słońca nakładają się na siebie, między Księżycem i Ziemią powstaje obszar cienia (zaznaczony na szaro), co skutkuje całkowitym zaćmieniem Słońca. Miejsce to oznaczono małym lekko zacienionym polem na powierzchni Ziemi. Pole wyznaczone jest przez górny promień Słońca poprowadzony z północy i dolny poprowadzony z południa. Pozostałe, większe obszary, gdzie promienie zasłonięte są przez Księżyc, tylko częściowo dają obszary półcienia, na północ i południe od strefy całkowitego zaćmienia (oba zaznaczone jasnoszarym kolorem). Oznaczone jest to dużym zacienionym polem na powierzchni Ziemi. Strefę wyznacza dolna linia promieni Słońca poprowadzona z północy i górna poprowadzona z południa.

R1SBqesypD8Jp1

Zdjęcie przedstawia całkowite zaćmienie Słońca. Tarcza Słońca jest całkowicie zakryta tarczą Księżyca, przez co jest czarna. Księżyc znajduje się wtedy pomiędzy Słońcem i Ziemią. Wokół korony Słońca znajduje się biały obłok, a dalej czarne niebo.

RJLmJGdqfmeYZ1

Zdjęcie przedstawia pierścieniowe zaćmienie Słońca. Tarcza Słońca zakryta jest tarczą Księżyca, który znajduje się pomiędzy Słońcem i Ziemią. Wokół czarnej tarczy Księżyca znajduje się ognisty żółto‑pomarańczowy pierścień tarczy Słońca, gdyż tarcza Słońca jest nieco większa od tarczy Księżyca. Na zdjęciu tło czarne.

RoV29WHLP9uma1

Zdjęcie przedstawia częściowe zaćmienie Słońca. Tarcza Słońca zakryta jest częściowo tarczą Księżyca, który znajduje się pomiędzy Słońcem i Ziemią. Lewa strona tarczy Słońca przysłonięta jest Księżycem. Tarcza Słońca ma kształt półksiężyca, jest w kolorze białym z domieszką żółtego. Półksiężyc skierowany jest ostrymi końcami w lewo. Wokół Słońca jasna poświata – blisko Słońca ma kolor żółty, przechodzi w pomarańczowy, a następnie w ciemnoczerwony.

Gdy Ziemia znajduje się w jednej linii pomiędzy Słońcem i Księżycem, może wystąpić zjawisko zaćmienia Księżycazaćmienie Księżycazaćmienia Księżyca. Cień albo półcień rzucany przez Ziemię zasłania światło słoneczne, co obserwujemy jako ciemny krąg przysłaniający część lub całość rozświetlonej tarczy Księżyca.

ReOrqDjQ4vEaw1

Schemat przedstawia zjawisko zaćmienia Księżyca. Po lewej stronie Słońce. Żółte Słońce o średnicy około dwukrotnie większej niż średnica Ziemi, która znajduje się po prawej stronie planszy. Dodatkowo wokół Słońca zamieszczono duże pomarańczowe promienie. Na powierzchni Ziemi widoczne są zielone kontynenty oraz niebieskie obszary pokryte wodą. Słońce i Ziemia umieszczone są w tej samej linii. Na prawo od Ziemi w tej samej linii umieszczono jeszcze Księżyc, który jest oddalony od niej o wartość w przybliżeniu swojej jednej średnicy. Średnica Księżyca na ilustracji to około jedna trzecia średnicy Ziemi. Promienie Słońca padają na powierzchnię Ziemi. Oznaczono je za pomocą prostych linii poprowadzonych z północnej i południowej części Słońca. Zarówno z północnej, jak i południowej części Słońca wyprowadzono po dwie linie proste. Z części północnej linia znajdująca się wyżej styka się z północną częścią Ziemi, a linia znajdująca się niżej styka się z południową częścią Ziemi. Z południowej części Słońca poprowadzono dwie linie w analogiczny sposób – z tą różnicą, że linia znajdująca się wyżej styka się z północną, a linia położona niżej z południową częścią Ziemi. Wszystkie opisane linie biegną dalej, aż do końca ilustracji.Za Ziemią jest Księżyc, który znajduje się w strefie cienia, ponieważ ustawiona przed nim Ziemia nie przepuszcza dalej promieni słonecznych. Strefa cienia oznaczona jest na ilustracji szarym kolorem. Wyznacza ją górna linia poprowadzona z północnej części Słońca oraz dolna linia poprowadzona z południowej części Słońca. Po bokach, na północ i południe strefy cienia znajdują się dwie strefy półcienia, wyznaczone przez dwie pozostałe linie promieni słonecznych i zaznaczone na ilustracji jasnoszarym kolorem.

