Žiemos šventės – nuo Saulėgrįžos iki Naujųjų metų – yra puikus laikas pagalvoti apie Žemės judėjimą kosmose. Daugelis žinome, kad Saulėgrįžos metu šiaurinis Žemės pusrutulis yra nusisukęs toliausiai nuo Saulės, todėl ir dienos čia trumpiausios. Naujieji metai, nors ir neturėdami astronominės reikšmės, primena apie Žemės sukimąsi ratu aplink Saulę. Bet Žemė juda ir kitaip – jos ašis sukasi ir svyruoja dangaus ir netgi pačios planetos paviršiaus atžvilgiu. Apie tai, kaip iš tikro Žemė juda kosmose, kviečiu skaityti paskutiniajame šių metų pažintiniame straipsnyje.
Žemės judėjimas aplink Saulę. Savaime suprantama, Saulė, Žemė ir jos orbita yra visiškai ne mastelyje. Kairiausias vaizdas rodo Šiaurės pusrutulio vasaros saulėgrįžą, toliau iš eilės eina rudens lygiadienis, žiemos saulėgrįža ir pavasario lygiadienis.
Lengviausiai pastebimas Žemės judėjimas yra sukimasis aplink savo ašį. Dėl jo sukasi dangaus skliautas ir kiekvieną parą jame esanti Saulė, Mėnulis bei žvaigždės apsuka vieną ratą.
Žemės pusiaujas dėl sukimosi juda maždaug 460 metrų per sekundę greičiu, Lietuva, esanti 55 laipsnių šiaurės platumoje, – apie 260 metrų per sekundę. Greičiai labai dideli, palyginami su garso greičiu ore (330 metrų per sekundę įprastomis sąlygomis), bet jų nejaučiame, nes kartu su mumis juda visa aplinka, įskaitant atmosferą. Dėl to ilgą laiką žmonės galvojo, kad Žemė yra stacionari, o visas likęs kosmosas sukasi aplink ją.
Ginčai apie tai, kas iš tiesų sukasi – Žemė ar kosmosas – galutinai užbaigti tik XIX amžiuje, kai prancūzų fizikas Leonas Fuko (Léon Foucault) suprato, jog besisukančioje planetoje pakabinta švytuoklė svyruotų kitaip, nei nesisukančioje.
Bet kokia švytuoklė, paleista kažkurioje plokštumoje, išlaiko šią svyravimų plokštumą, jei jos neveikia kitos jėgos. Tačiau jei planeta, kurioje kabo švytuoklė, sukasi aplink savo ašį, tai svyravimų plokštuma irgi sukasi planetos paviršiaus atžvilgiu. Pakabinęs ilgą sunkią švytuoklę Paryžiuje, Fuko akivaizdžiai parodė, kad Žemė sukasi, o švytuoklės tapo atrakcionais daugelyje šalių.
Fuko švytuoklė CosmoCaixa muziejuje Barselonoje. Masyvi švytuoklė juda vienoje plokštumoje, bet dėl Žemės sukimosi atrodo, kad plokštuma nuolatos sukasi. Taip per dieną švytuoklė vieną po kito numuša visus kuoliukus.
Žemės sukimosi greitis nėra visiškai pastovus. Jis nuolatos truputį kinta dėl žemės drebėjimų, tektoninių plokščių judėjimo ir kitų procesų. Šie pokyčiai yra menki, nesiekiantys vienos sekundės per metus.
Ilgesniu laikotarpiu Žemė po truputį lėtėja dėl Mėnulio keliamų potvynių. Mėnulis po truputį tolsta nuo Žemės, taip „išsinešdamas“ dalį Žemės sukimosi energijos.
Po daugybės milijardų metų, jei nesudegs Saulei tapus raudonąja milžine, Žemė sulėtės tiek, kad visą laiką į Mėnulį bus atsukusi vieną pusę, panašiai kaip Mėnulis dabar atsukęs vieną pusę į mus. Kol kas dėl šio lėtėjimo kartais tenka pataisyti laikrodžių parodymus, pridedant papildomą sekundę.
Per kiek laiko Žemė apsuka vieną ratą aplink ašį? Turbūt iškart pasakysite, kad per 24 valandas, nes tiek trunka para. Bet tai nėra tiesa – iš tikro vieną kartą Žemė apsisuka per 23 valandas, 56 minutes ir keturias sekundes. Šis periodas vadinamas siderine, arba žvaigždine, para ir nurodo, per kiek laiko vieną ratą apsuka žvaigždės dangaus skliaute. Dar tris minutes ir 56 sekundes Žemei užtrunka pasisukti tiek, kad vieną pilną ratą apsuktų Saulė, kuri žvaigždžių atžvilgiu dangaus skliaute nuolatos juda.
