Vad skulle hända om någon berättade för dig att du vid varje givet ögonblick färdas med en hastighet som vida överstiger ljudets hastighet? Du skulle kanske tro att de var galna, med tanke på att du – såvitt du kunde se – stod på fast mark och inte i cockpit i ett överljudsflygplan. Men påståendet är ändå korrekt. Vid varje givet ögonblick rör vi oss alla med en hastighet av cirka 1 674 kilometer i timmen, tack vare jordens rotation,
Enligt definitionen är jordens rotation den tid det tar för den att rotera en gång runt sin axel. Detta sker tydligen en gång om dagen – dvs. var 24:e timme. Men det finns faktiskt två olika typer av rotation som måste beaktas här. För det första finns det den tid det tar för jorden att rotera en gång runt sin axel så att den återgår till samma orientering jämfört med resten av universum. Sedan finns det hur lång tid det tar för jorden att vrida sig så att solen återvänder till samma plats på himlen.
Solär- respektive siderisk dag:
Som vi alla vet tar det exakt 24 timmar för solen att återvända till samma plats på himlen, vilket verkar självklart. 24 timmar är vad vi tänker på som en hel dag, och den tid det tar att övergå från dag till natt och tillbaka igen. Men i själva verket tar det faktiskt 23 timmar, 56 minuter och 4,09 sekunder för jorden att rotera en gång runt sin axel jämfört med bakgrundsstjärnorna.
Varför denna skillnad? Jo, det skulle bero på att jorden kretsar runt solen och fullbordar en omloppsbana på drygt 365 dagar. Om du delar 24 timmar med 365 dagar ser du att det återstår ungefär 4 minuter per dag. Med andra ord roterar jorden på sin axel, men den kretsar också runt solen, så solens position på himlen hinner ikapp med 4 minuter varje dag.
Den tid det tar för jorden att rotera en gång runt sin axel är känd som en siderisk dag – vilket är 23,9344696 timmar. Eftersom denna typ av dagsmätning är baserad på jordens position i förhållande till stjärnorna använder astronomer den som ett tidtagningssystem för att hålla reda på var stjärnorna kommer att synas på natthimlen, främst så att de vet i vilken riktning de ska rikta sina teleskop.
Den tid det tar för solen att återvända till samma plats på himlen kallas för en soldag, som är 24 timmar. Detta varierar dock under året, och den ackumulerade effekten ger säsongsavvikelser på upp till 16 minuter från genomsnittet. Detta orsakas av två faktorer, bland annat jordens elliptiska bana runt solen och dess axiella lutning.
Bana och axial lutning:
Som Johannes Kepler konstaterade i sin Astronomia Nova (1609) roterar jorden och solplaneterna inte runt solen i perfekta cirklar. Detta är känt som Keplers första lag, som säger att ”en planets bana runt solen är en ellips med solens masscentrum i ett fokus”. Vid perihelium (dvs. närmast) är den 147 095 000 km från solen, medan den vid afelium är 152 100 000 km från solen.
Denna förändring i avstånd innebär att jordens banhastighet ökar när den är närmast solen. Även om dess hastighet i genomsnitt är ungefär 29,8 km/s (18,5 mps) eller 107 000 km/h (66487 mph), varierar den faktiskt med en hel km per sekund under årets lopp – mellan 30,29 km/s och 29 km/s.29 km/s (109 044 – 105 444 km/h; 67 756,8 – 65 519,864 mph).
Med denna hastighet tar det solen motsvarande 24 timmar – dvs. en soldag – för att fullborda en hel rotation runt jordens axel och återvända till meridianen (en punkt på jordklotet som går från norr till söder genom polerna). Sett från utsiktspunkten ovanför både solens och jordens nordpoler kretsar jorden moturs runt solen.
Denna jordens rotation runt solen, eller solens precession genom dagjämningarna, är anledningen till att ett år varar ungefär 365,2 dagar. Det är också av denna anledning som det vart fjärde år krävs en extra dag (en 29 februari under varje skottår). Jordens rotation runt solen är också föremål för en liten excentricitet på (0,0167°), vilket innebär att den periodvis är närmare eller längre från solen vid vissa tider på året.
