Суточное и годовое движение Земли

Друг уехал во Владивосток и пишет вечером: «У меня уже ночь, а у вас ещё сериал не начался». Часовые пояса — потому что Земля вертится. А 22 июня в Москве солнце садится поздно, зато в декабре темнеет к обеду. И то и другое объясняют два вращения нашей планеты.

Сутки: оборот вокруг оси

Земля вращается вокруг воображаемой оси, проходящей через Северный и Южный полюсы, с запада на восток. Полный оборот занимает 24 часа — это сутки. Солнце освещает всегда только половину шара: там, где оно сейчас, — день, на противоположной стороне — ночь. Поэтому смена дня и ночи повторяется каждые сутки, а точка на экваторе за час пробегает вокруг оси около 1670 км.

Ось планеты не стоит вертикально, но и не валяется: оба её конца выходят на поверхность в Северном и Южном полюсах. Если продлить ось в небо, северный конец упрётся почти в Полярную звезду: ночью весь небесный свод медленно кружит вокруг неё — это мы смотрим на небо с вращающейся планеты.

Как доказали вращение Земли

Вращение планеты глазами не видно: вместе с Землёй несёмся и мы, и воздух, и дома. Первое железное доказательство дал маятник Фуко: в 1851 году физик Леон Фуко подвесил под куполом парижского Пантеона тяжёлый маятник длиной 67 м. Пока шар качался, плоскость качаний медленно поворачивалась — на самом деле под маятником поворачивалась сама Земля. Теперь такие маятники качаются в музеях и обсерваториях по всему миру.

Почему же мы не чувствуем ни вращения, ни полёта по орбите? Вместе с нами едет всё вокруг — как в равномерно идущем поезде, где стакан чая стоит спокойно. Следствия всё равно заметны: светила встают на востоке и садятся на западе, а пассаты и западные ветры закручены вращением планеты.

Год: путь вокруг Солнца

Одновременно Земля обегает вокруг Солнца по орбите — путь с расстоянием около 150 млн км до светила. Полный оборот занимает 365 суток и ещё 6 часов. Эти «лишние» шесть часов за четыре года складываются в целый день: так появляется високосный год с 366 днями. По орбите планета несётся со скоростью около 30 км в секунду.

Орбита Земли — не идеальный круг, а слегка вытянутый эллипс: в январе планета ближе всего к Солнцу (около 147 млн км), в начале июля — дальше всего (около 152 млн км). Разница — несколько процентов солнечного излучения, поэтому климат её почти не замечает.

Часовые пояса

Солнце освещает половину шара, поэтому на разных меридианах в один момент разное время. Чтобы не путаться, поверхность Земли разделили на 24 часовых пояса шириной по 15°: соседние пояса отличаются ровно на час. Отсчёт ведут от нулевого меридиана, проходящего через Гринвичскую обсерваторию под Лондоном. Россия протянулась через 11 часовых поясов: когда в Москве полдень, во Владивостоке уже около семи вечера.

До появления поясов каждый город жил по своему солнечному времени: полдень наступал, когда солнце выше всего над горизонтом, и в двух городах, отстоящих на 15° долготы, он различался ровно на час. Сейчас так считают астрономы, а в быту хватает поясного времени. А в России с 2011 года отменили сезонный перевод стрелок на летнее и зимнее время.

Границы поясов на карте не идеально прямые: они огибают моря и границы стран, чтобы время совпадало с жизнью региона. В Китае пояс времени один на всю страну, а в США их несколько — страна лежит широкой полосой с востока на запад.

Наклон оси и времена года

Ось Земли не вертикальна: она наклонена к плоскости орбиты под углом около 66,5°. Из-за этого в июле Северное полушарие повёрнуто к Солнцу: солнце поднимается выше над горизонтом, лучи падают круче, день длиннее — и наступает лето. В Южном полушарии в это время зима, а через полгода всё меняется местами. 22 июня — самый длинный день в году, 22 декабря — самый короткий, а 21 марта и 23 сентября день равен ночи по всей планете.

Из-за наклона в умеренных широтах солнце никогда не бывает в зените: даже в полдень июня лучи падают под углом. В Москве на широте около 55° солнце в полдень летнего солнцестояния поднимается на высоту около 58°, а в полдень зимнего — лишь на 11°. Вот почему летние тени короткие, а зимние длиннее самих людей.

Сезоны у астрономов и у природы не совпадают. Астрономическое лето начинается в июне, но самое тёплое время в средней полосе приходит к концу июля — море и земля прогреваются с запозданием. Так же и зима: самый короткий день в декабре, а самые крепкие морозы — в январе. Природа опаздывает от календаря на месяц-полтора.

Календарь: откуда лишний день

Год длится 365 суток и ещё 6 часов, а календарь показывает только целые сутки. Каждые четыре года «лишние» часы складываются в целый день — его добавляют 29 февраля, и год из 366 суток называют високосным. Без такой поправки даты медленно уезжали бы от времён года: за сто лет — почти на месяц, и Новый год пришлось бы встречать летом.

У правила високоса есть уточнение: годы, кратные ста, високосными не считаются, кроме кратных четырёмстам. Поэтому 2000 год был високосным, а 2100-й не будет. Сильнее всего наклон оси сказывается у полюсов: там солнце полгода не заходит и полгода не встаёт — на Северном полюсе полярный день длится около 186 суток, полярная ночь около 179, и восход бывает один раз в год.

Первый календарь с високосными годами ввёл Юлий Цезарь в 45 году до нашей эры, но его правила набирали лишние дни быстрее, чем нужно, — за полторы тысячи лет накопилось десять лишних суток. В 1582 году папа Григорий Тринадцатый провёл реформу, и календарь стал григорианским — по нему мы живём до сих пор.

ось Земли#

воображаемая линия через полюсы, вокруг которой планета вращается

сутки#

24 часа — полный оборот Земли вокруг оси

год#

365 суток и 6 часов — оборот Земли вокруг Солнца

високосный год#

год из 366 суток: лишний день добавляют 29 февраля

равноденствие#

21 марта и 23 сентября — день равен ночи на всей планете

солнцестояние#

22 июня и 22 декабря — самый длинный и самый короткий день года

Как это спрашивают на контрольной и ОГЭ

• назвать оба движения Земли и объяснить, что показывает каждое из них
• сказать, за сколько часов Земля делает оборот вокруг оси и за сколько суток — вокруг Солнца
• объяснить, откуда берётся високосный год и когда добавляют 29 февраля
• объяснить, почему в январе у нас зима, хотя Земля ближе всего к Солнцу
• определить, сколько времени во Владивостоке, если в Москве 12 часов
• найти на карте нулевой (Гринвичский) меридиан и сказать, зачем он нужен
• Образец полного ответа на вопрос «почему сменяются день и ночь»: «Земля вращается вокруг оси с запада на восток и делает полный оборот за 24 часа. Солнце освещает всегда только половину шара, поэтому там, где сейчас день, на противоположной стороне — ночь. Каждые сутки точка поверхности успевает побыть и на светлой, и на тёмной стороне». Без «оборота за 24 часа» ответ считается неполным.

Проверь это дома: воткни карандаш в брусок и медленно поверни его под наклоном вокруг лампы — сторона, наклонённая к свету, «живёт» в лете. А в следующем уроке из наклона оси вырастут пояса освещённости, тропики и полярные круги.

Подсказка: клавиши J — следующая тема, K — предыдущая, клик по картинке — на весь экран, ←/→ — листать, на телефоне: свайп влево/вправо — соседняя тема