Maan kierto

Maan pyöriminen on liikettä ja Maan itsensä ympäri akselin ja maantieteellisten napojen joka yhdistää Pohjois Pole on etelänavalle . Todettiin, että ensimmäisen kerran tähtitieteilijä Kreikan Filolaos , The V : nnen  vuosisadan  eaa. J.-C.

Lisäksi maa, kuten jokainen planeetta on aurinkokunnan , pyörii Auringon , on liike nimeltä vallankumous . Maapallon kohdalla se on tämän liikkeen aika, ts. Auringon ympärillä tapahtuvan täydellisen vallankumouksen kesto, joka määrittää vuoden. In celestial mekaniikka ja yleisemmin fysiikan , vallankumous on määritelty "pyöriminen kaukainen kohde", pyörimisliike Maan Auringon ympäri on usein kutsutaan " käännös ", mutta tämä merkitsee väärinkäyttöä kieli: etenevä liike siirtää kaikki kohdat, geometrinen objekti , jonka samalla etäisyydellä , samaan suuntaan ja samaan suuntaan, joka ei ole asianlaita maapallon. Tämä kiertoradan liike on hyvin erilainen kuin maapallon kierto, josta keskustellaan.

Maan pyöriminen akselinsa ympäri on monimutkainen liike, jonka pääkomponentti on keskimäärin 23 tunnissa 56  minuutissa 4,1  sekunnissa suoritettu kierto  . Pyörimisakseli on kallistettu ekliptikalla keskimäärin 23 ° 26 ′  ; tämä taipumus on vuodenajan syy .

Jos ajattelemalla katsomme maata hyvin kaukaisesta pisteestä pohjoissuunnassa, maapallon pyöriminen on kohti itää, suoraan suuntaan, toisin sanoen vastakkaiseen suuntaan myötäpäivään. Samasta näkökulmasta sen pyörimisliike Auringon ympäri tapahtuu myös vastapäivään.

Pyörivien ja pyörivien liikkeiden alkuperä

Kosmologien ja planetologien hyväksymä hypoteesi on, että tähtijärjestelmät, jotka koostuvat tähdestä (tai useiden tähtien ryhmästä), jonka ympärillä planeetat kiertävät, muodostuivat kondensaatiosta ja kaasun ja pölyn pilven kertymisestä painovoiman vaikutuksesta . Tähtijärjestelmien mallit alkavat sen vuoksi romahduksen aikana keskitähden - tai jopa kahden tai useamman - muodostumisesta, sitten kaasujen ja pölyn kertymisestä planeetoihin jäännösolosuhteista.

Kulmamomentin säilymisperiaatteesta johtuen alkupilven jakauma jakautuu itsensä auringon pyörimisliikkeen, Auringon ympärillä olevien planeettojen ja niiden päällä olevien planeettojen pyörimisliikkeiden välillä. on lisättävä kaikkien pienten kappaleiden (planeettojen simulaattorit ja planeettojen satelliitit) kierros- ja pyörimisliikkeet.

Alkuperäisen pilven muodostumisen aikana hiukkasten välinen kitka muuttui lämmöksi. Tämä nosti Auringon lämpötilaa tarpeeksi aloittamaan sitä polttoainereaktion ja antamaan maapallolle sen sisäisen lämpötilan (jota myös ydin hajoaa).

Maan kierto

Maan liike voidaan jakaa kahteen osaan: sen kiertyminen massakeskipisteen ympärille ja jälkimmäisen liike. Kukin näistä kahdesta osasta voidaan puolestaan ​​jakaa useisiin komponentteihin, joilla on erilaiset ominaisuudet. Siten kiertoliikkeen Maan sisältää kierto sen hetkellinen pyörimisakselin ja liikkeen tämän akselin, joka voidaan tunnistaa joko tilan tai suhteessa maan kuoren (vrt infra, Movement napa). Samoin sen massakeskipisteen liike on seurausta liikkumisesta auringon ympäri ja auringon liikkumisesta galaksissa (vrt. GALAXY).

Määritelmävaikeus

Tähtitieteellisessä aika- ja etäisyysasteikossa tarkasteltuna maapallon koostumus ei ole kiinteä, vaan muovinen. Sen kiertyminen itsessään antoi sille vallankumouksen ellipsoidin muodon  : keskipakokiihdytyksen vaikutuksesta sen säde pylväissä (6 357  km ) on pienempi kuin päiväntasaajan säde (6378  km ).

