RUCHY KSIĘŻYCA I ZIEMI: ROTACJA I TRANSLACJA - NAUKA - 2025

Te ruchy Ziemi i Księżyca mają swoje źródło, z jednej strony, w grawitacyjnego przyciągania każdego z nich wywiera na innych i, z drugiej strony, w przyciąganiu że Słońce z kolei wywiera na wszystkich ciał Układu Słonecznego.

Zarówno Ziemia, jak i Księżyc mają ruchy obrotowe wokół własnej osi i translacji, które są najważniejsze. Ale doświadczają również innych wtórnych ruchów równowagi i oscylacji, ponieważ nie są obiektami punktowymi, ale mają znaczące wymiary, a także nie są idealnie kuliste.

Rysunek 1. Płaszczyzny orbity Ziemi i Księżyca, z nachyleniami odpowiednich osi i odległością między ich środkami a środkiem ciężkości. Źródło: Wikimedia Commons. Obraz Ziemi z NASA; aranżacja brews_ohare

Ziemię i Księżyc uważa się za izolowany układ obiektów o mierzalnych rozmiarach, obracających się wokół ich środka masy, położonych na linii łączącej odpowiednie centra.

Ten punkt jest bliżej Ziemi niż Księżyca, mając pierwszą większą masę. Znajduje się około 4641 km od środka Ziemi i nazywane jest środkiem ciężkości.

Prawa

Ruchami Księżyca rządzą prawa Cassiniego, ogłoszone w 1693 roku przez Giovanniego Cassiniego (1625-1712):

-Księżyc rotuje synchronicznie z Ziemią, ponieważ ma ten sam okres rotacji i translacji, w ten sposób zawsze pokazuje to samo oblicze obserwatorom naziemnym.

-Nachylenie księżycowej płaszczyzny równikowej i ekliptyki jest stałe.

-Oś obrotu Księżyca, normalna do ekliptyki - płaszczyzna orbity Ziemi - i normalna do płaszczyzny orbity Księżyca są współpłaszczyznowe.

Rotacja i translacja Księżyca

Księżyc wykonuje ruch obrotowy wokół własnej osi w ciągu około 27,32 dnia. Ten okres rotacji nazywany jest gwiezdnym miesiącem. Zgodnie z pierwszym prawem Cassiniego jest to również czas, w którym Księżyc okrąża Ziemię.

Rysunek 2. Animacja przedstawiająca ruch układu Ziemia-Księżyc wokół środka ciężkości. Źródło: Wikimedia Commons

Rotacja synchroniczna jest odpowiedzialna za to, że obserwatorzy Ziemi zawsze widzą tę samą stronę Księżyca.

Ze swojej strony miesiąc synodyczny to czas, który upływa między dwiema identycznymi i kolejnymi fazami księżyca.

Miesiąc synodyczny trwa 29,53 dnia, a dzieje się tak, ponieważ Ziemia nie jest nieruchoma, podczas gdy Księżyc krąży wokół niej. Aby względne pozycje Ziemi, Słońca i Księżyca były znowu takie same, Ziemia musi przesunąć się o 27 ° w swoim ruchu translacyjnym wokół Słońca.

Księżyc podróżuje również wokół Ziemi po eliptycznej orbicie z bardzo małą ekscentrycznością. Mimośrodowość elipsy jest miarą jej spłaszczenia. Ta mała wartość oznacza, że ​​trajektoria Księżyca jest prawie kołowa, po której porusza się on z prędkością 1 km / s.

Orbity Ziemi i Księżyca przecinają się w punktach zwanych węzłami, które umożliwiają zaćmienia, ponieważ widziane z Ziemi pozorne rozmiary Słońca i Księżyca są bardzo podobne.

Inne ruchy Księżyca

Ze względu na eliptyczną orbitę, którą Księżyc krąży wokół Ziemi, a jego oś obrotu jest nachylona o 6,60 ° w stosunku do prostopadłej płaszczyzny orbity (patrz rysunek 1), występują ruchy zwane libracjami. Dzięki nim widzimy niewielki procent odległej strony Księżyca, około 9%.

Najbardziej znaczące zawisy dotyczą długości i szerokości geograficznej. Libracje długości geograficznej wynikają z faktu, że będąc orbitą eliptyczną, prędkość translacji jest większa w perygeum - bliżej Ziemi - niż w apogeum - dalej od Ziemi.

W ten sposób niewielka część powierzchni w pobliżu południka krawędziowego staje się widoczna, ta, która znajduje się na wschód od tego południka, gdy Księżyc znajduje się między perygeum a apogeum.

Podobnie część powierzchni, która jest nieco na zachód, staje się widoczna, gdy Księżyc znajduje się między apogeum a perygeum.

