Ce ați face dacă cineva v-ar spune că, la un moment dat, călătoriți cu o viteză mult peste viteza sunetului? Ați putea crede că sunt nebuni, având în vedere că – din câte ați putea spune – stați pe pământ solid și nu în cabina unui avion supersonic. Cu toate acestea, afirmația este corectă. În orice moment, ne deplasăm cu toții cu o viteză de aproximativ 1.674 de kilometri pe oră, datorită rotației Pământului,
Prin definiție, rotația Pământului este durata de timp necesară pentru a se roti o dată pe axa sa. Acest lucru se realizează, aparent, o dată pe zi – adică la fiecare 24 de ore. Cu toate acestea, există, de fapt, două tipuri diferite de rotație care trebuie să fie luate în considerare aici. Pe de o parte, este vorba de timpul necesar pentru ca Pământul să se rotească o dată pe axa sa, astfel încât să revină la aceeași orientare față de restul Universului. Apoi, există cât timp este necesar ca Pământul să se rotească astfel încât Soarele să se întoarcă în același loc pe cer.
Ziua solară vs. ziua siderală:
Cum știm cu toții, este nevoie de exact 24 de ore pentru ca Soarele să se întoarcă în același loc pe cer, ceea ce ar părea evident. 24 de ore este ceea ce noi considerăm a fi o zi completă și timpul necesar pentru a trece de la zi la noapte și înapoi. Dar, în realitate, Pământului îi ia de fapt 23 de ore, 56 de minute și 4,09 secunde pentru a se roti o dată pe axa sa, în comparație cu stelele din fundal.
De ce această diferență? Ei bine, aceasta s-ar datora faptului că Pământul orbitează în jurul Soarelui, completând o orbită în puțin peste 365 de zile. Dacă împărțiți 24 de ore la 365 de zile, veți vedea că vă rămân aproximativ 4 minute pe zi. Cu alte cuvinte, Pământul se rotește pe axa sa, dar, de asemenea, orbitează în jurul Soarelui, astfel încât poziția Soarelui pe cer recuperează 4 minute în fiecare zi.
Primul timp necesar pentru ca Pământul să se rotească o dată pe axa sa este cunoscut sub numele de zi siderală – care are 23,9344696 ore. Deoarece acest tip de măsurare a zilei se bazează pe poziția Pământului în raport cu stelele, astronomii îl folosesc ca sistem de cronometrare pentru a urmări unde vor apărea stelele pe cerul nopții, în principal pentru a ști în ce direcție să își îndrepte telescoapele.
Timpusul de timp necesar pentru ca Soarele să se întoarcă în același loc pe cer se numește zi solară, care are 24 de ore. Totuși, aceasta variază pe parcursul anului, iar efectul cumulat produce abateri sezoniere de până la 16 minute față de medie. Acest lucru este cauzat de doi factori, care includ orbita eliptică a Pământului în jurul Soarelui și înclinarea sa axială.
Orbită și înclinare axială:
După cum a afirmat Johannes Kepler în lucrarea sa Astronomia Nova (1609), Pământul și planetele solare nu se rotesc în jurul Soarelui în cercuri perfecte. Acest lucru este cunoscut sub numele de Prima lege a lui Kepler, care afirmă că „orbita unei planete în jurul Soarelui este o elipsă cu centrul de masă al Soarelui la un focar”. La periheliu (adică cel mai apropiat) se află la 147.095.000 km de Soare; în timp ce la afeliu, se află la 152.100.000 km.
Această modificare a distanței înseamnă că viteza orbitală a Pământului crește atunci când se află cel mai aproape de Soare. În timp ce viteza sa medie este de aproximativ 29,8 km/s (18,5 mps) sau 107.000 km/h (66487 mph), ea variază de fapt cu un kilometru întreg pe secundă pe parcursul anului – între 30,29 km/s și 29.29 km/s (109,044 – 105,444 km/h; 67,756.8 – 65,519.864 mph).
În acest ritm, Soarele are nevoie de echivalentul a 24 de ore – adică o zi solară – pentru a efectua o rotație completă în jurul axei Pământului și a reveni la meridian (un punct de pe glob care trece de la nord la sud prin poli). Privit din punctul de vedere situat deasupra polilor nordici atât ai Soarelui cât și ai Pământului, Pământul orbitează în sens invers acelor de ceasornic în jurul Soarelui.
Această rotație a Pământului în jurul Soarelui, sau precesiunea Soarelui prin echinocții, este motivul pentru care un an durează aproximativ 365,2 zile. Acesta este, de asemenea, motivul pentru care, la fiecare patru ani, este necesară o zi în plus (o zi de 29 februarie în timpul fiecărui an bisect). De asemenea, rotația Pământului în jurul Soarelui este supusă unei ușoare excentricități de (0,0167°), ceea ce înseamnă că el este periodic mai aproape sau mai departe de Soare în anumite perioade ale anului.
