Mi lenne, ha valaki azt mondaná neked, hogy bármelyik pillanatban a hangsebességet jóval meghaladó sebességgel haladsz? Talán őrültnek gondolnád, tekintve, hogy – amennyire meg tudod állapítani – szilárd talajon állsz, és nem egy szuperszonikus repülőgép pilótafülkéjében. Mindazonáltal az állítás helytálló. Egy adott pillanatban mindannyian körülbelül 1674 kilométer/órás sebességgel mozgunk, köszönhetően a Föld forgásának,
A Föld forgása definíció szerint az az időtartam, amely alatt a Föld egyszer megfordul a tengelye körül. Ez nyilvánvalóan naponta egyszer – azaz 24 óránként – valósul meg. Valójában azonban a forgásnak két különböző fajtáját kell itt figyelembe venni. Az egyik, hogy mennyi időbe telik, amíg a Föld egyszer elfordul a tengelye körül, hogy az Univerzum többi részéhez képest ugyanabba az irányba térjen vissza. Aztán ott van az, hogy mennyi időbe telik, amíg a Föld elfordul, hogy a Nap visszatérjen ugyanarra a pontra az égen.
Soláris vs. sziderikus nap:
Amint tudjuk, a Napnak pontosan 24 órába telik, hogy visszatérjen ugyanarra a pontra az égen, ami nyilvánvalónak tűnik. A 24 óra az, amit mi egy teljes napnak gondolunk, és az az idő, ami alatt a nappalból átmegyünk éjszakába és vissza. Valójában azonban a Földnek valójában 23 óra 56 perc és 4,09 másodperc kell ahhoz, hogy a háttércsillagokhoz képest egyszer megforduljon a tengelye körül.
Miért ez a különbség? Nos, azért, mert a Föld a Nap körül kering, és egy keringést alig több mint 365 nap alatt tesz meg. Ha a 24 órát elosztjuk 365 nappal, akkor azt látjuk, hogy kb. 4 perc marad naponta. Más szóval a Föld forog a tengelye körül, de közben a Nap körül is kering, így a Nap helyzete az égbolton minden nap 4 percet zárkózik fel.
Azt az időtartamot, amely alatt a Föld egyszer megfordul a tengelye körül, sziderikus napnak nevezzük – ami 23,9344696 óra. Mivel ez a fajta napmérés a Földnek a csillagokhoz viszonyított helyzetén alapul, a csillagászok időmérő rendszerként használják, hogy nyomon kövessék, hol fognak megjelenni a csillagok az éjszakai égbolton, főként azért, hogy tudják, melyik irányba kell irányítaniuk a távcsöveket.
Az idő, amely alatt a Nap visszatér az égbolt ugyanazon pontjára, napnapnak nevezik, ami 24 óra. Ez azonban az év során változik, és a halmozódó hatás akár 16 perces szezonális eltéréseket eredményez az átlagtól. Ezt két tényező okozza, amelyek közé tartozik a Föld Nap körüli elliptikus pályája és tengelyferdülése.
Pálya és tengelyferdülés:
Amint azt Johannes Kepler az Astronomia Nova című művében (1609) megállapította, a Föld és a napbolygók nem tökéletes körökben forognak a Nap körül. Ez Kepler első törvényeként ismert, amely kimondja, hogy “egy bolygó Nap körüli pályája egy ellipszis, amelynek egyik középpontjában a Nap tömegközéppontja van”. A perihéliumban (azaz a legközelebb) 147 095 000 km-re van a Naptól; míg az aphéliumban 152 100 000 km-re.
Ez a távolságváltozás azt jelenti, hogy a Föld keringési sebessége megnő, amikor a legközelebb van a Naphoz. Míg a sebessége átlagosan körülbelül 29,8 km/s (18,5 mps) vagy 107 000 km/h (66487 mph), valójában az év folyamán másodpercenként egy teljes km-rel változik – 30,29 km/s és 29 között.29 km/s (109,044 – 105,444 km/h; 67,756.8 – 65,519.864 mph) között.
Ezzel a sebességgel a Napnak 24 órának – azaz egy napnapnak – megfelelő időre van szüksége ahhoz, hogy a Föld tengelye körül teljes fordulatot tegyen és visszatérjen a meridiánhoz (a földgömb egy pontja, amely északról délre halad a pólusokon keresztül). A Nap és a Föld északi pólusai feletti nézőpontból nézve a Föld az óramutató járásával ellentétes irányban kering a Nap körül.
A Földnek ez a Nap körüli forgása, vagyis a Napnak a napéjegyenlőségek közötti precessziója az oka annak, hogy egy év körülbelül 365,2 napig tart. Ez az oka annak is, hogy négyévente egy plusz napra van szükség (egy február 29. minden szökőévben). Emellett a Föld Nap körüli forgása enyhe (0,0167°) excentricitásnak van kitéve, ami azt jelenti, hogy az év bizonyos időszakaiban periodikusan közelebb vagy távolabb kerül a Naptól.