Maa ei ole yksinkertainen kiinteä aine, sen muoto on määriteltävä tarkasti sen pyörimisen tutkimiseksi.

Maamassojen liikkeitä tutkitaan levytektoniikan avulla . Tiedämme kuinka mitata maankuoren liikkeet esimerkiksi GPS: llä . Niin sanotulla Tisserand- sopimuksella tämä mahdollistaa maapallon teoreettisen mallin jäädyttämisen, nimeltään ITRS ( International Terrestrial Reference System ).

Sitten on otettava huomioon muut tekijät, jotka puuttuvat erilaisiin maanpäällisiin ympäristöihin ja rajapintoihin, jotka moduloivat sen muotoa:

Maapallo "jähmettyi" näiden erilaisten "pelkistysten" avulla, joten voimme tutkia tähtien toimintaa tällä kiinteällä aineella (katso Eulerin kulmat ja synkroninen kierto ).

Pyörivän liikkeen komponentit

Maan pyöriminen on monimutkainen liike, joka johtuu kolmen liikkeen päällekkäisyydestä:

Yläosa antaa kuvan maan monimutkaisesta pyörimisliikkeestä, kun se hidastuu kitkan vuoksi: yläosan akseli alkaa pyöriä ja värähtelyt vaikuttavat itse tähän pyörimiseen.

Maan kiertoliike akselinsa ympäri

Galilean koordinaattijärjestelmässä, joka on kytketty kiinteän pallon palloon , maa pyörii akselinsa ympäri lännestä itään suoraan suuntaan, toisin sanoen vastapäivään nähden kaukaa pohjoissuunnasta. Tässä vertailuarvossa täydellinen kierto tapahtuu keskimäärin hieman alle 86 164,1  sekunnissa tai 23  tunnissa 56  minuutissa 4,1  sekunnissa ( tähtipäivä ). Koska maapallo pyörii auringon ympäri samaan aikaan kuin se pyörii itsessään, aurinkopäivä kestää muutama minuutti pidempään eli 24 tuntia. Maan pyöriminen akselillaan vastaa kulmanopeutta 7,292 115 × 10 −5  rad / s, ja sen lineaarinen pintanopeus on päiväntasaajalla 465,1  m / s .

Koska maapallo ei ole tiukasti kiinteä kiinteä aine, geodeesien ja tähtitieteilijöiden on määriteltävä tarkasti kiertonopeus. Sen mittauksen suorittaa International Earth Rotation and Reference Systems Service ( International Earth Rotation and Reference Systems Service , IERS ), joka julkaisee tulokset; erityisesti Pariisin observatorioon sijoittautunut IERS: n Maan orientaatiokeskus tarjoaa vaihteluja päivän pituudesta verkkosivustollaan.

Tämä pyörimisnopeus vaihtelee. Vyöhykeveden aiheuttamien harmonisten vaihtelujen (muutaman päivän ja 18,6 vuoden väliset jaksot) lisäksi kierrosjaksossa (päivän pituudessa) esiintyy epäsäännöllisiä muutoksia, pääasiassa noin 1 ms: n kausivaihteluita  ja vuosikymmenien muutoksia. (Alkaen 10 70 vuoteen) noin 5  ms . Jos kausivaihtelut ja kausivaihtelut ovat hyvin selitettävissä tuulien vaikutuksella, desimaalivaihtelut ovat edelleen huonosti ymmärrettyjä ja näyttävät tulevan ytimen ja vaipan välisestä vuorovaikutuksesta. Desimaalivaihteluista johtuen maapallo on kiihtynyt voimakkaasti vuodesta 2016, joten päivän pituuden kausikeskiarvo on vähemmän kuin 86400 s: n päivä vuodesta 2021 lähtien. Lisäksi pitkällä aikavälillä auringon ja kuun toimet vuoroveden nousulla tuottaa hidastuvan vääntömomentin, joka aiheuttaa päivän pituuden kasvun noin 1,3  ms vuodessa ja etäisyyden Kuusta 3,84  cm vuodessa (katso Synkroninen kierto ).

