Pohyby Země: Rotace, Oběh a Důsledky

Pohyby Země

Naše planeta Země se neustále pohybuje několika způsoby současně. Nejdůležitější je rotace kolem vlastní osy, která trvá 24 hodin a způsobuje střídání dne a noci.

Druhým klíčovým pohybem je oběh kolem Slunce po eliptické dráze, který trvá jeden rok. Kvůli nakloněné zemské ose o 23,5° máme díky tomuto oběhu roční období.

Země také obíhá kolem středu naší galaxie společně se Sluncem - celý tento obří tanec trvá asi 220 milionů let. Navíc se pohybuje kolem společného těžiště soustavy Země-Měsíc.

Tip: Zemská osa se chová jako káča - pomalu se kymácí (precese a nutace), což ovlivňuje dlouhodobé klimatické změny.

Oběh kolem Slunce

Země obíhá Slunce po eliptické dráze proti směru hodinových ručiček. Není to dokonalý kruh, takže se vzdálenost od Slunce mění - nejblíže jsme v přísluní (147,1 mil. km) a nejdále v odsluní (152,6 mil. km).

Důležité je, že se Země pohybuje nerovnoměrně - v přísluní nejrychleji, v odsluní nejpomaleji. Celý oběh trvá jeden siderický rok (365,25 dne).

Tuto dráhu popisuje rovina ekliptiky, ve které leží i orbita Země. Díky tomu můžeme předpovídat, kde na obloze uvidíme Slunce v různých obdobích roku.

Zajímavost: I když jsme v zimě blíže Slunci než v létě, je u nás chladno kvůli nakloněné zemské ose!

Keplerovy zákony

První Keplerův zákon říká, že planety obíhají po elipsách se Sluncem v jednom z ohnisek. Pro Zemi to znamená, že naše dráha není dokonalý kruh.

Druhý zákon popisuje, proč se Země pohybuje různě rychle - za stejný čas "zameteme" vždy stejnou plochu. Proto jsme rychlejší, když jsme blíže Slunci.

Třetí zákon spojuje vzdálenost planety od Slunce s dobou jejího oběhu vzorcem: T₁²/T₂² = a₁³/a₂³. Čím dále je planeta, tím déle jí trvá jeden oběh.

Pro matiku: Třetí zákon ti pomůže spočítat, jak dlouho by trval rok na jiných planetách!

Důkazy a důsledky oběhu

Jak víme, že se Země opravdu pohybuje kolem Slunce? Hlavními důkazy jsou roční paralaxa (zdánlivé posuny vzdálených hvězd) a aberace světla.

Nejdůležitějším důsledkem je střídání ročních období. Vzniká kombinací oběhu Země a stálého náklonu zemské osy o 23,5° vůči rovině ekliptiky.

Kvůli tomuto náklonu dopadají sluneční paprsky v různých obdobích roku pod různými úhly. Když je severní polokoule nakloněná ke Slunci, máme léto. Když je odklonená, máme zimu.

Pamatuj si: Roční období nevznikají kvůli vzdálenosti od Slunce, ale kvůli náklonu zemské osy!

Letní slunovrat

22. června začíná astronomické léto na severní polokouli. V tento den je severní konec zemské osy nejvíce přikloněn ke Slunci.

Sluneční paprsky dopadají kolmo na obratník Raka (23,5° severní šířky). Na severní polokouli máme nejdelší den a nejkratší noc roku.

Za polárním kruhem Slunce vůbec nezapadá - říkáme tomu polární den nebo půlnoční slunce. Postupně se pak přikloněnost zemské osy ke Slunci zmenšuje.

Zajímavost: V den letního slunovratu má Praha den dlouhý asi 16 hodin!

Podzimní rovnodennost a zima

23. září nastává podzimní rovnodennost - den a noc trvají všude na Zemi přesně 12 hodin. Slunce v poledne svítí přímo nad rovníkem.

