Скорость вращения земли замедляется. Без движения вокруг Солнца. Поворотная сила инерции, вызванная вращением Земли вокруг оси

Кроме того, под «Всемирным временем» может подразумеваться одна из его версий (UT0, UT1 и т. д.). Поэтому в специализированной литературе принято указывать, что имеется в виду под ΔT , например «DTD - UT1», что означает «Динамическое земное время минус Всемирное время версии UT1».

Несмотря на некоторые изменения в определении, физический смысл ΔT не меняется - это разница между идеальным равномерно текущим временем и «временем», определённым по вращению Земли (которое замедляется, причём неравномерно).

О неравномерности вращения Земли вокруг своей оси

Всемирное время (UT) является шкалой времени, основанной на суточном вращении Земли , которое не вполне равномерно на относительно коротких интервалах времени (от дней до столетий), и поэтому любые измерения времени, основанные на такой шкале, не могут иметь точность лучше чем 1: 10 8 . Однако основной эффект проявляется на больших временах: на масштабах столетий приливное трение постепенно замедляет скорость вращения Земли примерно на 2,3 мс /сутки /век . Однако есть и другие причины, изменяющие скорость вращения Земли. Самой важной из них являются последствия таяния материкового ледникового щита в конце последнего ледникового периода . Это привело к уменьшению мощной нагрузки на земную кору и послеледниковой релаксации, сопровождающейся распрямлением и поднятием коры в приполярных областях - процесс, который продолжается и сейчас и будет продолжаться пока не будет достигнуто изостатическое равновесие. Этот эффект послеледниковой релаксации приводит к перемещению масс ближе к оси вращения Земли, что заставляет её вращаться быстрее (закон сохранения углового момента). Полученное из этой модели ускорение составляет около −0,6 мс/сутки/век. Таким образом, полное ускорение (на самом деле замедление) вращения Земли, или изменение длины средних солнечных суток составляет +1,7 мс/сутки/век. Эта величина хорошо соответствует среднему темпу замедления вращения Земли за последние 27 столетий.

Земное время (TT) является теоретически равномерной временной шкалой, определенной так, чтобы сохранить непрерывность с предшествующей равномерной шкалой эфемеридного времени (ET). ET основана на независимой от вращения Земли физической величине , предложенной (и принятой к применению) в 1948-52 с намерением получить настолько однородную и не зависящую от гравитационных эффектов временную шкалу, насколько это возможно было в то время. Определение ET опиралось на солнечные таблицы (англ.) русск. Саймона Ньюкома (1895), интерпретированные новым образом, чтобы учесть определенные расхождения в наблюдениях.

Таблицы Ньюкома служили основой для всех астрономических солнечных эфемерид с 1900 по 1983 год. Изначально они были выражены (и в таком виде опубликованы) в терминах среднего времени по Гринвичу и средних солнечных суток , однако позднее, в особенности в отношении периода с 1960 по 1983 г., они трактовались как выраженные в рамках ET, в соответствии с принятым в 1948-52 предложением о переходе к ET. В свою очередь, ET могло теперь рассматриваться в свете новых результатов как шкала времени максимально близкая к среднему солнечному времени на интервале 1750 и 1890 (с серединой около 1820 года), поскольку именно в этом интервале проводились наблюдения, на основании которых были составлены таблицы Ньюкома. Хотя шкала TT является строго однородной (основана на единице секунды СИ , и каждая секунда строго равна каждой другой секунде), на практике она реализуется как Международное атомное время (TAI) с точностью около 1: 10 14 .

Определение дельта Т из наблюдений

Время, определяемое положением Земли (точнее, ориентацией Гринвичского меридиана относительно фиктивного среднего Солнца), является интегралом от скорости вращения. При интегрировании с учётом изменения длины суток на +1,7 мс/сутки/век и выборе начальной точки в 1820 году (примерная середина интервала наблюдений, использованных Ньюкомом для определения длины суток), для ΔT получается в первом приближении парабола 31×((Год − 1820)/100)² в секунд. Сглаженные данные, полученные на основе анализа исторических данных о наблюдениях полных солнечных затмений дают значения ΔT около +16800 с в −500 году, +10600 с в 0, +5700 с в 500, +1600 с в 1000 и +180 с в 1500. Для времени после изобретения телескопа ΔT определяются из наблюдений покрытий звезд Луной , что позволяет получить более точные и более частые значения величины. Поправка ΔT продолжала уменьшаться после 16 века, пока не достигла плато +11±6 с между 1680 и 1866 года. В течение трех десятилетий до 1902 она оставалась отрицательной с минимумом −6,64 с, затем начала увеличиваться до +63,83 с в 2000 году. В будущем ΔT будет увеличиваться с нарастающей скоростью (квадратично). Это потребует добавления все большего числа секунд координации к Всемирному координированному времени (UTC) , поскольку UTC должно поддерживаться с точностью в одну секунду относительно равномерной шкалы UT1. (Секунда СИ , используемая сейчас для UTC, уже в момент принятия была немного короче, чем текущее значение секунды среднего солнечного времени. ) Физически нулевой меридиан для Универсального времени оказывается почти всегда восточнее меридиана Земного времени как в прошлом, так и в будущем. +16800 с или 4⅔ часа соответствуют to 70° в.д. Это означает, что в −500 году вследствие более быстрого вращения Земли солнечное затмение происходило на 70° восточнее положения, которое следует из расчетов с использованием равномерного времени TT.

