Ιδιαίτερο ενδιαφέρον για τους αστρονόμους παρουσιάζουν εκείνα τα φαινόμενα, τα οποία έχουν άμεση επίδραση σε φαινόμενα που παρατηρούνται στη Γη. Το κλίμα μας, π.χ., καθορίζεται από την ηλιακή ακτινοβολία που προσπίπτει στη Γη. Η ημέρα και η νύχτα, οι εποχές του έτους και ο υπολογισμός του χρόνου καθορίζονται από τις κινήσεις που κάνει η Γη στον ουράνιο χώρο. Η άμπωτις και η πλημμυρίς εξηγούνται από τις ελκτικές δυνάμεις που ασκούνται από τον Ήλιο και τη Σελήνη.
Αναπαράσταση της “ελλειπτικής” τροχιάς της Γης περί τον Ήλιο
Η Γη κάνει, όπως είναι γνωστό, δύο κινήσεις. Μία ημερήσια γύρω από τον άξονα της, την περιστροφή, και μια ετήσια γύρω από τον Ήλιο, την περιφορά.
Αποτελέσματα της περιστροφής της Γης
α) Στην περιστροφή της Γης οφείλεται η εναλλαγή μεταξύ της ημέρας και της νύχτας στη διάρκεια του 24ωρου. Η διαφορετική χρονική διάρκεια της ημέρας και της νύχτας κατά τη διάρκεια του έτους, η οποία παρατηρείται στους τόπους της ζώνης μεταξύ του ισημερινού και του πολικού κύκλου, οφείλεται στην ετήσια περιφορά της Γης γύρω από τον Ήλιο.
β) Στον ισημερινό η Γη έχει μεγαλύτερη γωνιακή ταχύτητα απ’ ότι σε μεγαλύτερα γεωγραφικά πλάτη, εξαιτίας της περιστροφής της. Στο γεγονός αυτό οφείλεται η διόγκωση της στον ισημερινό και η πλάτυνσή της στους πόλους, δηλαδή η μεταβολή της γήινης σφαίρας σε Ελλειψοειδές,
γ) Η απόκλιση που παρατηρείται στα θαλάσσια ρεύματα και στους ανέμους οφείλεται στην περιστροφή της Γης (Δύναμις Coriolis).
δ) Οι παλίρροιες, σε συνδυασμό με την ελκτική δύναμη της Σελήνης και του Ήλιου, οφείλονται επίσης στην περιστροφή της Γης.
Αστρική ημέρα 23 ώρες, | 56 πρώτα λεπτά, | 4 δευτερόλεπτα |
Διαφορά μεταξύ της ηλιακής και αστρικής ημέρας | 3 πρώτα λεπτά, | 56 δευτερόλεπτα. |
Ηλιακή ημέρα 24 ώρες |
Αποδείξεις για την περιστροφή της Γης
- α) Όλα τα σώματα που πέφτουν προς τη Γη από μεγάλο ύψος δεν πέφτουν κατακόρυφα κάτω από το σημείο ρίψης στην επιφάνεια της (Σχήμα), αλλά λίγο ανατολικότερα. Η επίδραση του ανέμου έχει αποκλειστεί.
Το φαινόμενο αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι το σημείο ρίψης που βρίσκεται ψηλότερα, έχει μεγαλύτερη ταχύτητα περιστροφής από το υποκείμενο επιφανειακό σημείο. Το σώμα πέφτει ανατολικότερα από το αντίστοιχο προς το σημείο ρίψης επιφανειακό σημείο, επειδή η περιστροφή της Γης γίνεται από τα δυτικά προς τα ανατολικά.
Η μη κατακόρυφη πτώση ενός σώματος στην επιφάνεια της Γης, αποδεικνύει την περιστροφή της Γης από δυτικά προς τα ανατολικά.
- β) Όπως γνωρίζουμε από τη φυσική, ο Φουκό απέδειξε με το εκκρεμές την περιστροφή της Γης. Οι αιωρήσεις ενός εκκρεμούς, εάν αποκλειστούν εξωτερικές δυνάμεις, γίνονται πάντοτε στο ίδιο επίπεδο.
Ο Φουκό αφού κρέμασε ένα εκκρεμές στο θόλο του Πάνθεου του Παρισιού και το άφησε να αιωρείται, παρατήρησε ότι το επίπεδο των αιωρήσεων του εκκρεμούς φαινόταν να στρέφεται από ανατολικά προς τα δυτικά. Επειδή όμως, όπως προαναφέραμε, το επίπεδο αιωρήσεων παραμένει αμετάβλητο, ο Φουκό έβγαλε το συμπέρασμα ότι η Γη περιστρέφεται γύρω από τον άξονα της από δυτικά προς τα ανατολικά.
