Przeczytaj
1. Orientacja na sferze niebieskiej
Układ horyzontalny
Z punktu widzenia obserwatora na naszej planecie płaszczyzna nieba przybiera układ sferyczny. Oznacza to, że wszystkie inne ciała niebieskie są umieszczonej na półkuli oglądanej od jej wnętrza i są one punktami. Punktem jest również Ziemia umieszczona w centrum tej sfery. Jest to układ horyzontalny.
Układ horyzontalny stosuje się w celu określenia położenia ciała niebieskiego za pomocą wysokości astronomicznej oraz azymutu astronomicznego. Współrzędne horyzontalne opisują jednak tylko chwilowe położenie ciała niebieskiego na sferze niebieskiej. Wysokość astronomiczna to kąt między płaszczyzną horyzontu astronomicznego a kierunkiem na ciało niebieskie. Azymut astronomiczny natomiast to kąt dwuścienny pomiędzy półpłaszczyzną południka niebieskiego a wertykałem przechodzącym przez dane ciało niebieskie.
Pojęcia | Charakterystyka |
---|---|
sfera niebieska | pozorna kula rozpościerająca się wokół obserwatora będącego na Ziemi |
sklepienie niebieskie | półkula sfery niebieskiej, którą widzi obserwator z Ziemi |
oś niebieska | linia, która stanowi przedłużenie osi ziemskiej, względem której odbywa się pozorny ruch sfery niebieskiej |
bieguny niebieskie (północny i południowy) | punkty na sferze niebieskiej, które znajdują się w miejscach jej przecięcia z osią niebieską |
południk niebieski | najkrótsza linia łącząca bieguny niebieskie, przeprowadzona po sferze niebieskiej |
zenit | punkt na sferze niebieskiej znajdujący się dokładnie nad obserwatorem, czyli najwyżej położony punkt na sferze niebieskiej |
nadir | punkt na sferze niebieskiej znajdujący się dokładnie pod obserwatorem, czyli najniżej położony punkt na sferze niebieskiej |
widnokrąg | linia, która powstaje w miejscu styku sklepienia niebieskiego z widoczną dla obserwatora częścią terenu; ma kształt poziomo położonego okręgu (z punktu widzenia obserwatora) |
horyzont | linia, która powstaje w miejscu pozornego styku sklepienia niebieskiego z widoczną dla obserwatora częścią terenu; nie zawsze ma kształt okręgu, ze względu na widoczne w oddali budynki, drzewa, góry itp. bywa często mylony z widnokręgiem |
Dokonaj obserwacji powyższych elementów sfery niebieskiej w terenie.
Zapoznaj się z opisem ilustracji dotyczącej elementów sfery niebieskiej.
Pojęcia | Charakterystyka |
---|---|
górowanie | najwyższe położenie gwiazdy w ciągu doby na sferze niebieskiej; podczas górowania Słońca występuje południe słoneczne – jeżeli góruje ono pod kątem prostym, mówimy, że góruje w zenicie; punkt na powierzchni kuli ziemskiej, nad którym w danej chwili Słońce znajduje się w zenicie, nazywamy punktem podsłonecznym |
dołowanie | najniższe położenie gwiazdy w ciągu doby na sferze niebieskiej |
wschód | położenie gwiazdy na widnokręgu po dołowaniu, ale przed górowaniem; pojęcie to dotyczy gwiazd zachodzących, czyli takich, które dołują poniżej linii widnokręgu |
zachód | położenie gwiazdy na widnokręgu po górowaniu, ale przed górowaniem; pojęcie to dotyczy gwiazd zachodzących, czyli takich, które dołują poniżej linii widnokręgu |
Wymień obszary na kuli ziemskiej oraz okresy, kiedy Słońce jest gwiazdą zachodzącą oraz te, kiedy jest gwiazdą niezachodzącą.