Pyörimisnapa on kiertoakselin leikkauspiste pohjoisen pallonpuoliskon pinnan kanssa. Pylvään suunta avaruudessa samoin kuin maan päällä mitataan 0,1 kaarimillisekunnin tarkkuudella.

Päiväntasausten precession

Maan pyörimisakseli tekee kohtisuorasta ekliptikan tasoon nähden vakion kulman 23 ° 26 ′ . EQUINOXES tapahtuu, kun kohtisuorassa Maan kiertoradalla (ekliptikaksi) ja joka sisältää sen pyörimisakseli kulkee Sun kuuden kuukauden välein. Suunnitelma on kuitenkin noin 28 500 vuotta vanha. Puheluja polody pisteen leikkauspisteessä pyörimisakselin maan kanssa alalla korjaukset suuntaan pohjoiseen ja herpolody käyrä on kuvattu tässä kohdassa on alalla korjaukset. Kreikkalainen tähtitieteilijä Hipparchus löysi ja kuvaili päiväntasausten precessiota vuonna 130 eKr. J.-C.

Ravitsemus

Nutation on nopeasti värähtelevän liikkeen ja pieni amplitudi akselin maapallon ympäri pyörimisen akselin kartion. Tätä liikettä kuvataan itsessään useiden nutatioiden yhdistelmänä. Tärkein niistä on Bradley-ravinto, jonka jakso on 18,6 vuotta ja amplitudi 9,2 tuumaa .

Precession ja nutation syyt

Maapallon muoto ei ole aivan pallomainen, mutta hieman soikean pyörimisen ellipsoidin muotoinen , ja sen halkaisija päiväntasaajalla on hieman suurempi kuin napojen läpi kulkeva. Maapallon pyörimisakseli on kalteva ekliptikalle nähden, ja sen aikana päiväntasaajalla on keskimäärin suurempia vuorovesi voimia kuin muualla planeetalla aineen suuremman pitoisuuden vuoksi. Tämä aiheuttaa vääntömomentin, joka pyrkii viemään päiväntasaajan kohti ekliptikan tasoa. Koska tämän parin akseli on suunnilleen kohtisuorassa maapallon pyörimisakseliin nähden, tälle akselille tehdään precessio samalla tavalla kuin yläosaan. Näitä liikkeitä ei olisi, jos maa olisi täysin pallomainen.

Päivän pituus

Päivän pituus riippuu sen mittaamiseen käytetystä viitekehyksestä:

  • aurinko päivä on kestoltaan kahden kohdat Auringon pituuspiiriä paikkaan. Se vaihtelee hieman vuoden aikana. Keskimääräinen aurinkopäivä on sovittu sopimuksella 86 400 s TAI, ts. 24  h , plus- tai miinus 5  ms: n sisällä .
Kansainvälisessä liikenteessä maapallon pyöriminen ja referenssijärjestelmien määrittää poikkeama aurinko päivä atomin päivästä päivittäin. Tällä erolla on kausiluonteinen vaihtelu millisekunnin luokkaa, joiden yli asetetaan pitkäkestoisia värähtelyjä 10-70 vuoden välillä, saavuttaen 5 ms: n ja vaikeasti ennustettavissa.Yleisen teorian mukaan nämä värähtelyt johtuvat nesteytimen ja vaipan välisestä kytkennästä. Suuremmissa aikatauluissa maapallon kiertonopeuden hidastuminen on hallitsevaa ja johtaa päivän pituuden kasvuun kahdesta neljään millisekuntia kahden vuosisadan aikana.Päivän pituus mitataan GPS-tekniikalla ja lasersäteillä keinotekoisissa satelliiteissa noin 20 µs: n tarkkuudella  . Voimme siten laskea päivän pituuden poikkeaman atomipäivästä.
  • tähtien päivä on kestoltaan kahden peräkkäisen kohdat tähdet pituuspiiriltä paikkaan, korjaus tehdään oman liikkeen. Tähtipäivän pituus on kiinteä 86 164,098 903691  s tai 23  h 56  min 4,1  s . Ero aurinkopäivään johtuu maapallon päivittäisestä liikkumisesta sen kiertoradalla auringon ympäri.
  • tähtivuorokauden on kestoltaan kahden siirrostuksille pituuspiiriltä paikka kevätkukinnan piste, leikkauspiste on Taivaanekvaattori sekä maanpäällistä päiväntasaajan. Sydänpäivä on hyvin lähellä tähtipäivää; ero, joka on hyvin pieni päivän mittakaavassa, johtuu päiväntasausten precessiosta, toisin sanoen maan akselin pyörimisestä kiinteiden pallolla.

