3-06-2017, 09:39
Специалисты решили смоделировать, как будет выглядеть последний день существования человечества. К выполнению этой задумки они пришли после проведения некоторых расчетов, которые основывались на постепенном убавлении темпов хода нашей планеты. То, что Земля замедляет свое вращение, замечено учеными, которые пришли к выводу, что рано или поздно скорость вращения нашей планеты станет медленной настолько, что она и вовсе остановится.
Результаты эксперимента, проведенного астрономами, просто шокируют. В них совсем не хочется верить, но, если земной шар остановится, то мир ждет глобальная катастрофа. После полной остановки Земли любые объекты, живые или неживые, вне зависимости от их объема и массы, с космической скоростью понесутся в восточном направлении, повинуясь силе инерции. Причем скорость объектов на полюсах будет примерно 1 300 километров в час, тогда как на экваторе она составит 1 600 километров в час. Несложно представить, что в таком жутком хаосе не сможет выжить ни один человек, не говоря уж о том, что к таким невероятным скоростям не приспособлены живые существа.
Поднимется мощнейший ветер, начальная скорость которого будет равна около 1700 километров в час. Сейчас такие величины кажутся просто нереальными, но при определенном раскладе они вполне могут иметь место даже на нашей планете. Вода в морях и океанах начнет двигаться, повинуясь силе инерции, вследствие чего возникнут страшнейшие цунами и невероятно сильные ураганы. Вся сила кинетической энергии, в результате которой произойдут в огромном количестве землетрясения и извержения вулканов, обрушится на Землю, сотрясаемую силами инерции до самого основания.
Вследствие всех этих катаклизмов, немного приплюснутая форма нашей планеты изменится и она примет вид практически идеального шара. Вполне возможно, что мировой океан соберется в одном месте, образовав новый материк, произойдет перераспределение территорий, занимаемых водой и сушей. Также огромное количество воды переместится к полюсам, что приведет к образованию Северного и Южного океанов.
Цунами невероятных размеров, в основном, будут происходить на полюсах планеты, а самое большое цунами возникнет в результате урагана, который начнется из-за вращения земной атмосферы по остановившейся поверхности. Ничего живого не останется на планете. Перестав вращаться, планета будет стоять одной стороной к Солнцу, что произойдет вследствие этого, может понять даже второклассник: на одной стороне Земли все время будет невыносимая жара, а на противоположной – постоянный сильный холод.
С большой вероятностью ученые также прогнозируют исчезновение магнитного поля Земли. Как мы знаем, оно защищает нашу планету от воздействия вредных космических лучей. Еще один интересный прогноз астрономы делают относительно спутника Земли – так как планета прекратит вращение, то и скорость, с которой вращается Луна, тоже станет постепенно замедляться, а расстояние до Земли – уменьшаться. Не исключена вероятность, что в итоге Луна, все-таки, упадет на Землю.
Не стоит отмахиваться от этой теории, как одной из фантастических версий будущего нашей планеты. Она основана, в том числе и на открытии китайских геологов, сделанных около полувека назад, о том, что сравнение скорости вращения Земли в момент ее зарождения и сейчас говорит о существенном замедлении темпа. Это исследование повлекло создание целой научной отрасли, изучающей древние часовые пласты на планете. Открытия этой отрасли науки могут оказать большое влияние на мировые геологические исследования. Специалисты изучали суточные отложения ископаемых. Одними из первых, подвергнувшихся изучению с этой точки зрения, стали кораллы. Благодаря им, ученым удалось сделать некоторые расчеты относительно тех давних времен. К примеру, они смогли определить количество суток в году.
Научно обосновать замедление вращения Земли удалось следующим образом: оно происходит в результате приливного трения, происходящего в теле нашей планеты. Вследствие притяжения Луны и Солнца, Земля в определенной степени деформируется, не зря же на ее поверхности имеется так называемый «приливный горб» (его высота 40 сантиметров). Приливы в океане также оказывают свое действие. От вращения Земли постепенно ускоряется движение Луны, которая понемногу отдаляется от нашей голубой планеты. Не трудно вычислить, что при таком раскладе рано или поздно произойдет следующее: периоды вращения планеты и обращения Луны вокруг нее совпадут. Тогда с земной поверхности можно будет наблюдать, как наш спутник висит над одной и той же точкой Земли.
Что же мы знаем о вращении Земли в принципе? Например, то, что оно является одним из важнейших признаков существования нашей планеты. Происходит оно с запада на восток, а изначальная линейная скорость этого вращения, если говорить об экваториальных широтах, составляла 6400 км/ч. Приливы, воздействующие на восточные берега планеты, препятствуют ее вращению, замедляя его. А такое замедление, в свою очередь, провоцирует передачу энергии Луне. Поэтому, чем больше замедляется Земля, тем сильнее ускоряется ее спутник. Уменьшение момента импульса движения Земли приводит к увеличению длительности суток.