Все значения ΔT до 1955 года зависят от наблюдений Луны, связанных либо с затмениями либо с покрытиями . Сохранение углового момента в Системе Земля-Луна требует, чтобы уменьшение углового момента Земли вследствие приливного трения передавался Луне, увеличивая её угловой момент, что означает, что её расстояние до Земли должно увеличиваться, что, в свою очередь, вследствие третьего закона Кеплера приводит к замедлению обращения Луны вокруг Земли. Приведенные выше значения ΔT предполагают, что ускорение Луны, связанное с этим эффектом составляет величину dn /dt = −26"/век², где n - средняя угловая сидерическая скорость Луны. Это близко к лучшим экспериментальным оценкам для dn /dt, полученным в 2002 году: −25,858±0,003"/век² , и поэтому оценки ΔT, полученные ранее исходя из значения −26"/век², принимая во внимание неопределенности и эффекты сглаживания в экспериментальных наблюдениях, можно не пересчитывать. В наше время UT определяется по измерению ориентации Земли по отношению к инерциальной системе отсчета, связанной с внегалактическими радиоисточниками, с поправкой на принятое соотношение между сидерическим и солнечным временем. Эти измерения, проводимые в нескольких обсерваториях, координируются Международной службой вращения Земли (IERS).

Величины дельта Т

Для 1900-1995 годов значения приведены согласно «Астрономия на персональном компьютере», четвёртое издание, 2002 год, Монтенбрук О., Пфеглер Т., для 2000 года - из английской Вики.

Вычисление дельта Т

Приближенная формула для вычисления дельта Т

где
32,184 секунд - разница между и TAI ,
10 секунд - разница между TAI и UTC на начало 1972 года,
N - количество введенных с 1972 года секунд координации .

Формула дает погрешность не более 0,9 секунд. Например, на начало 1995 года было введено 19 секунд координации и формула дает ΔT=61,184 секунд, что лишь на 0,364 секунды превышает табличное значение.

Точная формула для вычисления дельта Т

Из бюллетеня А (Bulletin - A) Службы вращения земли IERS можно узнать разность между TAI и UTC (зависит от количества секунд координации, величина меняется редко) и между UT1 и UTC (величина постоянно меняется, в бюллетене даётся на полночь ежесуточно), тогда дельта Т можно вычислить точно по формуле:

Приблизительная формула вычисления дельта Т на будущее

Рассчитать дельта Т на будущее можно только приблизительно, ввиду того, что изменение вращения Земли недостаточно изучено. Тем не менее для расчёта, например, пути прохождения тени от солнечного затмения или времени покрытия звёзд Луной делать хотя бы приблизительный расчёт необходимо. Фред Эспеньяк (англ.) русск. при расчёте солнечных затмений на период 2005-2050 годов пользовался формулой

где y - год, для которого определяется дельта Т.

Как уже указывалось, координатные системы, связанные с Землей, не являются инерциальными. Это вызвано вращением Земли вокруг оси и вокруг Солнца. Однако во всех технических задачах в качестве базы используется вторая аксиома механики, которая справедлива только для инерциальных систем. Уравнение движения для неинерциальных систем, полученное в предыдущем параграфе позволяет оценить ошибку, которая при этом совершается.

Рассмотрим сначала результат неинерциальности системы координат, связанной с Землей, вызванный вращением Земли вокруг оси. В первом приближении Землю можно рассматривать рак сферу.

Вращение Земли вокруг оси порождает переносное и кориолисово ускорения, а следовательно, и соответствующие им силы инерции . Так как Земля вращается с постоянной угловой скоростью , то имеет место только центростремительное переносное ускорение, равное:

где - радиус параллели, на которой находится данная точка (рис. 61). Вектор этого ускорения лежит в плоскости параллели и направлен к земной оси. Так как

где R - радиус Земли, а широта параллели, то

Полный оборот вокруг своей оси Земля совершает приблизительно за среднего солнечного времени (точно за звездного времени), поэтому

Наибольшее центростремительное ускорение имеет место на экваторе, т. е. при Принимая получим для экватора

Это приблизительно в 300 раз меньше ускорения силы земного притяжения.

