Земля — планета в Солнечной системе
Мы живем, точно в сне неразгаданном
На одной из удобных планет...
И.Северянин
Вселенная бесконечна и непостижима. В ясном ночном небе вдали от городских огней можно наблюдать широкую полосу Млечного Пути — нашу Галактику, состоящую более чем из 200 миллиардов звезд самой разной светимости и цвета. Среди этих миллиардов звезд есть одна ничем особо не выделяющая звезда — Солнце, расположенная далеко от центра Млечного Пути, на его окраине, в одном из двух спиральных рукавов почти точно в галактической плоскости на расстоянии в 32000 световых года. Звезд с размерами и массой подобных Солнцу, в Галактике не так уж и много, всего несколько процентов от общего числа, а белых и желтоватых звезд с близкими к Солнечной массами, считанные единицы. И именно вокруг этой звезды вращается наша родная планета — Земля.
Земля — планета в Солнечной системе — третья от Солнца и пятая по величине среди восьми планет, вращающихся по своим орбитам вокруг Солнца. Она кружится вокруг Солнца по эллиптической орбите на расстоянии примерно 149,6 млн км со средней скоростью 29,8 км/с за период, равный 365,24 средних солнечных суток. Вдобавок, Земля вращается вокруг своей оси, наклоненной к плоскости эклиптики под углом 66 град. 33 мин 22 с, делая полный оборот за 23 ч 56 мин 4,1 с. У Земли форма не идеального шара. Поверхность планеты близка к сферической, но как таковой сферической не является. Это сплющенный сфероид. На экваторе его диаметр составляет 12756 км, а у полюсов 12714 км. Длина окружности экватора Земли равняется 40076 км.
Между прочим, это самое утолщение Земли у экватора имеет собственное гравитационное взаимодействие с Луной. И из-за этого гравитационного взаимодействия ось вращения Земли вынуждена описывать медленный круг — раз за 25780 лет. Если бы Земля была правильным шаром, этой так называемой «прецессии равноденствий» не было бы. А вот если бы не было Луны, Земная ось все равно прецессировала бы, но уже под воздействием Солнца и планет. В этом случае период прецессии был бы около 100 000 лет.
Кроме того, что поверхность Земли не является идеальной сферой, она еще обладает неровной поверхностью, на которой много различных геологических образований: гор, долин, впадин и т. д. Да и земная кора неоднородна по толщине. При более точном определении сил гравитации современными методами обнаружились небольшие изменения тяготения на разных участках земной поверхности.
Какая масса у планеты Земля
По современным представлениям масса Земли составляет 5,977×1027 г при объеме 1,0832×1012 км3 ≈ 1,1×1027 см3. Но масса Земли постоянно меняется со временем. На ранней стадии своего рождения Земля постоянно бомбардировалась достаточно крупными астероидами, метеоритами и т. п., коих в молодой солнечной системе было предостаточно.
Сейчас, слава богу, частота падения крупных да и средних «камушков» на планету несколько уменьшилась, но, тем не менее, ежегодно на нашу планету сыпется до двух тыс. тонн различных метеоритов, а всего вместе с различным космическим мусором, пылью и др. на Землю падает до 40 тыс тонн вещества. Но, из-за рассеивания газов в космическое пространство ежегодно благодаря Солнечному ветру «улетает» до 98 тыс. тонн вещества. Получается, что масса нашей планеты уменьшается на 50-60 тыс. тонн в год. Уменьшается масса — уменьшается сила тяжести. Уменьшается притяжение — сложнее становится удержать атмосферу.
Справедливости ради, все же стоит заметить, что с этим вопросом в среде ученых нет согласия. Некоторые даже утверждают, что сила тяжести на Земле со временем постепенно возрастает, другие — наоборот, утверждают, что величина силы тяжести на земной поверхности довольно долго оставалась практически постоянной, а затем за последние 200-300 млн лет стала уменьшаться. Некоторые ученые предлагали идею, согласно которой 2 млрд лет тому назад у Земли масса была примерно в 30 раз больше современной, а радиус — в три раза больше. Дескать, в процессе эволюции недра Земли подвергались гравитационному коллапсу, ее изначально «пустые» внутренние объемы сжимались, выбрасывая на поверхность Земли атмосферные газы и воду.
