Осевое и орбитальное вращение Земли

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

Глава 1. Суточное вращение и его значение для географической оболочки

1.1 Доказательства осевого вращения

1.2 Направление движения и скорости вращения

1.3 Солнечные и звёздные сутки

Глава 2. Орбитальное движение земли

2.1 Доказательства орбитального вращения Земли

2.2 Направление движения и скорость

2.3 Изменение освещения и нагревания северного и южного полушарий по сезонам года

2.4 Высота полуденного Солнца над горизонтом

2.5 Пояса освещения

Глава 3. Географические следствия осевого и орбитального вращения земли

Заключение

Список используемых источников

Введение

Объяснение суточного вращения небосвода вращением Земли вокруг оси впервые было предложено представителями пифагорейской школы, сиракузянами Гикетом и Экфантом. Согласно некоторым реконструкциям, вращение Земли утверждал также пифагореец Филолай из Кротона (V век до н. э.). Высказывание, которое можно трактовать как указание на вращение Земли, содержится в Платоновском диалоге Тимей.

Однако о Гикете и Экфанте практически ничего неизвестно, и даже само их существование иногда подвергается сомнению. Согласно мнению большинства ученых, Земля в системе мира Филолая совершала не вращательное, а поступательное движение вокруг Центрального огня. В других своих произведениях Платон следует традиционному мнению о неподвижности Земли. Однако до нас дошли многочисленные свидетельства, что идею вращения Земли отстаивал философ Гераклид Понтийский (IV век до н. э.). Вероятно, с гипотезой о вращении Земли вокруг оси связано еще одно предположение Гераклида: каждая звезда представляет собой мир, включающий землю, воздух, эфир, причем всё это располагается в бесконечном пространстве. Действительно, если суточное вращение неба является отражением вращения Земли, то исчезает предпосылка считать звезды находящимися на одной сфере.

Примерно столетие спустя предположение о вращении Земли стало составной частью первой гелиоцентрической системы мира, предложенной великим астрономом Аристархом Самосским (III век до н. э.). Аристарха поддержал вавилонянин Селевк (II век до н. э.), также, как и Гераклид Понтийский считавший Вселенную бесконечной. О том, что идея суточного вращения Земли имела своих сторонников еще в I веке н. э., свидетельствуют некоторые высказывания философов Сенеки, Деркиллида, астронома Клавдия Птолемея. Подавляющее большинство астрономов и философов, однако, не сомневалось в неподвижности Земли.

Аргументы против идеи движения Земли имеются в произведениях Аристотеля и Птолемея. Так, в своем трактате «О Небе» Аристотель обосновывает неподвижность Земли тем, что на вращающейся Земле брошенные вертикально вверх тела не могли бы упасть в ту точку, из которой началось их движение: поверхность Земли сдвигалась бы под брошенным телом. Другой довод в пользу неподвижности Земли, приводимый Аристотелем, основан на его физической теории: Земля является тяжелым телом, а для тяжелых тел свойственно движение к центру мира, а не вращение вокруг него.

Одним из доводов Птолемея в пользу неподвижности Земли является вертикальность траекторий падающих тел, как и у Аристотеля. Далее, он отмечает, что при вращении Земли должны наблюдаться явления, которые на самом деле не происходят: все не закрепленные на ней Земле предметы должны совершать одно и то же движение, по направлению противоположное земному. Таким образом, мы никогда не могли бы видеть какое-нибудь идущее к востоку облако или брошенное в том же направлении тело, так как Земля в своем движении к востоку опережала бы все тела. Они казались бы нам движущимися к западу и отстающими от движения Земли.

Целью моих исследований было: доказать, что Земля движется вокруг своей оси и вокруг орбиты; что происходит вследствие ее вращения. [3]

Тема вращения Земли актуальна остается и сейчас, т.к. от этого зависят все процессы, происходящие на Земле: смена дня и ночи, смена времен года, распределение солнечной энергии и т.д.

Глава 1. Суточное вращение и его значение для географической оболочки

1.1 Доказательства осевого вращения

Земная ось - воображаемая прямая, вокруг которой происходит суточное вращение Земли. Земная ось проходит через центр Земли и пересекает земную поверхность в географических полюсах; наклонена к плоскости эклиптики под углом 66.5 град (рис. 1)

Рис: 1 Наклон земной оси по отношению к плоскости эклиптики (плоскости орбиты Земли).

Суточное вращение Земли происходит вокруг своей оси с периодом в одни звездные сутки, непосредственно наблюдаемым проявлением чего является суточное вращение небесной сферы. Вращение Земли происходит с запада на восток. При наблюдении с Полярной звезды или северного полюса эклиптики, вращение Земли происходит против часовой стрелки.

Поскольку любое движение является относительным, необходимо указывать конкретную систему отсчета, относительно которой изучается движение того или иного тела. Когда говорят, что Земля вращается вокруг оси, имеется в виду, что она совершает вращательное движение относительно любой инерциальной системы отсчёта, причем период этого вращения равен звездным суткам - периоду полного оборота небесной сферы относительно Земли.[3]

Все экспериментальные доказательства вращения Земли вокруг оси сводятся к доказательству того, что система отсчета, связанная с Землей, является неинерциальной системой отсчета специального вида - системой отсчета, совершающей вращательное движение относительно инерциальных систем отсчёта.

В отличие от инерциального движения (то есть равномерного прямолинейного движения относительно инерциальных систем отсчета), для обнаружения неинерциального движения замкнутой лаборатории не обязательно производить наблюдения над внешними телами, - такое движение обнаруживается с помощью локальных экспериментов (то есть экспериментов, произведенных внутри этой лаборатории). В этом (именно в этом!) смысле слова неинерциальное движение, включая вращение Земли вокруг оси, может быть названо абсолютным (рис.2)

Рис: 2 Центробежная сила на вращающейся Земле.

