Kategorijos

Žemė, saulė ir mėnulis

Taigi, Žemė yra apvali ir pati sukasi apie savo ašį, nes žvaigždės yra per toli, kad galėtų taip greitai ir visos vienu metu kas parą apie mus apsisukti. Kur nukreipta jos sukimosi ašis, galima susigaudyti iš minėtos praeitoje paskaitoje nuotraukos. Ji eina per abu Žemės polius, ir šiaurinis galas visiškai atsitiktinai šiuo metu “remiasi” danguje į Poliarinę žvaigždę. Laikui bėgant tas “rėmimosi” taškas kinta, bet apie tai – vėliau.

Įvertinkime pirmiausia, kokiu greičiu sukasi Žemės paviršiaus taškai ir įsitikinkime, kokia išcentrinė jėga dėl to atsiranda. Greičiausiai Žemė juda pusiaujuje, todėl suradę tų taškų judėjimo greitį, galėsime būti tikri, kad radome jo didžiausią vertę, nes poliuose esantys taškai nesisuka, o tolstant nuo poliaus greitis tolydžio didėja. Pilnas Žemės apskritimo ilgis pusiaujuje sudaro apie 40 000 kilometrų, ir toks atstumas nuskriejamas per parą, tai yra per 24 valandas. Padalinę gauname, kad greitis yra kiek didesnis negu 1662 km per valandą. Lietuva yra maždaug 55 laipsnių platumoje, todėl šioje vietoje paviršiaus taškų sukimosi greitis kiek mažesnis nei pusiaujuje. Jis gaunamas pateiktą padauginus iš šio kampo kosinuso. Gaunasi maždaug 953 kilometrai per valandą. Šiuolaikiniai laineriai skraido panašiais greičiais, todėl galima įsivaizduoti, kad mūsų platumoje skrendantis lėktuvas galėtų viename taške pakilti, o kitame nusileisti tuo pačiu vietos laiku. Išcentrinė jėga, kylanti dėl to sukimosi, lygi greičio kvadratui, padalintam iš Žemės spindulio. Pusiaujuje ji gaunasi lygi 3,36 cm/s2, tuo tarpu laisvojo kritimo pagreitis (980 cm/s2) yra maždaug 300 kartų didesnis. Dėl šios priežasties netgi pusiaujuje esantį kūną prie Žemės traukianti jėga yra tris šimtus kartų didesnė už išcentrinę jėgą, kuri bando tą kūną pakelti nuo Žemės paviršiaus. Aišku, kad tas sukimasis yra per lėtas, kad jo sukelta jėga galėtų kaip nors pastebimiau pasireikšti kasdieniniame gyvenime.

Kadangi Saulė teka iš rytų, nesunku susigaudyti, kad Žemė sukasi iš vakarų į rytus, arba žiūrint iš Šiaurės poliaus – prieš laikrodžio rodyklę.

zeme saule menulisBe judėjimo apie savo ašį Žemė dar juda orbita apie Saulę, apsukdama pilną ratą per metus, tai yra per 365.2422 paras. Būtent dėl to, kad šis skaičius nėra lygus sveikam skaičiui ar kokiai nors jo paprastai daliai, reikalingi keliamieji metai ir kitokios kalendoriaus modifikacijos. Žemės orbita yra beveik apskritimas, kurio vidutinis spindulys, vadinamas astronominiu vienetu, sudaro apie 150 milijonų kilometrų. Šviesa, kurios greitis lygus 300 000 kilometrų per sekundę, iš Saulės į Žemę ateina maždaug per aštuonias minutes. Šis atstumas metų bėgyje kinta, kadangi Žemė, kaip ir kitos planetos, juda ne apskritimu, o elipse, kurios viename židinių yra Saulė. Dėl šios priežasties sausio mėnesį atstumas tarp Žemės ir Saulės lygus 147, o liepos mėnesį – 152 milijonams kilometrų. Plokštuma, kurioje guli Žemės orbita, vadinasi Ekliptikos plokštuma. Metų laikai – žiema, pavasaris, vasara ir ruduo – keičia vienas kitą tik todėl, kad Žemės pusiaujo ir Ekliptikos plokštumos nesutampa, o yra orientuotos viena kitos atžvilgiu 23.5 laipsnių kampu. Kitais žodžiais tariant, Žemės sukimosi ašis yra ne statmena Ekliptikos plokštumai, o sudaro su  statmeniu irgi tokį pat kampą. Šio kampo dydis judant Žemei orbita nekinta, nes to neleidžia judesio kiekio momento tvermės dėsnis. Dėl šios priežasties mūsų nuotrauka yra praktiškai tokia pati, nepriklausomai nuo to, kada fotografuota – vasarą, žiemą ar kitu metų laiku. Minėtas tvermės dėsnis, tačiau, leidžia Žemės sukimosi ašiai suktis apie statmenį Ekliptikos plokštumai, bet kadangi  kiekvienas toks apsisukimas trunka maždaug 25 725 metų, šis sukimasis praktiškai nestebimas. Šiuolaikiniais prietaisais jį galima aptikti per keletą naktų, bet stebint neginkluota akimi tam gali prireikti šimtmečių. Tarp kitko, senovės graikai šį reiškinį yra atradę maždaug prieš du tūkstančius metų. Dabar priedo dar nustatyta, kad ir pati Žemės orbita sukasi apie Saulę ir netgi šiek tiek kinta jos ekscentricitetas. Vienas toks apsisukimas įvyksta per 111 270 metų, taigi yra dar sunkiau pastebimas ir išmatuojamas. Jei įsivaizduotume, kad galime pažvelgti į Saulės sistemą iš išorės, tai žiūrint iš tos pusės, į kurią nukreipta Žemės sukimosi ašis (jos šiaurės polius), pamatytume, kad Žemė, kaip ir visos kitos planetos, juda apie Saulę kryptimi prieš laikrodžio rodyklę.

