Земля как планета

На этой странице вы узнаете

• Почему Земля больше похожа на побитый мяч, чем на шар? 
• Почему лето в северном полушарии длиннее, чем в южном? 
• 4 заветные даты, которые меняют ход событий.
• Как определять угол падения солнечных лучей для любой точки на Земле? 

Мы живём на ней, однако она является самым незнакомым для нас живым существом. Ни одна математическая фигура не может описать её без искажений, потому что она не поддаётся математике. Она – наша планета. Наша Земля. Сегодня мы поговорим о ней как о космическом теле.

Земля – планета Солнечной системы

Солнечная система – лишь малая часть Вселенной, вмещающей множество звездных систем – галактик. Наша галактика – Млечный путь – одна из этого множества. Если внимательно рассматривать ночное небо, то можно увидеть белую полосу, будто кто-то неосторожно разлил на небосводе молоко. Это и есть Млечный путь.

В нашей Галактике сосредоточено более 100 миллиардов звезд, однако самая важная из них, которая одаривает теплом и светом всех жителей нашей планеты, – Солнце. Этот огромный раскаленный шар расположился в центре нашей Солнечной системы. Вокруг Солнца, по орбитам, вращается 8 планет, в том числе и Земля. 

Орбита – путь движения небесного тела. 

Солнце, планеты со своими спутниками и другие космические тела (кометы, астероиды и т.д.) образуют Солнечную систему. 

Таким образом, Галактика – часть огромной Вселенной, а Солнечная система – часть Галактики. 

Земля – третья по счету планета от Солнца. Ее соседи – Венера и Марс. 

Всего Солнечная система включает 8 планет: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун. На картинке ниже вы можете увидеть, как они расположены относительно главной звезды – Солнца.

Среди планет Солнечной системы принято выделять планеты-гиганты и планеты земной группы. 

Главное отличие планет земной группы от планет-гигантов состоит в том, что первые имеют твердую поверхность. К таким планетам относятся Меркурий, Венера, Земля и Марс – четыре наиболее близкие к Солнцу планеты. 

Планеты-гиганты не имеют твердой оболочки, они практически полностью сформированы из разных газов. К этой группе относятся все остальные планеты Солнечной системы, наиболее удаленные от Солнца: Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун. 

Космическое излучение

Космические лучи – потоки заряженных частиц высокой энергии, которые приходят к Земле со всех сторон из космического пространства и постоянно бомбардируют ее атмосферу.

Космические лучи достигают верхних слоев атмосферы Земли и разрушают ее. Таким образом, влияние космических лучей крайне негативно – из-за них повреждается  верхняя оболочка нашей планеты – атмосфера, которая содержит важнейший для жизни человека кислород. 

Главный защитник Земли от космического излучения – озоновый слой.

Озоновый слой – это слой в атмосфере Земли, содержащий высокую концентрацию озона.

Озоновый слой защищает Землю не только от жесткого космического излучения, но и от поступающего с поверхности Солнца ультрафиолетового излучения. Из-за такого постоянного влияния извне, а также последствий человеческой деятельности, озоновый слой постепенно разрушается, в нем образуются дыры. Сегодня озоновый слой находится в критическом положении, ученые со всего мира непрерывно отслеживают его состояние и борются с последствиями влияния космического излучения и солнечной радиации.

Как возникла наша планета?

Планета Земля образовалась примерно 4,6 млрд лет назад. Земля – планета земной группы, с твердой внешней оболочкой. 

За всю историю человечества существовало множество гипотез возникновения нашей планеты, этот вопрос волновал наших предков и продолжает волновать наших современников. 

На сегодняшний день научное сообщество придерживается следующей версии: Солнце и планеты, составляющие Солнечную систему, возникли одновременно из гигантского газово-пылевого облака. Это облако, состоящее из газа и пыли, вращалось, и в нем постепенно стали образовываться сгустки. Из центрального, наиболее крупного сгустка, сформировалось Солнце – центр современной Солнечной системы. Остальные сгустки положили начало планетам.

Таким образом, возникновение Земли – результат уплотнения газопылевых космических частиц. Уплотнение было бы невозможно без сил притяжения и гравитации, последнюю мы рассмотрим подробнее ниже. 

Гравитация

Гравитация – явление, из-за которого все объекты, имеющие массу, притягиваются.

Благодаря такому явлению, как гравитация, существуют все объекты Вселенной, а в частности, и нашей Солнечной системе – Солнце, Земля и другие тела и планеты. Без нее космические частицы просто не собрались бы вместе в такие большие сгустки. 

В том числе благодаря гравитации мы можем ходить по Земле, не «отлетая» в космическое пространство. Вот какое важное явление – гравитация! И именно благодаря ей же у некоторых планет есть постоянные спутники.