Вообще, вопрос о замедлении Земли рассматривался многими учеными, выдвигавшими разные, порой, противоречивые теории. Некоторые из них утверждали, что вследствие интенсивного переноса воздушных масс в разное время года, наша планета периодически ускоряется и замедляется, но происходит все это не хаотично, а упорядоченно. Так, в январе и июле, если верить этому утверждению, Земля ускоряется, а в апреле и ноябре – наоборот, замедляет скорость своего вращения. Не исключено, что в ближайшем будущем ученые преподнесут нам очередные новые прогнозы относительно будущего нашей планеты.
Анна Воронина - Корреспондент РИА VistaNews
В 123 г. до н.э. Гиппарх открыл явление предварения равноденствий, или прецессию. В 1755 г. Джеймс Брадлей открыл явление нутации оси вращения Земли. Сомнения в постоянстве скорости суточного вращения Земли возникли после открытия Э.Галлеем в 1695 г. векового ускорения движения Луны. Мысль о вековом замедлении вращения Земли под действием приливного трения была впервые высказана И.Кантом в 1755 г. Во второй половине прошлого столетия появились свидетельства нерегулярных изменениях скорости вращения Земли и движения географических полюсов. С тех пор за неравномерностью вращения Земли и движением полюсов ведутся регулярные наблюдения.
Скорость вращения Земли наиболее просто можно охарактеризовать отклонением длительности земных суток от эталонных (86 400 с). Точность атомных (цезиевых) часов столь высока, что с их помощью можно проверить ход часов «Земля». Такая «проверка», ведущаяся в Международном бюро времени с 1955 г., показывает, что часы «Земля» идут не лучшим образом. Они иногда спешат, а иногда отстают.
До создания атомных часов ход часов «Земля» контролировался лишь путем сравнения наблюденных и вычисленных координат Луны, Солнца и планет. Таким путем удалось получить представление об изменении скорости вращения Земли в течение последних трех столетий – с конца XVII в., когда стали вестись первые инструментальные наблюдения за движением Луны, Солнца и планет. Оказывается, что с начала XVIII в. до середины XIX в. скорость вращения Земли менялась мало. Со второй же половины XIX в. по настоящее время наблюдались значительные нерегулярные изменения этой скорости с характерными временами порядка 60–70 лет. Наиболее быстро Земля вращалась около 1870 г., когда длительность земных суток была на 0,003 с короче эталонных, а наиболее медленно – около 1903 г. (земные сутки были длиннее эталонных на 0,004 с). С 1903 по 1934 гг. происходило ускорение вращения Земли, с конца 30-х гг. до 1972 г. наблюдалось замедление, а с 1973 г. по настоящее время Земля ускоряет свое вращение. Колебание угловой скорости вращения Земли, наблюдавшееся в ХХ в. (с 1903 г. по 1972 г.) часто называют 60–70-летним. В XIX в. колебание примерно того же периода имело место с 1845 г. по 1903 г. В более раннюю эпоху 60-70-летние колебания не прослеживаются. Точность определения неравномерности вращения Земли радикально улучшилась с 1955 г., после того как стали использоваться атомные часы. С 1956 г. по 1961 г. вращение Земли ускорялось, с 1962 г. по 1972 г. – замедлялось, а с 1973 г. по настоящее время – снова ускорялось. Замедление вращения Земли, закончившееся в 1972 г., началось в 1935 г. Ускорение, возникшее в 1973 г., вероятно, еще не закончилось и продлится до 2005–2010 гг. Ускорение вращения 1958–1961 гг. и замедление 1989–1994 гг. являются кратковременными флуктуациями. На фоне многолетних изменений хорошо видны сезонные колебания. Скорость вращения Земли бывает наименьшей в апреле и ноябре, а наибольшей – в январе и июле. Январский максимум значительно меньше июльского. Разность между минимальной величиной отклонения длительности земных суток от эталонных в июле и максимальной в апреле или ноябре составляет 0,001 с.
Исследования последних лет показали, что главной причиной сезонной неравномерности вращения Земли является атмосферная циркуляция. Известно, что в среднем атмосфера движется относительно земной поверхности в низких широтах с востока на запад (дуют восточные ветры), а в умеренных и высоких – с запада на восток (преобладают западные ветры). Момент импульса восточных ветров отрицателен, а западных – положителен. Можно было бы думать, что эти моменты компенсируют друг друга, и момент импульса ветров всей атмосферы всегда равен нулю. Однако расчеты показывают, что момент импульса восточных ветров в несколько раз меньше момента импульсов западных ветров. Поэтому момент импульса ветров всей атмосферы не равен нулю и его величина меняется в течение года.