Pabandykime išsiaiškinti, kas tai yra para. Įsivaizduokite, kad esate pusiaujuje ir tam tikru momentu Saulė yra jums tiesiai virš galvos. Apsisukus Žemei 360 laipsnių kampu apie savo ašį, tai yra kitą dieną maždaug tuo pat metu, dėl Žemės judėjimo orbita apie Saulę, ji bus jau kitoje vietoje, ir Saulė dar nebus tiesiai virš galvos. Tai įvyks tik po keturių minučių. Para, tai yra 24 valandos, pagal susitarimą lygi ne laikui, per kurį Žemė apsisuka apie savo ašį, bet laiko intervalui tarp dviejų artimiausių momentų, kai Saulė būna zenite tame pačiame Žemės taške. Pilno Žemės apsisukimo apie savo ašį laikas lygus 23 valandoms, 56 minutėms ir 4 sekundėms. Tai vadinama žvaigždžių para, priešingai Saulės parai, lygiai 24 valandoms. Aišku, kad 24 valandos yra vidutinė Saulės paros trukmė, nes Saulės paros ilgis nėra pastovus metų bėgyje dėl to, kad pati Žemė savo orbita juda ne visai pastoviu greičiu. Jis yra kiek mažesnis, kai ji yra toliau nuo Saulės, ir kiek didesnis priartėjus.

Dabar jau nesunku suvokti, kad poliarinis ratas, tai yra sritis poliaus aplinkoje, kurioje pusę metų būna naktis, prasideda nuo 66.5 (tai lygu 90 – 23.5) laipsnių šiaurės platumos. Iš kitos pusės, Saulė zenite gali būti tik srityje apie pusiaują, kurio platuma ne didesnė kaip 23.5 laipsnių. Pas mus Lietuvoje tai negręsia, nes platuma, kaip minėta, lygi maždaug 55 laipsniams.

Pabaigai tikslinga tarti keletą žodžių apie Žemę kaip dangaus kūną. Ji panaši į rutulį, kurio spindulys apytikriai lygus 6367 km (pusiaujyje maždaug 21 kilometru didesnis negu poliuje), o masė – 5.974*1024 kg. Vidutinis tankis lygus 5.517 kg/dm3. Paviršiuje jis mažiausias, ir siekia iki 3 kg/dm3, o giliau didėja, pasiekdamas centre apie 13 kg/dm3 (palyginimui reikia priminti, kad vandens tankis lygus 1 kg/dm3).

Nuotraukose iš kosmoso Žemė panaši į deimantą. Ypatinga atmosferos sudėtis ir jos viršutinių sluoksnių struktūra yra labai palankios atspindėti šviesai, todėl jos albedo (šviesos atspindžio koeficientas) lygus 0.31. Kadangi Mėnulis neturi atmosferos, jo albedo lygus tik 0.07 ir todėl jis yra daug tamsesnis už Žemę. Žemės nuotrauka, padaryta Mėnulyje, yra tiesiog įspūdinga. Deja, Žemė yra labai trapus dangaus kūnas, jos paviršinis kietas sluoksnis (pluta) yra tik 5-10 kilometrų storio po okeanais ir 30-50 kilometrų – po žemynais. Giliau esanti maždaug 2 900 km storio mantija yra žymiai paslankesnė, gal net ir skysta substancija. Ji pamažu pereina į šerdį, kurios spindulys sudaro apie 3 450 km. Vidinėje srityje šerdis yra sudaryta iš didelio tankio kietos medžiagos, kurioje daug metalo. Dėl esančių Žemės viduje radioaktyvių elementų temperatūra einant gilyn į Žemę greitai kyla, kas kilometras padidėdama maždaug 25 laipsniais. Žemės centre ji yra ne mažesnė kaip 4 000 laipsnių.

