С астрономией на "ты". 5-7 классы

Планета Земля (по-латински Терра) - одна из восьми больших планет Солнечной системы, третья по удалённости от Солнца. 

ФОРМА ЗЕМЛИ

Форма Земли близка к шарообразной (средний радиус Земли 6371 км). Земной шар вращается вокруг воображаемой прямой, называемой земной осью. Точки пересечения земной оси с земной поверхностью называются полюсами. Их два: Северный и Южный (названия полюсов пишутся с большой буквы). Линия пересечения поверхности земного шара плоскостью, проходящей через центр Земли перпендикулярно земной оси, называется экватором. Плоскости, пересекающие земную поверхность параллельно плоскости экватора, образуют параллели, а плоскости, проходящие через два полюса, - меридианы. Уменьшенная модель Земли называется глобусом Земли.

Из-за вращения вокруг оси и возникающей при этом центробежной силы, Земля немного сплюснута с полюсов и её экваториальный радиус r_c (6378,1 км) примерно на 21,3 км больше, чем полярный радиус (6356,8 км). Такой сплюснутый у полюсов шар называется сфероидом или эллипсоидом вращения.

Знание формы геоида нужно учёным для того, чтобы рассчитывать циркуляцию океанских течений, предсказывать изменение уровня воды и динамику движения льдов.

Возраст Земли оценивается в 4,54 миллиарда лет. Вообще планеты образовывались не одна после другой, а одновременно, вскоре после образования Солнца из газо-пылевой туманности. Земля имеет слоистое внутреннее строение.

Кора - верхняя часть твёрдого тела планеты. Кору Земли разделяют на два типа - континентальную (толщина 30-70 км) и океаническую (толщина не менее 5 км). 

Мантия - силикатная оболочка Земли. Мантия составляет 67% массы всей Земли. Мантия начинается сразу под корой и заканчивается на границе с ядром на глубине около 2 900 км. Мантия имеет вязкое состояние и находится в постоянном конвективном движении (несколько сантиметров в год). На глубине около 470 км от поверхности находится так называемый фазовый переход - резкое увеличение плотности залегающих минералов. Выше этой границы располагается верхняя мантия, глубже неё - нижняя мантия. Эти две части мантии имеют различный состав и физические свойства. Верхняя часть мантии называется астеносферой.

Ядро - центральная часть Земли, находящаяся внутри мантии. Ядро разделяется на две части - внутреннее твёрдое ядро диаметром около 2 500 км и внешнее жидкое ядро диаметром около 7 000 км, окутывающее внутреннее ядро. Температура в центре ядра достигает 5 000 ºС. Тепло внутри Земли вырабатывается в результате радиоактивного распада ядер некоторых химических элементов.

Литосфера - твёрдая оболочка Земли. Литосферой называют кору вместе с частью верхней мантии. Литосфера разделена на различные по величине литосферные плиты, двигающиеся относительно друг друга (несколько сантиметров в год). На границах литосферных плит часто возникают землетрясения.

Гидросфера - водная оболочка Земли, образованная океанами, морями, озёрами и реками. Максимальная глубина океана (Марианская впадина в Тихом океане) - 11 022 км. 97% массы гидросферы - это солёные воды океанов, и лишь 3% - это пресная вода. Масса гидросферы составляет 1/4 000 от массы всей Земли.

Атмосфера - воздушная оболочка планеты (не обязательно Земли). Атмосфера Земли возникла в результате выделения газов при вулканических извержениях. Толщина её около 120 км (не имеет резкой границы и постепенно сходит на нет). Атмосфера Земли является смесью газов. Основные из них - азот (75,5% по массе) и кислород (23,1% по массе). Кислород появился в атмосфере благодаря деятельности растений. Атмосфера содержит также водяной пар. Водяной пар появляется в атмосфере в результате испарения воды с поверхностей океанов, морей, рек и озёр. При определённых условиях водяные пары конденсируются в облака, тучи, из которых вода в виде дождя или снега вновь поступает на поверхность Земли. Этот процесс циркуляции воды называется круговоротом воды в природе. Атмосфера находится в постоянном движении. Ветер - это перемещение воздушных масс из области высокого атмосферного давления в область низкого давления. Причина неодинакового атмосферного давления - неоднородное нагревание поверхности солнечными лучами и неодинаковое остывание поверхности. Атмосфера сглаживает температурные перепады днём и ночью. У Меркурия, например, почти нет атмосферы, поэтому перепады температуры от дня к ночи на нём очень велики - от +420 ºС до - 180 ºС. Амплитуда составляет 600º! У Венеры такая мощная атмосфера, что перепады температуры от дня к ночи весьма незначительны. На ночной стороне Венеры почти так же жарко, как и на дневной. Атмосфера определяет погоду на поверхности планеты. Атмосфера защищает поверхность Земли от губительных излучений Солнца (гамма-излучения, рентгеновского, частично от ультрафиолетового излучения), а также от метеорных тел (метеоры и болиды - это вспышки и горение в верхних слоях атмосферы мелких метеорных тел). Плотность атмосферы с высотой уменьшается. На высоте 5 км над уровнем моря у нетренированного человека появляется кислородное голодание, работоспособность значительно снижается. На высоте 9 км дыхание становится невозможным, человек погибает.