Gnomon to prosty przyrząd astronomiczny. Może go stanowić tyczka, patyk lub inny przedmiot ustawiony prostopadle do powierzchni kuli ziemskiej. Najkrótszy jego cień wyznacza południk danego miejsca, natomiast moment, w którym jest on rzucany – wyznacza prawdziwe południe słoneczne. Kierunek cienia gnomonu jest odwrotny do strony nieba, po której znajduje się Słońce (w tym przypadku gnomon wskazuje kierunek północny, zatem Słońce znajduje się po południowej stronie). Im krótszy cień, tym większa wysokość położenia Słońca na sferze niebieskiej. Kiedy Słońce góruje w zenicie, gnomon nie rzuca cienia. Przyrząd ten jest wykorzystywany jako wskazówka zegara słonecznego.
Układ współrzędnych równikowych godzinnych
Jest to układ współrzędnych astronomicznych, gdzie podstawowym kołem jest równik niebieski. Początkowym punktem układu jest punkt przecięcia lokalnego południka z równikiem niebieskim. Bieguny układu to północy oraz południowy biegun niebieski. Koła wielkie przechodzące przez bieguny nazywamy kołami godzinnymi. Położenie obiektu w tym układzie określa się poprzez podanie kąta godzinnego (kąt dwuścienny zawarty pomiędzy płaszczyzną lokalnego południka i płaszczyzną koła godzinnego danego obiektu) oraz deklinacji (kąt zawarty między równikiem niebieskim a kierunkiem na dany obiekt).
Układ współrzędnych równikowych równonocnych
Jest to układ współrzędnych astronomicznych, gdzie podstawowym kołem jest równik niebieski, a punktem początkowym jest punkt Barana (jego odpowiednikiem w systemie ziemskich współrzędnych geograficznych jest południk Greenwich). Bieguny układu to północny i południowy biegun niebieski. Przez te bieguny przechodzą koła wielkie, które nazywamy kołami godzinnymi. Położenie danego obiektu określa się poprzez podanie deklinacji (łuk koła godzinnego przechodzącego przez rozpatrywane ciało niebieskie, zawarty pomiędzy płaszczyzną równika niebieskiego a promieniem łączącym dane ciało niebieskie ze środkiem sfery niebieskiej) oraz rektascensji (łuk równika niebieskiego zawarty pomiędzy punktem Barana a płaszczyzną koła godzinnego danego ciała niebieskiego).
2. Ruch obiegowy Ziemi
Ruch obiegowy Ziemi to ruch Ziemi wokół Słońca.
2.1. Cechy ruchu obiegowego Ziemi
Trwa 365 dni 5 godzin 48 minut i 46 sekund. Odbywa się w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara po eliptycznej orbicie. Średnia odległość Ziemi od Słońca wynosi ok. 150 mln km, lecz Słońce nie znajduje się w centrum orbity, tylko w jednym z jej ognisk, dlatego wyróżnia się: peryhelium i aphelium. Peryhelium – punkt orbity, w którym dystans między Ziemią a Słońcem jest najmniejszy (zatem obserwowane przez nas Słońce ma większy rozmiar); ma miejsce na początku stycznia, wtedy odległość ta wynosi 147 mln km, a prędkość ruchu jest największa 2 stycznia. Aphelium – punkt orbity, w którym dystans między Ziemią a Słońcem jest największy (zatem obserwowane przez nas Słońce ma mniejszy rozmiar); ma miejsce na początku lipca; wtedy odległość ta wynosi 152 mln km, a prędkość ruchu jest najmniejsza 4 lipca. Odbywa się ze średnią prędkością ok. 29,8 km/s. W ciągu jednego obrotu Ziemia pokonuje około 930 mln km.
Na Jowiszu kąt między osią jego obrotu i płaszczyzną ekliptyki wynosi około 87°. Wymień, jakie konsekwencje można by było zaobserwować, gdyby Ziemia również była nachylona pod takim kątem.