Момент импульса – это такая физическая величина, которая не может возникать или уничтожаться. Она способна лишь перераспределяться. В рассматриваемом случае перераспределение происходит между атмосферой и Землей. Когда момент импульса атмосферы увеличивается, т.е. усиливаются западные ветры или ослабевают восточные ветры, момент импульса Земли уменьшается, т.е. замедляется ее вращение. Когда же момент импульса атмосферы уменьшается (ослабевают западные или усиливаются восточные ветры), вращение Земли ускоряется. Суммарный момент импульса Земли и атмосферы всегда остается неизменным. Этот результат может служить хорошей иллюстрацией того, что закон сохранения момента импульса справедлив не только в физических лабораторных экспериментах, но и в глобальных масштабах в природе.
Факт, что момент импульса ветров всегда положителен, говорит о том, что атмосфера в целом вращается вокруг оси быстрее Земли. Уподобляя движение атмосферы в целом вращению твердого тела, можно сказать, что период обращения атмосферы вокруг оси составляет в апреле и ноябре 23 ч 36 мин, а в августе – 23 ч 45 мин. В среднем за год сутки для атмосферы длятся 23 ч 38 мин, а не 23 ч 56 мин, как для Земли.
Как известно, около 2% всей воды на Земле находится в замерзшем состоянии (в основном в виде льда). Общая масса льда в современную эпоху равна около 28,4∙10 18 кг, причем 90% приходится на ледниковый щит Антарктиды, 9% – на ледник Гренландии и менее 1% составляет масса льда всех остальных горных ледников. Площади ледниковых щитов составляют: в Антарктиде 13,9∙10 12 м 2 , в Гренландии 1,8∙10 12 м 2 , горных ледников – 0,5∙ 10 12 м 2 .
Если известны массы льда в Антарктиде, Гренландии и воды в Мировом океане, то можно вычислить характеристики вращения Земли – координаты полюса и скорость вращения Земли. Если же эти массы неизвестны, но имеются данные о нестабильностях вращения Земли, то можно решить обратную задачу: по координатам полюса и скорости вращения вычислить ежегодные значения масс льда в Антарктиде, Гренландии и воды в Мировом океане.
Масса ледников значительно меняется во времени. Например, 12 тыс. лет назад растаял громадный ледниковый щит, покрывавший в четвертичном периоде почти всю Русскую равнину и значительные пространства Западной Европы и Северной Америки. Во время малого климатического оптимума, который имел место около тысячи лет назад, у ледникового щита Гренландии была существенно меньшая масса, чем ныне. Такое перераспределение влаги между Мировым океаном и ледниковыми щитами неизбежно сопровождалось изменением момента инерции Земли и должно было приводить к какой-то неравномерности вращения Земли и движению полюсов.
Приливные выступы постоянно перемещаются по земной поверхности вслед за Луной и Солнцем – с востока на запад, т.е. в направлении, обратном суточному вращению Земли. Естественно, что при таком перемещении в океанах и в Земле возникают силы трения, которые тормозят вращение планеты. Благодаря этому и должно происходить вековое замедление вращения Земли. Оценки показывают, что из-за этого сутки должны удлиняться на 0,003 с за 100 лет.
Когда 530 млн лет назад на Земле обитали доисторические праживотные, сутки продолжались 21 час. Для динозавров, живших 100 млн лет назад, новый день начинался через 23 часа после предыдущего. Это хорошо заметно по известковым отложениям кораллов. Кораллы ведут нечто вроде календаря, образуя ежедневно новые известковые отложения, толщина которых варьируется в зависимости от времени года.
На основании этого, удалось вычислить, какой временной промежуток отделяет одну весну от другой. Его продолжительность в истории Земли непрерывно сокращалась. 530 млн. лет назад Земля вращалась вокруг своей оси быстрее, чем сегодня, но вокруг Солнца она вращается в постоянном темпе. Год тогда продолжался столько же часов, сколько и сегодня, однако дней в году было 420. За время существования человечества вращение Земли, по свидетельству достоверных источников, продолжало замедляться, утверждает в Journal for the History of Astronomy (т. 39, стр. 229, 2008) Ричард Стефенсон из университета Дарема в Великобритании. Стефенсон опирается на описания сотен солнечных и лунных затмений последних 2700 лет.
Лучше всего замедление вращения Земли подтверждают глиняные таблички дохристианского Вавилона, пишет Стефенсон. Клинописью на глине вавилонские ученые зафиксировали точное место и время небесных явлений. Кроме того, Стефенсон изучал документы китайского и европейского происхождения. В любом месте Земли полное солнечное затмение можно наблюдать примерно один раз в 300 лет.
Часто с высочайшей точностью отмечалось, на какое число и какое время приходилось самое начало солнечного затмения и его окончание. Этих двух данных астроному было достаточно, чтобы определить точное положение Солнца, каким оно было тысячелетия тому назад.
