Co kdyby vám někdo řekl, že se v daném okamžiku pohybujete rychlostí výrazně převyšující rychlost zvuku? Mohli byste si myslet, že se zbláznil, vzhledem k tomu, že – pokud jste to mohli posoudit – jste stáli na pevné zemi, a ne v kokpitu nadzvukového letadla. Přesto je toto tvrzení správné. V každém okamžiku se všichni pohybujeme rychlostí přibližně 1674 kilometrů za hodinu, a to díky rotaci Země,
Podle definice je rotace Země doba, za kterou se jednou otočí kolem své osy. To se podle všeho uskuteční jednou za den – tedy každých 24 hodin. Ve skutečnosti je však třeba vzít v úvahu dva různé druhy rotace. Jednak je to doba, za kterou se Země jednou otočí kolem své osy tak, aby se vrátila do stejné orientace ve srovnání se zbytkem vesmíru. Pak je tu doba, za jak dlouho se Země otočí tak, aby se Slunce vrátilo na stejné místo na obloze.
Solární vs. hvězdný den:
Jak všichni víme, Slunci trvá přesně 24 hodin, než se vrátí na stejné místo na obloze, což by se zdálo být samozřejmé. Za 24 hodin považujeme úplný den a dobu, za kterou přecházíme ze dne do noci a zpět. Ve skutečnosti však Zemi trvá 23 hodin, 56 minut a 4,09 sekundy, než se jednou otočí kolem své osy ve srovnání s hvězdami v pozadí.
Proč ten rozdíl? No, bude to proto, že Země obíhá kolem Slunce a jeden oběh dokončí za něco málo přes 365 dní. Když vydělíte 24 hodin 365 dny, zjistíte, že vám zbývají asi 4 minuty na den. Jinými slovy, Země se otáčí kolem své osy, ale zároveň obíhá kolem Slunce, takže poloha Slunce na obloze se každý den dohání o 4 minuty.
Doba, za kterou se Země jednou otočí kolem své osy, se nazývá hvězdný den – ten trvá 23,9344696 hodiny. Protože tento typ měření dne vychází z polohy Země vůči hvězdám, astronomové jej používají jako časoměrný systém pro sledování toho, kde se na noční obloze objeví hvězdy, především proto, aby věděli, kterým směrem mají namířit své dalekohledy.
Doba, za kterou se Slunce vrátí na stejné místo na obloze, se nazývá sluneční den, který trvá 24 hodin. V průběhu roku se však mění a kumulativní efekt způsobuje sezónní odchylky až 16 minut od průměru. To je způsobeno dvěma faktory, mezi které patří eliptická dráha Země kolem Slunce a její axiální sklon.
Oběžná dráha a axiální sklon:
Jak uvedl Johannes Kepler ve svém díle Astronomia Nova (1609), Země a sluneční planety se kolem Slunce neotáčejí po dokonalých kružnicích. To je známé jako první Keplerův zákon, který říká, že „oběžná dráha planety kolem Slunce je elipsa se středem hmotnosti Slunce v jednom ohnisku“. V periheliu (tj. nejblíže) je od Slunce vzdálena 147 095 000 km (91 401 000 mil), zatímco v aféliu 152 100 000 km (94 500 000 mil).
Tato změna vzdálenosti znamená, že se oběžná rychlost Země zvyšuje, když je nejblíže Slunci. Zatímco její průměrná rychlost činí přibližně 29,8 km/s (18,5 mil/s) neboli 107 000 km/h (66487 mil/h), ve skutečnosti se v průběhu roku pohybuje o celý kilometr za sekundu – mezi 30,29 km/s a 29.29 km/s (109,044 – 105,444 km/h; 67 756,8 – 65 519,864 mph).
Při této rychlosti trvá Slunci ekvivalent 24 hodin, tj. jeden sluneční den, než dokončí plnou rotaci kolem zemské osy a vrátí se na poledník (bod na zeměkouli, který vede od severu k jihu přes póly). Při pohledu ze stanoviště nad severními póly Slunce i Země obíhá Země kolem Slunce proti směru hodinových ručiček.