Луна – естественный спутник Земли

У многих планет Солнечной системы есть спутники. Так, у Земли один естественный спутник – Луна, у Марса – два, а у Юпитера – 15.

Спутники – небесные тела, обращающиеся вокруг планет.

Кроме естественных спутников, встречаются еще и искусственные, которые запускаются в космическое пространство человеком. 

Подробнее остановимся на единственном естественном спутнике Земли – Луне. Она, как и другие небесные тела, имеет осевое вращение (вращается вокруг своей оси) и орбитальное (по орбите, вокруг Земли). 

У орбитального движения Луны есть одно важное следствие – наличие на Земле приливов и отливов. Это связано с тем, что Луна, как и любое другое небесное тело, обладает силой притяжения. Делая оборот вокруг Земли, Луна становится то ближе, то дальше от нее. Поэтому она «притягивает» земную воду с разной силой, вызывая таким образом приливы и отливы.

О знакомой незнакомке Земле

Форма Земли

Наша планета не идеальна, реальные параметры сводятся к тому, что она приплюснута у полюсов, то есть радиус (R) экваториальный > R полярный. Такая объёмная фигура овальнообразной формы, равномерно сплюснутая у полюсов, называется эллипсом. Его используют для математических расчётов. 

Наиболее точно форму Земли описывает геоид. Его поверхность приблизительно совпадает со средним уровнем вод Мирового океана, продолженной под сушей. 

Почему Земля больше похожа на побитый мяч, чем на шар?  Представьте, что мы обмотали этот самый эллипс (сплюснутый шар) фольгой, затем начали его делать более похожим на Землю. Каким образом? Где-то его поколотили, где-то вытянули, в соответствии с земной поверхностью, конечно. Вот так и получили геоид.

Если вам когда-нибудь понадобится описать нашу планету инопланетянам, наиболее точные параметры Земли будут следующими: 

• R экваториальный = 6378 км
• R полярный = 6357 км
• R средний = 6371 км
• Длина окружности экватора = 40 075,7 км
• Длина окружности меридиана = 40 008,5 км (меридиан обычно берётся за половину окружности, то есть 20 004,2 км). 

Следует также отметить наклон земной оси к плоскости земной орбиты в 66,5° и то, что Земля вращается с запада на восток, то есть против часовой стрелки. Наклон с ней всегда, не изменяясь ни при движении вокруг оси, ни при движении вокруг Солнца.

Из шарообразной формы Земли вытекают два взаимосвязанных следствия: 

1. Разный угол падения солнечных лучей на земную поверхность → разное количество получаемого тепла. 

Следуя от экватора к полюсам в один и тот же день, одинаковый угол падения можно встретить в двух точках, кроме зенита, о котором речь пойдёт далее.

2. Широтная зональность – последовательное изменение природных зон и комплексов (животный и растительный мир, почва и т.д.) с изменением географической широты.

Какая между ними связь? 
Угол падения солнечных лучей определяет количество получаемого тепла, а это играет немаловажную роль в формировании окружающей среды. Она, в свою очередь, является неотъемлемой составляющей широтной зональности. 

Тропики и полярные круги 

Нет, мы не про тропические леса или геометрические фигуры. Эти понятия будут встречаться нам очень часто.   

Сначала для того, чтобы понять, что такое тропик, нам надо разобраться с зенитом. 

Зенит (зенитальное положение Солнца) – максимальный угол падения солнечных лучей в 90° на поверхность Земли.

Такое явление можно увидеть, например, в тропиках в полдень два раза в год.

Зенит в тропиках	Зенит в Петербурге

Во время зенитального положения Солнца предметы не отбрасывают тени, прямо как Эдвард из ”Сумерек”. Правда не думаю, что ему бы понравился зенит…

Зенит может быть только в одной точке в одну дату, в следующую дату в другой точке. В общем, он всегда один, просто меняет своё положение в зависимости от даты. Два зенита невозможны, это всё равно что в прямоугольном треугольнике будет два прямых угла. 

Теперь разберемся с самими тропиками и полярными кругами.

Тропики – максимальные параллели в 23,5° до которых доходит зенит. То есть от экватора к северу 23,5° получаем северный тропик, и к югу 23,5° – южный тропик. 

Северный тропик назвали тропиком Рака, южный – тропиком Козерога. Им любят посвящать всеразличные знаки и памятники. 

Мексика, отмечены положения зенита	Намибия, знак тропику Козерога

Теперь о параллелях, в пределах которых зима/лето длятся по полгода. Чем ближе к полярным кругам, тем эти явления короче. На Северном полярном круге полярная ночь составляет всего 2 дня.

Полярные круги (пк) – это минимальные параллели, отсчитывая от полюсов, на которых происходят такие явления, как полярный день/ночь. 66,5° с.ш. – северный пк, 66,5° ю.ш. – южный пк. 