В неинерциальных системах отсчёта второй закон Ньютона записывается следующим образом:

F + F_in = ma,

где m - масса тела, a - его ускорение относительно данной системы отсчета, F - реально действующая на тело сила, вызванная взаимодействием между телами, и F_in - сила инерции, связанная с математическим преобразованием от инерциальной к неинерциальной системы отсчета.

В равномерно вращающихся системах отсчета действуют две силы инерции: центробежная сила F_pr (рис. 2)и сила Кориолиса F_cor (рис 3). Следовательно, утверждения «Земля вращается вокруг своей оси» и «В системе отсчета, связанной с Землёй, действуют центробежная сила и сила Кориолиса» являются эквивалентными высказываниями, выраженными разными способами. Поэтому экспериментальные доказательства вращения Земли сводятся к доказательству существования в связанной с ней системе отсчета этих двух сил инерции.

Рис3: Направление силы Кориолиса на вращающейся Земле.

Центробежная сила, действующая на тело массы m, по модулю равна

F_pr = mщ²r,

где щ - угловая скорость вращения и r - расстояние от оси вращения. Вектор этой силы лежит в плоскости оси вращения и направлен перпендикулярно от неё. Величина силы Кориолиса, действующей на частицу, движущуюся со скоростью относительно данной вращающейся системы отсчета, определяется выражением

,

где б - угол между векторами скорости частицы и угловой скорости системы отсчета. Вектор этой силы направлен перпендикулярно обоим векторам и вправо от скорости тела (определяется по правилу буравчика).[6]

Зависимость ускорения свободного падения от географической широты: Эксперименты показывают, что ускорение свободного падения зависит от географической широты: чем ближе к полюсу, тем оно больше. Это объясняется действием центробежной силы. Во-первых, точки земной поверхности, расположенные на более высоких широтах, ближе к оси вращения и, следовательно, при приближении к полюсу расстояние r от оси вращения уменьшается, доходя до нуля на полюсе. Во-вторых, с увеличением широты угол между вектором центробежной силы и плоскостью горизонта уменьшается, что приводит к уменьшению вертикальной компоненты центробежной силы.

Это явление было открыто в 1672 году, когда французский астроном Жан Рише, находясь в экспедиции в Африке, обнаружил, что у экватора маятниковые часы идут медленнее, чем в Париже. Ньютон вскоре объяснил это тем, что период колебаний маятника обратно пропорционален квадратному корню из ускорения свободного падения, которое уменьшается на экваторе из-за действия центробежной силы.[5]

Эффекты силы Кориолиса: лабораторные эксперименты

Маятник Фуко (рис 4). Эксперимент, наглядно демонстрирующий вращение Земли, поставил в 1851 году французский физик Леон Фуко. Его смысл заключается в том, что плоскость колебаний математического маятника неизменна относительно инерциальной системы отсчета, в данном случае относительно неподвижных звезд. Таким образом, в системе отсчета, связанной с Землей, плоскость колебаний маятника должна поворачиваться. С точки зрения неинерциальной системы отсчета, связанной с Землёй, плоскость колебаний маятника Фуко поворачивается под действием силы Кориолиса.

Рис 4: Маятник Фуко

Наиболее отчетливо этот эффект должен быть выражен на полюсах, где период полного поворота плоскости маятника равен периоду вращения Земли вокруг оси (звёздным суткам). В общем случае, период обратно пропорционален синусу географической широты, на экваторе плоскость колебаний маятника неизменна.

Существует ряд других опытов с маятниками, используемых для доказательства вращения Земли. Например, в опыте Браве (1851 г.) использовался конический маятник. Вращение Земли доказывалось тем, что периоды колебаний по и против часовой стрелки различались, поскольку сила Кориолиса в этих двух случаях имела разный знак. В 1853 г. Гаусс предложил использовать не математический маятник, как у Фуко, а физический, что позволило бы уменьшить размеры экспериментальной установки и увеличить точность эксперимента. Эту идею реализовал Камерлинг-Оннес в 1879 г.

Гироскоп - вращающееся тело со значительным моментом инерции сохраняет момент импульса, если нет сильных возмущений. Фуко, которому надоело объяснять, что происходит с маятником Фуко не на полюсе, разработал другую демонстрацию: подвешенный гироскоп сохранял ориентацию, а значит медленно поворачивался относительно наблюдателя.

Опыты, использующие закон сохранения момент импульса: Некоторые эксперименты основаны на законе сохранения момента импульса: в инерциальной системе отсчёта величина момента импульса (равная произведению момента инерции на угловую скорость вращения) под действием внутренних сил не меняется. Если в некоторый начальный момент времени установка неподвижна относительно Земли, то скорость её вращения относительно инерциальной системы отсчета равна угловой скорости вращения Земли. Если изменить момент инерции системы, то должна измениться угловая скорость её вращения, то есть начнётся вращение относительно Земли. В неинерциальной системе отсчёта, связанной с Землёй, вращение возникает в результате действия силы Кориолиса. Эта идея была предложена французским учёным Луи Пуансо в 1851 г.

Первый такой эксперимент был поставлен Хагеном в 1910 г.: два груза на гладкой перекладине были установлены неподвижно относительно поверхности Земли. Затем расстояние между грузами было уменьшено. В результате установка пришла во вращение. Ещё более наглядный опыт поставил немецкий учёный Ханс Букка (Hans Bucka) в 1949 г. Стержень длиной примерно 1,5 метра был установлен перпендикулярно прямоугольной рамке. Первоначально стержень был горизонтален, установка была неподвижной относительно Земли. Затем стержень был приведен в вертикальное положение, что привело к изменения момента инерции установке примерно в 10⁴ раз и её быстрому вращению с угловой скоростью, в 10⁴ раз превышающей скорость вращения Земли.

