ЗЕМЛЯ - ПЛАНЕТА СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ - ПРИРОДА ЗЕМЛИ И ЧЕЛОВЕК

Солнечная система состоит собственно из Солнца, а также планет с их спутниками, комет, астероидов, пыли, газа и мелких частиц.

Солнце, которое является звездой, — это самый большой объект Солнечной системы, и оно удерживает вокруг себя все остальные объекты. Солнце в 109 раз по размерам и в 330 тысяч раз по массе превосходит Землю. По приблизительным подсчетам, около 70% массы Солнца составляет водород, 28% — гелий, оставшееся около 2% приходится на другие элементы. Согласно современным представлениям, основным источником энергии на Солнце являются термоядерные реакции, в ходе которых более легкие химические элементы превращаются в более тяжелые. Сейчас основным типом термоядерной реакции, протекающей на Солнце, является реакция превращения водорода в гелий, при которой выделяется очень много энергии.

В настоящее время считается, что в Солнечную систему входит 8 больших планет: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун.

Планеты можно разделить на две группы. Дальние от Солнца планеты — Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун получили название планеты-гиганты. Диаметр Юпитера — 143 тыс. км, а его масса более чем в 300 раз превышает массу Земли. Эти планеты состоят из газа, в основном из водорода и гелия, вследствие чего плотность их сравнительно невелика (у Сатурна она даже меньше плотности воды). Планеты-гиганты не имеют твердой поверхности. Для них характерно наличие большого числа спутников, причем среди них встречаются довольно большие, сравнимые по размерам даже с Меркурием.

Другая группа планет, находящихся наиболее близко к Солнцу, — это планеты земной группы — Меркурий, Венера, Земля и Марс. Все эти планеты состоят из тяжелых химических элементов, имеют высокую плотность и твердую поверхность.

Среди крупных тел Солнечной системы можно встретить и огромное количество малых:

• «карликовые планеты»;

• астероиды, или «малые планеты»;

• кометы;

• метеорные тела или метеориты (т. е. просто небольшие камни);

• пыль и газ.

Термин «карликовые планеты» был введен решением XXVI Генеральной ассамблеи МАС (международного астрономического союза) в 2006 г. В настоящее время под определение «карликовых планет» попадают собственно Плутон, Церера (самый большой объект в ближнем поясе астероидов) и Эрида (недавно открытый объект, находящийся еще дальше Плутона). Еще для нескольких объектов причисление к разряду карликовых планет рассматривается.

Планета Земля имеет шарообразную форму. Впервые высказал гипотезу о шарообразности Земли древнегреческий ученый Аристотель, еще в IV в. до н.э. Но доказать это и тем более определить радиус земного шара удалось значительно позже. Сделал это известный греческий астроном и математик Эратосфен. В течение последующих столетий ученые пытались определить радиус Земли более точно. Удалось это лишь в 1669 г. Жану Пикару.

Градусные измерения радиуса Земли проводились разными учеными и на разных широтах. Результаты были таковы, что радиус Земли в разных местах получался различным. Тогда ученые пришли к выводу, что Земля сплюснута и ее полярный радиус на целых двадцать с лишним километров меньше экваториального. Такая форма Земли соответствует фигуре, которая получается путем вращения эллипса вокруг его малой оси. В геометрии она называется сфероидом или эллипсоидом вращения (рис. 35).

Рис. 35. Эллипс

Научными доказательствами шарообразности Земли являются:

1) фотографии из космоса;

2) лунные затмения;

3) градусные измерения на поверхности Земли.

Говоря о форме Земли, имеют в виду не физическую ее поверхность со всеми неровностями, а некоторую воображаемую поверхность океанов и открытых морей, мысленно продолженную под всеми материками, то есть условную поверхность среднего уровня Мирового океана в спокойном состоянии. Такая поверхность называется уровенной поверхностью. Фигуру Земли, образованную уровенной поверхностью, решили назвать геоидом (от греч. ge — земля и eidos — вид), т.е. «землеподобным» (рис. 36).

Рис. 36. Поверхность Земли в сечении

Однако геоид нельзя использовать для математических расчетов на земной поверхности, и поэтому в практических целях пользуются эллипсоидом. В России и ряде других стран за истинный размер планеты принимают эллипсоид Красовского и его учеников. Основные параметры эллипсоида подтверждаются данными, полученными с орбитальных станций.

Сведения о нашей планете приведены в таблице 7.