Podczas pozornej wędrówki Słońca jego położenie zmienia się wzdłuż ekliptyki na tle pasa zodiakalnego. Jest on podzielony na 12 konstelacji gwiezdnych, zwanych znakami zodiaku. Można obrazowo powiedzieć, że Słońce w ciągu roku „przechodzi” kolejno przez 12 konstelacji, których nazwy powstały już w starożytności. Każdemu zodiakowi odpowiada punkt ekliptyki o tej samej nazwie. Rozmieszczone są one na ekliptyce co 30°. W znak Wagi Słońce wkracza 23 września, w dniu równonocy jesiennej, a w znak Barana – 21 marca, w dniu równonocy wiosennej. Wówczas Słońce przecina równik niebieski z ekliptykąekliptyką. Natomiast w znak Raka Słońce wkracza 22 czerwca, w dniu przesilenia letniego, a w znak Koziorożca – 22 grudnia, podczas przesilenia zimowego. W tych dniach Słońce osiąga skraje punkty względem równika niebieskiego. Te cztery punkty to tzw. punkty kardynalne. Takie było pierwotne założenie. Jednakże w wyniku ruchu precesyjnego Ziemi, przez tysiące lat punkty te przesunęły się. Dlatego też mówić należy o wchodzeniu Słońca obserwowanego z Ziemi w punkt na ekliptyce, a nie w daną konstelację. Gwiazdozbiory możemy podzielić na wiosenne (np. Panna, Skorpion, Waga), letnie (np. Koziorożec, Strzelec, Wodnik), jesienne (np. Baran, Ryby) oraz zimowe (np. Bliźnięta, Rak).
2.2. Dowody na ruch obiegowy Ziemi (zakres rozszerzony)
roczna paralaksa gwiazd | aberracja świata |
---|---|
Pozorna zmiana położenia gwiazdy na sferze niebieskiej względem dalszych obiektów wynikająca ze zmiany miejsca obserwatora. Zjawisko to spowodowane jest rocznym ruchem Ziemi po orbicie. Zjawisko paralaksy możesz zaobserwować podczas jazdy, kiedy bliższe obiekty pozornie przemieszczają się szybciej, a dalsze – wolniej. | Widoma zmiana położenia obserwowanego obiektu astronomicznego wywołana przez odchylenie promieni świetlnych. Jest wynikiem ruchu obserwatora znajdującego się na poruszającej się Ziemi. Gdyby Ziemia nie obracała się wokół Słońca, to obserwator widziałby gwiazdę dokładnie w miejscu, w którym rzeczywiście jest ona położna. W rzeczywistości jednak, chcąc widzieć gwiazdę dokładnie w środku pola widzenia, obserwator powinien zmienić nachylenie teleskopu w kierunku swego ruchu. |
2.3. Konsekwencje ruchu obiegowego Ziemi
Konsekwencje ruchu obiegowego Ziemi |
---|
rok jako podstawowa jednostka czasu – konstrukcja kalendarza |
zmiana drogi widomej wędrówki Słońca w ciągu roku, w tym:
|
zmiana oświetlenia Ziemi w różnych szerokościach geograficznych:
|
zmiana odległości Ziemi od Słońca – różnice w ilości dostarczanego ciepła |
zmiana wielkości Słońca obserwowanego z Ziemi |
różnice w średniej długości trwania pór roku |
2.4. Pory roku
Jednym z następstw ruchu obiegowego Ziemi jest występowanie pór roku. Terminy rozpoczęcia i zakończenia astronomicznych pór roku na półkuli północnej są zwykle tożsame lub różnią się w niewielkim stopniu.
Astronomiczne | Kalendarzowe | Meteorologiczne | Termiczne |
---|---|---|---|
| zależą od wysokości górowania Słońca nad horyzontem; na półkuli północnej są zbieżne z astronomicznymi porami roku, natomiast na półkuli południowej – nie są zbieżne, np. podczas astronomicznej zimy (od 22 grudnia do 20 marca) na półkuli północnej trwa kalendarzowa zima, a na półkuli południowej trwa astronomiczne lato. | zostały ustalone na potrzeby obliczeń meteorologicznych i klimatologicznych; na półkuli północnej:
| wyznaczone na podstawie średniej dobowej temperatury powietrza, np. termiczne pory roku w Polsce wg E. Romera:
|
W wyniku zmian prędkości poruszania się Ziemi po orbicie wokół Słońca (drugie prawo Keplera) długość poszczególnych astronomicznych pór roku nie jest dokładnie taka sama:
wiosna trwa od 21 marca do 21 czerwca (93 dni),
lato trwa od 22 czerwca do 22 września (94 dni),
jesień trwa od 23 września do 21 grudnia (90 dni),
zima trwa od 22 grudnia do 20 marca (89 dni/90 dni).
