Розділ «Глава 4. ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ ПРО ЗЕМЛЮ»

Але розподіл земної кулі на годинні пояси все ж не вирішує всіх проблем, зокрема проблеми раціонального використання світлого періоду. Тому в останню неділю березня у багатьох країнах, в тому числі в Україні, стрілки годинників переводять на одну годину вперед, а наприкінці жовтня знов повертають на поясний час. Перехід на літній час дозволяє більш економічно витрачати паливно-енергетичні ресурси. Крім того, це дає можливість людям більше часу працювати і відпочивати в умовах природного освітлення, а для сну використовувати найбільш темний період доби.

У практичному розподілі годинних поясів на нашій планеті специфічними є простори, через які умовно пролягає лінія зміни дат. Ця лінія проходить в основному у відкритому океані за географічним меридіаном 180° і дещо відхиляється там, де вона пересікає острови або відокремлює різні держави. Зроблено це з метою уникнення певних календарних незручностей для людей, які їх населяють. При перетині лінії із заходу на схід дата повторюється, при русі у зворотному напрямі один день з рахунку виключається. Цікаво, що в Беринговій протоці між Чукоткою та Аляскою є два острови, які розділяє лінія зміни дат: острів Ратманова, що належить Росії, та острів Крузенштерна, який належить СІЛА. Подолавши відстань у кілька кілометрів між цими двома островами, можна потрапити... у вчорашній день, якщо ви пливете з острова Ратманова, або у завтрашній, коли прямуєте в протилежному напрямі.

4.6. Річний рух Землі та його наслідки

Земля рухається навколо Сонця за орбітою, яка мало відрізняється від кола. Ексцентриситет земної орбіти становить 0,017, середній радіус — 149,6 млн км. Сонце знаходиться в одному з фокусів еліпсоїдальної орбіти. Земля наближається до нього в перигелії (найближчій до Сонця точці орбіти) на 147 млн км і віддаляється в афелії (найбільш віддаленій точці) на 152 млн км. У перигелії Земля буває на початку січня, а в афелії — на початку липня. Тому в липні Земля одержує сонячного випромінювання на 3,4 % менше, а в січні — на 3,4 % більше, ніж в середньому щоденно протягом року.

Всю орбіту Земля проходить за 365 діб б год 9,6 с. Середня орбітальна швидкість Землі дорівнює 29,8 км/с. Річний рух Землі навколо Сонця можна спостерігати за безперервною зміною положення Сонця на небі: змінюється полуденна висота Сонця і зсовуються місця його сходу і заходу. Видимий річний шлях Сонця — велике коло на небесній сфері — називається екліптикою.

Одним з наслідків руху Землі за еліптичною орбітою є різна тривалість пір року. Це явище пояснюється законом Кеплера: радіус-вектор Землі (пряма, що з'єднує центри Землі і Сонця) при її річному русі за один і той самий час описує однакові за величиною площі. Оскільки орбіта — еліпс, то однакові за площею сектори мають різні дуги (рис. 11), проходження яких за той самий час потребує різних швидкостей. Чим ближче Земля до Сонця, тим швидше рухається вона по орбіті.

Рис. 11. Пояснення нерівності пір року

Розрахунки показали, що в афелії Земля рухається зі швидкістю 29,3 км/с, в перигелії — 30,3 км/с, з цього видно, що літо в Північній півкулі — найдовша пора року, зима — найкоротша; перевищення становить 7 діб 14 год. У Південній півкулі — навпаки: довша холодна пора року на ту саму кількість Діб.

Річний рух Землі в Сонячній системі і нерівномірний розподіл тепла регулюють чергування пір року на нашій планеті. Земна вісь нахилена до екліптики під кутом 66°33'. Тому в різні періоди річного циклу неоднакова кількість сонячної енергії досягає Північної та Південної півкуль. Так, у грудні переважна кількість сонячного випромінювання попадає на більш освітлену площу Південної півкулі. В той самий час у Північній півкулі відбувається зниження температури внаслідок зменшення кута падіння сонячних променів, що і знаменує собою настання зими. В цей період значні простори навколо Північного полюса постійно перебувають у темряві, тут панує полярна ніч. А за південним полярним колом настає полярний день. Сонячні промені, які досягають району Південного полюсу під дуже малим нахилом, приводять тут до слабкого потепління, а точніше — до послаблення морозів.