Оптические эксперименты

В основе ряда опытов, демонстрирующих вращение Земли, используется эффект Саньяка: если кольцевой интерферометр совершает вращательное движение, то вследствие релятивистских эффектов полосы смещаются на угол

,

где A - площадь кольца, c - скорость света, щ - угловая скорость вращения. Для демонстрации вращения Земли этот эффект был использован американским физиком Майкельсоном в серии экспериментов, поставленных в 1923-1925 гг. В современных экспериментах, использующих эффект Саньяка, вращение Земли необходимо учитывать для калибровки кольцевых интерферометров.[2]

1.2 Направление движения и скорости вращения

Вращение Земли происходит с запада на восток. При наблюдении с Полярной звезды или северного полюса эклиптики, вращение Земли происходит против часовой стрелки.

В соответствии со вторым законом Кеплера, орбитальная скорость обратно пропорциональна радиус-вектору. Поэтому скорость движения Земли по орбите также не постоянна, а изменяется от 29,5 км/с в афелии (июль) до 30,3 км/с в перигелии (январь). Соответственно, и расстояние от осеннего до весеннего равноденствия на орбите Земля проходит быстрее, чем противоположную, летнюю часть, а весна и лето в Северном полушарии на 6 суток продолжительнее осени и зимы.

Угловая скорость вращения Земли: Поскольку Земля относительно далёких звёзд, принимаемых за инерциальную систему отсчёта, делает полный оборот за звёздные, а не за солнечные сутки, то при вычислении угловой скорости вращения Земли следует брать именно эту величину:

с?1

Знать угловую скорость вращения Земли бывает необходимо при расчёте сил инерции (центробежной, Кориолиса), что требуется при решении задач гидрологии, метеорологии, баллистики, а также космонавтики. Приняв период вращения земли за 86400 секунд, мы сделали бы ошибку в 0,3%, что могло бы стать решающим при ведении артиллерийской стрельбы.[1]

1.3 Солнечные и звёздные сутки

Вся наша жизнь связана со временем и в конечном итоге регулируется периодической сменой дня и ночи, а также времен года. На этих природных повторяющихся базируются основные единицы измерения времени - сутки, месяц, год. Основная величина для измерения времени связана с периодом полного обращения земного шара вокруг своей оси.

Момент верхней кульминации центра Солнца называется истинным полднем, а нижней - истинной полночью. Промежуток времени между двумя последовательными одноименными кульминациями центра Солнца называется истинными солнечными сутками.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис.5. Объяснение причин изменения длительности истинных солнечных суток

Необходимо отметить, что истинные солнечные сутки периодически меняют свою продолжительность. Это вызывается двумя причинами: во-первых, наклоном плоскости эклиптики к плоскости небесного экватора, во-вторых, эллиптической формой орбиты Земли. Когда Земля находится на участке эллипса, расположенном ближе к Солнцу (на рис.5 это положение показано слева), то она движется быстрее. Через полгода Земля окажется в противоположной части эллипса и будет перемещаться по орбите медленнее. Неравномерное движение Земли по своей орбите вызывает неравномерное видимое перемещение по небесной сфере Солнца, т. е. в разное время года Солнце перемещается с различной скоростью. Поэтому продолжительность истинных солнечных суток постоянно меняется.

В результате к продолжительности истинных солнечных суток добавляется синусоидальный член с амплитудой 9,8 мин. и периодом в полгода. Есть и другие периодические эффекты, вносящие вклад в длину истинных солнечных суток и зависящие от времени, но они невелики (возмущения от Луны и планет и т. д.).

Вследствие неравномерности истинных солнечных суток пользоваться ими в качестве единицы для измерения времени неудобно. По этой причине в повседневной жизни используются не истинные, а средние солнечные сутки, продолжительность которых принята постоянной.

Что такое средние солнечные сутки? Вообразим точку, которая в течение года совершает один полный оборот вокруг Земли за такое же время, как и Солнце, но при этом перемещается равномерно и по небесному экватору, а не по эклиптике. Назовем такую воображаемую точку средним Солнцем. Верхнюю кульминацию среднего Солнца называют средним полднем, а промежуток времени между двумя последовательными средними полднями - средними солнечными сутками. Продолжительность их всегда одинакова. Средние солнечные сутки делят на 24 часа. Каждый час среднего солнечного времени в свою очередь делится на 60 минут, а каждая минута - на 60 секунд среднего солнечного времени. За начало средних солнечных суток принимается средняя полночь, т. е. момент нижней кульминации воображаемой точки небесной сферы, называемой средним Солнцем. Время, протекшее от момента нижней кульминации среднего экваториального Солнца до любого другого его положения на одном и том же географическом меридиане, называется средним солнечным временем (Т_ср).

Разность между средним солнечным временем и истинным солнечным временем в один и тот же момент называется уравнением времени. Оно обозначается греческой буквой n. Тогда можно записать следующее равенство:

n = Т_ср - Т₀

Величина уравнения времени n обычно приводится в астрономических календарях и ежегодниках. Приблизительно ее можно найти по графику (рис.6), из которого также видно, что четыре раза в год уравнение времени n равно нулю. Это происходит примерно 14 апреля, 14 июня, 1 сентября и 24 декабря. Уравнение времени n принимает наибольшие численные значения около 12 февраля (n = +14 мин) и 3 ноября (n = -16 мин).

Рис.6: График уравнения времени

Звёздные сутки - период вращения какого-либо небесного тела относительно звёзд вокруг собственной оси.

Звёздные сутки - промежуток времени, за который Земля совершает один оборот вокруг своей оси по отношению к далёким звёздам. На 2000-й год равны 23ч56мин4,090530833сек = 86164,090530833 с.

Звёздные сутки делятся на звёздные часы, минуты и секунды. Звёздные сутки на 3 мин 56 с. короче средних солнечных суток, звёздный час короче общепринятого на 9.86 с. Как единица времени употребляются в редких случаях при организации астрономических наблюдений.