Taigi 24 valandos – saulinė para – yra laiko tarpas tarp dviejų vidurdienių. Trys minutės ir 56 sekundės yra beveik tiksliai viena 365-oji paros dalis. Toks santykis neatsitiktinis: per metus Saulė dangaus skliaute žvaigždžių atžvilgiu apsuka ratą ir grįžta į pradinę padėtį. Kitaip tariant, metuose yra 365 su trupučiu saulinės paros ir lygiai viena žvaigždine para daugiau.
Žvaigždinės (sidereal) ir saulinės (solar) dienos schema. Žemė, apsisukdama vieną ratą aplink ašį, pajuda šiek tiek savo orbitoje, todėl jai reikia dar beveik keturių minučių, kad vėl atsisuktų į Saulę. Apsisukimas aplink ašį atsuka Žemę į tas pačias žvaigždes, todėl vadinamas žvaigždine para. Atsisukimas į Saulę užbaigia saulinę parą.
Kad jau prakalbome apie metus, galime panagrinėti ir Žemės judėjimą aplink Saulę. Grubiai tariant, Žemė skrieja aplink Saulę apskritimu, kurio spindulys siekia apie 150 milijonų kilometrų, o judėjimo greitis – apie 30 kilometrų per sekundę. Šnekant tiksliau, Žemė ir Saulė juda aplink bendrą masės centrą, o Žemės orbita yra elipsinė.
Tiesa, bendro masės centro atstumas nuo Saulės centro tėra nutolęs per 450 kilometrų, taigi sakydami, kad Žemė sukasi aplink Saulę, klaidos praktiškai nedarome. Žemės orbitos elipsiškumas irgi nėra didelis – atstumas nuo Saulės kinta nuo 147,1 milijono iki 152,1 milijono kilometrų, arba maždaug trim procentais. Planetų ir palydovų orbitos įprastai aprašomos dydžiais, vadinamais didžiuoju pusašiu ir elipsiškumu (arba ekscentricitetu). Žemės didysis pusašis yra 149,6 milijono kilometrų, arba tiksliai vienas astronominis vienetas – tai yra šio vieneto apibrėžimas.
Elipsiškumas yra bedimensinis dydis, nurodantis, kiek „suplota“ yra orbita: nulinis elipsiškumas žymi tiksliai apskritiminę orbitą, vienetinis – parabolinę. Žemės orbitos elipsiškumas yra 0,0167, tačiau per tūkstančius metų šiek tiek kinta, nuo beveik tiksliai nulio iki 0,06. Mažiausias ir didžiausias nuotoliai nuo Saulės randami iš didžiojo pusašio atėmus arba prie jo pridėjus dydį, lygų to paties pusašio ir elipsiškumo sandaugai.
Žemės orbita aplink Saulę ir svarbiausi taškai: saulėgrįžos, lygiadieniai bei artimiausias ir tolimiausias taškai nuo Saulės. Artimiausias Saulei taškas – perihelis arba periapsė – pasiekiamas sausio pradžioje, tolimiausias – afelis arba apoapsė – liepos pradžioje.
Orbitos elipsiškumas mūsų gyvenimams įtakos praktiškai neturi. Būdama arčiausiai Saulės, Žemė gauna maždaug 7% daugiau Saulės šviesos, nei būdama toliausiai. Šis skirtumas – gerokai mažesnis, nei skirtumai tarp vasaros ir žiemos, kylantys dėl Žemės ašies posvyrio.
Įvairūs klimatiniai reiškiniai – oro masių judėjimas, vandenynų srovės ir panašūs – irgi sukelia didesnius temperatūrų svyravimus, nei Žemės atstumas nuo Saulės. Tiesa, įdomu tai, kad artimiausią Saulei orbitos tašką – perihelį – Žemė šiuo metu praeina maždaug sausio ketvirtą dieną. Ši data kasmet gali svyruoti iki dviejų dienų dėl kitų planetų poveikio. Vidutiniškai ji juda į priekį viena diena per 58 metus; prieš 800 metų perihelis sutapo su žiemos saulėgrįža, kiek vėliau – su Kalėdomis, o prieš 230 metų – su Naujųjų metų diena. Tolimiausią orbitos tašką – afelį – Žemė pasiekia po pusmečio, liepos pradžioje.