ОСЕВОЕ И ОРБИТАЛЬНОЕ ДВИЖЕНИЯ ЗЕМЛИ

Время 1 полного оборота Земли вокруг Солнца по отношению к "неподвижным" звёздам называется звёздным годом ("неподвижными" звёзды условно называют из-за их ничтожно малых видимых угловых скоростей). Продолжительность звёздного года составляет 365 суток 6 часов 09 минут 10 секунд (365,25636 суток). Следствиями обращения Земли вокруг Солнца являются видимые годовые изменения вида звёздного неба и движение Солнца по эклиптике. Солнце смещается относительно фона "неподвижных" звёзд с запада на восток примерно на 1º за сутки.

Земля вращается вокруг своей оси. Такое вращение называют осевым. Следствием осевого вращения Земли является видимое суточное вращение звёздного неба, восход и заход звёзд и светил, изменение высоты звёзд и светил над горизонтом в течение суток. Время 1 полного оборота Земли вокруг оси по отношению к "неподвижным" звёздам называется звёздными сутками. Звёздные сутки составляют 23 часа 56 минут 04 секунды. Каждая звезда каждые 23 часа 56 минут 04 секунды совершает полный оборот и возвращается в начальную точку.

Промежуток времени между двумя последовательными верхними или нижними кульминациями (пересечениями небесного меридиана) центра диска Солнца называется солнечными сутками. Из-за эллиптичности земной орбиты продолжительность солнечных суток в теченние года меняется в пределах примерно получаса. Поэтому за единицу измерения времени приняли среднюю продолжительность солнечных суток в году. Средние солнечные сутки было решено разделить на 24 часа, каждый час - на 60 минут, а каждую минуту - на 60 секунд. Наши часы идут по среднему солнечному времени. 

Запомни! 24 часа 00 минут 00 секунд - это средняя продолжительность солнечных суток.

Поскольку Солнце смещается относительно "неподвижных" звёзд (движется по эклиптике) с запада на восток примерно на 1º в сутки, то средние солнечные сутки длиннее звёздных суток на 3 минуты 56 секунд, а звёздные сутки, соответственно, короче средних солнечных суток. Значит, одна и та же звезда в разные дни восходит в разное время.

Допустим, что сегодня звезда взошла в 21 час 00 минут 00 секунд. В следующий раз она взойдёт через 23 часа 56 минут 04 секунды, т.е. чуть раньше - в 20 часов 56 минут 04 секунды. В следующий раз она взойдёт ещё раньше - в 20 часов 52 минуты 08 секунд, ещё через день - в 20 часов 48 минут 12 секунд и т.д. Всё раньше и раньше. Наступит момент, когда её восход сдвинется на светлую часть суток. А в 21 час она уже будет заходить за горизонт. Точно так же, те созвездия, которые хорошо видны осенью под утро, зимой будут видны ночью, а весной уже будут видны по вечерам. Так и происходит изменение вида звёздного неба в течение года. 

Светлое время суток называется днём, тёмное время суток - ночью. Световой переход от дня к ночи и от ночи к дню называется сумерками. Границу дня и ночи на планете (или спутнике планеты) называют терминатором.

Неправильно говорить, что в месяце 30 дней. Правильно: в месяце 30 суток, потому что сутки - это и день, и ночь.

Продолжительности дня и ночи на протяжении года не остаются постоянными, но в сумме всегда составляют 24 часа.

Следствиями наклона оси вращения к плоскости орбиты и обращения Земли вокруг Солнца являются изменение полуденной высоты Солнца над горизонтом, изменение продолжительности дня и ночи и смена времён года (если бы ось вращения Земли была перпендикулярна плоскости её орбиты, то продолжительность дня и ночи везде была бы одинаковой и смены времён года не было бы). Времена года - это четыре периода, на которые разделяют годовой цикл (зима, весна, лето и осень). Год разделяют на 12 месяцев (по 30 или 31 суток в каждом, кроме февраля, в котором 28 или 29 суток в зависимости високосный год или нет). Времена года в южном полушарии противоположны временам года в северном полушарии. Когда в северном полушарии зима, в южном - лето. И наоборот.

Условно (для северного полушария Земли) зима начинается 1 декабря, весна - 1 марта, лето - 1 июня, а осень - 1 сентября.

Начала астрономических зимы, весны, лета и осени приурочены к определённым небесным явлениям (для северного полушария Земли):

• зима начинается 23 декабря (зимнее солнцестояние), когда наблюдается самый короткий день и самая длинная ночь, а полуденная высота Солнца минимальна за весь год;
• весна начинается 21 марта (весенее равноденствие), когда продолжительность дня становится равна продолжительности ночи, а центр диска Солнца пересекает небесный экватор, переходя из южного небесного полушария в северное;
• лето начинается 22 июня (летнее солнцестояние), когда наблюдается самый длинный день и самая короткая ночь, а полуденная высота Солнца максимальна за весь год;
• осень начинается 22 сентября (осеннее равноденствие), когда продолжительность дня становится равна продолжительности ночи, а центр диска Солнца пересекает небесный экватор, переходя из северного небесного полушария в южное.