Важные и простые моменты, которые упростят нам жизнь понимание: — Полярный день расположен в том же полушарии, где и зенит. — Чем ближе к полярному дню, тем дольше день. — Чем ближе к полярной ночи, тем длиннее ночь. — На экваторе день всегда равен ночи.

Она не статична!

Сразу вспомним, что орбита – это не круг, она скорее похожа на овал.

Земля с разной скоростью движется орбите и вот почему: чем дальше от Солнца, тем медленнее мы проходим по орбите. Таково следствие из закона всемирного тяготения и центростремительной силы. 

Почему лето в северном полушарии длиннее, чем в южном?  Мы сейчас не о календарных днях, а о серёзных вещах – природных циклах.Максимальное расстояние от Солнца называется афелием, оно составляет 152 млн км. Планета достигает его, когда у нас лето (5 июня).  Из этого следует вывод: лето в северном полушарии длиннее, чем в южном. Причина проста: Земля в летний период медленнее движется вокруг Солнца.

Противоположное явление: перигелий – наименьшее расстояние Земли от Солнца, составляет 147 млн км, достигается планетой 3 января. В это время планета быстрее проходит по орбите, поэтому лето в южном полушарии короче. И поэтому, когда у нас зима, у них лето.

Расписание Земли

Что за 4 коронные даты?  Ежегодно, проходя свой путь по орбите, Земля достигает особого положения на ней, и эти положения имеют определённые даты. Прохождение через них связано со сменой освещенности планеты.

Итак, начнём с 21 марта и 23 сентября – дни равноденствия. 

Мы видим, что зенит в эти даты на экваторе. На нём всегда день равен ночи, а так как это “его дни” он приносит это равенство на всю планету. В результате на всей планете день будет равен ночи (по 12 часов). Поэтому они и называются дни равноденствия. 

В какие даты происходит это явление: 

— Полярный день на Северном полюсе длится с 21 марта по 23 сентября, ночь с 23 сентября по 21 марта. 

— На Южном полюсе наоборот: полярный день с 23 сентября по 21 марта, ночь с 21 марта по 23 сентября. 

Почему мы говорим только о полюсах, а не о кругах? 

Для каждой параллели, входящей в полярный круг, длительность полярного дня/ночи своя. Поэтому говорить о том, что именно в эти даты от начала до конца там происходят эти явления, мы не можем.

Что происходит в остальные две даты 22 декабря и 22 июня – дни солнцестояний? 

Зенит находится на максимальных противоположных параллелях, соответственно, сопутствующие явления будут наблюдаться также противоположно. В это время полярный день/ночь доходит до своего пика, до полярных кругов (66,5°).

Восход Солнца над горизонтом

Каждый день мы можем наблюдать, как по утрам Солнце встает из-за горизонта на востоке, а вечером – садится на западе. Почему же так происходит? Чтобы ответить на этот вопрос, давайте вместе рассмотрим режим дня нашей планеты.

Итак, помимо вращения вокруг Солнца, которое приводит к смене сезонов, наша планета вращается еще и вокруг собственной оси, словно карусель.

Земля поворачивается к Солнцу то одной, то другой стороной, поэтому освещается Солнцем неравномерно. На части Земли, куда попадают солнечные лучи, наступает день, а на теневой стороне – ночь. Скорость вращения нашей планеты вокруг собственной оси составляет один оборот в сутки.

Откуда берется 366 день в високосном году? Полный оборот вокруг собственной оси Земля совершает не ровно за 24 часа, а за 23 часа 56 минут и 4 секунды. Это небольшая разница, накапливаясь за 4 года, дает нам еще одни сутки – это и есть 29 февраля в високосном году.

Еще одним важным моментом является то, что вращение Земли происходит с запада на восток. То есть, если смотреть с Северного полюса, против часовой стрелки. Из-за этого восход Солнца мы наблюдаем на востоке, а закат – на западе. И на территориях, расположенных восточнее, день наступает раньше, чем на более западных территориях. Не случайно Японию называют страной восходящего Солнца.

Но только ли долгота влияет на время, когда взойдет Солнце? Оказывается, нет. От широты зависит длина светового дня, и чем она больше, тем раньше мы можем наблюдать рассвет и позже – закат.

Так, летом в более северных широтах рассвет наступает раньше, а закат – позже. А зимой все наоборот: при движении с севера на юг раньше светает и позже темнеет.

В 30 задании ЕГЭ по географии часто могут попасться вопросы про восход Солнца. Давайте вместе разберем подобное задание. 

Задание. Определите, в каком из пунктов, представленных в таблице, Солнце раньше всего по времени Гринвичского меридиана поднимется над горизонтом 22 июня. Ход ваших рассуждений запишите.  