Το επίπεδο αιωρήσεων ενός εκκρεμούς στο επίπεδο του πόλου, σε 24 ώρες, θα διαγράψει έναν πλήρη κύκλο (Σχήμα). Η σχηματιζόμενη γωνία μεταξύ του επίπεδου αιωρήσεων και της αρχικής διεύθυνσης, σε 24 ώρες, είναι τόσο μικρότερη, όσο πλησιέστερα βρίσκεται προς τον ισημερινό ο τόπος όπου διεξάγονται οι αιωρήσεις του εκκρεμούς.
- γ) Εάν η Γη ήταν μια ακίνητη σφαίρα, τότε οι άνεμοι που πνέουν προς τον ισημερινό, θα έπρεπε να έφταναν σ’ αυτόν πνέοντας κατά μήκος ενός μεσημβρινού. Δεν συμβαίνει όμως αυτό στην πραγματικότητα.
Στο Β. ημισφαίριο αποκλίνουν προς τα δεξιά και στο Ν. ημισφαίριο προς τα αριστερά, εξαιτίας της περιστροφής που κάνει η Γη (Σχήμα).
Το επίπεδο αιωρήσεων ενός εκκρεμούς φαίνεται να διαγράφει έναν πλήρη κύκλο στο επίπεδο του πόλου
Η απόκλιση των ανέμων είναι μια απόδειξη της περιστροφής της Γης
Οι άνεμοι που πνέουν από τον ισημερινό προς τους πόλους προχωρούν από περιοχές με μεγαλύτερη ταχύτητα περιστροφής, σε περιοχές με μικρότερη ταχύτητα και, κατά συνέπεια, προπορεύονται της ταχύτητας περιστροφής των σωματιδίων της ατμόσφαιρας σε μεγαλύτερα γεωγραφικά πλάτη. Με αντίθετη διεύθυνση, οι άνεμοι προχωρούν σε ζώνες με μεγαλύτερη ταχύτητα περιστροφής και υπολείπονται, σε σχέση προς την ταχύτητα περιστροφής των σωματιδίων της ατμόσφαιρας, σε περιοχές με μικρότερο γεωγραφικό πλάτος.
Αποκλίσεις επίσης των αέριων μαζών παρατηρούνται όταν αυτές κινούνται και προς την διεύθυνση των παράλληλων κύκλων, γιατί μια, προς τα ανατολικά, επιτάχυνση δίνει στα κινούμενα σωματίδια τέτοια ταχύτητα, η οποία αντιστοιχεί σε ταχύτητα περιστροφής μικρότερου γεωγραφικού πλάτους, και για το λόγο αυτό αποκλίνουν προς τον ισημερινό. Αντίθετα μια επιτάχυνση, προς τα δυτικά, προκαλεί μείωση της ταχύτητας περιστροφής και, κατά συνέπεια, απόκλιση των κινούμενων σωματιδίων προς τον πόλο.
- δ) Η εναλλαγή της ημέρας και της νύχτας αποδεικνύει την περιστροφή της Γης.
Περιφορά της Γης γύρω από τον Ήλιο
Εκτός από την ημερήσια περιστροφή γύρω από τον άξονα της από δυτικά προς τα ανατολικά, η Γη κάνει και μία ετήσια περιφορά γύρω από τον Ήλιο.
Σύμφωνα με τον 2ο νόμο του Kepler οι επιφάνειες F1 και F2 είναι ίσες. Γ1 και Γ2 θέσεις της Γης κατά την ετήσια περιφορά της γύρω από τον Ήλιο.
Η κίνηση της Γης γύρω από τον Ήλιο γίνεται σύμφωνα με τον πρώτο νόμο του Kepler. Η Γη κινείται γύρω από τον Ήλιο σε ελλειπτική τροχιά, της οποίας τη μια εστία Η κατέχει ο Ήλιος. Ο μεγάλος άξονας της γήινης τροχιάς λέγεται αψιδική γραμμή. Η μεγαλύτερη απόσταση της Γης από τον Ήλιο λέγεται Αφήλιο, και η μικρότερη Περιήλιο.(σχήμα)
Η Γη κάνει μία περιφορά γύρω από τον Ήλιο σε 365 ημέρες, 5 ώρες, 48 λεπτά και 18 δευτερόλεπτα. Σε αντίθεση με τη γωνιακή ταχύτητα, που κατά τη διάρκεια της περιστροφής της στον ισημερινό δεν φτάνει τα 0,5 Km/sec, η ταχύτητα περιφοράς της Γης με 29,76 Km/sec είναι περίπου 60 φορές μεγαλύτερη.