Vuoden kesto

Maapallon vuotuinen kiertojakso riippuu käytetystä vertailuarvosta:

  • Galilean koordinaatistossa, joka on kytketty kiinteän palloon, maa pyörii itsessään hieman alle 86 164,1  s : ssä tai 23  h 56  min 4,1  s: ssä . Se palaa samalle asemalle kiertoradallaan 365256 3  d tai 365  d 6  h 9  min 4  s . On sidereal-vuosi .
  • jos mitataan kiertymä kevätpisteeseen (kiinnittimien pallon leikkauspiste maa-aurinko-suunnan kanssa), se pyörii 365.242 2 d: ssä, ts.  365  d 5  h 48  min 45  s . Se on trooppinen vuosi , hieman lyhyempi kuin sivuvuosi maapallon akselin pyörimisen vuoksi.
  • jos otetaan huomioon maapallon kiertoradan piste, joka on lähinnä aurinkoa (maapallon kiertoradan perihelion, tällä hetkellä 3. tammikuuta), koska maapallon kiertorata on ellipsi, maapallolla kestää 365259 6  päivää tai 365  d 6  h 13  min 53  s tulla takaisin. Tätä kestoa kutsutaan poikkeavaksi vuodeksi . Tämä kesto eroaa sivuvuodesta, koska maapallon kiertoradan ellipsi pyörii hitaasti Galilean kehyksessä.
  • lopuksi, jos löydämme itsemme suhteesta kuun kiertoradan solmuun, vuosi kestää 365.593 0  päivää tai 365  päivää 14  h 13  min 53  s . On drakoninen vuosi .

Gregoriaanisen kalenteri

Gregoriaaninen kalenteri perustettiin varmistamaan sen vakaus vuodenaikoihin nähden, toisin sanoen kevätpäiväntasaus tapahtuu aina samana päivänä. Tämä kalenteri on siis likimääräinen trooppisen vuoden murto-osa (kokonaisina murto-osina, koska emme voi lisätä tai vähentää päivien murto-osia kalenterivuoden pituuden säätämiseksi).

Hänen käyttämänsä menetelmä on lisätä koko päivä 4 vuoden välein ( karkausvuodet ) ja vähentää kolme päivää 400 vuoden välein (ei karkaavat maalliset vuodet), nimittäin:

Keskimääräinen gregoriaaninen vuosi päivinä =

Gregoriaaninen vuosi eroaa trooppisesta vuodesta 0,000 310 kahdella  päivällä vuodessa, ja kestää 3224 vuotta, ennen kuin kevätpäiväntasaus poikkeaa keskimäärin päivällä 21. maaliskuuta asetetusta kalenteripäivän tasosta. Käytännössä koko päivän lisääminen neljän vuoden välein aiheuttaa tähtitieteellisen kevättasauksen laskevan syklisesti 20., 21. tai 22. maaliskuuta, mutta sen keskimääräinen päivämäärä on kiinteä yllä olevassa arviossa.

Kuun aikaisempi synkronointi maapallon ympäri

Jättiläinen vaikutus 4400000000vuosi sitten olisi vastuussa kallistaa maapallon akseli pyörimisakselin ja nopeuttamalla maapallon pyöriminen (tuolloin, näyttää siltä, että päivä kesti kymmenen tuntia).

Jos maapallon kiertorata olisi ollut sama kuin nyt, vuosi olisi ollut 880 päivää.

Synkroninen pyöriminen Moon johtuu vuorovesi voimien maan, jonka kitka hidastaa kuun kierto, kunnes synkronoinnin kierto ja vallankumouksen Moon maapallon ympäri. Siksi se antaa meille aina saman näkyvän puolen (siis piilotettu puoli).