Отклонение силы тяжести тела от радиуса Земли

Наличие центростремительного ускорения приводит к тому, что вес тела не совпадает точно с силой его притяжения, а вертикаль несколько отклоняется от направления земного радиуса.

Действительно, рассмотрим неподвижную (по отношению к Земле) точку массы подвешенную на нити (рис. 62).

Она находится в относительном равновесии под действием трех сил: притяжения к Земле реакции нити Т и силы инерцйи переносного движения . направленной противоположно ускорению и равной:

Сила инерции Кориолиса равна нулю, поскольку равна нулю относительная скорость точки, и, согласно относительному уравнению равновесия точки, имеем:

Но реакция нити по величине равна весу тела и направлена в противоположную сторону

Следовательно:

Таким образом, вес тела представляет собой равнодействующую гравитационной силы и силы инерции переносного ускорения Земли. Направление этой равнодействующей и определяет истинную вертикаль в данном месте Земли. Из рис. 62 следует, что она не совпадает с радиусом Земли и отклоняется от него на угол а. Определим его.

Широтой места на Земле называется угол между направлением истинной вертикали и плоскостью экватора. Из теоремы синусов следует, что

Угол а весьма мал, и без существенной ошибки можно положить

И поэтому

Отсюда следует, что направление истинной вертикали совпадает с радиусом Земли лишь на полюсе на экваторе а максимальное отклонение имеет место на широте . Оно равно

Эта величина настолько мала, что в подавляющем большинстве технических задач может не приниматься во внимание.

Отличие силы тяжести от гравитационной силы

Вычислим величину силы тяжести Для этого достаточно спроектировать на направление истинной вертикали силы

Ввиду малости угла а можно положить тогда

Гравитационная сила F больше силы тяжести во всех точках Земли, за исключением полюсов Земли, где они равны. Максимальное отклонение имеет место на экваторе, где вес равен:

Здесь ускорение силы тяжести на полюсе, вес тела на полюсе. Вес тела на экваторе меньше гравитационной силы всего лишь на 0,3%. Поэтому в технических вопросах этой разницей пренебрегают.

Учет переносной силы инерции в условиях Земли

Обратим внимание на следующее важное обстоятельство. Допустим, что изучаемое движение материальной точки протекает в области, размеры которой малы по сравнению с радиусом Земли. Тогда сила Фпер будет постоянной подобно силе Складывая их, получим силу которая тоже будет постоянной. Следовательно, для учета переносной силы инерции нет необходимости рассматривать ее отдельно, а достаточно вместо гравитационной силы ввести в уравнение движения силу которая, как и сила является для данного места Земли известной. Заканчивая рассмотрение переносной силы инерции, отметим, что она направлена в сторону, обратную центростремительному ускорению. Благодаря этому в физике она имеет весьма распространенное там название центробежной силы.

Поворотная сила инерции, вызванная вращением Земли вокруг оси

Рассмотрим поворотную силу или кориолисову силу инерции, вызванную вращением Земли вокруг оси. Она равна

и как величина ее, так и направление зависят от относительной скорости точки. Поворотная сила отсутствует только в двух случаях:

когда точка находится в покое относительно Земли или когда она движется параллельно земной оси (векторы коллинеарны).

Для оценки величины ускорения Кориолиса рассмотрим случай, когда относительная скорость перпендикулярна вектору . Для того чтобы ускорение Кориолиса имело величину нужна относительная скорость, равная

С такими скоростями движутся, например, артиллерийские снаряды и ракеты. В этих случаях кориолисова сила может оказать ощутимое влияние на характер движения и, в частности, вызвать заметное отклонение снаряда от цели. Хотя в большинстве случаев кориолисовой силой можно пренебречь, однако встречаются явления, в которых она проявляет себя довольно заметным образом. К таким явлениям относится, например, размыв правого берега рек в северном полушарии и левого берега рек в южном полушарии. Рассмотрим этот пример подробнее.

Законы Вера и Бейс-Бало

Пусть река северного полушария течет вдоль земного меридиана с севера на юг (рис. 63). Переносная скорость любой точки Земли направлена по касательной к параллели с запада на восток и равна:

Частицы воды, помимо своей относительной скорости, обладают еще указанной выше переносной скоростью. Сдвигаясь с севера на юг, они переходят с одной параллели на другую, имеющую больший радиус и поэтому переносная скорость непрерывно возрастает, не изменяя своего направления (с запада на восток). Кроме того, благодаря вращению Земли относительная скорость изменяет свое направление в пространстве, поворачиваясь с запада на восток.

Это приводит к тому, что частицы воды ускоряются, и значит, в направлении ускорения на них действует сила. Эта сила возникает от давления западного, т. е. правого берега реки на воду. По закону равенства действия и противодействия вода будет с такой же силой давить на правый берег, постепенно размывая его. В современном полушарии при любом направлении течения реки размыванию всегда подвергается правый берег. В южном полушарии, как можно показать рассуждениями, подобными приведенным, размыванию подвергается левый берег реки. Рассмотренное явление называется законом Бера.