Žemės paviršinis sluoksnis yra sudarytas iš dalių, judančių viena kitos atžvilgiu. Tas judėjimas sukelia Žemės drebėjimus ir ugnikalnių išsiveržimus, o susidūrimų metu yra susiformavę kalnynai. Žemės paviršių dengia dujų sluoksnis – atmosfera, kurios tankis tolydžio mažėja, todėl storis, kuriame jis yra pakankamai didelis, sudaro taip pat tik kelias dešimtis kilometrų. Būtent atmosferos buvimas yra viena būtinų mūsų egzistavimo sąlygų ir to komforto, kuriame gyvename, priežastis. Jei jos nebūtų arba ji būtų nepakankamai tanki, sąlygos Žemėje pastebimai suprastėtų. Pirmiausia, niekas nesaugotų nuo nuolatinio meteoritų lietaus, antra – žymiai padidėtų dienos ir nakties temperatūrų skirtumas ir galėtų būti netgi pažeistas vandens apykaitos ciklas (įsivaizduokite, kas būtų, jei kiekvieną naktį užšaltų visi vandens telkiniai, o kiekvieną dieną užvirtų).

Centrinis sistemos kūnas – Saulė, apie kurią sukasi visos planetos, yra normali, niekuo neišsiskirianti žvaigždė. Stebima daug šimtus kartų didesnių ir milijonus kartų šviesesnių žvaigždžių. Apie Saulę ir kitas žvaigždes mes dar kalbėsime smulkiau, todėl dabar aptarkime tik svarbiausias jos savybes. Jos diametras lygus 108.97 Žemės diametrų, o vidutinis tankis sudaro tik 1.409 kg/dm3, tai yra beveik keturis kartus mažesnis už Žemės tankį. Vis tik Saulės masė 332 830 kartų didesnė už Žemės masę. Ji sudaro 99.85 procentus visos Saulės sistemos, tai yra Saulės, devynių didžiausių planetų, kometų, asteroidų, meteoritų ir tarpplanetinės erdvės, masės. Trumpai tariant Saulė yra sudaryta iš nedidelės šerdies, kurioje vyksta branduolinės reakcijos ir gaminama energija, ir supančio ją šviečiančių dujų debesies, kurio paviršių mes ir matome. Būtent tas lengvas dujų debesys taip stipriai ir įtakoja vidutinio Saulės tankio dydį, labai jį sumažindamas netgi palyginus su Žemės tankiu. Temperatūra Saulės centre yra apie 16 milijonų laipsnių, o tankis – apie 160 kg/dm3, gi paviršiuje siekia tik apie 6 tūkstančius laipsnių. Nustatyta, kad Saulė irgi sukasi apie savo ašį, tačiau jos apsisukimo periodai yra skirtingi įvairiose vietose – centras apsisuka per 27 Žemės paras, pusiaujas – per 25.7, o polių aplinka – per 33 paras. Saulės pusiaujo plokštuma irgi nesutampa su Ekliptikos plokštuma, bet yra pakrypusi į ją 7.25 laipsnio kampu. Žiūrint iš Žemės šiaurės poliaus pusės, Saulė, kaip ir Žemė, sukasi kryptimi prieš laikrodžio rodyklę.