Z drugiej strony, drgania szerokości geograficznej powstają z powodu nachylenia osi obrotu. Tak więc niektóre części Księżyca, które znajdują się nieco na północ lub nieco na południe, można zobaczyć z Ziemi, w zależności od chwili. Okres tego zawisu to jeden smoczy miesiąc, trwający około 27 dni i 5 godzin.

Poniższa animacja przedstawia symulowane widoki Księżyca przez jeden miesiąc:

Rotacja Ziemi

Ziemia wykonuje obrót wokół osi Ziemi w kierunku zachód-wschód, który trwa 1 dzień, a dokładniej 23 godziny, 56 minut i 3,5 sekundy.

Prędkość obrotu Ziemi na równiku wynosi 1600 km / h i maleje, aż znika dokładnie na biegunach, gdzie przechodzi oś obrotu, która jest nachylona 23,44 ° w stosunku do płaszczyzny orbity Ziemi, znanej jako ekliptyka (patrz rysunek 1).

Ruch ten odpowiada za pojawienie się dnia i nocy, które rządzą życiem ludzi. Przez około 12 godzin (zmienia się w zależności od szerokości geograficznej i pory roku) jedna półkula Ziemi otrzymuje światło słoneczne i ma wyższą temperaturę, podczas gdy druga jest w ciemności i temperatura spada.

Rotacja Ziemi wynika ze sposobu uformowania się Ziemi. Chmura materii, która dała początek układowi słonecznemu, musiała się obracać, aby zagęścić materię. Ale obrót wiąże się z momentem pędu, który przy braku zewnętrznych momentów obrotowych jest zachowany.

Słońce, planety i inne elementy Układu Słonecznego, uważane za układ izolowany, mają ten moment pędu rozłożony na swoich członków.

Dlatego każda planeta ma swój własny ruch obrotowy z zachodu na wschód, z wyjątkiem Wenus i Urana, które działają odwrotnie, być może z powodu zderzenia z innym dużym ciałem.

Tłumaczenie Ziemi

Ziemia również wykonuje ruch rewolucyjny wokół Słońca, którego okres wynosi nieco ponad 1 rok. Źródłem tego ruchu jest przyciąganie grawitacyjne, które wywiera Słońce.

W tym ruchu Ziemia opisuje eliptyczną orbitę, zawsze zgodnie z prawami ruchu planet Keplera. Dla obserwatora znajdującego się na biegunie północnym ruch ten jest wykonywany w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara.

Podobnie jak w przypadku Księżyca, ekscentryczność elipsy opisującej Ziemię jest dość mała. Następnie orbita Ziemi zbliża się do obwodu o promieniu 150 x 10 ⁶ km. Wartość ta jest używana w astronomii do określenia jednostki odległości zwanej Astronomical Unit lub AU, szeroko stosowanej do wyrażania odległości w Układzie Słonecznym.

Rysunek 3. Ruch ruchu Ziemi wokół Słońca. Źródło: Wikimedia Commons.

Całkowita długość tej elipsy to 930 milionów kilometrów, którą Ziemia pokonuje z prędkością 30 km / s.

Oś obrotu Ziemi jest nachylona o 23,44 ° w stosunku do normalnej do ekliptyki. Z tego powodu, gdy nasza planeta krąży po orbicie wokół Słońca, jedna z jej półkul jest bardziej narażona na promienie słoneczne, wytwarzając lato, podczas gdy na drugiej jest mniej i pojawia się zima.

Inne ruchy Ziemi

Ziemia nie jest idealną kulą, ale elipsoidą spłaszczoną na biegunach. Zatem wybrzuszenie równikowe powoduje powolny ruch toczenia na Ziemi, zwany precesją.

W tym ruchu oś Ziemi obraca się wokół bieguna ekliptyki, kreśląc wyimaginowany stożek, jak widać na poniższym rysunku:

Postać. Ruchy precesyjne i nutacyjne Ziemi. Źródło: Wikimedia Commons. https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/c3/Precession-sphere-ES.svg.

Wyznaczenie tego stożka zajmuje Ziemi 25 767 lat. Na precesję nałożony jest kolejny ruch posuwisto-zwrotny osi, zwany nutacją, spowodowany grawitacyjnym przyciąganiem Księżyca na wybrzuszenie równikowe i trwa 18,6 lat.

Bibliografia

1. Oster, L. (1984). Współczesna astronomia. Cofnij redakcję. 37-52.
2. Tipler, P. Physics for Science and Engineering. Tom 1. 5th. Wydanie. 314-316
3. Dlaczego Ziemia się obraca? Pobrane z: spaceplace.nasa.gov.
4. Wikipedia. Barycenter. Odzyskane z: es.wikipedia.org.
5. Wikipedia. Ruchy Ziemi. Odzyskane z: es.wikipedia.org.