22. prosince je zimní slunovrat - nejkratší den na severní polokouli. Severní konec zemské osy je nejdále od Slunce, paprsky dopadají kolmo na obratník Kozoroha.

Na severním pólu pokračuje polární noc, zatímco na jižní polokouli začíná léto. 21. března je jarní rovnodennost a cyklus se opakuje.

Výšku Slunce v poledne můžeš spočítat vzorcem: h = 90° - |φ ± 23,5°|, kde φ je zeměpisná šířka.

Tip: Rovnodennosti jsou skvělé pro pozorování - Slunce vychází přesně na východě a zapadá na západě!

Délka dne a noci

Během roku se mění zdánlivé dráhy Slunce nad obzorem, což způsobuje různou délku dne (světlé části) a noci. Na severním pólu Slunce od 21. 3. do 23. 9. nezapadá - to je polární den.

Když Slunce zapadne pod obzor, nenastává okamžitě tma. Jeho paprsky stále osvětlují atmosféru a vytváří soumrak. Rozlišujeme tři druhy podle hloubky Slunce pod obzorem.

Občanský soumrak (do 6° pod obzor) je doba, kdy ještě můžeš číst venku. Nautický (do 12°) používali námořníci pro navigaci. Astronomický (do 18°) končí úplnou tmou.

Zajímavost: V severských zemích v létě nenastává astronomická noc - říká se tomu "bílé noci"!

Rotace Země kolem osy

Země se otáčí kolem své osy od západu k východu. Jedno otočení trvá přesně 23 h 56 min 4,1 s - to je siderický den (hvězdný den).

Náš běžný den má 24 hodin, protože se měří podle slunečního času - doba mezi dvěma po sobě následujícími průchody Slunce poledníkem. Protože se Země pohybuje i kolem Slunce, sluneční den je o 4 minuty delší než hvězdný.

Kvůli nerovnoměrnému pohybu Země kolem Slunce mají různé dny v roce trochu jinou délku. Proto astronomové vytvořili střední sluneční den - přesně 24 hodin.

Pro představu: Úhlová rychlost rotace je 15° za hodinu - to znamená, že se časové pásma liší o jednu hodinu na každých 15° zeměpisné délky.

Rychlost a důkazy rotace

Zemská rotace se postupně zpomaluje kvůli slapovým silám Měsíce a Slunce. Rychlost na povrchu závisí na zeměpisné šířce - na rovníku je největší (asi 1670 km/h).

Nepříme důkazy rotace: Kdyby se hvězdy otáčely kolem Země, musely by mít nepředstavitelně velké rychlosti. Také by bylo divné, že všechna vesmírná tělesa mají stejnou oběžnou dobu.

Přímé důkazy jsou Foucaultovo kyvadlo, Coriolisova síla (uchylující síla) a odchylky padajících těles. Foucaultovo kyvadlo můžeš vidět v některých muzeích - jeho rovina kývání se během dne otáčí.

Experiment: Zkus si doma simulovat Coriolisovu sílu - na otočné židli hoď míček přímo dopředu a uvidíš, jak se odchýlí!

Důsledky zemské rotace

Coriolisova síla působí na všechny pohybující se objekty na Zemi. Na severní polokouli je odchyluje doprava, na jižní doleva. Ovlivňuje větry, mořské proudy i vodní víry.

Střídání dne a noci řídí denní rytmus všech živých organismů a procesů v přírodě. Rostliny a zvířata mají vnitřní "biologické hodiny" synchronizované s rotací.

Slapové jevy vznikají působením Měsíce a Slunce - slapová vlna obíhá Zemi každých 12 hodin. Zdánlivý pohyb nebeské sféry vidíme jako otáčení hvězd kolem Země.

Odstředivá síla při rotaci způsobila zploštění Země na pólech a nahrnutí hmoty k rovníku - Země není dokonalá koule, ale rotační elipsoid.

Věděl jsi?: Kvůli odstředivé síle váží předměty na rovníku o 0,5% méně než na pólech!