Antrasis svarbiausias mūsų kaimynas yra Mėnulis. Jo paviršius, kaip ir Žemės, yra kietas. Matomos ir plika akimi tamsesnės jo paviršiaus sritys dar nuo Renesanso laikų vadinamos jūromis, nes buvo manoma, kad jos užpildytos vandeniu. Žvilgterėjus kad ir per primityvų teleskopą, lengva pastebėti Mėnulio paviršiuje apvalias įdubas. Buvo manoma, kad tai yra Mėnulio vulkanų krateriai, tačiau pasigilinus nustatyta, kad Mėnulis yra visai atvėsęs ir nerodo jokio vulkaninio aktyvumo, ir jie yra atsiradę susidūrus su įvairiais atsitrenkusiais į paviršių kūnais. Mėnulio diametras, lygus 3476 km, sudaro maždaug ketvirtį (tiksliau – 0.273) Žemės diametro, o masė – 0.0123 (apytikriai 1/81) Žemės masės. Tankis irgi mažesnis nei Žemės ir lygus 3.34 kg/dm3. Kadangi Mėnulis neturi atmosferos, jo paviršiaus temperatūra dieną lygi maždaug plius 130 laipsnių karščio, o naktimis nukrenta iki minus 170 laipsnių. Mėnulis apie savo ašį apsisuka per 27.32 Žemės paros (tai yra Mėnulio para) ir jo apsisukimo apie savo ašį laikas irgi tiksliai lygus 27.32 Žemės paros (tai reiškia, kad Mėnulio metai sutampa su jo diena), todėl į Žemę nuolatos būna atkreipta ta pati jo pusė. Tikroji šio reiškinio priežastis ta, kad Mėnulis nėra visiškai simetriškas, o kiek panašus į kriaušę, ir dėl traukos Žemės link visada pasisuka savo masyvesniąja puse. Vidutinis Mėnulio orbitos spindulys lygus 384 401 km (arba maždaug 60.4 Žemės spindulio; tokį atstumą nuo pagaminimo iki rimto remonto nuvažiuoja miesto autobusas); jis vėlgi nėra pastovus, o kinta nuo mažiausios vertės, lygios 363 297 km iki didžiausios, lygios 405 505 km. Mėnulio orbitos plokštuma vėlgi yra orientuota originaliai ir nesutampa nė su viena išvardintų. Ji yra pakreipta 5 laipsnių kampu į Ekliptikos plokštumą. Dėl šios priežasties palyginti retai pasitaiko Mėnulio ir dar rečiau – Saulės užtemimai. Užtemimai gali įvykti tiktai tada, kai Saulė, Žemė ir Mėnulis išsirikiuoja beveik vienoje tiesėje ir Mėnulis patenka į Žemės šešėlį (Mėnulio užtemimas) arba Mėnulio šešėlis krenta į Žemę (Saulės užtemimas). Deja, netgi tokiu atveju užtemimai ne visada įvyksta, nes tuomet, kai Mėnulis būna maksimaliai nutolęs nuo Žemės, jo  šešėlio intensyvioji dalis (umbra) Žemės nepasiekia.

Mėnulio judėjimo orbitoje kryptis vėlgi yra tokia pati, kaip Saulės ir Žemės, tai yra stebint iš Žemės šiaurės poliaus – prieš laikrodžio rodyklę. Mėnulis ne tik juda orbita apie Žemę, bet tuo pat metu kartu su Žeme skrieja apie Saulę. Dėl šios priežasties Mėnuliui apskriejus Žemę, tai yra kai po 27 parų, 7 valandų ir 43 minučių jis atsiduria toje pačioje vietoje žvaigždžių atžvilgiu (tai ir vadinama žvaigždiniu periodu), Saulės atžvilgiu jis dar nebūna orientuotas taip pat kaip pradiniu momentu. Tai įvyksta tik po dviejų parų. Šis didesnysis periodas, lygus 29 paroms, 12 valandų ir 44 minutėms būtent ir yra vadinamas Mėnulio mėnesiu. Tokiu dažniu kartojasi Mėnulio fazės – pilnatis (kai jis yra priešingoje pusėje negu Saulė), delčia, jaunas (kai jis atsiduria toje pačioje pusėje kaip Saulė) ir priešpilnis.

Kaip žinote, Mėnulis sukelia Žemėje reguliariai besikartojančius potvynius ir atoslūgius. Kitas galimos Mėnulio įtakos gyvenimui Žemėje pasireiškimas yra susijęs su įvairiais prietarais apie jo fazių reikšmę. Tai, kad Mėnulio fazės negali turėti įtakos kokiai nors tešlai, autobusų kursavimo tvarkaraščiui arba sesijos rezultatams, matyt tikite kiekvienas, tačiau yra ir kitokių, ne taip akivaizdžiai kvailų prognozių. Pavyzdžiui, laikraščiuose kiekvieną pavasarį spausdinamas agronomų sudarytas sėjos kalendorius, kuriame rekomenduojama sėjant ar sodinant atsižvelgti į Mėnulio fazes. Pabandykime išsiaiškinti, ar tai gali turėti kokią nors įtaką augalams, ar tokios rekomendacijos analogiškos astrologų panašystėms.