Значительно проще тот же результат можно получить, применяя формально формулу поворотной силы инерции.

В рассмотренном случае относительные скорости весьма малы, и, следовательно, силы Кориолиса также весьма малы, однако непрерывное и длительное их действие приводит к заметным результатам. Еще большее влияние сила Кориолиса оказывает на течения в океане. Например, под ее действием теплое течение Гольфстрим отклоняется вправо.

Влияние силы Кориолиса объясняет также тот факт, что в северном полушарии ветер отклоняется вправо от того направления, в котором происходит падение давления (в южном полушарии - влево). Указанное явление известно в метеорологии под названием закона Бейс - Бало.

Подводя итог сказанному, следует заключить, что поправки на неинерциальность систем координат, жестко связанных с Землей, вызванные вращением последней вокруг оси, как правило, столь незначительны, что в подавляющем большинстве технических задач вторая аксиома механики с вполне достаточной точностью описывает механические явлеиия.

Силы инерции, вызванные вращением Земли вокруг Солнца

Рассмотрим теперь силы инерции, действующие на земные тела, возникающие в результате вращения Земли вокруг Солнца.

Земля движется вокруг Солнца с приблизительно постоянной скоростью по орбите, близкой к окружности с центром в Солнце, делая один оборот за год. Переносное ускорение материальных точек, расположенных на Земле, вызванное этим движением, будет центростремительное ускорение, направленное к Солнцу. Соответствующая сила инерции переносного движения (центробежная сила) направлена от Солнца. Кроме этого, на ту же точку действует гравитационная сила Солнца. Векторная сумма указанных сил практически будет равна нулю.

Силы Кориолиса, возникающие в результате движения точки по поверхности Земли и вращения Земли вокруг Солнца, будут пренебрежимо малы по сравнению с силами Кориолиса, возникающими благодаря только вращению Земли вокруг оси, так как угловая скорость вращения Земли будет во много раз больше угловой скорости вращения Земли вокруг Солнца

Поэтому неинерциальностью координатных систем, связанных с Землей и вызванных движением последней по орбите, можно пренебречь по сравнению с аналогичными поправками, вызванными вращением Земли вокруг оси.

3-06-2017, 09:39

Специалисты решили смоделировать, как будет выглядеть последний день существования человечества. К выполнению этой задумки они пришли после проведения некоторых расчетов, которые основывались на постепенном убавлении темпов хода нашей планеты. То, что Земля замедляет свое вращение, замечено учеными, которые пришли к выводу, что рано или поздно скорость вращения нашей планеты станет медленной настолько, что она и вовсе остановится.

Результаты эксперимента, проведенного астрономами, просто шокируют. В них совсем не хочется верить, но, если земной шар остановится, то мир ждет глобальная катастрофа. После полной остановки Земли любые объекты, живые или неживые, вне зависимости от их объема и массы, с космической скоростью понесутся в восточном направлении, повинуясь силе инерции. Причем скорость объектов на полюсах будет примерно 1 300 километров в час, тогда как на экваторе она составит 1 600 километров в час. Несложно представить, что в таком жутком хаосе не сможет выжить ни один человек, не говоря уж о том, что к таким невероятным скоростям не приспособлены живые существа.

Поднимется мощнейший ветер, начальная скорость которого будет равна около 1700 километров в час. Сейчас такие величины кажутся просто нереальными, но при определенном раскладе они вполне могут иметь место даже на нашей планете. Вода в морях и океанах начнет двигаться, повинуясь силе инерции, вследствие чего возникнут страшнейшие цунами и невероятно сильные ураганы. Вся сила кинетической энергии, в результате которой произойдут в огромном количестве землетрясения и извержения вулканов, обрушится на Землю, сотрясаемую силами инерции до самого основания.

Вследствие всех этих катаклизмов, немного приплюснутая форма нашей планеты изменится и она примет вид практически идеального шара. Вполне возможно, что мировой океан соберется в одном месте, образовав новый материк, произойдет перераспределение территорий, занимаемых водой и сушей. Также огромное количество воды переместится к полюсам, что приведет к образованию Северного и Южного океанов.

Цунами невероятных размеров, в основном, будут происходить на полюсах планеты, а самое большое цунами возникнет в результате урагана, который начнется из-за вращения земной атмосферы по остановившейся поверхности. Ничего живого не останется на планете. Перестав вращаться, планета будет стоять одной стороной к Солнцу, что произойдет вследствие этого, может понять даже второклассник: на одной стороне Земли все время будет невыносимая жара, а на противоположной – постоянный сильный холод.