2.5. Zmiana oświetlenia Ziemi
równonoc wiosenna | przesilenie letnie | równonoc jesienna | przesilenie zimowe | |
---|---|---|---|---|
data* | 21 marca | 22 czerwca | 23 września | 22 grudnia |
promienie słoneczne padają pod kątem 90° na: | równik | zwrotnik Raka | równik | zwrotnik Koziorożca |
Słońce wchodzi pozornie w znak: | Barana | Raka | Wagi | Koziorożca |
na półkuli N rozpoczyna się: | astronomiczna wiosna | astronomiczne lato | astronomiczna jesień | astronomiczna zima |
na półkuli S rozpoczyna się: | astronomiczna wiosna | astronomiczne lato | astronomiczna zima | astronomiczna zima |
dzień | na całej kuli ziemskiej trwa 12 h | na półkuli północnej jest najdłuższy w roku, a na półkuli południowej – najkrótszy w roku | na całej kuli ziemskiej trwa 12 h | na półkuli północnej jest najkrótszy w roku, a na półkuli południowej – najdłuższy w roku |
noc | na całej kuli ziemskiej trwa 12 h | na półkuli północnej jest najkrótsza w roku, a na półkuli południowej – najdłuższa w roku | na całej kuli ziemskiej trwa 12 h | na półkuli północnej jest najdłuższa w roku, a na półkuli południowej – najkrótsza w roku |
dzień polarny | rozpoczyna się na biegunie północnym, a kończy się na biegunie południowym | trwa za kołem podbiegunowym północnym | rozpoczyna się na biegunie południowym, a kończy się na biegunie północnym | panuje za kołem podbiegunowym południowym |
noc polarna | rozpoczyna się na biegunie południowym, a kończy się na biegunie północnym | panuje za kołem podbiegunowym południowym | rozpoczyna się na biegunie północnym, a kończy się na biegunie południowym | panuje za kołem podbiegunowym północnym |
Indeks górny *równonoce i przesilenia mogą wystąpić jeden lub dwa dni wcześniej Indeks górny koniec*równonoce i przesilenia mogą wystąpić jeden lub dwa dni wcześniej
2.6. Zmiana drogi widomej wędrówki Słońca w ciągu roku
Ze zmianą obserwowanej przez nas widomej wędrówki Słońca nad widnokręgiem wiążą się:
– zmiana wysokości górowania Słońca (i tym samym – kąta padania promieni słonecznych), która jest wynikiem nachylenia osi ziemskiej i powoduje zmienny dopływ energii słonecznej w różnych porach roku i w różnych szerokościach geograficznych (sposób obliczania tego parametru znajduje się w grafice interaktywnej na kolejnej stronie);
– zmiana miejsca wschodu i zachodu Słońca – oprócz obszarów okołobiegunowych obserwuje się następuje prawidłowości: podczas równonocy Słońce na Ziemi wschodzi na wschodzie, a zachodzi – na zachodzie, podczas przesilenia letniego Słońce na Ziemi wschodzie na północnym wschodzie, a zachodzi – na północnym zachodzie, natomiast podczas przesilenia zimowego Słońce na Ziemi wschodzi na południowym wschodzie, a zachodzi na południowym zachodzie;
Dzień | równonoc wiosenna i jesienna | przesilenie letnie | przesilenie zimowe |
Słońce wschodzi na: | wschodzie | północnym wschodzie | południowym wschodzie |
Słońce zachodzi na: | zachodzie | północnym zachodzie | południowym zachodzie |
– zmiana strony nieba, po której Słońce góruje – oprócz obszarów, gdzie zachodzi zjawisko dni i nocy polarnych, obserwuje się następujące prawidłowości:
Dzień | równonoc wiosenna i jesienna | przesilenie letnie | przesilenie zimowe |
promienie słoneczne padają pod kątem prostym na: | równik | zwrotnik Raka | zwrotnika Koziorożca |
obszary, na których Słońce góruje po północnej stronie nieba | na południe od równika | na południe od zwrotnika Raka | na południe od zwrotnika Koziorożca |
obszary, na których Słońce góruje po południowej stronie nieba | na północ od równika | na północ od zwrotnika Raka | na północ od zwrotnika Koziorożca |
– zmiana długości dziennej drogi Słońca (zmiana długości trwania dnia i nocy): zimą na półkuli północnej długość dnia skraca się w miarę zbliżania się do bieguna (gdzie panuje noc polarna), a latem – wydłuża się, na półkuli południowej obserwujemy odwrotną sytuację.