Tato rotace Země kolem Slunce neboli precese Slunce přes rovnodennosti je důvodem, proč rok trvá přibližně 365,2 dne. Z tohoto důvodu je také nutné každé čtyři roky přidat jeden den navíc (29. únor během každého přestupného roku). Také rotace Země kolem Slunce podléhá mírné excentricitě (0,0167°), což znamená, že je v určitých obdobích roku periodicky blíže nebo dále od Slunce.
Zemská osa je také skloněna přibližně o 23,439° k ekliptice. To znamená, že když Slunce při obou rovnodennostech protíná rovník, je jeho denní posun vůči hvězdnému pozadí pod úhlem k rovníku. V červnu a prosinci, kdy je Slunce nejdále od nebeského rovníku, odpovídá danému posunu podél ekliptiky velký posun na rovníku.
V březnu a září jsou tedy zdánlivé sluneční dny kratší než v červnu nebo prosinci. V severních mírných zeměpisných šířkách Slunce během letního slunovratu vychází severně od pravého východu a zapadá severně od pravého západu, v zimě se obrací. Pro jižní mírné pásmo vychází Slunce v létě jižně od pravého východu a zapadá jižně od pravého západu.
Rotační rychlost:
Jak již bylo řečeno, Země se otáčí poměrně rychle. Vědci totiž zjistili, že rychlost rotace Země na rovníku je 1674,4 km/h. To znamená, že už jen tím, že by člověk stál na rovníku, by se pohyboval rychlostí přesahující rychlost zvuku v kruhu. Ale podobně jako měření dne lze i rotaci Země měřit jedním ze dvou různých způsobů.
Doba rotace Země vzhledem k pevným hvězdám je známá jako „hvězdný den“, což je 86 164,098903691 sekundy středního slunečního času (neboli 23 hodin, 56 minut a 4,0989 sekundy). Perioda rotace Země vzhledem k precesní nebo pohyblivé střední jarní rovnodennosti mezitím činí 23 hodin 56 minut a 4,0905 sekundy středního slunečního času. Není to velký rozdíl, ale přesto je to rozdíl.
S postupem času se však planeta mírně zpomaluje v důsledku slapových účinků Měsíce na rotaci Země. Atomové hodiny ukazují, že moderní den je delší přibližně o 1,7 milisekundy než před sto lety, čímž se pomalu zvyšuje rychlost, s jakou se UTC upravuje o přestupné sekundy. Rotace Země také směřuje od západu k východu, proto Slunce vychází na východě a zapadá na západě.
Vznik Země:
Další zajímavostí ohledně rotace Země je, jak to všechno začalo. V podstatě je rotace planety způsobena úhlovým momentem všech částic, které se před 4,6 miliardami let spojily a vytvořily naši planetu. Předtím byly Země, Slunce a zbytek sluneční soustavy součástí obřího molekulárního mraku vodíku, helia a dalších těžších prvků.
Když se mrak zhroutil dolů, moment hybnosti všech částic uvedl mrak do rotace. Současná rotační perioda Země je výsledkem této počáteční rotace a dalších faktorů, včetně slapového tření a hypotetického impaktu Theia – srážky s objektem velikosti Marsu, ke které mělo dojít přibližně před 4,5 miliardami let a při které vznikl Měsíc.
Tato rychlá rotace je také tím, co dává Zemi její tvar, zplošťuje ji do oblého sféroidu (nebo jak vypadá zmačkaná koule). Tento zvláštní tvar naší planety znamená, že body podél rovníku jsou ve skutečnosti dále od středu Země než na pólech.
Historie studia:
V dávných dobách astronomové přirozeně věřili, že Země je pevným tělesem ve vesmíru a že Slunce, Měsíc, planety a hvězdy rotují kolem ní. V klasickém starověku to filozofové a astronomové jako Aristoteles a Ptolemaios formalizovali do kosmologických systémů – což později vešlo ve známost jako Ptolemaiovský model (neboli geocentrický model) vesmíru.
V průběhu starověku se však našli tací, kteří tuto konvenci zpochybňovali. Jedním ze sporných bodů byla skutečnost, že Země nejenže stojí pevně na místě, ale že se ani neotáčí. Například Aristarchos ze Samosu (asi 310-230 př. n. l.) vydal na toto téma spisy, které citovali jeho současníci (například Archimédes). Podle Archimeda Aristarchos zastával názor, že Země obíhá kolem Slunce a že vesmír je mnohonásobně větší, než se dříve myslelo.