С большой вероятностью ученые также прогнозируют исчезновение магнитного поля Земли. Как мы знаем, оно защищает нашу планету от воздействия вредных космических лучей. Еще один интересный прогноз астрономы делают относительно спутника Земли – так как планета прекратит вращение, то и скорость, с которой вращается Луна, тоже станет постепенно замедляться, а расстояние до Земли – уменьшаться. Не исключена вероятность, что в итоге Луна, все-таки, упадет на Землю.

Не стоит отмахиваться от этой теории, как одной из фантастических версий будущего нашей планеты. Она основана, в том числе и на открытии китайских геологов, сделанных около полувека назад, о том, что сравнение скорости вращения Земли в момент ее зарождения и сейчас говорит о существенном замедлении темпа. Это исследование повлекло создание целой научной отрасли, изучающей древние часовые пласты на планете. Открытия этой отрасли науки могут оказать большое влияние на мировые геологические исследования. Специалисты изучали суточные отложения ископаемых. Одними из первых, подвергнувшихся изучению с этой точки зрения, стали кораллы. Благодаря им, ученым удалось сделать некоторые расчеты относительно тех давних времен. К примеру, они смогли определить количество суток в году.

Научно обосновать замедление вращения Земли удалось следующим образом: оно происходит в результате приливного трения, происходящего в теле нашей планеты. Вследствие притяжения Луны и Солнца, Земля в определенной степени деформируется, не зря же на ее поверхности имеется так называемый «приливный горб» (его высота 40 сантиметров). Приливы в океане также оказывают свое действие. От вращения Земли постепенно ускоряется движение Луны, которая понемногу отдаляется от нашей голубой планеты. Не трудно вычислить, что при таком раскладе рано или поздно произойдет следующее: периоды вращения планеты и обращения Луны вокруг нее совпадут. Тогда с земной поверхности можно будет наблюдать, как наш спутник висит над одной и той же точкой Земли.

Что же мы знаем о вращении Земли в принципе? Например, то, что оно является одним из важнейших признаков существования нашей планеты. Происходит оно с запада на восток, а изначальная линейная скорость этого вращения, если говорить об экваториальных широтах, составляла 6400 км/ч. Приливы, воздействующие на восточные берега планеты, препятствуют ее вращению, замедляя его. А такое замедление, в свою очередь, провоцирует передачу энергии Луне. Поэтому, чем больше замедляется Земля, тем сильнее ускоряется ее спутник. Уменьшение момента импульса движения Земли приводит к увеличению длительности суток.

Вообще, вопрос о замедлении Земли рассматривался многими учеными, выдвигавшими разные, порой, противоречивые теории. Некоторые из них утверждали, что вследствие интенсивного переноса воздушных масс в разное время года, наша планета периодически ускоряется и замедляется, но происходит все это не хаотично, а упорядоченно. Так, в январе и июле, если верить этому утверждению, Земля ускоряется, а в апреле и ноябре – наоборот, замедляет скорость своего вращения. Не исключено, что в ближайшем будущем ученые преподнесут нам очередные новые прогнозы относительно будущего нашей планеты.

Анна Воронина - Корреспондент РИА VistaNews

В 123 г. до н.э. Гиппарх открыл явление предварения равноденствий, или прецессию. В 1755 г. Джеймс Брадлей открыл явление нутации оси вращения Земли. Сомнения в постоянстве скорости суточного вращения Земли возникли после открытия Э.Галлеем в 1695 г. векового ускорения движения Луны. Мысль о вековом замедлении вращения Земли под действием приливного трения была впервые высказана И.Кантом в 1755 г. Во второй половине прошлого столетия появились свидетельства нерегулярных изменениях скорости вращения Земли и движения географических полюсов. С тех пор за неравномерностью вращения Земли и движением полюсов ведутся регулярные наблюдения.

Скорость вращения Земли наиболее просто можно охарактеризовать отклонением длительности земных суток от эталонных (86 400 с). Точность атомных (цезиевых) часов столь высока, что с их помощью можно проверить ход часов «Земля». Такая «проверка», ведущаяся в Международном бюро времени с 1955 г., показывает, что часы «Земля» идут не лучшим образом. Они иногда спешат, а иногда отстают.