Po przeanalizowaniu poniższej tabeli oraz informacji zawartych wyżej narysuj podobne schematy widomych wędrówek Słońca po sklepieniu niebieskim dla Twojej miejscowości (w dniach równonocy i przesileń). Sprawdź szerokość geograficzną Twojej miejscowości i wykonaj odpowiednie obliczenia.
Po przeanalizowaniu poniższej tabeli oraz informacji zawartych wyżej opisz wędrówkę Słońca po sklepieniu niebieskim dla Twojej miejscowości (w dniach równonocy i przesileń). Sprawdź szerokość geograficzną Twojej miejscowości i wykonaj odpowiednie obliczenia.
Długość trwania dnia na wybranych równoleżnikach w dniach przesilenia letniego i przesilenia zimowego.
równoleżnik | przesilenie letnie | przesilenie zimowe |
---|---|---|
90°N | dzień polarny | noc polarna |
66°34′N | 24 h | 0 h |
60°N | 18 h 27 min | 5 h 33 min |
40°N | 14 h 52 min | 9 h 8 min |
20°N | 13 h 13 min | 10 h 47 min |
0° | 12 h | 12 h |
20°S | 10 h 47 min | 13 h 13 min |
40°S | 9 h 8 min | 14 h 52 min |
60°S | 5 h 33 min | 18 h 27 min |
66°34′S | 0 h | 24 h |
90°S | noc polarna | dzień polarny |
Nad równikiem wysokość Słońca nad widnokręgiem w ciągu roku wynosi od 66°34′ do 90°. Przez cały rok dzień i noc trwają po 12 godzin, jednakże cechą charakterystyczną obszarów równikowych jest bardzo szybkie zapadanie zmroku. Wyjaśnij przyczyny tego zjawiska.
2.7. Zmierzchy, świty, dni i noce polarne oraz białe noce (zakres rozszerzony)
Z zagadnieniem wysokości górowania Słońca w południe związany jest także temat wysokości jego położenia na tle sfery niebieskiej podczas zmierzchu. Zmierzch jest to czas po zachodzie Słońca, kiedy Ziemię oświetla jeszcze jego światło rozproszone w atmosferze. Jego zmiany są zatem konsekwencją ruchu obiegowego Ziemi (choć samo jego występowanie jest ściśle związane z ruchem wirowym Ziemi). W zależności od położenia naszej gwiazdy poniżej linii horyzontu wyróżnia się trzy rodzaje (fazy) zmierzchu:
Rodzaj zmierzchu | Charakterystyka |
---|---|
cywilny (kalendarzowy) | Faza zachodu Słońca, w której środek tarczy słonecznej znajduje się nie więcej niż 6° poniżej linii horyzontu. Wówczas pojawiają się na niebie najjaśniejsze gwiazdy i planety. Na otwartej przestrzeni (podczas bezchmurnego nieba) bez problemu można jeszcze pracować i czytać bez sztucznego oświetlenia. Koniec tej fazy jest ostatecznym momentem do przełączenia świateł dziennych na światła mijania podczas prowadzenia samochodu. |
żeglarski (nawigacyjny) | Faza, w której środek tarczy słonecznej znajduje się między 6° a 12° poniżej linii horyzontu. O tej porze możliwe jest dość dokładne obserwowanie linii horyzontu, a także zmierzenie kąta między horyzontem a daną gwiazdą. W czasie przesilenia letniego na północy Polski utrzymuje się on przez całą noc. |
astronomiczny | Faza, w której środek tarczy słonecznej znajduje się od 12° do 18° poniżej horyzontu. Jej koniec wyznacza początek nocy astronomicznej, która 22 czerwca w Polsce nie występuje. |
Świt to czas przed wschodem Słońca, kiedy Ziemię oświetla już jego światło rozproszone w atmosferze. Podobnie jak w przypadku zmierzchu, w zależności od położenia Słońca względem horyzontu, rozróżnia się także trzy rodzaje świtu (cywilny, nawigacyjny, astronomiczny).
