Угол наклона земной оси совпадает с широтой. Что такое наклон земной оси вращения? Угол наклона Земной оси влияет на климат
Смена сезонов, из-за которой мы сейчас мерзнем, на самом деле чрезвычайно важна для жизни на Земле . Времена года - важнейший механизм поддержания общего температурного режима на планете. Причина этого явления - наклон оси вращения Земли к плоскости эклиптики. Рене Геллер , сотрудник , считает, что астробиологии пока уделяют недостаточно внимания этому важному факту при оценке возможной обитаемости экзопланет.
«Наклон оси вращения и смена сезонов - важный момент в рассмотрении обитаемости экзопланеты , и он пока что почти полностью игнорируется», - говорит Геллер.
Для заполнения этой лакуны Геллер и его коллеги опубликовали две работы, посвященные эволюции оси наклона планеты под действием гравитационного поля звезды и других планет. Их исследование показало, что со временем наклон уменьшается, и особенно быстро это происходит для планет, находящихся в зонах обитания красных карликов , и именно таких потенциально обитаемых планет больше всего. Наклон оси вращения экзопланеты в таких условиях падает настолько быстро, что жизнь просто не успеет зародиться на подобной планете. Под такой сценарий подпадает и Глизе 581d , один из самых известных кандидатов на существование жизни.
Однако есть и хорошая новость. Для планет размером с Землю, обращающихся около солнцеподобных звезд, время падения наклона до опасного значения составляет миллиарды лет. В такой ситуации находится планета Кеплер-22b , первая похожая на Землю экзопланета в зоне обитания.
Наклон земной оси вращения к плоскости эклиптики сейчас составляет около 23.5 градусов, но его эволюция в геологическом масштабе времени пока неизвестна. В целом этот наклон, а также вращение вокруг собственной оси (смена дня и ночи) приводят к тому, что разница между максимумом и минимумом температур на Земле составляет около 111 градусов. Внушительный перепад, но что будет, если убрать наклон оси Земли?
При наклоне оси вращения менее 5 градусов экваториальные регионы будут всегда получать максимум тепла. Одновременно полюса не будут получать почти ничего: солнечные лучи будут просто «соскальзывать» с поверхности Земли, не нагревая ее, тогда как сейчас южный полюс повернут к Солнцу. В результате образуется мощный градиент температуры в зависимости от широты. В таких условиях все зависит от удачи. Планета может потерять всю свою атмосферу из-за ее нагрева над экватором, в результате которого нагретый воздух будет улетать в космос, преодолевая земное притяжение. Если же этого не случится, то в средних широтах могут быть области, пригодные для жизни.
Планета приобретает наклон оси вращения в ходе формирования под действием гравитационных полей других объектов. Точно так же их гравитационное поле может привести к потере наклона. Группа Геллера провела моделирование этого процесса для Глизе 581d. В моделировании учитывались только сама планета и ее звезда. Поскольку гравитационное поле звезды сильнее притягивает ту сторону, которая к ней ближе, возникают деформирующие приливные силы, изменяющие форму планеты. Возникающее при этом трение приводит к демпфированию угловой скорости планеты и, как результат, уменьшению ее наклона. За аналогичные процессы на Земле ответственна Луна .
«Момент, возникающий при действии приливных и гравитационных сил, стремится расположить планету так, чтобы ее ось вращения была перпендикулярна линии, соединяющей центры масс», - поясняет Геллер.
Время, за которое планета теряет наклон, зависит от звезды. Чем слабее светит звезда, тем ближе должна быть к ней планета, чтобы попасть в обитаемую зону. Для многих звезд планеты должны иметь обриты, не превышающие орбиту Меркурия в Солнечной системе. Но чем ближе планета к звезде, тем сильнее на нее действует гравитация и, значит, тем быстрее она теряет наклон оси вращения.
Для планеты, имеющей размеры и массу Земли и находящейся в зоне обитания звезды, имеющей массу в четверть Солнца наклон оси вращения исчезает менее чем за 100 миллионов лет. Оказывается, для сохранения оси вращения в течение длительного времени условия должны именно такие, в которых мы живем. Земля способна сохранить заметный наклон в течение миллиарда лет только если звезда имеет массу не менее 90% солнечных.
«Мы обнаружили, что похожие на Землю планеты в зонах обитания легких звезд теряют наклон в течение времени, заметно меньшего времени эволюции жизни на Земле», - говорит Геллер.
Наклоны осей сверхземель также должны быстро убывать, если они вращаются около красного карлика. Глизе 581d, сверхземля , обращается вокруг красного карлика массой всего в 31% солнечной, а возраст всей системы составляет около 9 миллиардов лет - в два раза больше, чем у Солнечной системы. Так что эта планета должна была потерять наклон давно.