Таблица 7

Общие сведения о Земле

Среднее расстояние от Земли до Луны	384 400 км
Период оборота Земли вокруг своей оси (звездные сутки)	23 ч 56 мин 4,09 с
Период обращения Земли вокруг Солнца (тропич. год)	365 сут 5 ч 48 мин 46 с
Ср. скорость движения Земли по орбите	29,765 км/с, или 100 000 км/ч
Масса Земли	6 · 1027 г
Объем Земли	1,083 · 1012 км3
Экваториальный радиус Земли	6378,245 км
Полярный радиус Земли	6356,863 км
Ускорение силы тяжести на полюсе	983 см/с2
Ускорение силы тяжести на экваторе	978 см/с2
Наклон земного экватора к орбите	23°27'
Средний радиус	6371,004 км
Длина экватора	Около 40 000 км
Площадь поверхности Земли	509 494 365 км2
Площадь поверхности суши	29,2% всей поверхности Земли
Площадь водной поверхности	70,8% всей поверхности Земли
Наклон оси к плоскости орбиты	66,5°
Покрыто вечными снегами и льдом	Около 0,1% суши
Вода во всех ее формах	Около 0,024% массы Земли
Угловая скорость вращения Земли	15,041 с
Температура поверхности	от -96 °С до +70 °С

В практических расчетах Землю принимают за шар со средним радиусом R = 6371,11 км. Нулевой отметкой высот считается Кронштадтский футшток Балтийского моря. Небольшой участок поверхности Земли практически можно считать плоскостью, а более крупный — частью сферы.

Определением размеров и формы Земли, измерениями на земной поверхности и отображением на планах и картах занимается наука геодезия (от греч. geodaisia — землеразделение, где ge — Земля и daio — делю, разделяю)

Земля одновременно участвует в разнообразных движениях. Два из них известны с давних времен — это вращение вокруг собственной оси (осевое; суточное) и обращение вокруг Солнца (орбитальное; годовое).

Осевое движение происходит с запада на восток (рис. 37). Во время своего вращения на освещенной Солнцем стороне бывает день, а на противоположной — ночь.

Рис. 37. Вращение Земли вокруг своей оси

Доказательством осевого вращения Земли является опыт с качающимся маятником французского физика Ж. Фуко. Суть опыта заключается в том, что маятник все время качается в одной плоскости, а поверхность Земли при вращении вокруг своей оси перемещается.

Полный оборот Земля совершает за сутки. Сутки — это промежуток времени между двумя восходами (или заходами) Солнца.

Движение вокруг Солнца Земля совершает по эллипсу (рис. 38). Когда она проходит через перигелий — ближайшую к Солнцу точку своей орбиты, нас отделяет от Солнца почти 147 млн. км. Через полгода расстояние от Земли до Солнца становится близким к 152 млн. км — афелий — наиболее удаленная от Солнца точка орбиты Земли. Меняется и скорость движения Земли. Вблизи Солнца она увеличивается, с удалением от него — уменьшается (поэтому в Северном полушарии зима короче лета).

Рис. 38. Движение Земли вокруг Солнца

В ходе движения вокруг Солнца два раза в году для всех мест Земли (исключая районы географических полюсов) день почти равен ночи. Эти дни получили название дней равноденствия. Весеннее равноденствие наступает 20 или 21 марта, а осеннее — 22 или 23 сентября. В дни весеннего и осеннего равноденствия Солнце восходит почти точно на востоке и заходит почти точно на западе.

Солнцестояние — момент времени в годичном вращении Земли вокруг Солнца, когда наблюдается самый короткий день или самая короткая ночь. В году два солнцестояния — зимнее и летнее. В северном полушарии зимнее солнцестояние происходит 21 или 22 декабря и тогда наблюдается самый короткий день (и самая длинная ночь), а летнее — 20 или 21 июня и тогда наблюдается самая короткая ночь (и самый длинный день). В Южном полушарии на указанные даты приходятся, соответственно, летнее и зимнее солнцестояния.

Географические следствия осевого и орбитального движения Земли представлены в таблице 8.

Таблица 8

Географические следствия осевого и орбитального движений Земли

Суточное вращение Земли	Годовое обращение Земли
1) смена дня и ночи; 2) отклонение воздушных потоков и движущихся тел от их первоначального направления в Северном полушарии вправо, в Южном — влево; 3) суточная ритмичность многих процессов, связанных с поступлением света и тепла	смена времен года, обусловленная тремя обстоятельствами: — обращением Земли вокруг Солнца; — наклоном оси вращения Земли к плоскости орбиты; — постоянством этого наклона. Если бы земная ось не имела наклона, то в течение года на Земле день был бы равен ночи, больше всего тепла получали бы экваториальные области, а на полюсах было бы всегда холодно

В результате годового обращения Земли вокруг Солнца при постоянном наклоне земной оси к плоскости орбиты отдельные части поверхности Земли различаются по условиям освещенности. Из-за этого на поверхности Земли стали выделять пояса освещенности.