На основании положения Солнца, зафиксированного в исторических источниках, астрономы могут реконструировать процесс торможения родной планеты: правильно задокументированное солнечное затмение позволяет определить соответствующую позицию Земли на пути ее движения вокруг Солнца. Поскольку траектория движения Земли вокруг Солнца никак не связана с ее вращением вокруг собственной оси, отсюда выводится независимая мера времени – так называемое террестрическое время.
Замедление вращения Земли проявляется при сравнении террестрического времени с универсальным. Универсальное время – это общепринятое время, которое зависит от вращения Земли и определяется на основе положения Солнца относительно Гринвича (город в Великобритании). Его постоянно приходится подводить назад, определенное количество лет между концом одного года и началом следующего добавляется одна секунда.
На основании исторических документов Ричарду Стефенсону удалось определить соотношение двух времен. Террестрическое и универсальное время расходятся тем сильнее, чем более давно происходило то или иное солнечное затмение .
Следовательно, за тысячелетие сутки становятся длиннее почти на две тысячных секунды. Измерения, произведенные спутниками за последние десятилетия, подтверждают соответствующую скорость замедления. Получается, что во времена расцвета Вавилона сутки были короче сегодняшних на четыре сотых секунды. Тем не менее, Стефенсон смог зафиксировать это минимальное отклонение благодаря накоплению ошибки в универсальном времени. С 700 г. до н.э. прошло примерно миллион суток, которые были чуть короче, чем сегодня – сегодня обычные часы пришлось бы переставить примерно на 7 часов.
Ускорение вращения Земли, начавшееся в 1973 г., закончится, вероятно, в 2005–2010 г. Поэтому можно ожидать, что в ближайшие годы наступит период замедления вращения Земли и начнется новая климатическая эпоха. Это означает, что в одних районах земного шара станет теплее и суше, а в других – прохладнее и вл ажнее.
Частично материал взят из http://elkin52.narod.ru/astro/sem/sem.htm
Все мы жители самой прекрасной планеты во Вселенной, ее называют «голубой» из-за обилия воды. Она в Солнечной системе всего одна такая, но все хорошее рано или поздно заканчивается. Вы никогда не задумывались, если Земля остановится, что будет? На этот вопрос мы и попробуем найти ответ в этой статье.
Все еще со времен школьной скамьи знают, что наша земля имеет форму шара и вращается вокруг своей оси. Так же она находится в непрерывном движении вокруг нашего источника тепла и света, Солнца. Но какова же причина вращения Земли?
Все эти вопросы довольно интересны, наверняка, хоть раз в жизни этим задавался каждый житель нашей планеты. Школьный курс дает нам мало информации такого рода. Например, всем известно, что в результате движения Земли, у нас происходит смена дня и ночи, поддерживается температура воздуха, привычная всем нам. Но этого всего не достаточно, ведь не только этим ограничивается данный процесс.
Вращение вокруг Солнца
Итак, мы разобрались с тем, что наша планета всегда находится в движении, но зачем и с какой скоростью вращается Земля? Важно знать, что все планеты в Солнечной системе вращаются с определенной скоростью, и все в одном направлении. Совпадение? Конечно, нет!
Еще задолго до появления человека образовалась наша планета, она возникла в водородном облаке. После этого получился сильный толчок, в результате которого облако начало вращаться. Для того чтобы ответить на вопрос «почему», вспомним, что каждая частица при прохождении через вакуум имеет свою инерцию, при этом все частицы уравновешивают ее.
Таким образом, вся Солнечная система вращается все быстрее и быстрее. Из этого образовалось наше Солнце, а затем и все остальные планеты, а в наследство от светила получили те самые движения.
Вращения вокруг собственной оси
Этот вопрос интересует ученых и сейчас, существует множество гипотез, но приведем наиболее правдоподобную.
Итак, мы в предыдущем пункте уже сказали, что вся Солнечная система образовалась из скопления «мусора», который набрался в результате того, что молодое, на тот момент, Солнце его притягивало. Несмотря на то, что основная его масса и досталась нашему Солнцу, все-таки вокруг образовались планеты. Изначально они не имели привычную для нас форму.
Иногда, сталкиваясь с объектами, они разрушались, но обладали способностью притягивать более мелкие частицы, так и набирали свою массу. Нашу планету заставило вращаться несколько факторов:
- Время.
- Ветер.
- Асимметрия.
И последнее не ошибка, тогда Земля напоминала форму снежка, слепленного маленьким ребенком. Неправильная форма заставляла быть планету неустойчивой, она подвергалась воздействию ветра и радиации Солнца. Несмотря на вышла из неуравновешенного положения и начала крутиться, подталкиваемая теми же факторами. Если говорить коротко, то наша планета не сама движется, а ее много миллиардов лет назад подтолкнули. Мы не уточнили, с какой скоростью вращается Земля. Она вечно находится в движении. И почти за двадцать четыре часа делает полный оборот вокруг своей оси. Такое движение называют суточным. Скорость вращения не везде одинакова. Так на экваторе она равняется примерно 1670 километров в час, а Северный и Южный полюс может и вовсе оставаться на месте.