Dzień polarny | Noc polarna |
---|---|
Czas, w którym środek tarczy Słońca pozostaje bez przerwy powyżej horyzontu dłużej niż 24 godziny. Wynosi średnio na biegunach 186 dni (189 na biegunie północnym i 183 na południowym). Różnica w długości trwania dnia polarnego na biegunach wynika z eliptycznego kształtu orbity Ziemi. Natomiast w rejonie 70. równoleżnika – około 51 dni, a na kole podbiegunowym – 24 godziny. | Czas, w którym środek tarczy Słońca pozostaje bez przerwy poniżej horyzontu dłużej niż 24 godziny. Występuje ona naprzemiennie ze zjawiskiem dnia polarnego i charakteryzuje się podobnymi parametrami czasowymi. Wyróżnia się trzy typy nocy polarnej:
|
Białe noce to powtarzalne zjawisko astronomiczne występujące wiosną i latem w strefie okołobiegunowej i północnej części strefy umiarkowanej, polegające na tym, że zmierzch przechodzi bezpośrednio w świt (łączą się one ze sobą), a całkowita ciemność nie zapada, mimo że tarcza słoneczna znajduje się poniżej horyzontu. Przyczyną tego zjawiska jest rozpraszanie światła w górnych warstwach atmosfery powodujące, że niebo pozostaje jasne. Występują one także w Polsce, zwłaszcza około 20 czerwca w najdalej na północ wysuniętych miejscach kraju, jednakże trwają tylko kilkanaście dni i nie są zbyt jasne.
Białe noce cywilne | Białe noce nawigacyjne (nautyczne) | Białe noce astronomiczne |
---|---|---|
phi > 60°34′ (N i S) wysokość Słońca od 0° do 6° poniżej widnokręgu | phi > 54°34′ (N i S) wysokość Słońca od 6° do 12° poniżej widnokręgu | phi > 48°34′ (N i S) wysokość Słońca od 12° do 18° poniżej widnokręgu |
2.8. Strefy oświetlenia Ziemi
Na skutek zmiennego oświetlenia Ziemi wyróżnia się pięć stref oświetlenia Ziemi: strefę międzyzwrotnikową, dwie strefy umiarkowane i dwie strefy okołobiegunowe. Jej granicami są zwrotniki i koła podbiegunowe.
Strefy oświetlenia Ziemi | Charakterystyka |
międzyzwrotnikowa |
|
umiarkowane |
|
okołobiegunowe |
|
Stefy oświetlenia Ziemi wpływają na funkcjonowanie stref klimatyczno‑glebowo‑roślinnych i krajobrazowych. Zmiana oświetlenia Ziemi wpływa na aktywność biologiczną oraz oddziałuje na gospodarkę (konieczność ogrzewania mieszkań zimą w strefach chłodniejszych) oraz warunkuje rozwój rolnictwa (zmiana długości okresu wegetacyjnego).
Zmiana miejsca górowania Słońca w ciągu roku powoduje zmiany globalnego układu cyrkulacji powietrza: latem strefa zbieżności pasatów przemieszcza się na półkulę północną, a zimą – na południową. Podobna zmienność występuje podczas cyrkulacji monsunowej.
2.9. Kalendarze
Konsekwencją ruchu obiegowego Ziemi jest także to, że rok jest podstawową jednostką czasu. Najstarsze kalendarze były związane z miesiącem księżycowym (w starożytnym Babilonie i Rzymie), ale również z ruchem obiegowym Ziemi (u starożytnych Egipcjan i Majów), z tym że były one inaczej podzielone. Najbardziej zbliżonym do obecnego kalendarza był kalendarz starożytnych Egipcjan.