Jordas axel lutar också ungefär 23,439° mot ekliptikan. Detta innebär att när solen passerar ekvatorn vid båda dagjämningarna är dess dagliga förskjutning i förhållande till bakgrundsstjärnorna i en vinkel mot ekvatorn. I juni och december, när solen befinner sig längst bort från himmelsekvatorn, motsvarar en given förskjutning längs ekliptikan en stor förskjutning vid ekvatorn.
Så de skenbara soldagarna är kortare i mars och september än i juni och december. På nordliga tempererade latituder går solen upp norr om den sanna öst under sommarsolståndet och går ner norr om den sanna väst, vilket är omvänt på vintern. Solen går upp söder om sann öst på sommaren för den södra tempererade zonen och går ner söder om sann väst.
Rotationshastighet:
Som tidigare nämnts snurrar jorden ganska snabbt. Faktum är att forskare har fastställt att jordens rotationshastighet vid ekvatorn är 1 674,4 km/h. Detta innebär att bara genom att stå på ekvatorn skulle en person redan färdas med en hastighet som överstiger ljudets hastighet i en cirkel. Men på samma sätt som man mäter en dag kan man mäta jordens rotation på två olika sätt.
Jordets rotationsperiod i förhållande till fixstjärnorna kallas för en ”stjärndag”, som är 86 164,098903691 sekunder av genomsnittlig soltid (eller 23 timmar, 56 minuter och 4,0989 sekunder). Jordens rotationsperiod i förhållande till den precesserande eller rörliga genomsnittliga vårdagjämningen är däremot 23 timmar, 56 minuter och 4,0905 sekunder av genomsnittlig soltid. Ingen stor skillnad, men ändå en skillnad.
Däremot saktar planeten in något med tiden, på grund av de tidvatteneffekter som månen har på jordens rotation. Atomklockor visar att en modern dag är längre med ungefär 1,7 millisekunder än för hundra år sedan, vilket långsamt ökar hastigheten med vilken UTC justeras med skottsekunder. Jordens rotation går också från väst mot öst, vilket är anledningen till att solen går upp i öst och går ner i väst.
Jordets bildning:
En annan intressant sak om jordens rotation är hur allt började. I grund och botten beror planetens rotation på vinkelmomentet hos alla de partiklar som samlades för att skapa vår planet för 4,6 miljarder år sedan. Innan dess var jorden, solen och resten av solsystemet en del av ett gigantiskt molekylärt moln av väte, helium och andra tyngre grundämnen.
När molnet kollapsade nedåt fick momentumet från alla partiklar molnet att snurra. Jordens nuvarande rotationsperiod är resultatet av denna inledande rotation och andra faktorer, bland annat tidvattenfriktion och den hypotetiska nedslaget av Theia – en kollision med ett objekt av Mars-storlek som tros ha ägt rum för cirka 4,5 miljarder år sedan och som bildade månen.
Denna snabba rotation är också det som ger jorden dess form, då den plattas ut till en oblate spheroid (eller vad som ser ut som en hoptryckt boll). Denna speciella form på vår planet innebär att punkterna längs ekvatorn faktiskt ligger längre från jordens centrum än vid polerna.
Studiernas historia:
I gamla tider trodde astronomer naturligtvis att jorden var en fast kropp i kosmos och att solen, månen, planeterna och stjärnorna alla roterade runt den. Under den klassiska antiken formaliserades detta i kosmologiska system av filosofer och astronomer som Aristoteles och Ptolemaios – vilket senare kom att bli känt som den ptolemaiska modellen (eller geocentriska modellen) av universum.
Det fanns dock de under antiken som ifrågasatte denna konvention. En punkt som ifrågasattes var det faktum att jorden inte bara var fast på plats utan att den inte roterade. Aristarkos av Samos (ca 310-230 f.Kr.) publicerade till exempel skrifter i ämnet som citerades av hans samtidiga (t.ex. Archimedes). Enligt Archimedes förespråkade Aristarchus att jorden kretsade runt solen och att universum var många gånger större än vad man tidigare trott.