Paleontologiset jäljet ​​maapallon pyörimisen hidastumisesta

Toisaalta maapallon ja Kuun väliset vuorovesivoimat hidastavat myös maan kiertymistä itsessään niin paljon, että kun lasketaan näkyvien päivittäisten kasvurenkaiden määrä Devonin fossiilisten korallien vuotuisissa kasvurenkaissa (380 Ma sitten ) paljastuu, että tuolloin vuodella oli 400 päivää, mutta päivä, joka kesti vain 22 tuntia.

Tämä hidastaa yhden tunnin päivittäisen kierron lisäämistä 200 miljoonan vuoden (tai kahden miljoonan vuosisadan) välein on noin muutama millisekunti vuodessa.

Maapallon pyörimisen synkronointi tulevaisuudessa auringon ja kuun kanssa

Kun kaksi elintä pyörii toistensa ympäri, painovoimalla on taipumus synkronoida näiden kahden kehon pyöriminen pyörimisen kanssa siten, että pitkällä aikavälillä nämä kaksi elintä näyttävät kiinteästi taivaalla yhdeltä puolelta katsottuna. Vaikutus riippuu massasuhteesta ja kahden rungon välisestä etäisyydestä. Maa on kuitenkin Auringon satelliitti, ja Kuu on satelliitti. Siksi nämä kaksi tähteä vaikuttavat sen pyörimiseen.

Tärkein massojen ja etäisyyksien suhde on Maan suhde Kuuhun: Kuun kierto itsessään synkronoituu sen vallankumouksen kanssa ympäri maapalloa ja se näyttää sille aina saman kasvot.Maa-Kuu-pariskunnan jäsenenä Maa kääntyy itsekseen yhä hitaammin saavuttaakseen lopulta synkronoinnin kuukuun kanssa, joka puolestaan ​​myös kasvaa hitaasti, kun Kuu siirtyy pois maasta. Maan kiertonopeus on suurempi kuin sen kiertoradalla olevan Kuun, se yleensä hidastuu ja päivän pituus väistämättä pidentyy. Kulmamomentin säilymisperiaatteesta johtuen näin menetetyn maapallon kiertomomentin saavuttaa täsmälleen Kuu kiertoradan käännöksessään, mikä johtaa sen etäisyyteen maasta. Maapallon menettämä liike-energia kiertymisestä muuttuu lämpöksi vuorovesien kitkan avulla. Kuu pikkuhiljaa menettää kineettistä energiaa, E C , (Always positiivinen suuruus), koska sen kiertoradan hidastuu edelleen se liikkuu pois (se hidastuu sen pidentäminen kiertoradalla); mutta, kuten mikä tahansa satelliitti, sen potentiaalienergia E p ja koko kiertoradan energia E on negatiivinen (E = E p + E c = -E c = ( 1 / 2 ) E p , koska viriaaliteoreema  : E p = - 2 E c ). Siten E: stä tulee vähemmän negatiivinen ja siksi se kasvaa. Tällä hetkellä Maa-Kuu-järjestelmän "mekaanisen" energian kokonaishäviö on luokkaa -3,2 TW, toisin sanoen -3,321 TW, jonka maapallo menettää, mikä hidastuu ja +0,121 TW: n, jonka siirtyvä kuu saavuttaa.Kuun vaikutus maan päälle on melkein puoli miljoonaa kertaa suurempi kuin Auringon vaikutus. Maapallo näyttää aina saman kasvon kuulle kauan ennen kuin se näyttää saman kasvon auringolle. Laskelmat viittaavat siihen, että maanpäällisen päivän ja kuun on nykyään 47 miljardia vuotta ja vielä enemmän, jotta kolmen tähden synkronointi tapahtuisi, mikä on enemmän kuin aurinkokunnan arvioitu elinikä. Pluto-Charon-järjestelmä on jo saavuttanut tämän tilan synkronisella pyörimisellä 6 päivää 9 tuntia ja 17 minuuttia.