Axa Pământului este, de asemenea, înclinată cu aproximativ 23,439° față de ecliptică. Acest lucru înseamnă că atunci când Soarele traversează ecuatorul la ambele echinocții, deplasarea sa zilnică în raport cu stelele de fond face un unghi față de ecuator. În iunie și decembrie, când Soarele este cel mai departe de ecuatorul ceresc, o anumită deplasare de-a lungul eclipticii corespunde unei deplasări mari la ecuator.
De aceea, zilele solare aparente sunt mai scurte în martie și septembrie decât în iunie sau decembrie. La latitudinile temperate nordice, Soarele răsare la nord de estul adevărat în timpul solstițiului de vară și apune la nord de vestul adevărat, inversându-se în timpul iernii. Soarele răsare la sud de estul adevărat în timpul verii pentru zona temperată sudică și apune la sud de vestul adevărat.
Viteza de rotație:
Cum s-a spus mai devreme, Pământul se rotește destul de repede. De fapt, oamenii de știință au stabilit că viteza de rotație a Pământului la ecuator este de 1.674,4 km/h. Acest lucru înseamnă că, doar stând pe ecuator, o persoană ar călători deja cu o viteză mai mare decât viteza sunetului într-un cerc. Dar, la fel ca și măsurarea unei zile, rotația Pământului poate fi măsurată în două moduri diferite.
Perioada de rotație a Pământului în raport cu stelele fixe este cunoscută sub numele de „zi stelară”, care reprezintă 86.164,098903691 secunde din timpul solar mediu (sau 23 de ore, 56 de minute și 4,0989 secunde). În același timp, perioada de rotație a Pământului în raport cu echinocțiul vernal mediu în precesie sau în mișcare este de 23 de ore, 56 de minute și 4,0905 secunde din timpul solar mediu. Nu este o diferență majoră, dar este totuși o diferență.
Cu toate acestea, planeta încetinește ușor odată cu trecerea timpului, din cauza efectelor de maree pe care Luna le are asupra rotației Pământului. Ceasurile atomice arată că o zi modernă este mai lungă cu aproximativ 1,7 milisecunde decât în urmă cu un secol, ceea ce mărește încet ritmul în care UTC este ajustat cu secundele bisecunde. De asemenea, rotația Pământului merge dinspre vest spre est, motiv pentru care Soarele răsare în est și apune în vest.
Formarea Pământului:
Un alt lucru interesant despre rotația Pământului este cum a început totul. Practic, rotația planetei se datorează momentului unghiular al tuturor particulelor care s-au adunat pentru a crea planeta noastră acum 4,6 miliarde de ani. Înainte de asta, Pământul, Soarele și restul Sistemului Solar făceau parte dintr-un nor molecular gigantic de hidrogen, heliu și alte elemente mai grele.
În timp ce norul s-a prăbușit, impulsul tuturor particulelor a pus norul în rotație. Actuala perioadă de rotație a Pământului este rezultatul acestei rotații inițiale și al altor factori, inclusiv frecarea mareelor și ipoteticul impact al lui Theia – o coliziune cu un obiect de mărimea lui Marte care se crede că a avut loc acum aproximativ 4,5 miliarde de ani și a format Luna.
Această rotație rapidă este, de asemenea, cea care dă forma Pământului, aplatizându-l într-un sferoid oblic (sau ceea ce arată ca o minge strivită). Această formă specială a planetei noastre înseamnă că punctele situate de-a lungul ecuatorului sunt de fapt mai departe de centrul Pământului decât cele de la poli.
Istoria studiului:
În antichitate, astronomii credeau, în mod natural, că Pământul este un corp fix în cosmos și că Soarele, Luna, planetele și stelele se rotesc în jurul său. Până în antichitatea clasică, acest lucru a fost formalizat în sisteme cosmologice de către filozofi și astronomi precum Aristotel și Ptolemeu – care mai târziu a ajuns să fie cunoscut sub numele de Modelul Ptolemeic (sau Modelul Geocentric) al universului.
Cu toate acestea, în timpul Antichității au existat cei care au pus la îndoială această convenție. Un punct de dispută a fost faptul că Pământul nu numai că era fixat în loc, dar că nu se rotea. De exemplu, Aristarchus din Samos (cca. 310 – 230 î.Hr.) a publicat scrieri pe această temă care au fost citate de contemporanii săi (cum ar fi Arhimede). Potrivit lui Arhimede, Aristarchus a susținut că Pământul se rotea în jurul Soarelui și că universul era de multe ori mai mare decât se credea anterior.