A pak tu byl Seleukés ze Seleukie (asi 190 – 150 př. n. l.), helénistický astronom, který žil v blízkovýchodní Seleukovské říši. Seleukos byl zastáncem Aristarchova heliocentrického systému a možná dokonce dokázal jeho pravdivost přesnými výpočty poloh planet a oběhu Země kolem „středu hmoty“ Země-Měsíce.
Geocentrický model vesmíru budou zpochybňovat i středověcí islámští a indičtí učenci. Například v roce 499 n. l. vydal indický astronom Árjabhata svůj opus magnum Aryabhatiya, v němž navrhl model, podle něhož se Země otáčí kolem své osy a periody planet jsou dány vzhledem ke Slunci.
Íránský astronom 10. století Abu Sa’id al-Sijzi popřel Ptolemaiův model tvrzením, že Země rotuje kolem své osy, čímž vysvětlil zdánlivý denní cyklus a rotaci hvězd vzhledem k Zemi. Přibližně ve stejné době diskutoval Abu Rayhan Biruni 973 – 1048) o možnosti rotace Země kolem vlastní osy a kolem Slunce – ačkoli to považoval za filosofickou, nikoli matematickou otázku.
O rotaci Země diskutovalo v Maraghu a na observatoři Ulugh Beg (tzv. Samarkand) několik generací astronomů mezi 13. a 15. stoletím a mnohé předložené argumenty a důkazy se podobaly těm, které použil Koperník. V této době také Nilakantha Somayaji publikoval Aryabhatiyabhasya (komentář k Aryabhatiyi), ve kterém obhajoval částečně heliocentrický planetární model. V roce 1500 následovala Tantrasangraha, do níž Somajádži zahrnul otáčení Země kolem své osy.
Ve 14. století se v Evropě začaly objevovat aspekty heliocentrismu a pohyblivé Země. Například francouzský filozof biskup Nicole Oresme (asi 1320-1325 až 1382 n. l.) diskutoval o možnosti, že se Země otáčí kolem své osy. Největší vliv na moderní astronomii však měl polský astronom Mikuláš Koperník, který v roce 1514 publikoval své myšlenky o heliocentrickém vesmíru v krátkém pojednání Commentariolus („Malý komentář“).
Stejně jako jiní před ním navázal Koperník na dílo řeckého astronoma Atistarcha a zároveň vzdal hold Maraghově škole a několika významným filozofům z islámského světa (viz níže). Neodmyslitelnou součástí jeho modelu byla skutečnost, že Země a všechny ostatní planety obíhají kolem Slunce, ale také že Země se otáčí kolem své osy a obíhá kolem ní Měsíc.
Časem se díky vědcům, jako byli Galileo a sir Isaac Newton, stane pohyb a otáčení naší planety uznávanou vědeckou konvencí. S příchodem kosmického věku, rozmístěním družic a atomových hodin jsme nejen potvrdili, že je v neustálém pohybu, ale byli jsme schopni měřit její oběžnou dráhu a rotaci s neuvěřitelnou přesností.
Svět se zkrátka točí od svého vzniku. A v rozporu s tím, co někteří tvrdí, se ve skutečnosti zpomaluje, i když neuvěřitelně pomalu. Ale samozřejmě v době, kdy se výrazně zpomalí, už pravděpodobně přestaneme existovat nebo se vymaníme z jeho „nevrlých pout“ a staneme se meziplanetárním druhem.
O pohybech Země jsme zde na stránkách Vesmíru dnes napsali mnoho zajímavých článků. Například zde: Jak rychle se Země otáčí, Oběh Země kolem Slunce, Jak rychle se Země otáčí, Proč se Země otáčí, Co by se stalo, kdyby se Země přestala otáčet a Jaký je rozdíl mezi heliocentrickým a geocentrickým modelem sluneční soustavy
Chcete-li získat více informací o rotaci Země, přečtěte si Průvodce NASA po sluneční soustavě na téma Země. A zde je odkaz na Pozorovatelnu Země NASA.
Natočili jsme také epizodu pořadu Astronomy Cast věnovanou Zemi. Poslouchejte zde, epizoda 51: Země.