До создания атомных часов ход часов «Земля» контролировался лишь путем сравнения наблюденных и вычисленных координат Луны, Солнца и планет. Таким путем удалось получить представление об изменении скорости вращения Земли в течение последних трех столетий – с конца XVII в., когда стали вестись первые инструментальные наблюдения за движением Луны, Солнца и планет. Оказывается, что с начала XVIII в. до середины XIX в. скорость вращения Земли менялась мало. Со второй же половины XIX в. по настоящее время наблюдались значительные нерегулярные изменения этой скорости с характерными временами порядка 60–70 лет. Наиболее быстро Земля вращалась около 1870 г., когда длительность земных суток была на 0,003 с короче эталонных, а наиболее медленно – около 1903 г. (земные сутки были длиннее эталонных на 0,004 с). С 1903 по 1934 гг. происходило ускорение вращения Земли, с конца 30-х гг. до 1972 г. наблюдалось замедление, а с 1973 г. по настоящее время Земля ускоряет свое вращение. Колебание угловой скорости вращения Земли, наблюдавшееся в ХХ в. (с 1903 г. по 1972 г.) часто называют 60–70-летним. В XIX в. колебание примерно того же периода имело место с 1845 г. по 1903 г. В более раннюю эпоху 60-70-летние колебания не прослеживаются. Точность определения неравномерности вращения Земли радикально улучшилась с 1955 г., после того как стали использоваться атомные часы. С 1956 г. по 1961 г. вращение Земли ускорялось, с 1962 г. по 1972 г. – замедлялось, а с 1973 г. по настоящее время – снова ускорялось. Замедление вращения Земли, закончившееся в 1972 г., началось в 1935 г. Ускорение, возникшее в 1973 г., вероятно, еще не закончилось и продлится до 2005–2010 гг. Ускорение вращения 1958–1961 гг. и замедление 1989–1994 гг. являются кратковременными флуктуациями. На фоне многолетних изменений хорошо видны сезонные колебания. Скорость вращения Земли бывает наименьшей в апреле и ноябре, а наибольшей – в январе и июле. Январский максимум значительно меньше июльского. Разность между минимальной величиной отклонения длительности земных суток от эталонных в июле и максимальной в апреле или ноябре составляет 0,001 с.

Исследования последних лет показали, что главной причиной сезонной неравномерности вращения Земли является атмосферная циркуляция. Известно, что в среднем атмосфера движется относительно земной поверхности в низких широтах с востока на запад (дуют восточные ветры), а в умеренных и высоких – с запада на восток (преобладают западные ветры). Момент импульса восточных ветров отрицателен, а западных – положителен. Можно было бы думать, что эти моменты компенсируют друг друга, и момент импульса ветров всей атмосферы всегда равен нулю. Однако расчеты показывают, что момент импульса восточных ветров в несколько раз меньше момента импульсов западных ветров. Поэтому момент импульса ветров всей атмосферы не равен нулю и его величина меняется в течение года.

Момент импульса – это такая физическая величина, которая не может возникать или уничтожаться. Она способна лишь перераспределяться. В рассматриваемом случае перераспределение происходит между атмосферой и Землей. Когда момент импульса атмосферы увеличивается, т.е. усиливаются западные ветры или ослабевают восточные ветры, момент импульса Земли уменьшается, т.е. замедляется ее вращение. Когда же момент импульса атмосферы уменьшается (ослабевают западные или усиливаются восточные ветры), вращение Земли ускоряется. Суммарный момент импульса Земли и атмосферы всегда остается неизменным. Этот результат может служить хорошей иллюстрацией того, что закон сохранения момента импульса справедлив не только в физических лабораторных экспериментах, но и в глобальных масштабах в природе.

Факт, что момент импульса ветров всегда положителен, говорит о том, что атмосфера в целом вращается вокруг оси быстрее Земли. Уподобляя движение атмосферы в целом вращению твердого тела, можно сказать, что период обращения атмосферы вокруг оси составляет в апреле и ноябре 23 ч 36 мин, а в августе – 23 ч 45 мин. В среднем за год сутки для атмосферы длятся 23 ч 38 мин, а не 23 ч 56 мин, как для Земли.

Как известно, около 2% всей воды на Земле находится в замерзшем состоянии (в основном в виде льда). Общая масса льда в современную эпоху равна около 28,4∙10 18 кг, причем 90% приходится на ледниковый щит Антарктиды, 9% – на ледник Гренландии и менее 1% составляет масса льда всех остальных горных ледников. Площади ледниковых щитов составляют: в Антарктиде 13,9∙10 12 м 2 , в Гренландии 1,8∙10 12 м 2 , горных ледников – 0,5∙ 10 12 м 2 .

Если известны массы льда в Антарктиде, Гренландии и воды в Мировом океане, то можно вычислить характеристики вращения Земли – координаты полюса и скорость вращения Земли. Если же эти массы неизвестны, но имеются данные о нестабильностях вращения Земли, то можно решить обратную задачу: по координатам полюса и скорости вращения вычислить ежегодные значения масс льда в Антарктиде, Гренландии и воды в Мировом океане.

Масса ледников значительно меняется во времени. Например, 12 тыс. лет назад растаял громадный ледниковый щит, покрывавший в четвертичном периоде почти всю Русскую равнину и значительные пространства Западной Европы и Северной Америки. Во время малого климатического оптимума, который имел место около тысячи лет назад, у ледникового щита Гренландии была существенно меньшая масса, чем ныне. Такое перераспределение влаги между Мировым океаном и ледниковыми щитами неизбежно сопровождалось изменением момента инерции Земли и должно было приводить к какой-то неравномерности вращения Земли и движению полюсов.