Viitteet

  1. Olivier Esslinger , "  Planeettojen näennäinen liike  " , Astronomie et Astrophysique (käytetty 11. tammikuuta 2021 )
  2. (in) "  Difference Between Rotate & Revolve  " on sciencing ( katsottu 11. tammikuuta 2021 )
  3. (in) Federico Borin , Ennio PORETTI Francesco Borsa ja Monica Rainer , "  Observing eksoplaneettojen päässä maapallosta: Miten meidän vallankumous Auringon ympäri vaikuttaa havaitsemiseen 1 vuodeksi  " , European Physical Journal lisää , Vol.  132, n °  8,11. elokuuta 2017, s.  349 ( ISSN  2190-5444 , DOI  10.1140 / epjp / i2017-11621-7 , luettu verkossa , kuultu 11. tammikuuta 2021 )
  4. Christian Bizouard , "  Constants hyödyllinen  " [html] , osoitteessa hpiers.obspm.fr/eop-pc/ , Pariisin observatorion maapallon kierto- ja vertailujärjestelmien kansainvälisen palvelun maan orientaatiokeskus , päivitetty 13. helmikuuta 2014 ( käyty tammikuussa 2014) 15, 2016 ) .
  5. "Päivä" Richard Tailletissa , Loïc Villain ja Pascal Febvre , fysiikan sanakirja , Bryssel, De Boeck University ,20092 th  ed. ( 1 st  ed. 2008), XII -741  Sivumäärä , 24  cm ( ISBN  978-2-8041-0248-7 ja 2-8041-0248-3 , OCLC  632092205 , important BNF n o  FRBNF42122945 ) , s.  301-302 [ lue verkossa  (sivu tarkasteltu 15. tammikuuta 2016)] .
  6. DD McCarthy, G.Petit (Hrsg.): IERS-yleissopimukset (2003) (IERS: n tekninen huomautus nro 32), Kap. 1: Yleiset määritelmät ja numeeriset standardit. ( PDF )
  7. (in) Clabon Walter Allen ja Arthur N. Cox (toimittaja), Allenin avaruusfysikaaliset Määrät , Springer Science & Business Media,2000, 719  Sivumäärä ( ISBN  978-0-387-98746-0 , luettu verkossa ) , s.  244.
  8. "  EOP Product Center - Orientation de la Terre  " , osoitteessa eoc.obspm.fr ( luettu 3. helmikuuta 2021 )
  9. "  Polaariliikkeen ja päivän pituuden herättäminen ilmakehässä ja meressä  " , osoitteessa hpiers.obspm.fr ( luettu 3. helmikuuta 2021 )
  10. TAI: Kansainvälinen atomiaika, atomikellojen aika vuodesta 1967.
  11. (in) "  mittaaminen väärinkäytösten maapallon pyöriminen  " on Pariisin observatorio (tutustuttavissa 07 maaliskuu 2019 ) .
  12. Cyril Langlois , Mini käsikirja Geologian: Geofysiikka: Course + korjattu exos: Course ja korjattu exos , Dunod ,15. kesäkuuta 2011, 208  Sivumäärä ( ISBN  978-2-10-056821-5 , lue verkossa ) , s.  23
  13. Jean-Philippe Debleds , La Parallaxe de Mercator: kuinka lauhkean maan sivilisaatiomalli luo trooppisten alueiden kannalta optisen illuusion, joka todennäköisesti vaarantaa koko ihmiskunnan , Ouistreham, coreEdition,26. toukokuuta 2015, 752  Sivumäärä ( ISBN  978-2-9553208-0-8 , luettu verkossa ) , s.  30
  14. "  Kuilu tammikuusta 2000 kuluvaan viikkoon asti  " , Observatoire de Paris .
  15. "  Definition of the Year  " , Pariisin observatoriossa (tarkastettu 6. maaliskuuta 2019 ) .
  16. (in) Jim Baggott, Origins. Luomisen tieteellinen tarina , Oxford University Press ,2018, s.  190.
  17. Encyclopædia universalis , voi.  14, Encyclopædia universalis France,1990, s.  86.
  18. Christian Buty, "  Maan kierto itsessään ja Maan kuun etäisyys  " , opettajien ja tähtitieteilijöiden yhteyskomitea

Katso myös

Aiheeseen liittyvät artikkelit

Bibliografia

  • Emmanuel di Folco, Miksi maa kääntyy? , Les Petites Pommes du Savoir n o  73, painokset Le Pommier , Pariisi, 2011, 64 sivua ( ISBN  978-2-7465-0564-3 )

Ulkoiset linkit

<img src="https://fr.wikipedia.org/wiki/Special:CentralAutoLogin/start?type=1x1" alt="" title="" width="1" height="1" style="border: none; position: absolute;">