Но кроме этого, наша планета еще движется и по другой траектории. Полный оборот Земли вокруг Солнца происходит за триста шестьдесят пять дней и пять часов. Это объясняет то, что существует високосный год, то есть в нем на один день больше.
Возможна ли остановка?
Если Земля остановится, что будет? Начнем с того, что остановку можно рассматривать, как вокруг своей оси, так и вокруг Солнца. Мы разберем все варианты более подробно. В данной главе обсудим некоторые общие моменты, и возможно ли это вообще.
Если рассматривать резкую остановку вращения Земли вокруг своей оси, то это практически не реально. К этому может привести только столкновение с крупным объектом. Сразу уточним, что уже не будет никакой разницы, вращается планета или вообще улетела со своей орбиты, так как остановку может вызвать настолько большой объект, что Земля попросту не выдержит такого удара.
Если Земля остановится, что будет? Если резкая остановка практически не возможна, то медленное торможение вполне реально. Хоть это и не ощущается, но наша планета и так постепенно замедляется.
Если говорить о полете вокруг Солнца, то остановка планеты в этом случае - это что-то из области фантастики. Но мы отбросим все вероятности и предположим, что это все-таки произошло. Предлагаем вам разобрать каждый случай отдельно.
Резкая остановка
Хоть этот вариант гипотетически невозможен, но мы все-таки предположим. Если Земля остановится, что будет? Скорость нашей планеты настолько велика, что резкая остановка по каким-либо причинам, просто снесет все на ней.
Для начала, в каком направлении вращается Земля? С Запада на Восток со скоростью более чем пятьсот метров в секунду. Из этого мы можем предположить, что все, что движется на планете и продолжит свое движение со скоростью более 1,5 тысячи километров в час. Ветер, который будет дуть с такой же скоростью, вызовет сильнейшее цунами. На одном полушарии будет шесть месяцев день, а затем, те, кого не спалит высочайшая температура, добьет полгода сильного мороза и ночи. А что если и после этого останутся живые? Их погубит радиация. Кроме этого, после остановки Земли наше ядро сделает еще несколько оборотов, при этом будут извергаться вулканы в тех местах, где они раньше не встречались.
Атмосфера так же не остановит своего движения мгновенно, то есть будет ветер, дующий со скоростью 500 метров в секунду. Кроме этого, возможна частичная потеря атмосферы.
Этот вариант катастрофы наиболее лучший исход для человечества, ведь все произойдет настолько быстро, что ни один человек просто не успеет опомниться, не поймет, что происходит. Так как наиболее вероятный результат - это взрыв планеты. Другое дело - это медленная и постепенная остановка планеты.
Многим приходит первое на ум - это вечный день на одной стороне, и вечная ночь на другой, но это, на самом деле, не сильно большая проблема, по сравнению с остальными.
Плавная остановка
Наша планета замедляет свое вращение, ученые говорят о том, что человек не застанет полной ее остановки, так как она произойдет через миллиарды лет, а задолго до этого Солнце увеличится в объеме и просто сожжет Землю. Но, тем не менее, мы смоделируем ситуацию остановки в обозримом будущем. Только для начала разберемся с вопросом: почему происходит медленная остановка?
Ранее сутки на нашей планете длились примерно шесть часов, а на этот фактор сильное воздействие оказывает Луна. Но как? Она вызывает колебания воды своей силой притяжения, а в результате этого процесса и происходит медленная остановка.
Все-таки случилось
Нас ждет вечная ночь или вечный день на одном из полушарий, но это не самая большая беда, по сравнению с перераспределением суши и океана, которое приведет к массовому уничтожению всего живого.
Там, где будет солнце, все растения постепенно вымрут, а почва потрескается от засухи, а вот другая сторона - это снежная тундра. Наиболее подходящая для обитания область будет промежуточной, где будет вечный восход или закат. При этом данные территории будут достаточно малы. Суша будет располагаться только на экваторе. Северный и Южный полюс будут представлять собой два больших океана.
Не исключение и то, что человеку нужно будет приспособиться существовать в земле, а для прогулок на поверхности понадобятся скафандры.
Без движения вокруг Солнца
Этот сценарий прост, все, что находилось на передней стороне, улетит в свободное пространство космоса, ведь наша планета движется с очень большой скоростью, другие же получат не менее сильный удар об землю.
Даже если Земля будет постепенно замедлять свое движение, то в итоге она упадет на Солнце, а весь этот процесс займет шестьдесят пять дней, но до последнего никто не доживет, так как температура будет составлять около трех тысяч градусов по Цельсию. Если верить расчетам ученых, то через месяц на нашей планете температура будет достигать 50 градусов.
Этот сценарий практически не реален, но поглощение Земли Солнцем - это факт, которого не избежать, но человечество не сможет застать этого дня.