Так или иначе вопрос о том, всегда ли на Земле ее гравитационное поле было таким, как сейчас — остается нерешенным.
Между прочим, существует мнение о том, что, дескать, огромные динозавры, обитавшие на Земле сотни миллионов лет назад, могли быть такими большими и из-за того, что сила тяжести в то время была намного меньше теперешней. На первый взгляд кажется, что мелкому животному легче преодолеть большую величину силы тяжести, чем более крупному. Но, оказывается, это ошибочное представление.
На этот счет есть ряд исследований, например труды Кренделева Ф.П. «Изменение силы тяжести в геологическом прошлом Земли по результатам изучения химического состава костей позвоночных», Стюарта А. Д. «Палеогравитация в палеогеофизике» и др.
Большие размеры животных в прошлом, в этом случае, доказывают наличие тогда и большей величины силы тяжести, чем ее современное значение.
Характеристики орбиты Земли
Среднее расстояние от Земли до Солнца называется астрономической единицей (au) и составляет 149 597 870,7 км. Применяется au для измерения космических расстояний между объектами Солнечной системы.
Но надо учесть, что орбита Земли не является круговой. Она эллиптическая. Имеет максимальное и минимальное удаление от Солнца. Точка максимального сближения с Солнцем называется перигелий (147 098 290 км), максимального отдаления — афелий (152 098 232 км). По земному календарю в перигелии планета находится 2-5 января, в афелии — 2-5 июля. При приближении к Солнцу орбитальная скорость Земли возрастает и составляет 30,3 км/с (перигелий). Скорость в афелии составляет 29,3 км/с.
Среди планет Солнечной системы Земля играет уникальную роль, ведь наша планета единственная, где существует жизнь! Во всяком случае, пока еще ее ни где не нашли. Находится Земля в так называемом «поясе жизни» — не слишком близко и не так уж далеко от Солнца. Температура на Земле в целом именно такая, чтобы вода сохранялась в жидком виде. В условиях жарких температур вода бы просто испарилась, а в жутком холоде превратилась бы в лед. И, конечно, на Земле есть такая атмосфера, которая позволяет дышать человеку и всем живым организмам.
Кстати, роль атмосферы для всего живого на Земле далеко не ограничивается тем, что все живые организмы и человек в том числе могут в ней дышать. У нее есть еще одна очень важная функция: атмосфера Земли защищает все живое от смертельного воздействия жесткого ультрафиолетового излучения Солнца. Вряд ли на Земле смогла бы существовать жизнь в таком виде, в каком она существует сейчас, если бы в верхних слоях атмосферы не было озонового слоя — этого экрана, задерживающего наиболее опасную часть спектра излучения Солнца.
Некоторые численные данные о Земле, Луне и Солнце и приведены ниже:
| Отношение масс Солнца и Земли S/E | 332 958 |
| Отношение массы Солнца к массе Земли и Луны S/E (1+µ) | 328 900,5 |
| Отношение масс Земли и Луны 1/ µ | 81,30 |
| Астрономическая единица | 149 600×106м |
| Среднее расстояние от Земли до Луны | 384 401 км = 60,2682 радиуса Земли (расстояние меняется от 356 410 до 406 740 км) |
| Земля | |
| Экваториальный радиус Земли | 6378,140 км |
| Полярный радиус Земли | 6356,774 км |
| Средний радиус | 6371,032 км |
| Поверхность Земли | 510 100 000 км2 |
| Поверхность суши | 28,7 % всей поверхности Земли |
| Водная поверхность | 71,3 % всей поверхности Земли |
| Объем Земли | 1,0832×1012 км3 |
| Масса Земли | 5,977×1027 г |
| Средняя плотность Земли | 5,518 г/см3 |
| Линейная скорость точки экватора | 465,119 м/с |
| Средняя скорость движения Земли по орбите | 29,765 км/с≈100 000км/ч |