Часовой угол точки весеннего равноденствия равен нулю в момент её верхней кульминации. Полный оборот точки весеннего равноденствия, как и любой другой точки небесной сферы (так называемые звёздные сутки, или «24 часа звёздного времени») происходит за 23 час 56 мин 04 сек. среднего солнечного времени. В году содержится звёздных суток ровно на одни больше, чем средних солнечных. Продолжительность звёздных суток слегка меняется вследствие нутации и движения полюсов (т.е. покачивания Земли относительно её оси вращения), а также из-за неравномерности вращения Земли вокруг оси. Эти изменения составляют менее 0.001 с.[1]

Глава 2. Орбитальное движение земли

2.1 Доказательства орбитального вращения Земли

Так как наблюдатель вместе с Землей движется в пространстве вокруг Солнца почти по окружности, то направление с Земли на близкую звезду должно меняться и близкая звезда должна казаться описывающей на небе в течение года некоторый эллипс. Этот эллипс, называемый параллактическим, будет тем более сжатым, чем ближе звезда к эклиптике и тем меньшего размера, чем дальше звезда от Земли. У звезды, находящейся в полюсе эклиптики, эллипс превратится в малый круг, а у звезды, лежащей на эклиптике, - в отрезок дуги большого круга, который земному наблюдателю кажется отрезком прямой (рис. 7). Большие полуоси параллактических эллипсов равны годичным параллаксам звезд.

Рис. 7

Следовательно, наличие годичных параллаксов у звезд является доказательством движения Земли вокруг Солнца.

Первые определения годичных параллаксов звезд были сделаны в 1835-1840 гг. Струве, Бесселем и Гендерсоном. Хотя эти определения были не очень точными, однако они не только дали объективное доказательство движения Земли вокруг Солнца, но и внесли ясное представление об огромных расстояниях, на которых находятся небесные тела во Вселенной.

Вторым доказательством движения Земли вокруг Солнца является годичное аберрационное смещение звезд, открытое еще в 1728 г. английским астрономом Брадлеем при попытке определить годичный параллакс звезды у Дракона.

Аберрацией вообще называется явление, состоящее в том, что движущийся наблюдатель видит светило не в том направлении, в котором он видел бы его в тот же момент, если бы находился в покое. Аберрацией называется также и сам угол между наблюдаемым (видимым) и истинным направлениями на светило. Различие этих направлений есть следствие сочетания скорости света и скорости наблюдателя.

Пусть в точке К (рис. 8) находится наблюдатель и крест нитей окуляра инструмента, а в точке О - объектив инструмента. Наблюдатель движется по направлению КА со скоростью v.

Рис. 8

Луч света от звезды М встречает объектив инструмента в точке О и, распространяясь со скоростью с, за время t пройдет расстояние ОK = сt и попадет в точку K. Но изображение звезды на крест нитей не попадет, так как за это же время t наблюдатель и крест нитей переместятся на величину KK₁ = vt и окажутся в точке K₁. Для того чтобы изображение звезды попало на крест нитей окуляра, надо инструмент установить не по истинному направлению на звезду КМ, а по направлению К₀О и так, чтобы крест нитей находился в точке К₀ отрезка К₀К = К₁К = vt. Следовательно, видимое направление на звезду К₀М' должно составить с истинным направлением КМ угол s, который и называется аберрационным смещением светила.

Из треугольника КО К₀ следует:

или, по малости угла а,

где q - угловое расстояние видимого направления на звезду от точки неба, в которую направлена скорость наблюдателя. Эта точка называется апексом движения наблюдателя.

Наблюдатель, находящийся на поверхности Земли, участвует в двух ее основных движениях: в суточном вращении вокруг оси и в годичном движении Земли вокруг Солнца. Поэтому различают суточную и годичную аберрации. Суточная аберрация есть следствие сочетания скорости света со скоростью суточного вращения наблюдателя, а годичная - со скоростью его годичного движения.

Так как скорость годичного движения наблюдателя есть скорость движения Земли по орбите v = 29,78 км/сек, то, принимая с = 299 792 км/сек, согласно формуле (4.1), будем иметь s = 20”,496 sin q » 20”,50 sin q.

Число k₀ = 20”,496 » 20",50 называется постоянной аберрации.

Так как апекс годичного движения наблюдателя находится в плоскости эклиптики и перемещается за год на 360°, то видимое положение звезды, находящейся в полюсе эклиптики (q = b = 90°), описывает в течение года около своего истинного положения малый круг с радиусом 20”,50. Видимые положения остальных звезд описывают аберрационные эллипсы с полуосями 20",50 и 20”,50 sin b, где b - эклиптическая широта звезды. У звезд, находящихся в плоскости эклиптики (b = 0), эллипс превращается в отрезок дуги длиной 20”,50 Ч 2 = 41”,00, точнее, 40",99.

Таким образом, самый факт существования годичного аберрационного смещения у звезд является доказательством движения Земли вокруг Солнца.

Различие между параллактическим и аберрационным смещением заключается в том, что первое зависит от расстояния до звезды, второе только от скорости движения Земли по орбите. Большие полуоси параллактических эллипсов различны для звезд, находящихся на разных расстояниях от Солнца, и не превосходят 0",76, тогда как большие полуоси аберрационных эллипсов для всех звезд, независимо от расстояния, одинаковы и равны 20”,50.

Кроме того, параллактическое смещение звезды происходит в сторону видимого положения Солнца, аберрационное же смещение направлено не к Солнцу, а к точке, лежащей на эклиптике, на 90° западнее Солнца.[6]

2.2 Направление движения и скорость

Земля движется вокруг Солнца не по круговой, а по эллиптической орбите с эксцентриситетом (т.е. смещением фокуса относительно центра орбиты) е = 0,017. Например, Земля проходила точку перигелия, ближайшую к Солнцу, в 1998 году 04 января в 21 часов 15 минут 1 секунду всемирного времени UT. При этом ее расстояние от Солнца составляло 147099552 км. Противоположную точку орбиты, афелий, Земля проходила 3 июля 1998 года в 23 часа 50 минут 11 секунд всемирного времени UT. При этом Земля была от Солнца на расстоянии 152095605 км, т.е. на 5 миллионов километров больше. Это изменение расстояния до Солнца также хорошо заметно по изменению его видимого углового размера, который от 32°34" в январе уменьшается до 31°30" в июле. Поток энергии от Солнца, падающий на Землю, изменяется обратно пропорционально квадрату расстояния. Поэтому зимы в северном полушарии менее суровые, чем в южном, а лето в северном полушарии более прохладное. [6]