Pradėkime nuo potvynių, nes jie ir yra raktas minėtiems atsakymams rasti.

Žemė    1
Saulė    8.6*10-4
Mėnulis    3.4*10-6
Venera    1.9*10-8
Jupiteris    3.3*10-8
Artimiausia žvaigždė    1.4*10-14
Paukščių Takas    2.1*10-11
Artimoji galaktikų grupė    10-15

Kaip matome iš 1 Lentelės, Saulė veikia ant  Žemės esantį kūną beveik 250 kartų didesne jėga, negu Mėnulis. Lygiai kaip ir Mėnulis, žiūrint iš Žemės, ji kiekvieną parą apsisuka aplink Žemę, tačiau niekas nesako, kad ji gali sukelti tokius potvynius, kaip Mėnulis.

Problemos sprendimo raktas yra tame, kad visuotinės traukos dėsnyje sąveika tarp dviejų masių proporcinga toms masėms ir atvirkščiai proporcinga atstumo tarp jų kvadratui. Kas yra tas atstumas, pasakyti, jei gerai pagalvosime, ne taip jau ir paprasta. Įsivaizduokite šalia viena kitos padėtas dvi liniuotes. Nuo kurių taškų matuoti atstumą tarp jų? Jį galima apibrėžti labai plačiose ribose. Rekomenduotas mokykloje tokiu atveju atstumas tarp masių centrų paprasčiausiai duoda klaidingą rezultatą. Aš esu tai patikrinęs, bet jums įrodyti negaliu dėl to, kad reikėtų suintegruoti gana sudėtingą integralą, tačiau esu pažadėjęs to nedaryti. Norint gauti teisingą atsakymą, reikia susumuoti sąveikas tarp visų vienos ir kitos liniuotės molekulių. Tik tuo atveju, jei vietoje liniuočių nagrinėtume dviejų taisyklingų rutulių sąveiką, suintegravę gautume tokį pat rezultatą, kaip imdami atstumą tarp jų masių centrų ir leisdami, kad kiekvienos sferos masė sukoncentruota šiame viename taške. Bendru atveju sąveikoja kiekviena Žemės molekulė su kiekviena Mėnulio molekule. Pažvelkime dabar atidžiau į Žemę. Tos jos paviršiaus dalys, kurios yra atkreiptos į Mėnulį, yra traukiamos žymiai stipriau negu esančios, žiūrint iš Mėnulio, Žemės kraštuose arba priešingoje jos pusėje. Tai ir sąlygoja vandens tekėjimą iš pakraščių į abi puses – ir į tą, kuri atkreipta į Mėnulį, ir į priešingą. Dėl šios priežasties potvyniai toje pačioje vietoje kartojasi ne kas 24, o maždaug kas 12 valandų. Visiškai tiksliai šnekant, dėl santykinio Žemės ir Mėnulio judėjimo potvyniai kasdien dar apie 50 min vėluoja, todėl toje pačioje vietoje vyksta įvairiu paros metu. Ežere  arba nedidelėje jūroje, tokioje kaip Baltijos jūra, didelių potvynių nebūna todėl kad jėgų, kuriomis Mėnulis veikia vieną arba kitą jo (jos) pakraštį, skirtumas yra labai mažas. Saulė tokių didelių potvynių nesukelia dėl tos pačios priežasties – ji yra labai toli nuo Žemės, palyginus su Mėnuliu, ir todėl jėgų, veikiančių dienos ir nakties puses, skirtumas yra maždaug du kartus mažesnis. Reikia pažymėti, kad minėtos potvynio jėgos sukelia ne tik vandens masių, kas lengviausiai pastebima, bet ir atmosferos, o taip pat ir Žemės paviršiaus deformacijas.

Visų trijų kūnų – Saulės, Žemės ir Mėnulio – sąveika gali sukelti papildomus efektus, sustiprinančius šiuos potvynius, kai jie išsidėstę vienoje tiesėje, tai yra kai Mėnulis yra pilnaties arba jauno fazėje, ir silpninančius juos Mėnuliui esant delčios ir priešpilnio fazėse. Toks poveikis gali palengvinti daigų prasikalimą, todėl sėjos kalendoriai su astrologija ryšio neturi ir yra žymiai rimtesni, verti pasitikėjimo dokumentai.

Beveik visos šių trijų kūnų ir jų orbitų savybės daugiau ar mažiau tiksliai yra žinomos jau labai seniai, daugiau nei du tūkstančius metų.

2 comments to Žemė, saulė ir mėnulis

Leave a Reply

You can use these HTML tags

<a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>