Kalendarz juliański | Począwszy od 46 r. p.n.e., w większości krajów Europy obowiązywał kalendarz juliański, który został opracowany na życzenie Juliusza Cezara przez Sosygenesa, greckiego astronoma i matematyka. Przyjęto w nim, że czas obiegu Ziemi wokół Słońca wynosi 365,25 dnia. Zgodnie z tym zamysłem długość roku ustalono na 365 dni, a co cztery lata (bez wyjątku) wprowadzano jeden dzień dodatkowy (następował wówczas tzw. rok przestępny). W 325 roku kalendarz ten został przyjęty na soborze nicejskim jako oficjalny kalendarz Kościoła. Obecnie obowiązuje on tylko w niektórych Kościołach wschodnich (na Białorusi, Ukrainie, w Rosji i Serbii), dlatego tamtejsze święta kościelne wypadają o 13 dni później niż święta katolickie. Według kalendarza juliańskiego rok przestępny to taki, który dzieli się bez reszty przez 4. |
Kalendarz gregoriański | Ponieważ powyższe założenie nie odzwierciedla rzeczywistości (czas obiegu Ziemi wokół Słońca wynosi 365 dni, 5 godzin, 49 minut i 42 sekundy), kalendarz juliański spóźniał się o jeden dzień na 128 lat. W związku z tym na zlecenie papieża Grzegorza XIII opracowano reformę kalendarza. Nowy kalendarz, obowiązujący od 1582 r., nazwano od imienia papieża kalendarzem gregoriańskim. Powstałe opóźnienie skorygowano poprzez ominięcie 10 dat – po 5 października przesunięto datę w kalendarzu na 14 października. Aby uniknąć kolejnych opóźnień, w kalendarzu wprowadzono następującą zasadę: rok przestępny to taki, który: – jeśli dzieli się przez 100 (ma dwa zera na końcu), musi także dzielić się przez 400 (czyli liczba przed dwoma zerami musi być podziela bez reszty przez 4. – jeśli nie dzieli się przez 100 (ma inne cyfry niż dwa zera na końcu), musi się dzielić przez 4. Kalendarz ten obowiązuje w zasadzie na całym świecie. Dla przykładu: Rok 2100 według kalendarza juliańskiego będzie rokiem przestępnym, a według kalendarza gregoriańskiego – nie. |
Chrześcijanie liczą czas (nasza era) od narodzin Chrystusa, żydzi – od stworzenia świata (od 7.10.3761 p.n.e.), a muzułmanie od ucieczki Mahometa z Mekki do Medyny (16.07.622 według naszej rachuby).
3. Ruch obrotowy Ziemi
Ruch obrotowy Ziemi – inaczej nazywany ruchem wirowym – jest to ruch Ziemi wokół własnej osi.
3.1. Cechy ruchu obrotowego Ziemi
3.2. Doba gwiazdowa, doba słoneczna i doba cywilna
Doba gwiazdowa to pełen obrót Słońca względem gwiazdy. Trwa 23 godziny 56 minut i 4 sekundy. W czasie doby gwiazdowej Ziemia wykonuje dodatkowo ruch obiegowy wokół Słońca (również w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara). Musi się ona jeszcze nieco obrócić, żeby była zwrócona znów tą samą stroną do Słońca. Czas między kolejnymi górowaniami Słońca to doba słoneczna, która trwa 24 godziny. Wyróżnia się także dobę cywilną, która również trwa 24 godziny, lecz trwa ona od 24:00 do 24:00 – w celu ułatwienia życia i pracy człowieka.
3.3. Dowody na ruch obrotowy Ziemi (zakres rozszerzony)
Ruch obrotowy jest przez nas nieodczuwalny, lecz istnieją co najmniej dwa dowody na jego istnienie.
Jako dowód na ruch wirowy Ziemi w 1851 r. Jean Bernard Léon Foucault powiesił długie (67 m) i ciężkie wahadło na kopule paryskiego Panteonu. W ciągu doby wahadło to zmieniło swoje położenie zgodnie z ruchem wskazówek zegara, zakreślając rozetę. Jednak obrót wahadła Foucaulta jest równy pełnemu obrotowi Ziemi tylko na biegunach. W niższych szerokościach geograficznych należy zastosować wzór:
Na równiku wahadło się nie obraca.