Приливные выступы постоянно перемещаются по земной поверхности вслед за Луной и Солнцем – с востока на запад, т.е. в направлении, обратном суточному вращению Земли. Естественно, что при таком перемещении в океанах и в Земле возникают силы трения, которые тормозят вращение планеты. Благодаря этому и должно происходить вековое замедление вращения Земли. Оценки показывают, что из-за этого сутки должны удлиняться на 0,003 с за 100 лет.

Когда 530 млн лет назад на Земле обитали доисторические праживотные, сутки продолжались 21 час. Для динозавров, живших 100 млн лет назад, новый день начинался через 23 часа после предыдущего. Это хорошо заметно по известковым отложениям кораллов. Кораллы ведут нечто вроде календаря, образуя ежедневно новые известковые отложения, толщина которых варьируется в зависимости от времени года.

На основании этого, удалось вычислить, какой временной промежуток отделяет одну весну от другой. Его продолжительность в истории Земли непрерывно сокращалась. 530 млн. лет назад Земля вращалась вокруг своей оси быстрее, чем сегодня, но вокруг Солнца она вращается в постоянном темпе. Год тогда продолжался столько же часов, сколько и сегодня, однако дней в году было 420. За время существования человечества вращение Земли, по свидетельству достоверных источников, продолжало замедляться, утверждает в Journal for the History of Astronomy (т. 39, стр. 229, 2008) Ричард Стефенсон из университета Дарема в Великобритании. Стефенсон опирается на описания сотен солнечных и лунных затмений последних 2700 лет.

Лучше всего замедление вращения Земли подтверждают глиняные таблички дохристианского Вавилона, пишет Стефенсон. Клинописью на глине вавилонские ученые зафиксировали точное место и время небесных явлений. Кроме того, Стефенсон изучал документы китайского и европейского происхождения. В любом месте Земли полное солнечное затмение можно наблюдать примерно один раз в 300 лет.

Часто с высочайшей точностью отмечалось, на какое число и какое время приходилось самое начало солнечного затмения и его окончание. Этих двух данных астроному было достаточно, чтобы определить точное положение Солнца, каким оно было тысячелетия тому назад.

На основании положения Солнца, зафиксированного в исторических источниках, астрономы могут реконструировать процесс торможения родной планеты: правильно задокументированное солнечное затмение позволяет определить соответствующую позицию Земли на пути ее движения вокруг Солнца. Поскольку траектория движения Земли вокруг Солнца никак не связана с ее вращением вокруг собственной оси, отсюда выводится независимая мера времени – так называемое террестрическое время.

Замедление вращения Земли проявляется при сравнении террестрического времени с универсальным. Универсальное время – это общепринятое время, которое зависит от вращения Земли и определяется на основе положения Солнца относительно Гринвича (город в Великобритании). Его постоянно приходится подводить назад, определенное количество лет между концом одного года и началом следующего добавляется одна секунда.

На основании исторических документов Ричарду Стефенсону удалось определить соотношение двух времен. Террестрическое и универсальное время расходятся тем сильнее, чем более давно происходило то или иное солнечное затмение .

Следовательно, за тысячелетие сутки становятся длиннее почти на две тысячных секунды. Измерения, произведенные спутниками за последние десятилетия, подтверждают соответствующую скорость замедления. Получается, что во времена расцвета Вавилона сутки были короче сегодняшних на четыре сотых секунды. Тем не менее, Стефенсон смог зафиксировать это минимальное отклонение благодаря накоплению ошибки в универсальном времени. С 700 г. до н.э. прошло примерно миллион суток, которые были чуть короче, чем сегодня – сегодня обычные часы пришлось бы переставить примерно на 7 часов.

Ускорение вращения Земли, начавшееся в 1973 г., закончится, вероятно, в 2005–2010 г. Поэтому можно ожидать, что в ближайшие годы наступит период замедления вращения Земли и начнется новая климатическая эпоха. Это означает, что в одних районах земного шара станет теплее и суше, а в других – прохладнее и вл ажнее.

Частично материал взят из http://elkin52.narod.ru/astro/sem/sem.htm

Мы прекрасно знаем, что наша планета вращается вокруг своей оси, благодаря чему мы видим день и ночь. Тем не менее, Земля хотя и очень медленно, но постепенно замедляется. Учёные говорят, что полная её остановка произойдёт через множество миллиардов лет. Люди наверняка уже не застанут этот момент, т. к. к тому времени Солнце увеличится в размерах и уничтожит сначала жизнь на Земле, а потом и саму планету. В этой статье мы попытаемся смоделировать следующую ситуацию: что будет, если Земля прекратит вращение в обозримом будущем .

