Na czym polega ruch obrotowy Ziemi? Nasza planeta obraca się w nierównym tempie, a do tego coraz wolniej

W tym artykule:

1. Jak szybko obraca się Ziemia?
2. Na czym polega ruch obrotowy Ziemi?
3. Ziemia chwieje się, zatacza i kręci coraz wolniej
4. Co wpływa na ruch obrotowy Ziemi?
5. Jak mierzy się zaburzenia ruchu Ziemi?

Ruch obrotowy Ziemi kształtuje nasz czas. Dawniej doba była definiowana jako czas, który Ziemia potrzebuje na pełny obrót wokół swojej osi. Współcześnie natomiast czas mierzony jest za pomocą dokładnych zegarów atomowych. W międzynarodowym systemie jednostek miar (SI) nawet definicja sekundy nie opiera się już na czasie obrotu Ziemi wokół osi, lecz jest określana przez drgania atomów cezu. Jednak mimo to Ziemia nieprzerwanie obraca się, wpływając na naszą codzienność i kształtując ją.

Jak szybko obraca się Ziemia?

Chociaż tego nie odczuwamy, Ziemia obraca się bardzo szybko. Na równiku prędkość liniowa wynosi prawie 1700 km/godz. Zmniejsza się w kierunku biegunów, gdzie wynosi zero. Oznacza to, że na równiku, w ciągu doby, pokonujemy odległość równą obwodowi Ziemi – około 40 tys. kilometrów. Ale zupełnie nie odczuwamy ani prędkości ruchu, ani faktu, że się przemieściliśmy.

Ruch obrotowy Ziemi wykorzystujemy też do przyspieszenia startu rakiet kosmicznych. Pozwala to ograniczyć zużycie paliwa. Właśnie dlatego kosmodromy są umieszczane jak najbliżej równika.

Na czym polega ruch obrotowy Ziemi?

Ale dlaczego nasza planeta, zamiast stać w miejscu, nieustannie się kręci? Na czym polega ruch obrotowy Ziemi? Tak naprawdę wszystko w przestrzeni kosmicznej wiruje: planety, gwiazdy, galaktyki. Cały kosmos jest w nieustannym ruchu. Tak jest od początku istnienia Wszechświata.

Czy Ziemia jest płaska? 10 dowodów obalających ten mit

Przedstawiamy mocne argumenty do dyskusji z pseudonaukowcami, którzy wierzą, że Ziemia jest płaska.

Ziemia uformowała się około 4,5 miliarda lat temu z chmury gazu i pyłu, która wirowała wokół nowo powstałego Słońca. Gęsto nagromadzone cząstki zderzały się i łączyły ze sobą, tworząc naszą planetę. W trakcie formowania się Ziemi, skały kosmiczne nieustannie się z nią zderzały i wprawiały ją w ruch wirowy. Wiele wskazuje na to, że we wczesnym Wszechświecie wszystkie obiekty obracały się w tym samym kierunku. Jednak późniejsze wydarzenia, takie jak zderzenia z innymi obiektami, zmieniły ten stan rzeczy.

Należy pamiętać, że oprócz wirowania wokół własnej osi, nasza planeta wykonuje również ruch obiegowy wokół Słońca znajdującego się w centrum Układu Słonecznego. To wynika z oddziaływania grawitacyjnego Słońca. Ta sama zasada wyjaśnia fakt, iż Księżyc porusza się po orbicie wokół Ziemi, a Słońce krąży wokół centrum naszej Galaktyki. Ruch obiegowy Ziemi wokół Słońca oraz nachylenie jej osi obrotu do płaszczyzny orbity przyczyniają się między innymi do zmienności pór roku.

Ziemia chwieje się, zatacza i kręci coraz wolniej

Ruch obrotowy naszej planety jest bardziej skomplikowany, niż myślimy. Ziemia zwalnia lub przyspiesza obrót wokół swojej osi. Sama oś obrotu również zmienia swoje położenie zarówno względem gwiazd, jak i względem swojej powierzchni. Tak naprawdę Ziemia nieustannie chwieje się i kołysze, wykonując ruch podobny do ruchu wirującego bąka – zabawki znanej z dzieciństwa. Żyjąc na powierzchni Ziemi nie odczuwamy zwalniania lub przyspieszania obrotu Ziemi ani zmian położenia jej osi.

Prędkość obrotu wokół osi również nie jest stała. W wyniku oddziaływania grawitacyjnego Słońca i Księżyca, Ziemia bardzo powoli hamuje, a długość doby wydłuża się o 2 milisekundy na każde sto lat. Szacuje się, że w okresie, kiedy na Ziemi żyły dinozaury, doba była o około godzinę dłuższa niż obecnie.

Nawet geograficzny biegun ziemski nie ma stałego położenia. Przemieszcza się nieustannie w kierunku zachodnim, w stronę Kanady, w tempie 11 centymetrów na rok. Co ciekawe, badania wykazały, że w ciągu ostatnich kilkunastu lat ruch bieguna zmienił swój kierunek, skręcając na wschód. Badacze wiążą to z ocieplaniem się klimatu i związanym z tym intensywnym topnieniem pokrywy lodowej na Grenlandii.