Innym dowodem jest nieznaczne odchylanie się ciał swobodnie spadających na wschód, ze względu na większą prędkość liniową punktu, z którego rozpoczynają ruch niż punktu na powierzchni Ziemi. Doświadczenie to zostało wykonane pod koniec XIX w. w Niemczech.
Ślady ruchów wahadła umieszczonego na obracającej się karuzeli. Podobne ślady pozostawiło wahadło Foucaulta, co jest dowodem ruchu obrotowego Ziemi | Schemat dowodu na ruch obrotowy Ziemi – odchylanie się ciał swobodnie spadających z dużej wysokości. Jest to następstwo siły Coriolisa, która została opisana poniżej. |
Indeks górny Źródło: Englishsquare.pl sp. z o.o. na podstawie P. Wład, Korepetytorium. Ziemia we Wszechświecie, Wydawnictwo Turystyczne Paweł Wład, Rzeszów 2012; licencja: CC BY‑SA 3.0. Indeks górny koniecŹródło: Englishsquare.pl sp. z o.o. na podstawie P. Wład, Korepetytorium. Ziemia we Wszechświecie, Wydawnictwo Turystyczne Paweł Wład, Rzeszów 2012; licencja: CC BY‑SA 3.0.
3.4. Następstwa ruchu obrotowego Ziemi
Siła Coriolisa na półkuli północnej odchyla w prawo wiatry (np. pasaty, monsuny, cyklony tropikalne), prądy morskie, pociski, bardziej podmywa prawe brzegi rzek, niszczy prawe szyny na torowiskach i daje prawoskrętny wir wody w wannie. Na półkuli południowej wszystkie te zjawiska mają odchylenie lewostronne. Siła ta nie działa na ciała poruszające się wzdłuż równoleżników.
Pozorny ruch Słońca na niebie jest przez nas postrzegany odwrotnie do kierunku ruchu obrotowego Ziemi, a więc ze wschodu na zachód. Dotyczy to również innych ciał niebieskich. Szczegóły przedstawiono na rycinie w punkcie 1.
Zagadnienia dotyczące rachuby czasu jako następstwa ruchu obrotowego Ziemi zostały przedstawione w grafice interaktywnej.
4. Inne ruchy Ziemi (zakres rozszerzony)
Cykle Milankovicia:
zmiana kształtu orbity ziemskiej (tzw. ekscentryczność lub mimośród orbity) polegająca na większym lub mniejszym jej spłaszczeniu,
zmiana nachylenia osi Ziemi do płaszczyzny ekliptyki,
precesja osi ziemskiej, czyli ruch osi ziemskiej po obwodzie stożka zgodnie ze wskazówkami zegara, wywołana jest zmieniającymi się siłami przyciągania Słońca i Księżyca (można ją porównać do wirującego bączka‑zabawki); pełny obieg trwa 25 700 lat (rok platoński); w wyniku tego zjawiska zmieniają swoje położenie bieguny niebieskie.
Oprócz tych ruchów oś ziemska wykonuje także nutację, czyli drganie. W wyniku precesji połączonej z nutacją oś ziemska dokonuje obiegu po linii falistej biegnącej wzdłuż obwodu stożka.
Innymi ruchami Ziemi są:
ruch obrotowy wokół wspólnego środka masy Ziemi i Księżyca (znajduje się on w płaszczu ziemskim) w ciągu miesiąca,
ruch obiegowy wraz z Układem Słonecznym wokół jądra Galaktyki (w ciągu 240 mln lat z prędkością 220 km/h),
oddalanie się Drogi Mlecznej od innych galaktyk.
Słownik
pozorne odchylenie ciał niebieskich od ich rzeczywistego położenia
wielkie koło na sferze niebieskiej, na tle którego widoczny jest pozorny ruch Słońca, czyli po którym rzeczywiście porusza się Ziemia
kąt będący różnicą między kierunkami do danej gwiazdy z dwóch różnych punktów położenia Ziemi