Och så var det Seleucis av Seleucia (ca. 190 – 150 f.Kr.), en hellenistisk astronom som levde i det närmast österländska seleukidiska riket. Seleukos var en förespråkare av Aristarkos’ heliocentriska system och kan till och med ha bevisat att det var sant genom att noggrant beräkna planeternas positioner och jordens rotation kring jord-månens ”masscentrum”.
Den geocentriska modellen av universum skulle också ifrågasättas av medeltida islamiska och indiska forskare. Till exempel publicerade den indiske astronomen Aaryabhata år 499 e.Kr. sitt magnum opus Aryabhatiya, där han föreslog en modell där jorden snurrade runt sin axel och där planeternas perioder angavs i förhållande till solen.
Den iranske astronomen Abu Sa’id al-Sijzi, som är född på 900-talet, motsade den ptolemaiska modellen genom att hävda att jorden snurrade runt sin axel och förklarade på så sätt den skenbara dygnscykeln och stjärnornas rotation i förhållande till jorden. Ungefär samtidigt diskuterade Abu Rayhan Biruni 973 – 1048) möjligheten att jorden skulle rotera runt sin egen axel och runt solen – även om han ansåg att detta var en filosofisk fråga och inte en matematisk fråga.
I Maragha- och Ulugh Beg-observatoriet (även känt som Samarkand-observatoriet) diskuterades jordens rotation av flera generationer av astronomer mellan 1200- och 1400-talen, och många av de argument och bevis som lades fram liknade dem som användes av Copernicus. Det var också vid denna tid som Nilakantha Somayaji publicerade Aryabhatiyabhasya (en kommentar till Aryabhatiya) där han förespråkade en delvis heliocentrisk planetmodell. Detta följdes år 1500 av Tantrasangraha, där Somayaji införlivade jordens rotation om sin axel.
Under 1300-talet började aspekter av heliocentrism och en rörlig jord dyka upp i Europa. Till exempel diskuterade den franske filosofen biskop Nicole Oresme (ca 1320-1325 till 1382 e.Kr.) möjligheten att jorden roterade på sin axel. Det var dock den polske astronomen Nicolaus Copernicus som hade störst inverkan på den moderna astronomin när han 1514 publicerade sina idéer om ett heliocentriskt universum i en kort avhandling med titeln Commentariolus (”Liten kommentar”).
Likt andra före honom byggde Kopernikus vidare på den grekiske astronomen Atistarchos arbete, samt hyllade Maragha-skolan och flera anmärkningsvärda filosofer från den islamiska världen (se nedan). Det var en del av hans modell att jorden och alla andra planeter rörde sig runt solen, men också att jorden kretsade runt sin axel och att månen kretsade runt den.
Med tiden, och tack vare vetenskapsmän som Galileo och Sir Isaac Newton, skulle vår planets rörelser och revolutioner bli en accepterad vetenskaplig konvention. I och med rymdåldern, satelliter och atomklockor har vi inte bara bekräftat att den är i ständig rörelse, utan vi har också kunnat mäta dess omloppsbana och rotation med otrolig noggrannhet.
Kort sagt, världen har snurrat ända sedan den skapades. Och i motsats till vad vissa kanske säger håller den faktiskt på att sakta ner, om än i en otroligt långsam takt. Men naturligtvis, när den saktar ner avsevärt kommer vi troligen att ha upphört att existera, eller slippa dess ”sura band” och bli en interplanetär art.
Vi har skrivit många intressanta artiklar om jordens rörelser här på Universe Today. Här finns Hur snabbt roterar jorden, Jordens bana runt solen, Hur snabbt roterar jorden, Varför snurrar jorden, Vad skulle hända om jorden slutade snurra och Vad är skillnaden mellan solsystemets heliocentriska och geocentriska modeller?
Om du vill ha mer information om jordens rotation kan du läsa NASA:s guide för utforskning av solsystemet på jorden. Och här är en länk till NASA:s jordobservatorium.
Vi har också spelat in ett avsnitt av Astronomy Cast som handlar om jorden. Lyssna här, avsnitt 51: Earth.