Почему вообще происходит вращение?

Согласно общепринятой теории вращение Земли обусловлено процессами, происходившими ещё во времена её образования. В те времена облака космической пыли сбивались в одну «кучу», к которой притягивались другие космические тела. В результате этого сумбура за миллиарды лет сформировалась планета. А её вращение обусловлено инерцией, которая осталась после столкновения с теми самыми космическим телами.

Почему Земля замедляет вращение?

На заре своего существования наша планета вращалась гораздо быстрее. Сутки тогда составляли около 6 часов. Популярным стало мнение, то больше всего на изменение скорости вращения Земли влияет Луна . Своей силой притяжения она вызывает колебания уровня воды в земных океанах. Из-за приливов Земля как бы колышется, что и приводит к её очень медленному замедлению.

Что было бы, если Земля неожиданно остановилась?

Да, этот вариант практически невероятен, но почему бы нет?

Сегодня скорость вращения Земли составляет ни много ни мало 1670 км/ч. При внезапной остановке планеты всё, что было на её поверхности, включая людей, будет мгновенно сметено из-за действия центробежной силы. Фактически Земля остановиться, а объекты на её поверхности продолжат движение.

Такой вариант, возможно, более приемлем для людей, ведь всё произойдёт так быстро, что никто ничего не поймёт. А вот в случае с постепенным торможением Земли нам придётся переживать многие разрушительные последствия.

Что будет, если Земля постепенно прекратит своё вращение?

Теперь перейдём к более реалистичному моделированию ситуации, если бы наша планета начала замедляться гораздо быстрее и человечество всё же застало момент её остановки.

Мы уже знаем, что наша планета остановится только через миллиарды лет, но гипотетически это может произойти и раньше. Учёные не исключают, что скорость вращения планеты может снизиться, например, вследствие столкновения с астероидом. Такое событие само по себе будет губительным для землян, а замедление скорости вращения планеты станет неприятным бонусом ко всему. Но давайте представим, что это произошло без участия огромных астероидов, а по более «незаметным причинам».

Свет и тьма

Первое, что приходит на ум – это вечный день на одном полушарии и вечная ночь – на другом . На самом деле это мелочи по сравнению с другими глобальными изменениями, начиная от ужасных катаклизмов и заканчивая перераспределением вод Мирового океана, что приведёт к массовой гибели всего живого на планете.

Понятие суток исчезнет. На одной стороне Земли будет вечный день. При этом постоянный солнцепёк уничтожит многие растения, а почва высохнет и потрескается. Тёмная сторона Земли будет подобна снежной тундре. Учёные считают, что более или менее пригодной будет промежуточная область между днём и ночью.

Экватор без океанов

Воды Мирового океана изменят своё расположение, сместившись от экватора к полюсам. То есть экваториальная линия станет одни большим участком суши , а многие материковые зоны ближе к полюсам будут затоплены. Дело в том, что наша планета из-за вращения немного выпуклая, поэтому вдоль экватора она имеет своеобразный «горб». Таким образом, после остановки Земли воды Мирового океана перестанут равномерно удерживаться и фактически «стекут» с экватора.

Климат и жизнепригодность планеты

Кроме того, что на Земле по-другому будет выглядеть суша и океаны, ещё и климат кардинальным образом изменится. Сейчас ветра дуют параллельно экватору, но если случится то, что случится, они будут дуть от экватора к полюсам. Течения, само собой, изменятся. Какие климатические условия будут в том или ином регионе сложно сказать, но можно быть уверенным, что одно полушарие будет засушливым, а другое – неимоверно холодным.

Атмосфера Земли, подобно океаническим водам, ближе к полюсам станет плотнее, а на экваторе истончится.

Благодаря тому, что металлическое ядро Земли вращается, вокруг неё существует магнитное поле. Оно обеспечивает защиту от губительного солнечного ветра и от высокоэнергетических частиц из космоса. Без вращения не будет магнитного поля, а следовательно, всё живое будет гибнуть под прямыми солнечными лучами.

Среди представителей животных и растительных видов будет неизбежным. Затопление значительных территорий, изменение климата, стихийные бедствия – всё это явно поубавит разнообразие жизни на Земле.

Смогут ли выжить люди?

Определённо люди смогли бы приспособиться к новым условиям. Мест, где можно будет хоть как-то выживать останется не так уж много. Люди смогут жить в небольших областях на границе дня и ночи . В таких местах будет вечный рассвет или закат в зависимости от полушарий. К тому же вдоль всей «благоприятной линии» расселиться не получится, т. к. немалая часть суши будет затоплена океанами, и выбирать придётся область, где будет оптимальное атмосферное давление и температура.

Не исключено, что из-за опасного космического излучения людям придётся перебираться под землю и организовывать свою жизнедеятельность там, а для прогулок по поверхности понадобятся скафандры.