Διαστάσεις της τροχιάς τη Γης
Μήκος τροχιάς = 940· 106 Km
Μικρότερη απόσταση Ηλίου – Γης (Περιήλιο στις 2 Ιανουαρίου) = 147· Ι06 Km
Μέση απόσταση = 150· Ι06 Km
Μέγιστη απόσταση (Αφήλιο) στις 2 Ιουλίου = 152· 106 Km
Μέση ταχύτητα περιφοράς περίπου 30 Km/sec = 1:: 10000 της ταχύτητας του φωτός.
Σύμφωνα με το δεύτερο νόμο του Kepler, η επιβατική ακτίνα (η γραμμή που συνδέει τα κέντρα Γης και Ήλιου), σε ίσους χρόνους, γράφει ίσες επιφάνειες. Οι επιφάνειες F1 και F2, στο πάνω σχήμα των εμβαδών, έχουν το ίδιο εμβαδό, αλλά τα τόξα που αντιστοιχούν σ’ αυτές έχουν διαφορετικά μήκη, κατά συνέπεια η Γη, στο μεγαλύτερο τόξο, πρέπει να κινείται με μεγαλύτερη ταχύτητα. Αυτός είναι ο λόγος που οι αστρονομικές εποχές δεν έχουν την ίδια διάρκεια.
Διάρκεια των αστρονομικών εποχών
α) Άνοιξη, από 21 Μαρτίου ως 22 Ιουνίου = 92 ημέρες και 21 ώρες.
β) Καλοκαίρι, από 22 Ιουνίου ως 23 Σεπτεμβρίου = 93 ημέρες και 14 ώρες.
γ) Φθινόπωρο, από 24 Σεπτεμβρίου ως 22 Δεκεμβρίου = 89 ημέρες και 19 ώρες.
δ) Χειμώνας, από 22 Δεκεμβρίου ως 21 Μαρτίου = 89 ημέρες , 9 ώρες.
Καμία αστρονομική εποχή του έτους δεν είναι ίση με άλλη. Η θερινή περίοδος του έτους (άνοιξη και καλοκαίρι) έχει μεγαλύτερη διάρκεια, περίπου 8 ημέρες, από τη χειμερινή περίοδο.
Αποτελέσματα της περιφοράς της Γης
α) Η διαφορετική διάρκεια της ημέρας και της νύχτας οφείλεται στην ετήσια περιφορά της Γης γύρω από τον Ήλιο.
β) Η περιφορά της Γης καθορίζει τις διάφορες εποχές τους έτους. Στα δικά μας γεωγραφικά πλάτη διακρίνουμε 4 εποχές, με σημαντική θερμική διαφοροποίηση στη διάρκεια του έτους.
γ) Στην περιφορά της Γης οφείλεται το ηλιακό κλίμα και η διαίρεση της Γης σε ηλιακές κλιματικές ζώνες.
δ) Σε συνδυασμό με τις κινήσεις της Σελήνης, η περιφορά της Γης προκαλεί τις εκλείψεις Σελήνης και Ήλιου, τις φάσεις της Σελήνης και τις παλίρροιες.
Η θέση του άξονα της Γης προς το επίπεδο της εκλειπτικής
Εάν ο άξονας της Γης ήταν κάθετος προς το επίπεδο της τροχιάς της Γης, τότε η διάρκεια της ημέρας και της νύχτας θα ήταν πάντοτε ίση.
Εάν η Γη έστρεφε, κατά την περιφορά της προς τον Ήλιο, σταθερά τον ίδιο πόλο του άξονα της, τότε το ένα ημισφαίριο θα είχε συνέχεια ημέρα και το άλλο συνέχεια νύχτα.
Στην πραγματικότητα όμως, η διάρκεια της ημέρας δεν είναι σταθερή κατά τη διάρκεια του έτους, εκτός από τα τμήματα της επιφάνειας της Γης που βρίσκονται κοντά στον ισημερινό. Ο άξονας της Γης σχηματίζει με το επίπεδο της εκλειπτικής, γωνία 66 ½° (Σχήμα). Αυτή η γωνία του άξονα διατηρείται σταθερή κατά την περιφορά της Γης γύρω από τον Ήλιο, γιατί αυτός κινείται όπως ο άξονας της σβούρας. Ο άξονας μετατοπίζεται, κατά την περιφορά του, παράλληλα προς την εκάστοτε προηγούμενη θέση του.
Η γωνία του άξονα της Γης ως προς το επίπεδο της εκλειπτικής και του ισημερινού.
