Ruchy Ziemi i Księżyca
Wiesz już, że Mikołaj Kopernik udowodnił, iż Ziemia obraca się wokół Słońca. Czy potrafisz wymienić, jakie jeszcze ruchy wykonują nasza planeta oraz jej Księżyc? Jeśli nie, spróbuj posłużyć się telluriumtellurium. A jeśli tak, wymień ich cechy, np. długość trwania i kierunek.
Księżyc oddalony jest od Ziemi o ponad 380 tysięcy kilometrów. Słońce natomiast - o około 150 milionów kilometrów. Czy mimo tych odległości mają one wpływ na nasze życie?
układ planet w Układzie Słonecznym.
Wymienisz i opiszesz ciała niebieskie w Układzie Słonecznym.
Wymienisz i scharakteryzujesz ruchy Ziemi i Księżyca.
Podasz główne skutki ruchów Ziemi i Księżyca.
1. Jakie obiekty tworzą Układ Słoneczny?
Układ Słoneczny budują: gwiazda (Słońce), planety, księżyce, planetoidy, planety karłowate, komety, meteoroidy oraz materia pyłowo‑gazowa wypełniająca przestrzeń międzyplanetarną.
Centralnym obiektem - gwiazdą naszego Układu Słonecznego jest Słońce. Powstało około 5 mld lat temu. Jest to olbrzymia gazowa kula zbudowana głównie z wodoru i helu. W jej wnętrzu zachodzą reakcje termojądrowereakcje termojądrowe, które są źródłem energii.
Wokół Słońca krąży osiem planet. Najbliżej Słońca znajdują się: Merkury, Wenus, Ziemia i Mars. Są to planety wewnętrzne (lub inaczej: planety typu ziemskiego). Mają niewielkie rozmiary, posiadają budowę warstwową: skalną skorupę i metaliczne jądro, nie mają pierścieni gazowych, mają dużą gęstość i małe spłaszczenie przy biegunach. Dalej od Słońca znajdują się planety zewnętrzne: Jowisz, Saturn, Uran i Neptun. Mają one większe rozmiary, są cieczowo‑gazowe (jądra stałe lub ciekłe, a kolejne warstwy gazowe), ich głównymi składnikami są wodór i hel, a także amoniak i metan, mają gęstą i grubą atmosferę, pierścienie gazowe (choć dobrze widoczne są jedynie pierścienie Saturna), mniejszą gęstość i większe spłaszczenie przy biegunach. W związku z ich cechami są często nazywane gazowymi olbrzymami.
W Układzie Słonecznym znajdują się także planety karłowate. Są to ciała niebieskie podobne do planet (i podobnie jak one obiegające gwiazdę), lecz mniejsze od nich (o średnicy do 4000 km). Różnią się tym od planet, że nie oczyściły sąsiedztwa swojej orbity z innych obiektów. Jak dotąd, jedyne znane tego typu obiekty znajdują się w Układzie Słonecznym – jest ich pięć: Eris, Pluton, Makemake, Haumea oraz Ceres. Pluton, od momentu jego odkrycia w 1930 r. aż do 2006 r., był uznawany za dziewiątą planetę Układu Słonecznego. Jednak 23 sierpnia 2006 r. podczas Zgromadzenia Ogólnego Międzynarodowej Unii Astronomicznej w Pradze Plutona uznano za planetę karłowatą.
Księżyce są to ciała niebieskie krążące wokół planety (lub planety karłowatej) i święcące światłem odbitym gwiazdy. Są naturalnymi satelitami planet utrzymywanymi na orbicie dzięki sile grawitacji. Najbardziej znany jest naturalny satelita Ziemi – Księżyc (pisany wielką literą). To drugi po Słońcu, największy i najjaśniejszy obiekt na ziemskim niebie. Jego średnica stanowi około 1/4 średnicy ziemskiej. Merkury i Wenus nie mają księżyców, a Saturn ma ich najwięcej, bo aż 83. Największym księżycem w Układzie Słonecznym jest Ganimedes (należący do Jowisza); bardzo dużym jest również Tytan (należący do Saturna).
W Układzie Słonecznym znajdują się także planetoidy (asteroidy). Podobnie jak planety i planety karłowate są obiektami krążącymi wokół gwiazdy. Ich rozmiary są jednak zdecydowanie mniejsze – mają one bowiem zaledwie do 1000 km średnicy. Są to ciała skalne lub metaliczne. Mają nieregularny kształt. Obiegają Słońce w dwóch pasach: głównym (między Marsem a Jowiszem) oraz zewnętrznym Kuipera (za Neptunem). Współcześnie znanych jest ok. 30 tys. planetoid.