Jądro Ziemi zastygło wcześniej niż dotąd sądzono. Nowe badanie

Na jakimś etapie w historii Ziemi zbudowane z płynnego metalu jądro planety ostygło i stwardniało. Ustalenie momentu w którym nastąpiła zmiana nie należy do prostych. Dotąd szacowano, że...

Oprócz tego nieustannego dryfu bieguna, występuje szereg innych, większych i mniejszych zmian w jego ruchu, rzędu od kilku milimetrów do kilku metrów wywołany przez cały wachlarz zjawisk. Współczesne techniki pozwalają na pomiar ruchu bieguna z dokładnością 1,5 mm. Takie zmiany są wychwytywane przez precyzyjne pomiary geodezyjne.

Co wpływa na ruch obrotowy Ziemi?

Dlaczego Ziemia nie porusza się w sposób jednostajny? Gdyby nasza planeta była idealną kulą o jednorodnej strukturze wewnętrznej, tak jak na przykład szklana kula, oraz gdyby została umieszczona w próżni, to rzeczywiście poruszałaby się z jednakową prędkością, a położenie jej osi obrotu byłoby niezmienne.

W rzeczywistości jednak Ziemia nie jest jednorodnym ciałem sztywnym, a bardziej przypomina jajko na miękko. W jej wnętrzu znajduje się kilka warstw, które różnią się składem, gęstością i temperaturą. Oprócz tego ruch obrotowy Ziemi podlega wpływom różnorodnych procesów zachodzących we wnętrzu planety, na jej powierzchni i w atmosferze ponad nią. Takie zjawiska to na przykład:

• ruch płyt tektonicznych,
• interakcje pomiędzy jądrem i płaszczem ziemskim,
• sezonowa cyrkulacja wiatrów,
• prądy morskie,
• zmiany rozkładu wód na powierzchni kontynentów związane z sezonowymi okresami deszczowymi i suchymi, z powodziami i suszami w różnych miejscach na świecie,
• topnienie lodowców i związane z tym podnoszenie się poziomu oceanów,
• silne trzęsienia ziemi i wybuchy wulkanów.

Każde takie zjawisko w mniejszym lub większym stopniu wpływa na ruch obrotowy Ziemi. Do tego dochodzą również oddziaływania grawitacyjne innych ciał niebieskich, z których największy wpływ mają Księżyc i Słońce. Co ciekawe, to Księżyc w większym stopniu zaburza ruch obrotowy Ziemi niż Słońce, mimo tego, że jest on 400 razy mniejszy od Słońca i ma masę stanowiącą zaledwie milionową część procenta masy Słońca. Jednak jest po prostu znacznie bliżej Ziemi niż Słońce.

Jak mierzy się zaburzenia ruchu Ziemi?

W jaki sposób można mierzyć zaburzenia ruchu obrotowego Ziemi? Dla geodetów, ale również całej społeczności naukowców zajmujących się badaniem naszej planety, bardzo ważne jest ciągłe monitorowanie ruchu obrotowego Ziemi. W geodezji zaburzenia ruchu obrotowego Ziemi określamy za pomocą tak zwanych parametrów orientacji Ziemi, w skrócie EOP (ang. Earth Orientation Parameters). Wśród nich wyróżniamy trzy wielkości:

Księżyc potrzebuje własnej strefy czasowej, internetu i własnego GPS-a. Jak je stworzyć?

Jeśli chcemy eksplorować Księżyc i założyć na nim kolonię, musimy ustanowić nową, księżycową strefę czasową. Taką, która będzie akceptowalna dla wszystkich państw planujących ek...

• zmiany długości doby, czyli zmiany prędkości wirowania planety,
• ruch bieguna, czyli zmiany położenia osi obrotu Ziemi względem jej powierzchni,
• precesję i nutację, które odpowiadają za zmiany położenia osi obrotu Ziemi względem gwiazd.

Przed rozwojem satelitarnych technik obserwacyjnych pomiary zmian ruchu obrotowego Ziemi były prowadzone w oparciu o obserwacje położenia gwiazd na niebie. Obecnie dokładnych pomiarów parametrów EOP dostarczają techniki geodezji kosmicznej i satelitarnej, na czele z globalnymi systemami nawigacji satelitarnej (ang. global navigation satellite systems, GNSS), satelitarnymi pomiarami laserowymi (ang. satellite laser ranging, SLR) oraz interferometrią bardzo długich baz (ang. very long baseline interferometry, VLBI).

Dla każdej z tych technik funkcjonuje sieć stacji, które prowadzą ciągłe pomiary swojej pozycji za pomocą GNSS i SLR, lub pomiary odległości pomiędzy stacjami z wykorzystaniem VLBI. Na podstawie wyznaczonej pozycji możliwe jest określenie położenia Ziemi względem ciał niebieskich, a zatem również parametrów jej obrotu.