Επειδή το επίπεδο του ισημερινού της Γης βρίσκεται στο ίδιο επίπεδο με αυτό του ουράνιου ισημερινού, τα δύο επίπεδα σχηματίζουν με το επίπεδο της γήινης τροχιάς, γωνία 23 ½°. Αυτή η γωνία λέγεται λόξωση της εκλειπτικής.
Το επίπεδο της τροχιάς της Γης είναι η εκλειπτική. Η πλάγια θέση του άξονα της Γης, ως προς το επίπεδο της εκλειπτικής, αποτελεί την αιτία για τις διάφορες σχέσεις φωτισμού, κατά την περιφορά της Γης γύρω από τον Ήλιο.
Το κάτω σχήμα δείχνει τις διαφορετικές σχέσεις φωτισμού στην αρχή των τεσσάρων εποχών του έτους, στην επιφάνεια της Γης.
α) Η διαφορετική διάρκεια της ημέρας. Επειδή η απόσταση του Ήλιου από τη Γη είναι μεγάλη, μπορούμε να δεχτούμε ότι οι ηλιακές ακτίνες, που προσπίπτουν στην επιφάνεια της Γης, είναι παράλληλες. Πάντοτε, το ένα ημισφαίριο της Γης φωτίζεται, ενώ το άλλο σκιάζεται. Η γραμμή της σκιάς, όπως φαίνεται και στο Σχ. 103, μετατοπίζεται κατά την περιφορά της Γης γύρω από τον Ήλιο.
Στις 21 Μαρτίου και 23 Σεπτεμβρίου η γραμμή της σκιάς περνάει από τους δύο πόλους. Η ημέρα και η νύχτα, σ’ όλους τους τόπους της επιφάνειας της Γης, έχουν την ίδια διάρκεια (ισημερία), επειδή στις παραπάνω ημερομηνίες το επίπεδο της εκλειπτικής συμπίπτει με το επίπεδο του ουράνιου ισημερινού. Οι ηλιακές ακτίνες προσπίπτουν κάθετα στη ζώνη του ισημερινού (κάτω σχήμα).
Στις 21 Ιουνίου, κλίνει η Γη τον βόρειο πόλο του άξονα της προς τον Ήλιο. Η γραμμή της σκιάς, στο Β. ημισφαίριο, περνάει δυτικά από το Β. Πόλο και ακουμπάει τον πολικό παράλληλο σ’ ένα σημείο. Στο Ν. ημισφαίριο, η γραμμή της σκιάς ακουμπάει τον πολικό παράλληλο σ’ ένα σημείο ανατολικά από το Ν. Πόλο (κάτω σχήμα). Το επίπεδο της τροχιάς του Ήλιου συμπίπτει με το επίπεδο του βόρειου τροπικού.
Σχέσεις φωτισμού της Γης, στην αρχή των τεσσάρων εποχών του έτους.
Στις 21 Δεκεμβρίου, οι σχέσεις φωτισμού που επικρατούν στο Ν. ημισφαίριο είναι ίδιες με αυτές που επικρατούν στο βόρειο στις 21 Ιουνίου.
Η μετακίνηση της γραμμής της σκιάς, στην επιφάνεια της Γης, προκαλεί την άνιση διάρκεια της ημέρας και της νύχτας στη διάρκεια του έτους.
β) Οι εποχές του έτους και οι ηλιακές κλιματικές ζώνες. Στις 21 Μαρτίου, για τις περιοχές του ισημερινού ο Ήλιος βρίσκεται στο Ζενίθ. Σ’ όλες τις άλλες περιοχές, βόρεια και νότια από τον ισημερινό, οι ηλιακές ακτίνες προσπίπτουν πλάγια, και μάλιστα από 90° που είναι στον ισημερινό (πάνω σχήμα), η γωνία ελαττώνεται με την αύξηση του γεωγραφικού πλάτους, και στους πόλους γίνεται 0°. Στις 21 Μαρτίου, ένας παρατηρητής που βρίσκεται στον Β.Π. βλέπει τον Ήλιο διαρκώς στον ορίζοντα. Στο Β. ημισφαίριο, στις 21 Μαρτίου, έχουμε έναρξη της άνοιξης και στο Ν. ημισφαίριο έναρξη του Φθινοπώρου.
Στις 21 Ιουνίου, για τις περιοχές του βόρειου τροπικού παράλληλου ο Ήλιος βρίσκεται στο Ζενίθ. Το βόρειο πολικό τμήμα μέχρι τον πολικό παράλληλο φωτίζεται σ’ όλη τη διάρκεια του 24ώρου. Το αντίστοιχο, αντίθετα τμήμα, του νότιου ημισφαίριου σκιάζεται συνεχώς στη διάρκεια αυτού του 24ώρου. Στο Β. ημισφαίριο αρχίζει το καλοκαίρι και στο Ν. ημισφαίριο ο χειμώνας.