Границами поясов выступают тропики и полярные круги (рис. 38).

Рис. 38. Тропики и полярные круги

а — Северный полярный круг, б — Северный тропик, в — Южный тропик

Тропики (от греч. tropikos — поворотный) — параллели соответственно с северной и южной широтой 23,5°: Северный (Тропик Рака) и Южный (Тропик Козерога).

В день летнего солнцестояния (21—22 июня) Солнце в полдень находится в зените над Северным тропиком; в день зимнего солнцестояния (21—22 декабря) — над Южным тропиком. На любой широте между тропиками Солнце бывает в зените дважды в году (а над самими тропиками один раз в год). К северу от Северного тропика и к югу от Южного тропика Солнце в зените не бывает.

Полярные круги — параллели соответственно с северной (Северный полярный круг) и южной (Южный полярный круг) широтой около 66,5°, равной углу наклона оси вращения Земли к плоскости ее орбиты. К северу от Северного полярного круга и к югу от Южного наблюдается полярный день (летом) и полярная ночь (зимой).

Выделяют 5 поясов освещенности (табл. 9), которые отличаются высотой полуденного стояния Солнца над горизонтом, продолжительностью дня и соответственно тепловыми условиями.

Таблица 9

Характеристика поясов освещенности

Пояса	Характеристика
Жаркий (экваториальный, тропический)	Занимает 40% поверхности Земли, расположен между Северным и Южным тропиками. Солнце бывает в зените над экватором в дни равноденствий (21 марта и 23 сентября), над Северным тропиком — в день летнего солнцестояния (22 июня), над Южным тропиком — в день зимнего солнцестояния (22 декабря). Таким образом, в пределах жаркого пояса Солнце 2 раза в году бывает в зените, а на тропиках в дни солнцестояний, т.е. по 1 разу. Продолжительность дня и ночи в этом поясе в течение года изменяется очень незначительно, а на экваторе всегда день равен ночи
Умеренные	Занимают 52% поверхности Земли, расположены между тропиками и полярными кругами. Умеренный пояс Северного полушария — между Северным тропиком и Северным полярным кругом; умеренный пояс Южного полушария — между Южным тропиком и Южным полярным кругом соответственно. В пределах умеренных поясов Солнце никогда не бывает в зените. Продолжительность дня и ночи изменяется в зависимости от широты места (при движении от тропиков к полярным кругам). Одновременно она зависит от времени года
Холодные (полярные)	Занимают 8% поверхности Земли; расположены к северу от Северного полярного круга и соответственно к югу от Южного. В их пределах Солнце также никогда не бывает в зените. Продолжительность дня и ночи в течение года резко изменяется, зависит от широты конкретного места и времени года. Характерно явление полярного дня и ночи, продолжительность которых на полярных кругах самая маленькая (одни сутки), а на полюсах — самая большая (до полугода)

Задания к 2.1

1. Угол наклона Земной оси к плоскости ее орбиты приблизительно равен

1) 66°

2) 46°

3) 26°

4) 96°

2. Длина радиуса Земли составляет около

1) 6300 км

2) 3300 км

3) 9900 км

4) 6600 км

3. На какой из перечисленных параллелей может наблюдаться полярный день?

1) 23,5°

2) 40°

3) 55°

4) 75° с.ш.

4. Когда на всем земном шаре продолжительность дня равна продолжительности ночи?

1) 22 января

2) 21 марта

3) 21 июня

4) 23 ноября

5. Над каким из перечисленных островов 21 июня в полдень по местному времени Солнце находится выше всего над горизонтом?

1) Новая Гвинея

2) Куба

3) Тасмания

4) Мадагаскар

6. Какие три из перечисленных планет относятся к земной группе? Обведите соответствующие цифры и запишите их в таблицу.

1) Юпитер

2) Сатурн

3) Венера

4) Нептун

5) Меркурий

6) Марс

7. Определите географические координаты пункта, если известно, что в дни равноденствия полуденное Солнце стоит там над горизонтом на высоте 40° (тень от предмета падает на север), а местное время опережает время Гринвичского меридиана на 3 часа. Ход своих рассуждений запишите.