Если известное соотношение между длиной волны и периодом ее колебания распространяется на все иерархии объектов, то, используя его, можно определить период колебания волны, образуемой в результате очередного мгновенного прыжка Земли в плотном материале околосолнечного пространства. Предположив, что время прохождения колебания волны в плотном материале пространства по продолжительности совпадает со временем подготовки Земли к очередному мгновенному прыжку, можно определить интервал времени, по истечении которого Земля переместится на расстояние, равное толщине одного слоя пространства. Эта теоретическая величина смещения Земли. Зная реальную скорость движения Земли вокруг Солнца, можно определить расстояние, на которое фактически перемещается Земля во время подготовки к очередному прыжку. Определив разницу между теоретическим и фактическим перемещением Земли, проще понять причину несовпадения теоретического и фактического смещения ее. Здесь не так важна точность величины полученной разности, как факт ее обнаружения. Поэтому не будем предъявлять повышенных требований к точности производимых расчетов, тем более, что для них не существует точных исходных данных. В частности, неизвестен радиус персонального пространства Земли, по величине которого можно определить период радиоволны, рождаемой в материале пространства после мгновенного прыжка. Кроме того, в состав околоземного пространства входит не только персональное пространство ядра Земли, в теле которого сосредоточено основное количество вещества планеты. В него так же входят персональные пространства объектов всех последующих иерархий, ядра которых расположены в недрах Земли. А это не может не отразиться на точности проводимых расчетов. Они ориентировочны и могут быть использованы только для большей наглядности рассматриваемых процессов.

Радиус персонального пространства Земли определим из предположения того, что в его объем помещается персональное пространство Луны, радиус которого, как минимум, равен удалению ее от поверхности планеты. В таком случае, радиус персонального пространства Земли и длина ее радиоволны будут ориентировочно равны 0,75 млн. км. Следовательно, время подготовки Земли к очередному прыжку и период ее радиоволны будут ориентировочно равны 2,5 секундам. А это значит, что Земля при ее орбитальном движении вокруг Солнца через каждые 2,5 секунды должна перемещаться на ничтожно малое расстояние, равное толщине одного слоя пространства.

Фактически за 2,5секунды Земля перемещается на 150 км. Чем объяснить эту разницу? Если исходить из того, что мировое пространство представляет собой физический вакуум и движение объектов в нем непрерывно, то ничего объяснять не надо. Но если мировое пространство представляет собой предельно прочный материал, и перемещаться в нем можно только прерывисто, то обнаруженную разницу между теоретической и фактической величиной смещения Земли необходимо объяснить обстоятельно. Какими потенциальными возможностями должен обладать объект любой иерархии, в том числе и Земля, которыми он может воспользоваться при скачкообразном движении в плотном материале пространства? [3]

В процессе прерывистого движения Земли происходит мгновенный перенос одного слоя околосолнечного пространства с одной стороны персонального пространства планеты на другую сторону. Такой способ движения позволяет Земле перемещаться в околосолнечном пространстве, поочередно "перелистывая" с одной своей стороны на другую, будто книжные страницы, по одному слою персонального пространства Солнца. Но почему при существующем способе перемещения Земля не удаляется от Солнца? Почему большая часть движения Земли оказывается формальным движением, т.е. орбитальным движением, которое не приводит к существенным изменениям расстояния между Землей и Солнцем?

Расчленим суммарное движение Земли на отдельные движения объектов всех иерархий, содержащихся в теле планеты. Наименьшей иерархией является химический элемент. Он имеет наименьшее время подготовки к очередному мгновенному прыжку. Во всех последующих иерархиях объектов это время увеличивается на постоянную величину и синхронизируется друг с другом. Максимальное время подготовки к прыжку имеет ядро Земли, величина которого, по нашим ориентировочным оценкам, равна 2,5 секунды.

Следует отметить, что в момент завершения подготовки объекта любой иерархии к очередному прыжку его ядро должно находиться в центре симметрии своего персонального пространства и быть жестко соединено с ним. В период же подготовки объекта к прыжку ядро не связано со своим персональным пространством и при необходимости может беспрепятственно перемещаться в его плотном материале. Жесткая фиксация вещества тела с материалом персонального пространства и его автоматическая центровка в нем необходима только в момент мгновенного прыжка объекта. Это общее правило.

У всех химических элементов тела планеты в момент одновременного прыжка их ядра располагаются в центре симметрии своих персональных пространств и оказываются жестко связанными с ними. Поэтому при динамическом ударе персональные пространства химических элементов "опираются" на вещество своих ядер. В это же время ядра всех остальных иерархий объектов в теле планеты, в том числе и ядро тела Земли, не связаны с их персональными пространствами, и не могут опираться на них. Поэтому химические элементы тела планеты наносят динамический удар в персональные пространства объектов всех иерархий тела Земли в тот момент, когда ни одно из них не опирается на вещество своих ядер.

Учитывая полную "невесомость" материала пространства, а, следовательно, и его неспособность сопротивляться внешнему динамическому удару, после каждого удара каждого химического элемента персональные пространства всех иерархий объектов в теле Земли смещаются на один слой пространства. В результате такого перемещения персональных пространств объектов всех иерархий Земли, их ядра, сохраняя свою неподвижность, отстают от центра симметрии своих персональных пространств на величину их перемещения.

Таким образом, еще до мгновенного прыжка на протяжении 2,5 секунд тело Земли со своим персональным пространством перемещается за счет мгновенных прыжков химических элементов. Расстояние, на которое переместится Земля за это время, равно количеству химических элементов в ее теле, умноженному на количество прыжков, совершенных каждым химическим элементом за 2,5 секунды, и на толщину одного слоя пространства. За это время на такое же расстояние ядро планеты, оставаясь неподвижным, отстанет от тела планеты. Фактически ядро сместится в недрах Земли на такое же расстояние в противоположном направлении ее движения.