Решение. Чтобы решить это задание, вспоминаем, что 22 июня Солнце в зените над Северным тропиком, поэтому длина светового дня увеличивается с юга на север. Пункты 1 и 2 расположены севернее, чем пункты 3 и 4. Далее важно отметить, что Солнце встает на востоке. Пункт 2 расположен восточнее, чем пункт 1, поэтому выбираем именно его. 

Ответ: раньше всего Солнце взойдет над горизонтом в пункте №2, так как:
1) Пункт 2 расположен севернее пунктов 3 и 4, а 22 июня длина светового дня увеличивается при движении с юга на север.
2) Пункт 2 расположен восточнее пункта 1. Солнце встает на востоке. 

Где Солнце?

Вы знали, что минимальный угол падения солнечных лучей в Москве составляет всего около 10,5°? И вы научитесь это высчитывать, благодаря несложной формуле. 

Формула расчета угла падения солнечных лучей:  𝐻 = 90°–𝛥𝜑, где 𝐻 — угол падения солнечных лучей в полдень; 𝛥𝜑 — удаленность объекта от широты зенита Солнца. 𝛥𝜑 = 𝜑объекта + 𝜑зенита Солнца (если объект и зенит в разных полушариях). 𝛥𝜑 = 𝜑объекта – 𝜑зенита Солнца (если объект и зенит в одном полушарии)

С помощью этой формулы мы можем вычислить угол падения солнечных лучей в полдень, в 12 часов, то есть в момент максимального за день положения Солнца. Эта формула работает для любой точки на Земле. 

Давайте немного поколдуем с географической математикой и рассчитаем угол падения солнечных лучшей.

Пример 1. 
Какой угол падения солнечных лучей для Москвы 22 декабря? 

1. широта Москвы 56° с.ш., зенит 22 декабря на южном тропике 23,5° => 56°+23,5°= 79,5° — разница в градусах между широтой пункта и зенитом.
2. 90°-79,5°=10,5° — искомый угол падения солнечных лучей. 

Ответ: 10,5°.

Пример 2.
Какой угол падения солнечных лучей для параллели 30°с.ш. 22 июня? 

1. 22 июня зенит на широте северного тропика 23,5° с.ш. => 30°– 23,5°= 6,5° — разница в градусах между широтой пункта и зенитом.
2. 90°–6,5°=83,5° — искомый угол падения солнечных лучей. 

Ответ: 83,5°.

Термины

Полюс – максимальные существующие широты, 90° к северу – северный полюс, 90° к югу – южный полюс.

Экватор – воображаемая линия, “посередине” планеты, с которой начинается отсчёт широт.

Меридиан – воображаемые линии, соединяющие географические полюса, отсчёт идёт от нулевого, Гринвичского меридиана, проходящего через Лондон.

Радиус Земли – расстояние между внутренним центром Земли и точкой на её поверхности.

Сила Кориолиса – сила, отклоняющая потоки вещества от направления движения в северном полушарии вправо, в южном полушарии влево.

Фактчек

• Земля имеет форму геоида, для математики эллипсоида.
• Вращается вокруг себя и вокруг Солнца с запада на восток. 
• Максимальные широты, до которых доходит зенит, – широты тропиков в 23,5°; максимальные широты до которых доходят полярные день и ночь – широты полярных кругов 66,5°.
• 4 коронные даты: 2 дня, которые приносят в весь мир равенство дня и ночи – 21 марта и 23 сентября (зенит в обе даты тусит на экваторе), и 2 дня “антонима” – 22 июня (зенит на широте 23,5° с.ш.) и 22 декабря (зенит на широте 23,5° ю.ш.). 
• Формула угла падения солнечных лучей: 𝐻 = 90°–𝛥𝜑.

Проверь себя

Задание 1.  
В какой период на северном полюсе полярная ночь? 

1. с 21 марта по 23 сентября 
2. с 22 декабря по 21 марта 
3. с 23 сентября по 21 марта 
4. с 22 сентября по 22 марта

Задание 2.  
В какой точке 17 декабря длинна дня дольше? 

1. 66,5°ю.ш. 
2. 90° ю.ш. 
3. 40° ю.ш. 
4. 0°

Задание 3.  
На каких широтах 21 марта день равен ночи? 

1. 0° 
2. 23,5° ю.ш. 
3. 23,5° с.ш. 
4. все ответы верны

Задание 4. 
На какой широте длина полярного дня в течение всего года минимальна? 

1. 90° с.ш. 
2. 66,5° с.ш. 
3. 80°с.ш. 
4. 90°ю.ш.

Задание 5.
Сила Кориолиса возникает из-за: 

1. смены дня и  ночи
2. смены времён года
3. вращения Земли  вокруг своей оси
4. вращения Земли вокруг Солнца

Ответы: 1. — 3; 2. — 2; 3. — 4; 4 — 2; 5. — 3.