Bardzo ciekawymi obiektami są także komety. To obiekty, które krążą wokół gwiazd po bardzo wydłużonej orbicie. Zbudowane są głównie z lodu, gazów (dwutlenki węgla, amoniaku, metanu) i skał. Występują głównie na peryferiach Układu Słonecznego. Mogą pojawiać się w okolicy Słońca albo z określoną częstotliwością, albo tylko raz. Ich główną część stanowi jądro. Gdy znajdują się blisko gwiazdy, wokół ich jądra tworzy się koma (świecąca gazowa otoczka) oraz charakterystyczny warkocz (ogon), który powstaje podczas sublimacjisublimacji lodu zawartego w jądrze komety (lód jest głównym obok pyłu składnikiem komet). Powstała długa smuga jest zawsze skierowana na zewnątrz od centrum Układu Słonecznego. Jedną z najpopularniejszych komet jest Kometa Halleya. Okres jej obiegu wokół Słońca wynosi prawie 75‑76 lat.
Meteoroidy są to drobne ciała niebieskie o średnicy do 10 m występujące w przestrzeni międzyplanetarnej. Mogą mieć one postać zarówno niewielkich brył materii, jak i ziaren pyłu. Powstają często w wyniku zderzenia planetoid. W przeciwieństwie do planetoid i komet, nie jesteśmy w stanie ich bezpośrednio zobaczyć. Wchodząc w atmosferę ziemską, na skutek tarcia wywołują zjawisko meteoru (potocznie: „spadającej gwiazdy”). Te z meteoroidów, które dotarły to powierzchni ziemi i nie uległy odparowaniu, nazywane są meteorytami. Meteoroidy krążą samotnie lub w rojach.
Do Ziemi codziennie dociera nawet kilkaset milionów meteoroidów o bardzo małej wielkości i większość z nich spala się w ziemskiej atmosferze. Duże meteoroidy, uderzając w powierzchnię Ziemi, tworzą w niej kratery różnych rozmiarów. Upadki meteorytów przyczyniają się do zmian w środowisku przyrodniczym: zmian klimatycznych, powstania fali uderzeniowej, tsunami, pożarów itp. Przypuszcza się, że upadek wielkiego meteorytu około 60 mln lat temu przyczynił się do wyginięcia dinozaurów.
2. Ziemia i Księżyc w Układzie Słonecznym
Z punktu widzenia mieszkańców Ziemi najistotniejsze są dla nas następujące ruchy:
ruch Ziemi: wokół własnej osi (ruch obrotowy Ziemi) i wokół Słońca (ruch obiegowy Ziemi);
ruch Księżyca: wokół własnej osi i wokół Ziemi.
Zapoznaj się z poniższą animacją, wybierając odpowiednie ustawienia. Następnie wykonaj polecenia.
Film dostępny pod adresem /preview/resource/RIK5jgqXv1bJC
Film nawiązujący do treści materiału
Na podstawie animacji wykonaj poniższe polecenia.
Wskaż prawidłowe zakończenie zdania.
Ziemia obraca się wokół Słońca i wokół własnej osi. Ruch wokół własnej osi odbywa się
Zaznacz z podanych dwa skutki ruchu obiegowego Ziemi.
Wskaż prawidłowe zakończenie zdania.
Czas trwania obiegu Księżyca wokół Ziemi to
2.1. Ruchy Ziemi
Ziemia, krążąc wokół Słońca, wykonuje ruch obiegowy. Patrząc z kosmosu na półkulę północną, ruch ten odbywa się w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara, czyli z zachodu na wschód. Pełny okres obiegu trwa jeden rok, czyli 365 dni 5 godzin i 49 minut (w zaokrągleniu 365 dób). Rok kalendarzowy trwa 365 dni, więc co 4 lata dodaje się jeden dzień (¼ doby × 4). Taki rok nazywamy rokiem przestępnym. Z uwagi na to, że 5 godzin i 49 minut to jedynie prawie 6 godzin, co 200 lat nie ma roku przestępnego.