Свой вклад в движение Земли оказывают не только химические элементы, но и остальные иерархии объектов в ее теле. В итоге за 2,5 секунды объекты всех иерархий переместят Землю на 75 км. еще до ее мгновенного прыжка. За это время на такое же расстояние, но в противоположную сторону, сместится ядро Земли в ее теле.

Назовем такое перемещения Земли пассивным движением, поскольку оно осуществляется без участия ядра планеты. Но через каждые 2,5 секунды ядро Земли мгновенно смещается на 75 км. внутри тела планеты, ликвидируя свое отставание от него, что и является подготовкой Земли к мгновенному прыжку. И только после этого Земля совершает мгновенный прыжок на расстояние одного слоя пространства совместно со своим ядром и его персональным пространством. Назовем такое перемещение активным движением Земли в околосолнечном пространстве.

Активное движение Земли отличается от пассивного движения тем, что в первом случае она перемещается совместно со своим ядром, а во втором - без него. При пассивном перемещении Земля не может удаляться от Солнца, поскольку она "привязана" к Солнцу своим ядром, по сути дела, остающимся неподвижным. Ядро Земли фактически не участвует в ее пассивном движении. Пассивное перемещение Земли проявляет себя в виде орбитального движения ее вокруг Солнца.

При активном же перемещении Земля движется совместно со своим ядром, что позволяет ей через каждые 2,5 секунды удаляться от Солнца на один слой пространства, постоянно увеличивая, тем самым, на такую же величину радиус орбиты Земли. Современная физика не разделяет движение небесных тел на активную и пассивную составляющие. Поэтому она не может учесть постоянного увеличения радиусов орбит небесных тел, движущихся вокруг своих центральных тел.

Этим объясняется причина того, что за 2,5 секунды Земля перемещается на 75 км. больше, чем предусматривалось расчетом. Таков результат пассивного (орбитального) движения Земли.

Для того, чтобы ядро Земли могло через каждые 2,5 секунды возвращаться в исходное положение, в центре планеты должна существовать свободная от вещества полость, диаметром более 150 км., в которой ядро планеты может осуществлять свои мгновенные прыжки.

Каждый мгновенный прыжок ядра Земли, повторяющийся через 2,5 секунды, завершается динамическим ударом в тело Земли, вызывая ее сотрясения. Сотрясения меньшей интенсивности Земля регулярно испытывает и от более частых ударов ядер остальных иерархий в ее теле. Динамические удары всех ядер не вызывают заметных колебаний почвы, которые могут быть зарегистрированы сейсмическими приборами. Их можно обнаружить только в виде радиоволн волн, рождаемых этими ударами. Но такое глобальное наблюдение Земли можно осуществлять приборами, расположенными за пределами персонального пространства планеты. К сожалению, эти наблюдения пока не осуществляются.

А.Б. Северный на протяжении восьми лет регулярно проводил наблюдения Солнца. Он обнаружил пульсацию тела Солнца, в процессе которого его диаметр изменяется на 10 км. Эти регулярные пульсации повторяются через каждые 160 минут. Они синхронно сопровождаются изменениями частоты и длины радиоволн, излучаемых Солнцем. Если глобальные колебания поверхности Солнца вызваны регулярными ударами ядра Солнца, которое располагается в его полости, то изменению частоты и диапазона радиоволн Солнца предшествуют динамические удары в его тело находящихся в нем ядер остальных иерархий. Следовательно, период подготовки Солнца к своему очередному мгновенному прыжку равен 160,010 минуты.

Столь незначительные колебания атмосферы других звезд, вызванных динамическими ударами их ядер, невозможно зарегистрировать вследствие удаленности их. Но радиоволны, рождаемые в недрах звезд при каждом динамическом ударе, регистрируются повсеместно. Их уверенно фиксируют радиоастрономы. У звезд с незначительной атмосферой, затрудняющей их распространение, удается фиксировать даже радиоволны, которые рождаются динамическими ударами ядер малых иерархий. Эти радиоволны обладают чрезвычайной высокой частотой. Такие звезды назвали пульсарами.

Если Земля каждые 2,5 секунды удаляется от Солнца, то она погружается в околосолнечное пространство, в котором уменьшается отрицательная энергия удержания по мере удаления от него. В результате регулярного уменьшения отрицательной энергии удержания, действующей извне на персональное пространство Земли, в теле планеты будут происходить распады вещества, из продуктов которого рождаются новые ядра соответствующих иерархий. Каждому новорожденному ядру необходимо соответствующее количество персонального пространства, которое оно может получить только за счет изъятия его из объема персонального пространства ядра Земли. Таким образом, удаление Земли от Солнца сопровождается уменьшением объема персонального пространства ядра Земли, в то время как суммарный объем персонального пространства тела Земли при распаде в нем вещества будет возрастать.

Регулярное уменьшение объема персонального пространства ядра Земли, которое непосредственно участвует в подготовке Земли к мгновенному прыжку, приводит к сокращению времени подготовки ее к очередному прыжку. В результате Земля будет чаще совершать свои мгновенные прыжки.

Сокращение времени подготовки Земли к очередному прыжку должно сопровождаться соответствующим уменьшением ее скорости орбитального движения. Если действительно Земля совершает пассивное (орбитальное) движение в течение 2,5 секунд, то при сокращении этого времени она преодолеет меньший участок своей орбиты. В результате, по мере удаления планет от Солнца, их орбитальные скорости должны уменьшаться. Наблюдения подтверждают этот фундаментальный вывод.

Кроме того, в результате регулярного сокращения времени подготовки Земли к очередному мгновенному прыжку от Солнца, она, как и остальные планеты, будет удаляться от Солнца с постоянным (удвоенным) ускорением. Поэтому каждая последующая планета должна располагаться от Солнца почти в два раза дальше, чем предыдущая, что и подтверждено в правиле Тициуса-Боде. Причина "отсутствия" планеты в кольце Малых планет и "неправильное" расположение в Солнечной системе планеты Нептун, требуют отдельного рассмотрения.