A Föld tengelye is körülbelül 23,439°-kal hajlik az ekliptika felé. Ez azt jelenti, hogy amikor a Nap mindkét napéjegyenlőségkor áthalad az egyenlítőn, a háttércsillagokhoz viszonyított napi eltolódása az egyenlítőhöz képest szöget zár be. Júniusban és decemberben, amikor a Nap a legtávolabb van az égi egyenlítőtől, egy adott elmozdulás az ekliptika mentén nagy elmozdulásnak felel meg az egyenlítőnél.
A látszólagos napnapok tehát márciusban és szeptemberben rövidebbek, mint júniusban vagy decemberben. Az északi mérsékelt égövi szélességeken a Nap a nyári napforduló idején a valódi kelettől északra kel, és a valódi nyugattól északra nyugszik, télen pedig megfordul. A déli mérsékelt égövben a Nap nyáron az igaz keleti szélességtől délre kel, és az igaz nyugattól délre nyugszik.
Pörgési sebesség:
Amint korábban említettük, a Föld meglehetősen gyorsan forog. Valójában a tudósok megállapították, hogy a Föld forgási sebessége az Egyenlítőnél 1674,4 km/h. Ez azt jelenti, hogy pusztán az Egyenlítőn állva egy ember máris a hangsebességet meghaladó sebességgel haladna körbe-körbe. De hasonlóan a nap méréséhez, a Föld forgását is kétféleképpen lehet mérni.
A Föld forgási periódusát az állócsillagokhoz viszonyítva “csillagnapnak” nevezik, ami 86 164,09890903691 másodperc átlagos napidő (vagy 23 óra, 56 perc és 4,0989 másodperc). A Föld forgási ideje a precesszáló vagy mozgó tavaszi napéjegyenlőséghez képest 23 óra 56 perc és 4,0905 másodperc az átlagos napidőből. Nem nagy különbség, de azért mégiscsak különbség.
A bolygó azonban az idő múlásával kissé lelassul, a Holdnak a Föld forgására gyakorolt árapályhatása miatt. Az atomórák azt mutatják, hogy egy mai nap körülbelül 1,7 ezredmásodperccel hosszabb, mint egy évszázaddal ezelőtt, ami lassan növeli az UTC szökőmásodpercekkel történő kiigazításának ütemét. A Föld forgása szintén nyugatról kelet felé halad, ezért a Nap keleten kel fel és nyugaton nyugszik.
A Föld kialakulása:
Egy másik érdekes dolog a Föld forgásával kapcsolatban, hogy hogyan kezdődött az egész. Alapvetően a bolygó forgása azoknak a részecskéknek a szögnyomatékának köszönhető, amelyek 4,6 milliárd évvel ezelőtt összejöttek, hogy létrehozzák bolygónkat. Ezt megelőzően a Föld, a Nap és a Naprendszer többi része egy óriási, hidrogénből, héliumból és más nehezebb elemekből álló molekuláris felhő része volt.
Amint a felhő összeomlott, az összes részecske lendülete a felhőt forgásba hozta. A Föld jelenlegi forgási periódusa ennek a kezdeti forgásnak és más tényezőknek az eredménye, beleértve az árapály-súrlódást és a Theia feltételezett becsapódását – egy Mars méretű objektummal való ütközés, amely a feltételezések szerint kb. 4,5 milliárd évvel ezelőtt történt, és kialakította a Holdat.
Ez a gyors forgás adja a Föld alakját is, amely lapított szferoiddá (vagy összenyomott gömbnek látszó gömbbé) lapította ki. Bolygónknak ez a különleges alakja azt jelenti, hogy az egyenlítő mentén lévő pontok valójában távolabb vannak a Föld középpontjától, mint a pólusoknál.
A tanulmány története:
A régi időkben a csillagászok természetesen azt hitték, hogy a Föld egy fix test a kozmoszban, és hogy a Nap, a Hold, a bolygók és a csillagok mind körülötte forognak. A klasszikus ókorra ez olyan filozófusok és csillagászok, mint Arisztotelész és Ptolemaiosz által kozmológiai rendszerré formálódott – ami később a világegyetem ptolemaioszi modelljeként (vagy geocentrikus modelljeként) vált ismertté.