Ziemia podczas całego ruchu obiegowego jest lekko pochylona. Kąt między osią Ziemi a płaszczyzną jej orbity w ciągu roku nie ulega zmianie i wynosi nie 90°, lecz 66°34’. W związku z tym kąt między płaszczyzną równą a płaszczyzną orbity jest równy różnicy między 90° a 66°34’ (czyli wynosi 23°26’).
Średnia odległość między Ziemią a Słońcem wynosi około 150 mln km. Jednak orbitaorbita Ziemi nie ma kształtu okręgu, lecz kształt elipsy, a Słońce nie znajduje się dokładnie w jej centrum, lecz w jednym z ogniskognisk tej elipsy (jak w powyższej animacji). W związku z tym odległość ta zmienia się od ok. 147 mln km (peryheliumperyhelium) do ok. 152 mln km (apheliumaphelium).
Oprócz ruchu obiegowego Ziemia wykonuje także ruch obrotowy (inaczej: wirowy). Patrząc z przestrzeni kosmicznej na półkulę północną, dostrzec można, że odbywa się on także w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara, czyli z zachodu na wschód. W związku z tym z Ziemi obserwujemy pozorną wędrówkę Słońca (i innych gwiazd) ze wschodu na zachód. Obrót Ziemi wokół własnej osi o 360° trwa jedną dobę, czyli 23 godziny 56 minut i 4 sekundy. Jednakże z uwagi na to, że jednocześnie Ziemia wykonuje ruch obiegowy wokół Słońca, potrzebne są jeszcze niecałe 4 minuty, by punkty stałe Ziemi i Słońca znalazły się w jednym miejscu (dlatego też ruch obrotowy Ziemi, uwzględniając jej ruch wokół Słońca, wynosi 24 godziny). Sytuację tę przedstawia poniższe wideo.
Film dostępny pod adresem /preview/resource/R1cGV91YPvLd8
Film przedstawia ruch obrotowy Ziemi. Kula ziemska obraca się z zachodu na wschód, w kierunku przeciwnym do wskazówek zegara.
Prędkość kątowa ruchu obrotowego Ziemi jest niemal na całej kuli ziemskiej stała - wynosi 360° w ciągu 24 godzin (czyli 15° w ciągu 1 godziny, a 1° w ciągu 4 minut). Natomiast prędkość liniowa tego ruchu jest inna i zależy od szerokości geograficznej (długości równoleżników). Wynosi ona od 0 km/h na biegunie do 1667 km/h na równiku.
Więcej o ruchach Ziemi przeczytasz w materiałach: Ruch obrotowy ZiemiRuch obrotowy Ziemi, Ruch obiegowy ZiemiRuch obiegowy Ziemi.
2.2. Ruchy Księżyca
Księżyc natomiast wykonuje ruch obiegowy wokół Ziemi, a nie wokół Słońca (bezpośrednio, bo pośrednio tak, gdyż układ Ziemia‑Księżyc nazywany jest czasem planetą podwójną!). Patrząc z kosmosu na półkulę północną, ruch ten odbywa się w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara, czyli z zachodu na wschód. Kąt między płaszczyzną orbity ziemskiej a płaszczyzną orbity Księżyca wynosi ok. 5°. Orbita Księżyca ma kształt eliptyczny, a Ziemia znajduje się w jednym z ognisk tej elipsy.
Księżyc wykonuje pełny obieg wokół Ziemi w ciągu 27,3 dnia – jest to tzw. miesiąc syderyczny. Dokładnie tyle samo trwa jego obrót wokół własnej osi. W związku z tym z naszej planety widoczna jest zawsze ta sama strona (tarcza) Księżyca.
Jednak uwzględniając ruch układu Ziemia‑Księżyc‑Słońce, pełne przejście przez wszystkie fazy Księżyca następuje w czasie 29,5 dnia. Jest to tzw. miesiąc synodyczny (lunacja).
Miesiąc synodyczny polega na przejściu Księżyca przez wszystkie fazy (rozpoczynając od nowiu i na nim kończąc). Na półkuli północnej przebieg ten jest następujący (porównaj numery na grafikach poniżej):
3. Konsekwencje ruchów Ziemi
Oba ruchy Ziemi powodują szereg konsekwencji, z których najważniejsze wypisano poniżej.
\ Konsekwencje ruchu obiegowego Ziemi
Rok jako podstawowa jednostka czasu – konstrukcja kalendarza.