Американцы установили на Луне отражатель, при помощи которого выяснили, что Луна регулярно удаляется от Земли каждый год почти на 40 миллиметров, подтвердив, тем самым, полученный здесь результат. Если установить подобный отражатель на Марсе, то уже через год можно будет получить еще одно подтверждение.

Кроме того, на основании полученного американцами результата можно определить ориентировочную толщину слоя пространства. Если предположить, что радиус персонального пространства Луны равен ее удалению от поверхности Земли, то толщина одного слоя пространства ориентировочно равна 1,6х10-7 см. Уточнить величину слоя пространства можно только после измерения скорости удаления Марса от Земли. Не исключено, что толщина слоя пространства окажется на два-три порядка меньше.

Поскольку орбитальное движение Земли обеспечивают все иерархии объектов в ее теле, то на ранней стадии ее развития, когда Земля имела только свое ядро и персональное пространство, она удаляясь от Солнца, не обращалась вокруг него. [6]

2.3 Изменение освещения и нагревания северного и южного полушарий по сезонам года

осевой земля орбитальный вращение

Рис. 9. Расположение крайних суточных параллелей Солнца для средних широт северного полушария

Рассмотрим годичное перемещение Солнца по небесной сфере. Полный оборот (360°) вокруг Солнца Земля совершает за год (365.25 суток), то есть за одни сутки Солнце смещается по эклиптике с запада на восток примерно на 1°, а за 3 месяца - на 90°. Однако на данном этапе важно, что с перемещение Солнца по эклиптике сопровождается изменением его склонения (реальные координаты Солнца можно посмотреть, например, в эфемеридах Солнца на текущий год) в пределах от d--=---e (зимнее солнцестояние) до d--=--+e (летнее солнцестояние). Поэтому в течении года меняется и расположение суточной параллели Солнца, в полном соответствии с тем, как это описано в главе "Экваториальные координаты". Рассмотрим вначале средние широты северного полушария (рис. 9).

Во время прохождения Солнцем точки весеннего равноденствия ?^,--a--=--_^ч), в конце марта склонение Солнца равно 0°, поэтому в этот день Солнце находится практически на небесном экваторе, восходит на востоке, поднимается в верхней кульминации на высоту h--=--9_°-----j и заходит на западе. Поскольку небесный экватор делит небесную сферу пополам, то Солнце половину суток находится над горизонтом, половину - под ним, т.е. день равен ночи, что и отражено в названии "равноденствие" (однако само равноденствие - это мгновение, а не целый день, а за сутки склонение Солнца изменяется заметно, поэтому вышесказанное не выполняется абсолютно точно). В момент равноденствия касательная к эклиптике в месте нахождения Солнца наклонена к экватору на максимальный угол, равный e, поэтому и скорость увеличения склонения Солнца в это время также максимальна, достигая 23'?сутки.

После весеннего равноденствия склонение Солнца быстро увеличивается, поэтому с каждым днем все большая часть суточной параллели Солнца оказывается над горизонтом. Солнце восходит все раньше, поднимается в верхней кульминации все выше и заходит все позже. Точки восхода и захода каждый день смещаются к северу, а день удлиняется. К 16 апреля склонение солнца достигает примерно 10° со всеми вытекающими последствиями. Это время - как раз середина весны.

Однако угол наклона касательной к эклиптике в месте нахождения Солнца с каждым днем уменьшается, а вместе с ним уменьшается и скорость увеличения склонения. Наконец, в конце июня Солнце достигает самой северной точки эклиптики ?a--=--6^ч,--d--=--+e, точка a на рис. 10). К этому моменту оно поднимается в верхней кульминации на высоту h = 90° ??j--+--e? восходит примерно на северо-востоке, заходит на северо-западе, и продолжительность дня достигает максимального значения. Вместе с тем ежедневное увеличение высоты Солнца в верхней кульминации прекращается, и полуденное Солнце как бы "останавливается" в своем движении на север. Отсюда и название "летнее солнцестояние".

Рис. 10. Эклиптикальная система координат.

После этого склонение Солнца начинает уменьшаться - сначала очень медленно, а затем все быстрее. Восходит оно с каждым дне позже, заходит раньше, точки восхода и захода перемещаются обратно, к югу. К 18 августа высота Солнца в верхней кульминации уменьшается примерно на 10° по сравнению со временем летнего солнцестояния, а скорость уменьшения склонения Солнца достигает 20'/сутки. Так кончается лето.

К концу сентября Солнце достигает второй точки пересечения эклиптики с экватором ?a--=--12^ч,--d на рис. 10, и снова наступает равноденствие, теперь уже осеннее. Снова скорость изменения склонения Солнца достигает максимума, и оно быстро смещается к югу. Ночь становится длиннее дня, и с каждым днем высота Солнце в верхней кульминации уменьшается. К 20 октября склонение Солнца достигает примерно -10°. Это называется осенью.

К концу декабря Солнце достигает самой южной точки эклиптики ?a--=--18^ч,g на рис. 10 и его движение на юг прекращается, оно снова "останавливается". Это зимнее солнцестояние. Солнце восходит почти на юго-востоке, заходит на юго-западе, а в полдень поднимается на юге на высоту h--=--9_°-----j-----e, что на широте Москвы ?j--~ 56° составляет всего лишь 11°, при долготе дня около 7 часов (29% от длины суток)! Неудивительно, что зимой бывает так холодно.

А после все начинается сначала - склонение Солнца увеличивается, высота в верхней кульминации растет, день удлиняется, точки восхода и захода смещаются к северу. К 13 февраля склонение Солнца увеличивается примерно на 10°, и приближается весна.