Земля слетела с орбиты
Это самый фантастический вариант. Нет, мы не отправимся в путешествие по космосу, ведь существуют законы физики. Если хоть одна планета из Солнечной системы слетит с орбиты, то она внесет хаос в движении всех остальных, в итоге попадет в "лапы" Солнцу, которое его поглотит, притягивая своей массой.
По данным исследователей из лаборатории реактивного движения НАСА, продолжительность суток на нашей планете стала короче. Речь идет об 1,26 микросекунды. А причиной стало землетрясение в Чили. Прокомментировал эту новость для радио старший научный сотрудник Астрономического института имени Штейнберга Владимир Сурдин.
"Вести ФМ": Владимир Георгиевич, здравствуйте!
Сурдин: Добрый день!
"Вести ФМ": Расскажите, пожалуйста, как такое вообще возможно? Чем это грозит?
Сурдин: Новость эта вполне обычная. Перемещение масс внутри тела Земли постоянно приводит к небольшим вздрагиваниям нашего земного шара и к изменению длины суток. Но это явление многим знакомо, а в последние дни каждый из нас видел его по телевизору, когда смотрел выступления фигуристов в Ледовом дворце. Помните, когда фигурист разбрасывает руки в стороны, его вращение замедляется? А если он хочет ускорить вращение, он притягивает руки к себе. То есть перемещение массы внутри тела приводит к тому, что скорость вращения меняется. То же самое с Землей.
Микросекунда, на длительность которой привело землетрясение, это очень мало. Это одна миллионная доля секунды. В течение года скорость вращения Земли меняется примерно на одну миллисекунду, то есть в тысячу раз больше. К этому приводят, например, мощные ветры, которые дуют в течение года от экватора к полюсам, мощные потоки воды, морские течения. Или даже такое красивое явление, как зимнее или осеннее опадение листвы с деревьев. Все это приводит к перемещению масс относительно центра Земли и немножечко влияет на вращение земного шара. Эти вещи совершенно незаметно происходят ни для нас, ни для Земли, ни для погодных явлений.
"Вести ФМ": Какие-то последствия бывают?
Сурдин: Нет, конечно. Скорее, наоборот. Погодные явления, такие, как ветры, морские течения, приводят к изменению вращения Земли. А сама она просто реагирует на эти явления. Я должен заметить, что вращение Земли - не очень постоянная вещь. Астрономы давно уже отказались считать Землю надежными часами. Мы с вами живем по атомному времени, по атомным стандартам. Но постоянно корректируем наше гражданское время, чтобы атомные часы не сильно расходились с вращением Земли. Примерно раз в год, иногда даже два раза в год, приходится вставлять лишнюю секунду. Целую секунду времени в наш отсчет гражданского времени, чтобы оно соответствовало вращению Земли.
А вот, скажем, за миллионы лет вращение Земли очень сильно изменяется. В эпоху динозавров сутки длились на час короче, чем нынешние сутки. Постепенно Земля замедляется. На ее вращение влияют Луна и Солнце. И, скажем, через миллиард лет вращение Земли будет таким, что сутки будут около 30 часов длиться. В этом нет ничего необычного. Земля не одинока во Вселенной, она чувствует влияние на себя со стороны других планет.
"Вести ФМ": А что касается землетрясения, которое привело к этой сбивке, насколько оно должно быть сильным? Помните, недавно было землетрясение на Гаити? Ведь получается, там тоже было сильное землетрясение, но сообщений о том, что как-то изменилось время, не было.
Сурдин: Чилийское было более мощным. Просто на Гаити это землетрясение произошло под густонаселенным городом. А чилийское землетрясение не так сильно затронуло большие города Чили. Оно было более мощным, почти 9 баллов по шкале Рихтера - это довольно высокий балл. И, естественно, в коре Земли произошло смещение, это те напряжения, которые накопились за последние месяцы во время движения плит Земли, они, так сказать, разрядились. Земля вздрогнула, пришла в более спокойное состояние. Вот это вздрагивание как раз привело к тому, что немножко скорость вращения Земли изменилась. Это настолько маленькая величина, что ее измерить-то астрономам очень трудно. Я замечу, что ученые НАСА ведь не по измерениям, а по теоретическим расчетам назвали эту величину.
"Вести ФМ": Как они определили ее?
Сурдин: Просто уже накопился такой большой массив данных за последние полтора столетия, что мы меряем скорость вращения Земли, мы уже неплохо знаем модель внутреннего строения Земли и знаем, как сильно каждое землетрясение влияет на смещение пластов земных и на вращение Земли. Если вы откроете астрономические книжки, то увидите точные измерения скорости вращения Земли и колебания с периодом в год, о которых я говорил, это от зимы к лету, с периодом в несколько месяцев - это характерные циклоны, которые переносят массы воздуха. Эти вещи легко измерить. Я думаю, мы проследим, как на самом деле изменилось вращение Земли в результате чилийского землетрясения. Это просто интересно для науки, но абсолютно безопасно для населения.
