Земля вращается вокруг Солнца на среднем расстоянии 149,60 миллиона км (8,317 световых минут, 92,96 миллиона миль) [1] в направлении против часовой стрелки , если смотреть сверху Северного полушария . Одна полная орбита занимает 365,256 дней (1 сидерический год ), за это время Земля прошла 940 миллионов км (584 миллиона миль). [2] Если игнорировать влияние других тел Солнечной системы , орбита Земли , также известная как вращение Земли , представляет собой эллипс с барицентром Земля-Солнце в качестве одного фокуса с текущим эксцентриситетом 0,0167. Поскольку это значение близко к нулю, центр орбиты находится относительно близко к центру Солнца (относительно размера орбиты).
Если смотреть с Земли, из- за поступательного движения планеты по орбите создается впечатление, что Солнце движется относительно других звезд со скоростью примерно 1 ° к востоку за солнечный день (или на диаметр Солнца или Луны каждые 12 часов). [nb 1] Орбитальная скорость Земли составляет в среднем 29,78 км/с (107 200 км/ч; 66 620 миль в час), что достаточно, чтобы покрыть диаметр планеты за 7 минут и расстояние до Луны за 4 часа. [3]
С точки зрения над северным полюсом Солнца или Земли может показаться, что Земля вращается вокруг Солнца против часовой стрелки . С одной и той же точки зрения может показаться, что и Земля, и Солнце вращаются против часовой стрелки вокруг своих соответствующих осей.
Гелиоцентризм — это научная модель, которая впервые поместила Солнце в центр Солнечной системы и поместила планеты, включая Землю, на его орбиту. Исторически гелиоцентризм противостоит геоцентризму , который помещал Землю в центр. Аристарх Самосский уже предложил гелиоцентрическую модель в третьем веке до нашей эры. В шестнадцатом веке Николай Коперник « De Revolutionibus» представил полное обсуждение гелиоцентрической модели Вселенной [4] во многом так же, как Птолемей представил свою геоцентрическую модель во втором веке. Эта « Коперниканская революция » решила проблему ретроградного движения планет , утверждая, что такое движение только воспринимается и кажущееся. По словам историка Джерри Броттона , «хотя новаторская книга Коперника… была [напечатана более] столетием ранее, [голландский картограф] Джоан Блау была первым картографом, включившим свою революционную гелиоцентрическую теорию в карту мира». [5]
Из-за наклона оси Земли (часто известного как наклон эклиптики ) наклон траектории Солнца по небу (как видит наблюдатель на поверхности Земли) меняется в течение года. Для наблюдателя на северной широте, когда северный полюс наклонен к Солнцу, день длится дольше, и Солнце появляется на небе выше. Это приводит к повышению средней температуры, поскольку дополнительная солнечная радиация достигает поверхности. Когда северный полюс отклонен от Солнца, ситуация обратная, и погода обычно прохладнее. К северу от Полярного круга и к югу от Полярного круга достигается крайний случай, при котором часть года дневной свет отсутствует вообще, а в противоположное время года дневной свет непрерывен. Это называется полярная ночь и полуночное солнце соответственно. Это изменение погоды (из-за направления наклона оси Земли) приводит к появлению времен года . [6]
По астрономическому соглашению четыре времени года определяются солнцестояниями ( две точки на земной орбите максимального наклона земной оси к Солнцу или от Солнца) и равноденствиями ( две точки на земной орбите, где наклонная ось Земли и воображаемая линия, проведенная от Земли к Солнцу, точно перпендикулярны друг другу). Солнцестояния и равноденствия делят год на четыре примерно равные части. В северном полушарии зимнее солнцестояние происходит примерно 21 декабря; летнее солнцестояние приближается к 21 июня; весеннее равноденствие приходится примерно на 20 марта, а осеннее равноденствие - примерно на 23 сентября. [7] Влияние наклона оси Земли в южном полушарии противоположно эффекту в северном полушарии, поэтому сезоны солнцестояний и равноденствий в южном полушарии полушарии противоположны тем, что в северном полушарии (например, северное летнее солнцестояние совпадает с южным зимним солнцестоянием).
В наше время перигелий Земли возникает примерно 3 января, а афелий — примерно 4 июля. Другими словами, Земля находится ближе к Солнцу в январе и дальше в июле, что может показаться нелогичным для тех, кто живет на севере. полушарие, где холоднее, когда Земля находится ближе всего к Солнцу, и теплее, когда она находится дальше всего. Изменение расстояния Земля-Солнце приводит к увеличению примерно на 7% общего количества солнечной энергии, достигающей Земли в перигелии относительно афелия. [8] Поскольку южное полушарие наклоняется к Солнцу примерно в то же время, когда Земля достигает наибольшего сближения с Солнцем, южное полушарие получает немного больше энергии от Солнца, чем северное, в течение года. Однако этот эффект гораздо менее значителен, чем изменение общей энергии из-за наклона оси, и большая часть избыточной энергии поглощается большей частью поверхности, покрытой водой в южном полушарии. [9]
Сфера Хилла ( гравитационная сфера влияния) Земли имеет радиус около 1 500 000 километров (0,01 а.е. ), что примерно в четыре раза превышает среднее расстояние до Луны. [10] [nb 2] Это максимальное расстояние, на котором гравитационное влияние Земли сильнее, чем у более удаленных Солнца и планет. Объекты, вращающиеся вокруг Земли, должны находиться в пределах этого радиуса, иначе они могут потерять связь из-за гравитационного возмущения Солнца.
Следующая диаграмма иллюстрирует положение и взаимосвязь между линиями солнцестояний, равноденствий и апсид эллиптической орбиты Земли. Шесть изображений Земли представляют собой позиции вдоль орбитального эллипса, которые последовательно представляют собой перигелий (периапсис — ближайшую к Солнцу точку) в любой момент со 2 по 5 января, точку мартовского равноденствия 19, 20 или 21 марта, точку июньского солнцестояния 20, 21 или 22 июня, афелия (апоапсиса — самой дальней точки от Солнца) где-то с 3 по 5 июля, сентябрьского равноденствия 22, 23 или 24 сентября и декабрьского солнцестояния 20, 21 или 22 июня. 21, 22 или 23 декабря. [7]
Математики и астрономы (такие как Лаплас , Лагранж , Гаусс , Пуанкаре , Колмогоров , Владимир Арнольд и Юрген Мозер ) искали доказательства стабильности планетарных движений, и эти поиски привели ко многим математическим разработкам и нескольким последовательным «доказательствам» Стабильность Солнечной системы. [14] Согласно большинству прогнозов, орбита Земли будет относительно стабильной в течение длительных периодов времени. [15]
В 1989 году работа Жака Ласкара показала, что орбита Земли (а также орбиты всех внутренних планет) может стать хаотичной и что ошибка всего в 15 метров при измерении начального положения Земли сегодня сделает невозможным предсказать, где Земля будет находиться на своей орбите через чуть более 100 миллионов лет. [16] Моделирование Солнечной системы является предметом, охватываемым проблемой n тел .