4. Jakie są konsekwencje ruchu obiegowego Ziemi?

W dwóch ostatnich tematach wielokrotnie była mowa o różnych zjawiskach wynikających z ruchu obiegowego Ziemi wokół Słońca. Niektóre z nich mają ogromne, a inne niewielkie znaczenie dla człowieka.

Podsumowanie

• Ruch obiegowy Ziemi ma liczne konsekwencje dla środowiska przyrodniczego i człowieka.

• Na Ziemi funkcjonuje równocześnie kilka różnych kalendarzy.

• Obecnie najpowszechniej stosowanym kalendarzem na Ziemi jest kalendarz gregoriański.

• Ruch obiegowy powoduje następujące zjawiska: zmiany wysokości górowania oraz miejsca wschodu i zachodu Słońca w ciągu roku, astronomiczne pory roku, dzień polarny i noc polarna, występowanie stref oświetlenia Ziemi, a co za tym idzie stref klimatycznych, roślinnych i glebowych.

• Wzajemne ruchy naszej gwiazdy, planety i jedynego naturalnego satelity powodują zjawiska zaćmień Słońca oraz Księżyca.Indeks górny *^*

Słownik

Gajusz Juliusz Cezar-15Rzym-13Rzym

R156CMpRvonlJ

Zdjęcie przedstawia rzeźbę Gajusza Juliusza Cezara. Rzeźba wykonana jest z białego kamienia. Postać ustawiona jest przodem do odbiorcy. Tors i ramiona ma zakryte tradycyjną zbroją rzymską. Lewa ręka uniesiona, wysunięty palec wskazujący. Prawa ręka przytrzymuje togę zawiniętą wokół bioder. Głowa mała. Włosy krótkie. Grzywka równo przycięta nad brwiami. Twarz bez zarostu. Szyja szeroka. Nogi umięśnione. Stopy bez obuwia. Lewa noga lekko zgięta do tyłu, wsparta na palcach. Przy prawej nodze znajduje się małe dziecko z lewą ręką uniesioną ku górze.

Gajusz Juliusz Cezar

13 p.n.e Rzym – 15 p.n.e Rzym

Rzymski polityk, wojskowy przywódca toczący wojny w wielu prowincjach Imperium, administrator i zarządca, dyktator, ale także poeta i reformator wielu dziedzin życia w Rzymie.

Grzegorz XIII (właśc. Ugo Boncompagni)1585.04.10Rzym, Włochy1502.01.07Bolonia, Włochy

RUpSamXiDRJDu

Ilustracja przedstawia portret papieża Grzegorza Trzynastego w kształcie koła. Głowa i tors na portrecie skierowane w lewo. Twarz pokryta zmarszczkami. Nos duży, ostro zakończony. Szarobiałe wąsy i broda. Broda zakrywa szyję i łączy się z bokobrodami. Papież ubrany w tradycyjny czerwony strój. Czerwona czapka obszyta paskiem z białego futra. Zasłania włosy nad czołem oraz uszy. Ramiona zakryte czerwoną peleryną z kapturem obszytym wąskim paskiem białego futra. Tło portretu złote, w formie drobnej mozaiki. Znajduje się na nim półokrągły napis czarnymi literami „PONT M GREGORIVS XIII ”. Krawędź portretu otacza szeroki pas w kolorze zielonym z czarną obwódką.

Grzegorz XIII (właśc. Ugo Boncompagni)

07.01.1502 Bolonia, Włochy – 10.04.1585 Rzym, Włochy

Był doktorem prawa, sędzią oraz dyplomatą. Dopiero w związku z mianowaniem na biskupa przyjął święcenia kapłańskie. W 1572 roku został papieżem i przyjął imię Grzegorz XIII. Założył wiele szkół oraz Kolegium Rzymskie nazwane później Uniwersytetem Gregoriańskim. Reformował prawo kanoniczne. Jednak największym jego osiągnięciem jest udana reforma kalendarza, który funkcjonuje do dziś na całym prawie świecie.

Ćwiczenia