Vienas būdas įsitikinti, kad Žemė aplink Saulę sukasi ne tiksliu apskritimu, yra kasdien fiksuoti Saulės padėtį tuo pačiu momentu, pavyzdžiui vidurdienį. Kiekvieną dieną ji bus truputį kitoje vietoje, o per metus jos padėtys sudarys iškreiptą aštuoniukę, vadinamą analema. Saulės aukštis virš horizonto kinta dėl Žemės ašies posvyrio, o į šonus nuo geografinių pietų ji juda dėl orbitos elipsiškumo.
Kitas svarbus judėjimas yra Žemės sukimosi ašies precesija. Panašiai, kaip pasukto vilkelio sukimosi ašies galas brėžia apskritimą, taip ir Žemės ašis, virtualiai pratęsta į dangų, brėžia apskritimą, kurio skersmuo yra apie 50 laipsnių. Kitaip tariant, laikui bėgant dangaus šiaurės ašigalis po truputį juda. Dabar jis beveik tiksliai sutampa su Šiaurine žvaigžde, bet buvo (ir bus) laikai, kai danguje žvaigždės sukosi daugmaž aplink Vegą, Denebą ar Drakono uodegoje esantį Tubaną
Šie pokyčiai vyksta lėtai – vieną ratą ašis apsuka per 26 tūkstančius metų. Ir visgi reikšmingi pokyčiai vyko net istoriniais laikais: pavyzdžiui, Kristaus laikais Šiaurine žvaigžde vienodai buvo galima vadinti ir šiandieninę Šiaurinę, ir antrą ryškiausią Mažųjų Grįžulo ratų žvaigždę Kočabą. Egipto faraonų laikais pačioje šiaurėje buvo jau minėtas Tubanas. Na, o Vega arčiausiai dangaus šiaurės ašigalio buvo prieš 14 tūkstančių metų ir bus po dvylikos tūkstančių.
Dangaus šiaurės ašigalio judėjimas laikui bėgant. Dabar jis yra labai arti Šiaurinės žvaigždės, prieš penkis tūkstantmečius buvo ties Drakono žvaigždyno žvaigžde Tubanu, po 12 tūkstančių metų bus arti Vegos.
Kitas pokytis, vykstantis dėl precesijos, yra pavasario lygiadienio taško judėjimas. Šis taškas – tai vieta dangaus skliaute, kuriame Saulė būna per šiaurės pusrutulio pavasario lygiadienį.
Saulės kelias dangaus skliautu yra zodiako pagrindas: Avino ženklas, apimantis ir pavasario lygiadienį (kovo 21 dieną), rodo, kad tais laikais, kai zodiakas buvo sudėliotas, Saulė pavasario lygiadienį sutikdavo būtent Avino žvaigždyne. Bet laikui bėgant, žvaigždynų ir Saulės tarpusavio padėtys kinta, pavasario lygiadienio padėtis – taip pat.
Maždaug apie nulinius mūsų eros metus pavasario lygiadienis perėjo į Žuvų žvaigždyną. Dabar jis vis dar yra Žuvyse, bet po keleto šimtmečių pereis į Vandenio žvaigždyną. Ir taip toliau – per 26 tūkstančius metų lygiadienis apsuka ratą ir grįžta ten, kur buvo anksčiau.
Pavasario lygiadienio taško judėjimas laikui bėgant. Iki mūsų eros pradžios apie du tūkstančius metu jis buvo Avino žvaigždyne, nuo maždaug nulinių metų iki 2500-ųjų – Žuvyse, vėliau pereis į Vandenį.
Šie trys judėjimai – sukimasis aplink ašį, orbita aplink Saulę ir sukimosi ašies precesija – sudaro Žemės judėjimo kosmose pagrindą. Yra ir daugiau judėjimo komponenčių, bet visos jos daug menkesnės už šias tris. Tarp jų yra ir jau minėtas sukimosi lėtėjimas dėl potvynių, ir sukimosi ašies svyravimas, vadinamas nutacija, kylantis dėl Mėnulio traukos, ir orbitos elipsiškumo kitimas dėl kitų planetų gravitacinių perturbacijų. Dar Žemės sukimosi ašis juda planetos paviršiaus atžvilgiu. Tai vyksta dėl ledynų tirpimo ir masės persiskirstymo, žemynų kilimo dėl pranykusio ledynų svorio bei konvekcijos Žemės mantijoje. Šie pokyčiai taip pat yra nedideli – maždaug 10 centimetrų per metus.
Ir, žinoma, Žemė kartu su Saule juda Galaktikoje – apie tai galite paskaityti ankstesniame pažintiniame straipsnyje.
Geros kelionės aplink Saulę sekančiais metais!
Technologijos.lt