"Вести ФМ": А может ли ощутимо сбиться движение Земли в силу каких-то факторов? Может быть, землетрясения или метеорит, пролетающий рядом?
Сурдин: Если это будет метеорит такого масштаба, как тот, что вызвал вымирание динозавров 65 миллионов лет назад, вращение изменится заметнее, но тоже не настолько сильно, чтобы этот как-то повлияло на погоду. Скорее всего, сам метеорит вызовет более мощные разрушения. Нет, Земля - очень большая планета, на нее трудно и со стороны повлиять, и, например, изнутри.
Но должен сказать, что в жизни некоторых планет, например, в жизни Марса, были очень сильные перестройки. Например, полюса на Марсе - Северный и Южный полюс - скорее всего, в свое время легли на экватор, то есть планета повернулась на 90 градусов. И сегодня старые марсианские полюса лежат тоже в районе экватора. Вот это действительно мощная перестройка, которая затронула всю планету. Земле это не грозит. У Земли очень устойчивое вращение, его стабилизирует Луна. И я даже не представляю, какое космическое явление могло бы серьезно затронуть вращение Земли.
Как уже указывалось, координатные системы, связанные с Землей, не являются инерциальными. Это вызвано вращением Земли вокруг оси и вокруг Солнца. Однако во всех технических задачах в качестве базы используется вторая аксиома механики, которая справедлива только для инерциальных систем. Уравнение движения для неинерциальных систем, полученное в предыдущем параграфе позволяет оценить ошибку, которая при этом совершается.
Рассмотрим сначала результат неинерциальности системы координат, связанной с Землей, вызванный вращением Земли вокруг оси. В первом приближении Землю можно рассматривать рак сферу.
Вращение Земли вокруг оси порождает переносное и кориолисово ускорения, а следовательно, и соответствующие им силы инерции . Так как Земля вращается с постоянной угловой скоростью , то имеет место только центростремительное переносное ускорение, равное:
где - радиус параллели, на которой находится данная точка (рис. 61). Вектор этого ускорения лежит в плоскости параллели и направлен к земной оси. Так как
где R - радиус Земли, а широта параллели, то
Полный оборот вокруг своей оси Земля совершает приблизительно за среднего солнечного времени (точно за звездного времени), поэтому
Наибольшее центростремительное ускорение имеет место на экваторе, т. е. при Принимая получим для экватора
Это приблизительно в 300 раз меньше ускорения силы земного притяжения.
Отклонение силы тяжести тела от радиуса Земли
Наличие центростремительного ускорения приводит к тому, что вес тела не совпадает точно с силой его притяжения, а вертикаль несколько отклоняется от направления земного радиуса.
Действительно, рассмотрим неподвижную (по отношению к Земле) точку массы подвешенную на нити (рис. 62).
Она находится в относительном равновесии под действием трех сил: притяжения к Земле реакции нити Т и силы инерцйи переносного движения . направленной противоположно ускорению и равной:
Сила инерции Кориолиса равна нулю, поскольку равна нулю относительная скорость точки, и, согласно относительному уравнению равновесия точки, имеем:
Но реакция нити по величине равна весу тела и направлена в противоположную сторону
Следовательно:
Таким образом, вес тела представляет собой равнодействующую гравитационной силы и силы инерции переносного ускорения Земли. Направление этой равнодействующей и определяет истинную вертикаль в данном месте Земли. Из рис. 62 следует, что она не совпадает с радиусом Земли и отклоняется от него на угол а. Определим его.
Широтой места на Земле называется угол между направлением истинной вертикали и плоскостью экватора. Из теоремы синусов следует, что
Угол а весьма мал, и без существенной ошибки можно положить
И поэтому
Отсюда следует, что направление истинной вертикали совпадает с радиусом Земли лишь на полюсе на экваторе а максимальное отклонение имеет место на широте . Оно равно
Эта величина настолько мала, что в подавляющем большинстве технических задач может не приниматься во внимание.
Отличие силы тяжести от гравитационной силы
Вычислим величину силы тяжести Для этого достаточно спроектировать на направление истинной вертикали силы
Ввиду малости угла а можно положить тогда
Гравитационная сила F больше силы тяжести во всех точках Земли, за исключением полюсов Земли, где они равны. Максимальное отклонение имеет место на экваторе, где вес равен:
Здесь ускорение силы тяжести на полюсе, вес тела на полюсе. Вес тела на экваторе меньше гравитационной силы всего лишь на 0,3%. Поэтому в технических вопросах этой разницей пренебрегают.