Στις 23 Σεπτεμβρίου, έχουμε τις ίδιες σχέσεις φωτισμού στην επιφάνεια της Γης τις οποίες είχαμε στις 21 Μαρτίου, αλλά σε αντίθετα ημισφαίρια. Στις 21 Δεκεμβρίου, στο Ν. ημισφαίριο επικρατεί η ίδια κατάσταση φωτισμού την οποία είχαμε στο Β. ημισφαίριο στις 21 Ιουνίου.
Ηλιακές κλιματικές ζώνες.
Η περιφορά της Γης γύρω από τον Ήλιο προκαλεί τη διαίρεση της Γης σε κλιματικές ζώνες (πάνω σχήμα). Ασφαλώς το ηλιακό κλίμα, σε μεμονωμένα τμήματα της επιφάνειας της Γης, επηρεάζεται από τους τοπικούς κλιματικούς παράγοντες.
Το ηλιακό κλίμα μεταβάλλεται με την αύξηση του γεωγραφικού πλάτους και χαρακτηρίζεται από την ποσότητα της δεσμευόμενης θερμότητας.
Η δεσμευόμενη θερμότητα στην επιφάνεια της Γης εξαρτάται: 1) από τη γωνία πρόσπτωσης των ηλιακών ακτινών, 2) από τη διάρκεια της ημέρας και 3) από την απόσταση του Ήλιου από τη Γη. Η απόσταση του Ήλιου δεν έχει ιδιαίτερη πρακτική σημασία, αν σκεφτεί κανείς ότι ο Ήλιος βρίσκεται πιο κοντά στο Β. ημισφαίριο της Γης το Χειμώνα (2 Ιανουαρίου το Περιήλιο). Η διαφορετική διάρκεια του θέρους και του χειμώνα δεν έχει ιδιαίτερη σημασία για το θερμικό ισοζύγιο των δύο ημισφαίριων.
Η λόξωση της εκλειπτικής καθορίζει όχι μόνο την πορεία της θερμοκρασίας στην επιφάνεια της Γης, αλλά και την εναλλαγή των υγρών και ξηρών περιόδων του έτους στην τροπική και υποτροπική ζώνη.
Οι ηλιακές κλιματικές ζώνες είναι η ισημερινή ή διακεκαυμένη που περιλαμβάνεται από τους τροπικούς παράλληλους (23 ½°) του Β. και Ν. ημισφαίριου, οι δύο εύκρατες, που καταλαμβάνουν τα τμήματα της επιφάνειας της Γης μεταξύ των τροπικών και πολικών παράλληλων (66½°) των δύο ημισφαίριων, και οι δύο πολικές ζώνες (πάνω σχήμα).
Ποσοστά επιφάνειας των ηλιακών ζωνών
Ισημερινή ζώνη = 202,2·106 Km2 = 39,8% της επιφάνειας της Γης
Εύκρατες ζώνες (η κάθε μία 132,6·106 Km2) = 265,2·106 Km2 = 52% της επιφάνειας της Γης
Πολικές ζώνες (η κάθε μία 21,2·106 Km2) = 42,2·106 Km2 = 8,2 % της επιφάνειας της Γης
Άλλες κινήσεις της Γης
Εκτός από την περιστροφή και περιφορά που περιγράψαμε παραπάνω, η Γη πραγματοποιεί και άλλες κινήσεις, από τις οποίες, η μετάπτωση και η κλόνηση του άξονα της έχουν ιδιαίτερη σημασία..
Οι παραπάνω κινήσεις του άξονα της Γης ευθύνονται για τις μεταθέσεις των πόλων της Γης, οι οποίες είχαν σημασία για τις μετακινήσεις των ηπείρων και θαλασσών κατά τη διάρκεια της ιστορίας της. Επίσης, οι μεταθέσεις των πόλων είχαν ως αποτέλεσμα την αλλαγή της θέσης του ισημερινού και, κατά συνέπεια, τη μεταβολή του κλίματος που παρατηρήθηκε στο παρελθόν στα διάφορα τμήματα της επιφάνειας της Γης.
Η εμφάνιση των παγετωδών περιόδων, στο γεωλογικό παρελθόν, συνδέεται εν μέρει με τις μεταθέσεις των πόλων της Γης .
Πηγές: Wikipedia – Βιβλίο Αστρονομίας