Az ókorban azonban voltak olyanok, akik megkérdőjelezték ezt a konvenciót. Az egyik vitás pont az volt, hogy a Föld nem csak helyhez kötött, de nem is forog. Szamosi Arisztarkhosz (Kr. e. 310 körül – 230) például olyan írásokat tett közzé a témában, amelyeket kortársai (például Arkhimédész) idéztek. Arkhimédész szerint Arisztarkhosz azt vallotta, hogy a Föld forog a Nap körül, és hogy a világegyetem sokszor nagyobb, mint korábban gondolták.
Aztán ott volt Szeleuksziosz Szeleukidész (Kr. e. kb. 190 – 150), egy hellenista csillagász, aki a közel-keleti Szeleukida Birodalomban élt. Szeleukasz az Arisztarkhosz heliocentrikus rendszerének híve volt, sőt, talán még igaznak is bizonyította azt azáltal, hogy pontosan kiszámította a bolygók helyzetét és a Föld forgását a Föld-Hold “tömegközéppont” körül.”
A világegyetem geocentrikus modelljét a középkori iszlám és indiai tudósok is megkérdőjelezték. Például Aaryabhata indiai csillagász Kr. u. 499-ben publikálta Aryabhatiya című főművét, amelyben olyan modellt javasolt, amelyben a Föld a tengelye körül forog, és a bolygók periódusait a Naphoz viszonyítva adta meg.
A 10. századi iráni csillagász, Abu Sa’id al-Sijzi ellentmondott a ptolemaioszi modellnek, azt állítva, hogy a Föld a tengelye körül forog, ezzel magyarázva a látszólagos napszakos ciklust és a csillagok Földhöz viszonyított forgását. Körülbelül ugyanebben az időben Abu Rayhan Biruni 973 – 1048) megvitatta a Föld saját tengelye és a Nap körüli forgásának lehetőségét – bár ő ezt filozófiai és nem matematikai kérdésnek tekintette.
A Maragha és az Ulugh Beg (más néven Szamarkand) csillagvizsgálóban a 13. és 15. század között csillagászok több generációja vitatta a Föld forgását, és a felhozott érvek és bizonyítékok közül sok hasonlított a Kopernikusz által használtakra. Nilakantha Somayaji szintén ebben az időben adta ki az Aryabhatiyabhasya (az Aryabhatiya kommentárja) című művét, amelyben egy részben heliocentrikus bolygómodell mellett érvelt. Ezt követte 1500-ban a Tantrasangraha, amelyben Somayaji beépítette a Föld tengely körüli forgását.
A 14. században a heliocentrizmus és a mozgó Föld szempontjai kezdtek megjelenni Európában. Például Nicole Oresme francia filozófus püspök (kb. 1320-1325-től Kr. u. 1382-ig) megvitatta annak lehetőségét, hogy a Föld a tengelye körül forog. A legnagyobb hatást azonban Nicolaus Copernicus lengyel csillagász gyakorolta a modern csillagászatra, amikor 1514-ben Commentariolus (“Kis kommentár”) című rövid értekezésében közzétette a heliocentrikus világegyetemről szóló elképzeléseit.
Kopernikusz, mint előtte mások, Atisztarkhosz görög csillagász munkásságára épített, valamint tisztelgett a Maragha-iskola és az iszlám világ több neves filozófusa előtt (lásd alább). Modelljének szerves része volt, hogy a Föld és az összes többi bolygó a Nap körül kering, de az is, hogy a Föld a tengelye körül forog, és a Hold is kering körülötte.
Idővel, és olyan tudósoknak köszönhetően, mint Galilei és Sir Isaac Newton, bolygónk mozgása és forgása elfogadott tudományos konvencióvá vált. Az űrkorszak beköszöntével, a műholdak és atomórák telepítésével nemcsak megerősítettük, hogy állandó mozgásban van, hanem hihetetlen pontossággal meg is tudtuk mérni a pályáját és a forgását.
Röviden, a világ a kezdetek óta forog. És, ellentétben azzal, amit egyesek állítanak, valójában lassul, bár hihetetlenül lassú ütemben. De persze mire jelentősen lelassul, addigra valószínűleg megszűnünk létezni, vagy kicsúszunk a “mogorva kötelékeiből”, és bolygóközi fajjá válunk.
A Föld mozgásáról már sok érdekes cikket írtunk itt a Universe Todayn. Íme: Milyen gyorsan forog a Föld?, A Föld keringése a Nap körül, Milyen gyorsan forog a Föld?, Miért forog a Föld?, Mi történne, ha a Föld megszűnne forogni? és Mi a különbség a Naprendszer heliocentrikus és geocentrikus modellje között?
Ha további információkat szeretnél a Föld forgásáról, nézd meg a NASA Naprendszer-felfedező útmutatóját a Földről. És itt egy link a NASA Föld-megfigyelőközpontjához.
Asztronómia Cast egy epizódját is felvettük, amely a Földről szól. Hallgassa meg itt, az 51. epizódot: Föld.