Кроме потери угла наклона оси вращения, приливные силы вызывают постепенную потерю угловой скорости, в результате чего планета оказывается повернутой одной стороной к светилу. Это еще более губительно для жизни.
Для звезд, сравнимых с Солнцем, зона обитания лежит намного дальше. Земля - один из примеров такой ситуации. Но кроме звезды, есть и другие факторы, влияющие на наклон. Наличие луны и других планет приводит к появлению новых гравитационных сил. В Солнечной системе больше всего следует опасаться Юпитера , но нам повезло. От влияния этой огромной планеты Землю спасла Луна, компенсирующая его гравитационное воздействие.
А вот Марсу не повезло. Влияние Юпитера может поворачивать ось вращения этой планеты на 60 градусов за миллион лет. Такие резкие перепады температур и перемещения ледников были бы фатальны для жизни.
Моделирование с учетом других планет и лун группа Геллера еще не провела из-за большой вычислительной сложности работы. Однако их модель позволяет это сделать. Однако, точный расчет может подождать. В любом случае текущий уровень развития телескопов не позволяет наблюдать вращение экзопланет, так что любая теория, касающаяся наклона оси вращения, не может быть проверена.
Ось земли
Если бы вы могли посмотреть на Землю со стороны, то решили бы, что у Земли очень плохая осанка. Земля, летит вокруг Солнца, наклонившись несколько вбок (как парусник при сильном ветре).
Угол наклона земной оси
Угол наклона земной оси составляет 23,5 градуса от вертикальной линии. Это произошло во время смертоносных гонок, в результате которых 4,6 миллиарда лет назад образовалась наша Солнечная система .
Солнце, Земля и другие восемь планет в нашей планетной системе образовались из вращающегося облака межзвездных газа и пыли. Ученые считают, что Земля выросла до размеров планеты, поглощая сталкивавшиеся с ней частицы. Проходили миллионы лет, образовывались и разрушались миры, из их частей формировались планеты в современном виде. Естественный спутник Земли возможно образовался при столкновении раскаленной докрасна Земли с большим космическим телом.
Почему Земная ось наклонена?
По мнению Кларка Чепмена, астронома из Планетарного научного института в Таксоне, штат Аризона, для того, чтобы придать Земле ее нынешнюю орбиту, потребовался гигантский взрыв. Благодаря взрыву жизнь на нашей родной планете стала весьма интересной. Результаты этого удара до сих пор окрашивают осенью листья в желтый цвет, летом поджаривают побережье Средиземного моря, позволяют детишкам резвиться в речках, зимой вызывают сильные снегопады на радость детям и на горе городским властям. Этот последний решающий взрыв создал на Земле времена года - четыре времени года.
> > > Наклон Земли
Наклон оси Земли : описание земной оси по отношению к эклиптике Солнечной системы с фото, смена сезонов, северный и южный полюса, характеристика прецессии.
Ранее полагали, что наша планета могла быть плоской, зигзагообразной или кубической формы. Но длительные изучения показывают, что мы один из сфероидов, совершающих обороты вокруг нашей звезды.
Мы многое знаем об орбитальном пути, удаленности от Солнца, а также об осевом наклоне. Давайте же разберемся в том, как выглядит наклон Земли.
Наклон Земли и земная ось
Вертикальная планетарная ось вращения расположена под определенным углом. Это приводит к тому, что солнечные лучи распределяются неравномерно в течение года. Угол достигает 23.44°.
Влияние наклона Земли
Сезонные отличия
Именно этому наклону оси Земли мы должны быть благодарны за смену времен года. Когда северный полюс повернут к звезде, то на нем начинается лето, а на южном – зима. Через 6 месяцев они меняются местами.
Кроме того, угол наклона Земли влияет на суточный цикл. Летом Солнце поднимается выше и день длится дольше. Наиболее экстремальная ситуация наблюдается над полярным кругом, где дневной свет часть года отсутствует, а также 6 месяцев темноты на Севером полюсе (полярная ночь). На Южном полюсе противоположная ситуация, когда день может охватывать 24 часа!
Сезоны определяются моментами солнцестояний (21 декабря и 21 июня) и равноденствий (20 марта и 22 сентября).
Изменения во времени
Длительное время осевой наклон остается стабильным. Но существует такой момент как нутация – раскачивание с периодичностью в 18.6 лет. Ось проходит через этот процесс, из-за чего немного отклоняется.
Прецессия приводит к тому, что дата сезонов меняется с цикличностью в 25800 лет. Это не только вызывает отличие между сидерическими и тропическим годами, но и переворачивает сезоны. То есть, на северном полушарии лето настанет в декабре, а зима в июне.
Также от прецессии зависит перемена длительности дня. Это момент, когда меняются даты перигелия и афелия. В общем, вы видите, что осевое вращение и орбитальный путь связаны с многими факторами. Поверьте, что когда-то люди были шокированы узнав, что Земля способна двигаться. Даже Коперник с Галилеем полагали, что мы живем на идеальном шаре.