Учет переносной силы инерции в условиях Земли
Обратим внимание на следующее важное обстоятельство. Допустим, что изучаемое движение материальной точки протекает в области, размеры которой малы по сравнению с радиусом Земли. Тогда сила Фпер будет постоянной подобно силе Складывая их, получим силу которая тоже будет постоянной. Следовательно, для учета переносной силы инерции нет необходимости рассматривать ее отдельно, а достаточно вместо гравитационной силы ввести в уравнение движения силу которая, как и сила является для данного места Земли известной. Заканчивая рассмотрение переносной силы инерции, отметим, что она направлена в сторону, обратную центростремительному ускорению. Благодаря этому в физике она имеет весьма распространенное там название центробежной силы.
Поворотная сила инерции, вызванная вращением Земли вокруг оси
Рассмотрим поворотную силу или кориолисову силу инерции, вызванную вращением Земли вокруг оси. Она равна
и как величина ее, так и направление зависят от относительной скорости точки. Поворотная сила отсутствует только в двух случаях:
когда точка находится в покое относительно Земли или когда она движется параллельно земной оси (векторы коллинеарны).
Для оценки величины ускорения Кориолиса рассмотрим случай, когда относительная скорость перпендикулярна вектору . Для того чтобы ускорение Кориолиса имело величину нужна относительная скорость, равная
С такими скоростями движутся, например, артиллерийские снаряды и ракеты. В этих случаях кориолисова сила может оказать ощутимое влияние на характер движения и, в частности, вызвать заметное отклонение снаряда от цели. Хотя в большинстве случаев кориолисовой силой можно пренебречь, однако встречаются явления, в которых она проявляет себя довольно заметным образом. К таким явлениям относится, например, размыв правого берега рек в северном полушарии и левого берега рек в южном полушарии. Рассмотрим этот пример подробнее.
Законы Вера и Бейс-Бало
Пусть река северного полушария течет вдоль земного меридиана с севера на юг (рис. 63). Переносная скорость любой точки Земли направлена по касательной к параллели с запада на восток и равна:
Частицы воды, помимо своей относительной скорости, обладают еще указанной выше переносной скоростью. Сдвигаясь с севера на юг, они переходят с одной параллели на другую, имеющую больший радиус и поэтому переносная скорость непрерывно возрастает, не изменяя своего направления (с запада на восток). Кроме того, благодаря вращению Земли относительная скорость изменяет свое направление в пространстве, поворачиваясь с запада на восток.
Это приводит к тому, что частицы воды ускоряются, и значит, в направлении ускорения на них действует сила. Эта сила возникает от давления западного, т. е. правого берега реки на воду. По закону равенства действия и противодействия вода будет с такой же силой давить на правый берег, постепенно размывая его. В современном полушарии при любом направлении течения реки размыванию всегда подвергается правый берег. В южном полушарии, как можно показать рассуждениями, подобными приведенным, размыванию подвергается левый берег реки. Рассмотренное явление называется законом Бера.
Значительно проще тот же результат можно получить, применяя формально формулу поворотной силы инерции.
В рассмотренном случае относительные скорости весьма малы, и, следовательно, силы Кориолиса также весьма малы, однако непрерывное и длительное их действие приводит к заметным результатам. Еще большее влияние сила Кориолиса оказывает на течения в океане. Например, под ее действием теплое течение Гольфстрим отклоняется вправо.
Влияние силы Кориолиса объясняет также тот факт, что в северном полушарии ветер отклоняется вправо от того направления, в котором происходит падение давления (в южном полушарии - влево). Указанное явление известно в метеорологии под названием закона Бейс - Бало.
Подводя итог сказанному, следует заключить, что поправки на неинерциальность систем координат, жестко связанных с Землей, вызванные вращением последней вокруг оси, как правило, столь незначительны, что в подавляющем большинстве технических задач вторая аксиома механики с вполне достаточной точностью описывает механические явлеиия.
Силы инерции, вызванные вращением Земли вокруг Солнца
Рассмотрим теперь силы инерции, действующие на земные тела, возникающие в результате вращения Земли вокруг Солнца.
Земля движется вокруг Солнца с приблизительно постоянной скоростью по орбите, близкой к окружности с центром в Солнце, делая один оборот за год. Переносное ускорение материальных точек, расположенных на Земле, вызванное этим движением, будет центростремительное ускорение, направленное к Солнцу. Соответствующая сила инерции переносного движения (центробежная сила) направлена от Солнца. Кроме этого, на ту же точку действует гравитационная сила Солнца. Векторная сумма указанных сил практически будет равна нулю.
Силы Кориолиса, возникающие в результате движения точки по поверхности Земли и вращения Земли вокруг Солнца, будут пренебрежимо малы по сравнению с силами Кориолиса, возникающими благодаря только вращению Земли вокруг оси, так как угловая скорость вращения Земли будет во много раз больше угловой скорости вращения Земли вокруг Солнца
Поэтому неинерциальностью координатных систем, связанных с Землей и вызванных движением последней по орбите, можно пренебречь по сравнению с аналогичными поправками, вызванными вращением Земли вокруг оси.