| Наибольшая скорость (в перигелии) | 30,287 км/с |
| Наименьшая скорость (в афелии) | 29,291 км/с |
| Ускорение Земли к Солнцу | 0,59 см/с2 |
| Ускорение силы тяжести на Земле (стандартное) | 980,665 см/с2 |
| То же на широте 45° (абсолютное) | 980,616 см/с2 |
| Эксцентриситет орбиты | 0,0167 |
| Наклон орбиты к эклиптике | 0,000° |
| Земной год (сидерический период обращения) | 365,256 дней |
| Средняя орбитальная скорость | 29,78 км/сек |
| Вторая космическая скорость | 11,2 км/сек |
| Период вращения (сидерический день Земли) | 23,9345 ч (23 ч 56 мин 4 сек) среднего солнечного времени |
| Солнечный день Земли | 24,0657 ч (24 ч 3 мин 57 сек) среднего сидерического времени |
| Наклон экватора | 23,44° |
| Напряженность магнитного поля на экваторе | 0,3 гаусса |
| Угол наклона магнитной оси | 11,5° |
| Дипольный момент | 7,9 × 1025 гаусс/см3 |
| Среднее поверхностное давление | 1 бар |
| Средняя температура поверхности | 288 К (59 °F, 15 °C) |
| Состав атмосферы (по объему) | молекулярный азот — 78%; молекулярный кислород — 21%; аргон — 0,93%; углекислый газ — 0,0395% (в настоящее время растет); вода — около 1% |
| Солнце | |
| Диаметр Солнца | 1 390 600 км (109 диаметров Земли) |
| Отношение поверхности Солнца к поверхности Земли | 11 930 |
| Площадь поверхности Солнца | 608,7×1010 км2 |
| Объем Солнца | 1,4 ×1018 км3 (1 301 019 объемов Земли) |
| Масса Солнца | 1,989 ×1033 г (332 982 масс Земли) |
| Средняя плотность | 1,409 г/см3 |
| Плотность в центре Солнца | ~ 160 г/см3 |
| Ускорение силы тяжести на поверхности Солнца | 2,7398 ×104 см/с2, в 27,9 раз больше, чем на поверхности Земли |
| Линейная скорость точки солнечного экватора | 2 км/с |
| Синодический период вращения точки экватора | 27,35 суток (13,199° в сутки) |
| Сидерический период вращения точки экватора | 25,380 суток (14,184° в сутки) |
| Наклон экватора Солнца к эклиптике | 7° 15′ 00″ |
| Мощность Солнечного излучения на высоте 65 км (практически на границе земной атмосферы) | 1,3 кВт/м2=1,3 эрг/(см2× с) |
| Светимость Солнца, принимаемая за единицу, или общая радиация, излучаемая Солнцем | (3,88±0,03)×1033 эрг/с = =1,19 ×1041 эрг/год |
| Мощность общего излучения Солнца | 51×1022 л.с. = = 374×1021 кВт |
| Сила света Солнца | 302×1025 кандел |
| Спектральный класс Солнца | G2V |
| Эффективная температура поверхности Солнца | 5770 К ± 29К |
| Скорость движения Солнца вокруг центра Галактики | ~ 250 км/с |
| Период обращения Солнца вокруг центра Галактики | ~ 200 млн лет |
| Скорость движения Солнца относительно окружающих его звезд (по направлению к созвездию Геркулеса) | 19,5 км/с = 4,2 а.е. в год = = 6×108 км/год |
| Расстояние от Солнца до центра Галактики | ~ 30 000 световых лет |
| Средняя продолжительнось полного цикла солнечной активности | (22,11±0,6) года |
| Луна | |
| Диаметр Луны | 3476,0 км = 0,27256 экв. диаметра Земли ≈ ≈ 3/11 земного |
| Объем Луны | 2195,3×107 км3 = 2,2×1025см3 = 1/50 земного |
| Масса Луны | 1/81,301 массы Земли = =0,012300 массы Земли = =1/27070500 массы Солнца = =7,35 ×1025 г ≈ 73 триллиона тонн |
| Средняя плотность Луны | 3,347 г/см3 = 0,607 средней плотности Земли |
| Ускорение силы тяжести на поверхности Луны | 1,623 м/с2 = 0,165 земного = 1/6 земного |
| Наклон лунной орбиты к эклиптике | 5°8’43,4″ (меняется от 4°59′ до 5°17′) |
| Средняя скорость движения Луны по орбите | 1,023 км/с ≈ 3681 км/ч |
| Ускорение Луны в ее движении вокруг Земли | 0,272 см/с2 |
| Температура в подсолнечной точке | +130°С |
| Температура ночной стороны поверхности Луны | -150÷160°С |