Протилежне співвідношення в положенні земної осі і розподілі тепла на поверхні планети створюється через шість місяців, тобто в липні. У цей період північні тропічні широти

Землі освітлені опівдні майже прямими сонячними променями, а на Південну півкулю вони падають косо. Внаслідок цього розподіл температур діаметрально змінюється: у Північній півкулі настає літо, а у Південній — зима.

На півшляху між літнім і зимовим положеннями промені Сонця падають прямовисно на екватор. Це — час весняного (21 березня) і осіннього (23 вересня) рівнодень з помірними температурами в Північній і Південній півкулях, коли день і ніч мають однакову тривалість у всьому світі (рис. 12).

Рис. 12. Річний рух Землі

З нахилом земної вісі пов'язана наявність таких характерних паралелей, як тропіки і полярні кола. Тропіки — це паралелі на 23,5е широти. Тропіки є границями зенітального положення Сонця опівдні в дні сонцестоянь: 22 червня воно перебуває в зеніті над північним тропіком (Козерога), а 22 грудня — над південним (Рака). Полярні кола — паралелі на 66,5° широти. Полярні кола є межами поширення полярного дня і полярної ночі. У полярний день (ніч) Сонце протягом доби і більше не заходить (не сходить). Тривалість полярного дня (ночі) закономірно зростає з широтою місця від 1 доби (полярне коло) до півроку (полюс).

Якби вісь Землі не була нахилена до екліптики, на Землі було б завжди рівнодення при повній відсутності змін пір року.

Щоправда, й тепер пори року існують не скрізь і мають неоднакову тривалість. У широкій міжтропічній смузі різниця в тривалості дня і ночі невелика, і сюди круглий рік надходить майже однакова кількість тепла. За полярними колами існують фактично тільки літо і зима, які відповідають довготривалим дню і ночі. Тільки в помірних широтах всі пори року виражені чітко, проте і тут їх тривалість різна. В областях з морським кліматом весна і осінь тривають довго, а там де клімат континентальний — значно менше.

Тривалість пір року на Землі не залишається постійною. Причини змін зумовлені явищами прецесії, тобто рухом земної осі за круговою конічною поверхнею. Прецесія є результатом неоднакового притягання Сонцем і Місяцем Землі в різних їх частинах. Земля внаслідок її полярної сплюснутості має деякий надлишок маси в екваторіальному поясі. Площина екватора, як відомо, не збігається з площиною земної орбіти, тобто з площиною, в якій знаходиться Сонце. Сонце притягує ближче розташовану до нього частину екваторіального потовщення Землі сильніше, ніж протилежну, намагаючись повернути площину земного екватора до площини екліптики. Але Земля як тіло, що обертається, протистоїть цьому впливу, тому полярні осі дуже повільно описують у просторі конуси з вершиною в центрі Землі. Нахил земної осі до екліптики при цьому не змінюється.

4.7. Рух Землі і календар

Основною одиницею вимірювання коротких відрізків часу є доба, яка визначається середньою тривалістю обертання Землі навколо осі. Для більших інтервалів часу використовують іншу природну одиницю — рік, тобто проміжок часу, що дорівнює періоду одного оберту Землі за орбітою навколо Сонця. І тут виникає питання: від якої мітки визначати цей проміжок? Найбільш стабільною є мітка в точці перетину земної орбіти умовною прямою, проведеною з центра Сонця до далекої і тому практично нерухомої зірки. Період обертання Землі відносно такої точки називається зоряним, або сидеричним роком. Проте зміна пір року залежить від руху Землі відносно точок весняного та осіннього рівнодення, в яких небесний екватор перетинається з екліптикою. Внаслідок прецесії ці точки рухаються назустріч руху Землі і тому визначувана ними тривалість року, що називається тропічним, на 20 хв. 24 с менша за рік сидеричний.

Для практичного життя відлік часу за допомогою календаря, який би не розходився із сезонами року, повинен враховувати тривалість тропічного року. Але вести облік часу строго тропічними роками незручно, оскільки їх зміна тоді відбувалася б в різні години доби (тривалість тропічного року — 365 діб 5 год 48 хв. 46 с). У Давньому Єгипті календарний рік завжди мав 365 діб, що призводило до досить швидкого відхилення щорічних фактичних дат розливів Нілу від календарних. Щоб уникнути цього, римський імператор Юлій Цезар в 46 р. провів реформу календаря, встановивши середню тривалість року в 365,25 доби, а щоб не допустити дробового числа днів, наказав рахувати три роки підряд по 365 діб, а кожний четвертий рік — 366 діб. Цей рік згодом став називатися високосним.