Zmiana drogi widomej wędrówki Słońca w ciągu roku, w tym:
zmiana wysokości górowania Słońca (najwyższe położenie tarczy słonecznej w ciągu doby – południe słoneczne) i kąta padania promieni słonecznych w ciągu roku;
zmiana miejsca wschodu i zachodu Słońca;
zmiana długości trwania dnia i nocy (w tym dnie i noce polarne znacznie ograniczające możliwości funkcjonowania ludzi poza kołami polarnymi).
Zmiana oświetlenia Ziemi w różnych szerokościach geograficznych:
występowanie stref oświetlenia Ziemi;
występowanie pór roku i różna długość ich trwania;
powstawanie stref klimatycznych jako konsekwencji zróżnicowanego oświetlenia Ziemi;
strefy klimatyczne w znaczący sposób wpływają na strefowość występowania gleb i roślin.
Zmiana odległości Ziemi od Słońca – różnice w ilości dostarczanego ciepła.
Zmiana wielkości Słońca obserwowanego z Ziemi.
Różnice w średniej długości trwania pór roku.
Więcej na temat konsekwencji ruchów Ziemi znajdziesz w tematach: Następstwa ruchu obiegowego ZiemiNastępstwa ruchu obiegowego Ziemi, Następstwa ruchu obrotowego ZiemiNastępstwa ruchu obrotowego Ziemi.
Podsumowanie
Centralną gwiazdą Układu Słonecznego jest Słońce. Wokół niego krąży osiem planet. W Układzie Słonecznym znajdują się także inne ciała, np.: księżyce, planety karłowate, planetoidy, komety czy meteoroidy.
Ziemia wykonuje ruch obrotowy (wokół własnej osi) oraz ruch obiegowy (wokół Słońca).
Księżyc wykonuje ruch obrotowy (wokół własnej osi) oraz ruch obiegowy (wokół Ziemi).
Wymienione wyżej ruchy odbywają się odwrotnie do ruchu wskazówek zegara, czyli z zachodu na wschód (patrząc z kosmosu na półkulę północną Ziemi), po eliptycznych orbitach.
Układ Ziemia‑Księżyc jest nazywany planetą podwójną, gdyż cały ten układ krąży wokół Słońca.
Słownik
punkt na orbicie Ziemi, w którym nasza planeta znajduje się najdalej Słońca
jeden z dwóch punktów leżących na osi wielkiej elipsy, które są rozłożone symetrycznie względem centralnego punktu elipsy
niewidzialny tor poruszania się jednego ciała niebieskiego wokół innego
niewidzialna linia przechodząca przez oba bieguny i środek Ziemi, wokół której następuje ruch obrotowy
punkt na orbicie Ziemi, w którym nasza planeta znajduje się najbliżej Słońca
reakcje chemiczne zachodzące w gwieździe, które polegają na zamianie wodoru w hel; ich efektem jest powstawanie energii świetlnej i cieplnej, które rozchodzą się po innych częściach Układu Słonecznego
model ruchów Ziemi i Księżyca względem Słońca
bezpośrednie przejście substancji ze stanu stałego w stan gazowy z pominięciem stanu ciekłego
Ćwiczenia
Wskaż poprawne zakończenie zdania.
Najwięcej księżyców z podanych poniżej planet posiada
Spośród podanych niżej najwięcej księżyców posiada Możliwe odpowiedzi: 1. Mars, 2. Merkury, 3. Wenus, 4. Ziemia
Wybierz dwie cechy, którymi odznaczają się wszystkie planety podane w ćwiczeniu 2.
Wybierz poprawne dokończenie zdania.
Poniższy film przedstawia
Film dostępny pod adresem /preview/resource/RrODAbQqoPaZh
Film nawiązujący do treści materiału
Zaznacz schemat obrazujący poprawne ruchy obiegowe Ziemi i Księżyca.
Na podstawie informacji zawartych w e‑materiale opisz ruchy obiegowe Ziemi i Księżyca.
Oceń poprawność poniższych zdań.
Wyjaśnij, jakie byłyby konsekwencje, gdyby ruch obiegowy Ziemi trwał tyle samo, co jej ruch obrotowy.
Podaj różnice między miesiącem synodycznym a syderycznym.
Notatki
Bibliografia
Mietelski J., (2001), Astronomia w geografii, Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN.
Wszołek B., Kuźmicz A., (2009), Elementy astronomii dla geografów, Kraków: IGiGP UJ.