Și apoi a existat Seleucis din Seleucia (cca. 190 – 150 î.Hr.), un astronom elenist care a trăit în Imperiul Seleucid din Orientul Apropiat. Seleucus a fost un susținător al sistemului heliocentric al lui Aristarchus și este posibil să fi dovedit chiar că acesta este adevărat, calculând cu exactitate pozițiile planetare și revoluția Pământului în jurul „centrului de masă” Pământ-Lună.
Modelul geocentric al universului va fi, de asemenea, contestat de savanții islamici și indieni din Evul Mediu. De exemplu, în 499 e.n., astronomul indian Aaryabhata și-a publicat magnum opus Aryabhatiya, în care a propus un model în care Pământul se rotește pe axa sa, iar perioadele planetelor sunt date în raport cu Soarele.
Astronomul iranian din secolul al X-lea Abu Sa’id al-Sijzi a contrazis modelul ptolemeic afirmând că Pământul se rotește pe axa sa, explicând astfel ciclul diurn aparent și rotația stelelor în raport cu Pământul. Aproximativ în aceeași perioadă, Abu Rayhan Biruni 973 – 1048) a discutat posibilitatea ca Pământul să se rotească în jurul propriei axe și în jurul Soarelui – deși el a considerat că aceasta este o problemă filozofică și nu una matematică.
La Observatorul Maragha și la Observatorul Ulugh Beg (aka. Samarkand), rotația Pământului a fost discutată de mai multe generații de astronomi între secolele al XIII-lea și al XV-lea, iar multe dintre argumentele și dovezile prezentate seamănă cu cele folosite de Copernic. Tot în această perioadă, Nilakantha Somayaji a publicat Aryabhatiyabhasya (un comentariu la Aryabhatiya), în care a susținut un model planetar parțial heliocentric. Acesta a fost urmat în 1500 de Tantrasangraha, în care Somayaji a încorporat rotația Pământului pe axa sa.
În secolul al XIV-lea, aspecte ale heliocentrismului și ale unui Pământ în mișcare au început să apară în Europa. De exemplu, filosoful francez Episcopul Nicole Oresme (cca. 1320-1325 până în 1382 d.Hr.) a discutat posibilitatea ca Pământul să se rotească pe axa sa. Cu toate acestea, astronomul polonez Nicolaus Copernic a fost cel care a avut cel mai mare impact asupra astronomiei moderne atunci când, în 1514, și-a publicat ideile despre un univers heliocentric într-un scurt tratat intitulat Commentariolus („Micul comentariu”).
Ca și alții înaintea lui, Copernic s-a bazat pe lucrările astronomului grec Atistarchus, precum și pe omagierea școlii Maragha și a câtorva filosofi notabili din lumea islamică (vezi mai jos). Intrinsec în modelul său era faptul că Pământul și toate celelalte planete se învârteau în jurul Soarelui, dar și că Pământul se rotea pe axa sa și era orbitat de Lună.
În timp, și datorită unor oameni de știință precum Galileo și Sir Isaac Newton, mișcarea și revoluția planetei noastre avea să devină o convenție științifică acceptată. Odată cu apariția Epocii Spațiale, cu desfășurarea sateliților și a ceasurilor atomice, nu numai că am confirmat faptul că aceasta se află într-o mișcare constantă, dar am putut măsura orbita și rotația sa cu o precizie incredibilă.
Pe scurt, lumea se învârte încă de la începuturile sale. Și, contrar a ceea ce ar putea spune unii, ea chiar încetinește, deși într-un ritm incredibil de lent. Dar, bineînțeles, până când va încetini semnificativ, probabil că vom fi încetat să mai existăm sau vom fi scăpat de „legăturile sale supărătoare” și vom fi devenit o specie interplanetară.
Am scris multe articole interesante despre mișcările Pământului aici, la Universe Today. Iată: Cât de repede se rotește Pământul, Orbita Pământului în jurul Soarelui, Cât de repede se rotește Pământul, De ce se rotește Pământul, Ce s-ar întâmpla dacă Pământul s-ar opri din rotație și Care este diferența dintre modelele heliocentrice și geocentrice ale sistemului solar?
Dacă doriți mai multe informații despre rotația Pământului, consultați Ghidul de explorare a sistemului solar al NASA pe Pământ. Și iată un link către Observatorul Pământului al NASA.
Am înregistrat, de asemenea, un episod al emisiunii Astronomy Cast despre Pământ. Ascultați aici, episodul 51: Pământul.
.