Что вызывает изменение климата Земли?
Астроном Милютин Миланкович (1879-1958) изучал изменение орбиты вращения Земли вокруг Солнца и наклон оси нашей планеты. Он предположил, что циклически происходящие изменения между ними являются причиной долгосрочной смены климата.
Изменение климата – сложный процесс, на него влияют многие факторы. Основной из них – взаимосвязь Земли и Солнца.
Миланкович изучал три фактора:
Изменение наклона земной оси;
Отклонения в форме орбиты вращения Земли вокруг Солнца;
Прецессию изменения положения наклона оси по отношению к орбите. .
|
|
|
Отклонение земной оси. |
Изменение орбиты Земли. |
 Земля
Земля без смены времен года, наклон оси 0°. |
|
 Конец июня: лето в Северном полушарии, зима – в Южном. |
|
 Конец декабря: лето в Северном полушарии, зима – в Южном. |
|
Наклон земной оси
Если бы наклона оси не было, то у нас не было бы времен года, а день и ночь в течение всего года длились бы одинаково. Количество солнечной энергии, достигающей определенной точки Земли, было бы постоянным. Сейчас ось планеты находится под углом 23,5°. Летом (с июня) в Северном полушарии оказывается так, что северные широты получают больше света, чем Южные. Дни становятся длиннее, а положение солнца – выше. В то же время в Южном полушарии – зима. Дни – короче, а солнце – ниже.
Спустя полгода Земля переходит по своей орбите на противоположную сторону Солнца. Наклон остается таким же. Теперь лето в Южном полушарии, дни дольше, а света – больше. В Северном полушарии сейчас зима.
Миланкович предположил, что наклон земной оси не всегда равен 23,5°. Время от времени происходят колебания. Он подсчитал, что изменения лежат в интервале от 22,1° до 24,5°, повторяется это с периодом в 41 000 лет. Когда наклон меньше, то летом температура ниже обычного, а зимой – выше. При увеличении наклона наблюдаются более экстремальные климатические условия.
Как все это влияет на климат? Даже при увеличении температуры зимой все равно достаточно холодно для снега в удаленных от экватора областях. Если лето холодное, то, возможно, что снег зимой в высоких широтах так же будет таять медленнее. Год за годом он будет наслаиваться, образуя ледник.
В сравнении с водой и сушей, снег отражает больше солнечной энергии в космос, вызывая дополнительное похолодание. С этой точки зрения, здесь имеет место механизм положительной обратной связи. Вследствие понижения температуры дополнительно накапливается снег и увеличиваются ледники. Отражение со временем увеличивается, а температура снижается, и так далее. Возможно, именно так начинались ледниковые периоды.
Форма орбиты вращения Земли вокруг Солнца
Второй изучаемый Миланковичем фактор – форма орбиты вращения Земли вокруг Солнца. Орбита имеет не идеально круглую форму. В определенное время года Земля находится к Солнцу ближе, чем обычно. Значительно больше энергии Солнца Земля получает, находясь как можно ближе к светилу (в точке перигелия), в сравнении с максимальным удалением (точка афелия).
Форма земной орбиты меняется циклически с периодом 90 000 и 100 000 лет. Иногда форма становится более вытянутой (эллиптической), чем сейчас, поэтому различие в количестве солнечной энергии, получаемой в перигелии и афелии, будет большим.
Перигелий сейчас наблюдается в январе, афелий – в июле. Такая смена делает климат Северного полушария более мягким, принося дополнительное тепло зимой. В Южном полушарии климат более суровый, чем был бы, если бы орбита вращения Земли вокруг Солнца была круглой.
Прецессия
Есть и другая сложность. Ориентация земной оси со временем меняется. Подобно волчку, ось движется по кругу. Такое движение называют прецессионным. Цик такого движения составляет 22 000 лет. Это вызывает постепенную смену времен года. Одинадцать тысяч лет назад Северное полушарие было наклонено ближе к солнцу в декабре, чем в июне. Зима и лето менялись местами. Спустя 11 000 лет все снова изменилось.
Все три фактора: наклон оси, форма орбиты и прецессия меняют климат планеты. Так как это происходит в различных масштабах времени, то взаимодействие этих факторов сложно. Иногда они усиливают эффект друг друга, иногда – ослабляют. К примеру, 11 000 лет назад прецессия вызывала начало лета в Северном полушарии в декабре, эффект увеличения солнечного излучения в перигелии в январе и уменьшение в афелии в июле усилит межсезонную разницу в Северном полушарии, вместо привычного нам сейчас смягчения. Не все так просто как кажется, так как даты перигелия и афелия так же сдвигаются.
Другие факторы, влияющие на климат
Помимо эффекта смещения движения Земли, есть и другие влияющие на климат факторы?