Прежде чем перейти к описанию годичного движения Солнца на разных широтах, полезно вспомнить, что из-за рассеивания света земной атмосферой небо продолжает оставаться светлым и некоторое время после захода Солнца. Этот период называется сумерками. По глубине погружения Солнца под горизонт различаются сумерки гражданские (-6°<h<0°), когда еще совсем светло, навигационные (-12°<h<-6°) и астрономические (h<-18°), по окончании которых яркость ночного неба остается примерно постоянной.

Теперь, глядя на рис. 9, легко понять, как меняется годичное движение Солнца на разных широтах. Для средней полосы эта картина уже описана выше. Остается только добавить, что летом, при d--=--+e, высота Солнца в нижней кульминации равна h--=--j--+--e-----9_°. Поэтому севернее широты ~ 48°.5 в летнее солнцестояние Солнце в нижней кульминации погружается под горизонт меньше, чем на 18°, и летние ночи становятся светлыми из-за астрономических сумерек. Аналогично при j--> 54°.5 в летнее солнцестояние высота Солнца h > -12° - всю ночь длятся навигационные сумерки (в эту зону попадает Москва, где не темнеет по три месяца в году - с начала мая до начала августа). Еще севернее, при j > 58°.5, летом уже не прекращаются гражданские сумерки (здесь расположен Петербург с его знаменитыми "белыми ночами"). Вместе с тем из того же рис. 9 видно, что глубина погружения Солнца в нижней кульминации во время летнего солнцестояния равна высоте Солнца в верхней кульминации во время зимнего солнцестояния.

Наконец, на широте j?= 90° ---e (~66°.5) суточная параллель Солнца во время солнцестояний коснется горизонта. Эта широта - северный полярный круг. Еще севернее Солнце на некоторое время летом не заходит за горизонт (пока его склонение d?> 90° ??j? - наступает полярный день, а зимой - не восходит (пока d < j???90°) - полярная ночь. Впрочем, последняя называется ночью условно - ведь южнее широты ~ 74°.5 в любой день в верхней кульминации высота Солнца h > -8°, то есть хоть оно зимой и не восходит, но наступают гражданские сумерки, а южнее j = 80°.5 - навигационные. И только севернее широты ~ 84°.5 бывают "настоящая" полярная ночь круглые сутки, а точнее, все время, пока склонение Солнца d--<--j?? 90° - 18°. Так что фраза "чукча в чуме ждет рассвета" при более внимательном рассмотрении не содержит никакого издевательского подтекста: северный полярный круг проходит примерно по середине Чукотского полуострова, так что хоть в его северной части зимой Солнце и не восходит, но рассвет все равно наступает каждый день.

А теперь рассмотрим более южные широты. Как уже говорилось, южнее широты j = 90° - e???18° ночи всегда темные. При дальнейшем движении на юг Солнце в любое время года поднимается все выше и выше, а различие между частями его суточной параллели, находящимися над и под горизонтом (см. рис. 9), уменьшается. Соответственно, и продолжительность дня и ночи даже во время солнцестояний различаются все меньше и меньше. Наконец, на широте j--=--e? суточная параллель Солнца для летнего солнцестояния пройдет через зенит. Эта широта называется северным тропиком, в момент летнего солнцестояния в одной из точек на этой широте Солнце бывает точно в зените.

Еще южнее Солнце проходит через зенит уже дважды в год - когда его склонение равно широте. И чем ближе к экватору, тем ближе эти моменты к равноденствиям. Наконец, на экваторе (j = 0°) суточные параллели Солнца всегда делятся горизонтом на две равные части, то есть день там всегда равен ночи, а Солнце бывает в зените во время равноденствий.

К югу от экватора все будет аналогично вышеописанному, только большую часть года (а южнее южного тропика - всегда) верхняя кульминация Солнца будет происходить к северу от зенита.

Следует также отметить еще одну особенность низких широт. Наклон небесного экватора к плоскости горизонта равен 90° ??j. Под таким же углом небесный экватор пересекает горизонт в точках востока и запада. Поскольку небесная сфера за сутки поворачивается на 360°, то нетрудно подсчитать, что на 18° она повернется за 1.2 часа. Поскольку на экваторе направление кругов высоты совпадает с направлением суточных параллелей, то во время равноденствий (когда Солнце находится близко к небесному экватору) астрономические сумерки там длятся примерно 1.2 часа. Может даже показаться, что это справедливо для любого дня года, однако это не так. Дело в том, что длина суточной параллели светила со склонением d равна 36_°*cos(d?? поэтому, например, во время солнцестояний ?d--~--e??за 1.2 часа Солнце погрузится под горизонт на угол 18°*cos(e?? что составляет примерно 16°.5, и для погружения на требуемые 18° ему понадобится примерно 1.3 часа. Следовательно, на экваторе во время равноденствий сумерки немного короче, чем во время солнцестояний.

А что же происходит вне земного экватора? Суточная параллель Солнца во время равноденствий пересекает горизонт под углом 90° - j, и, следовательно, Солнце погрузится под горизонт на глубину 18°, когда с момента его захода небесная сфера повернется на угол примерно 18°/sin(9_°-j), что на широте Москвы ?j?= 56°) составит 32°.2, т.е. сумерки будут длиться примерно 2.1 часа. В остальные дни года сумерки будут еще длиннее, и не столько из-за сокращения длины суточной параллели Солнца при его удалении от небесного экватора, сколько из-за уменьшения угла наклона суточных параллелей в точках их пересечения с горизонтом. Следовательно, на любой широте самые короткие сумерки бывают во время равноденствий. В качестве примера можно подсчитать, что на северном тропике ?j--=--e) во время равноденствий сумерки составят всего 1.3 часа, и весь год различия в их продолжительности будут невелики. Исходя из этого, не следует удивляться, что, например, в романе Майна Рида "Всадник без головы" его герои ложатся спать после наступления темноты и встают перед рассветом (а всех нас учили, что на сон нужно не меньше 8 часов). А разгадка в том, что южный Техас, где разворачивается действие романа, расположен всего на несколько градусов к северу от северного тропика, и даже летом день там ненамного длиннее ночи, и сумерки всегда короткие.