рефераты, курсовые, дипломы >>> астрономия, авиация, космонавтика

 

Земля

 

городская общеобразовательная среднего (полного) общего образования школа № 244

Планета ЗЕМЛЯ.

Работа ученика

11 а класса

Бокова Егор

Санкт-Петербург

2000 год

Земля

Первые астрономические явления, которые с детства знакомы каждому, это
— смена дня и ночи, восход и заход Солнца. Объяснение этих явлений связано с вопросом о форме и вращении нашей Земли. На смену наивным представлениям о плоской неподвижной Земле и «небесной тверди» приппо признание шарообразности и вращения Земли и безграничности небес. Подтверждения шарообразности Земли черпались из наблюдений формы края земной тени на диске Луны во время лунных затмений, из наблюдений постепенного появления либо исчезновения морских судов при их приближении либо удалении от берега, из наблюдений конфигурации высоты Полярной звезды при переезде с севера на юг, из факта расширения горизонта по мере подъема вверх. Мысль шарообразности
Земли появилась еще у старых греков (Пифагор, VI в. До н. Э.: Парменид,
VI—V вв. До н. Э.; Аристотель, IV в. До п. Э.), Но позже оставалась в забвении более полутора тыщ лет, до времен Колумба и кругосветных путешествий XVI в.

Размеры земного шара в первый раз были определены около 240 г. До н. Э.
Эратосфеном (276—196 гг. До н. Э.) В Александрии. Он нашел, что в день летнего солнцестояния в Сиене (южный Египет) Солнце в полдень проходит через зенит, а в Александрии — на расстоянии 1/50 окружности (7°,2) от него. Расстояние меж этими городами, расположенными приблизительно на одном меридиане, составляло 5000 греческих стадий. Следовательно, полная окружность равна 250000 стадий, а радиус земного шара R=40 000 стадий.
Принимая более вероятную длину стадии равной 160 м, получаем R=6400 км.
Современные определения дают R=6370 км.

Вращение земного шара самым естественным образом объясняет смену дня и ночи, восход и заход светил. Обширно известны следующие подтверждения вращения Земли вокруг собственной оси: поворот с течением времени плоскости качаний маятника Фуко относительно окружающих его предметов, сплюснутость
Земли, обнаруживаемая из градусных измерений, отклонение падающих тел к востоку, размыв правых берегов рек, текущих в северном полушарии Земли, и левых — в южном полушарии (закон Бэра), пассаты, изменение силы тяжести с широтой (не объясняемое сплюснутостью Земли), направление ветров внутри циклонов и антициклонов и т. Д.

некие греческие ученые догадывались и о годичном движении Земли вокруг Солнца. Аристарх Самосский еще в III в. До н. Э. Считал, что Земля обращается вокруг Солнца. Но эта мысль также оставалась в забвении полторы тыщи лет.Следующие явления можно назвать подтверждениями обращения Земли вокруг Солнца: годичный параллакс звезд, годичную аберрацию звезд и смещение линий в диапазонах звезд с периодом в один год.

Годичное движение Земли перемещает наблюдающего и этим вызывает видимое смещение более близких звезд относительно более далеких. В течение года близкие звезды обрисовывают на небе (на фоне более далеких звезд) параллактические эллипсы. Крупная ось такового эллипса постоянно параллельна плоскости земной орбиты, т. Е. Плоскости эклиптики, а величина оси зависит от расстояния звезды (чем меньше расстояние, тем она больше); величина малой оси зависит, не считая того, и от углового расстояния звезды от плоскости земной орбиты, т. Е. От астрономической широты звезды. Годичные параллаксы звезд меньше I". Самая близкая к нам звезда имеет параллакс 0'',76.

Годичное движение Земли вызывает, не считая того, аберрационное смещение звезд; все звезды обрисовывают за год аберрационные эллипсы, огромные оси которых постоянно равны 41" и параллельные эклиптике, а величины малых осей зависят от астрономической широты звезды. Это аберрационное смещение является результатом сложения скорости движения Земли по её орбите (в среднем 29,8 км/сек) со скоростью распространения света (около 300000 км/сек), идущего от звезды. В каждый данный момент звезда

[pic]

Рис. 1. Земля обращается вокруг Солнца по эллипсу.

смещается в направлении движения Земли, к так называемому апексу орбитального движения Земли. Этот апекс постоянно лежит в плоскости земной орбиты под прямым углом к Солнцу на запад от него, т. Е. На 90° направо от
Солнца.

Годичное движение Земли вызывает также периодическое смещение линий в диапазонах звезд. Наибольшее смещение линий к красному концу диапазона, которое согласно принципу Доплера значит наибольшую скорость удаления от звезды, бывает в тот момент, когда геоцентрическая долгота звезды на 90° больше долготы Солнца, наибольшее смещение к фиолетовому концу — при долготе звезды на 90° меньшей долготы Солнца.

Земля движется вокруг Солнца по эллипсу (рис. 1) С эксцентриситетом
0,016736 (около 1/60). Солнце находится в одном из фокусов эллипса земной орбиты.Строго говоря, вокруг Солнца движется центр тяжести системы Земля —
Луна, так называемый барицентр; вокруг этого центра Земля и Луна обрисовывают в течение месяца свои орбиты. Движение Земли вокруг барицентра с периодом в один месяц вызывает периодические колебания в долготах и широтах Солнца и планет. Чёткое определение амплитуды этих колебаний дает возможность найти расстояние центра Земли от барицентра (барицентр находится на расстоянии 4800 км от центра Земли по направлению к Луне, т. Е. На 1600 км под поверхностью Земли) и отсюда отыскать отношение массы Луны к массе Земли.

Среднее расстояние Земли от Солнца равно 149 504 000 км (1 астрономическая единица — а. Е.). Эта базовая в астрономии величина выводится из определений солнечного параллакса. Горизонтальным параллаксом
Солнца именуется угол, под которым на расстоянии Земли от центра Солнца был бы виден экваториальный радиус Земли. Одним из способов измерения солнечного параллакса было наблюдение из различных пунктов на Земле явления прохождения Венеры либо Меркурия по диску Солнца.

Самая близкая к Солнцу точка орбиты хоть какой планеты именуется перигелием (для Земли это 147 002 000 км), самая далекая— афелием (для
Земли 152 006 000 км). Их соединяет линия апсид, совпадающая с большой осью эллипса планетной орбиты. Положение полосы апсид определяется гелиоцентрической долготой перигелия. В 1960 г. Долгота перигелия земной орбиты близка к 102°. Вследствие медленного вращения полосы апсид долгота перигелия растет на 61",9 в год. В реальную эру Земля проходит через перигелий 2—5 января, а через афелий 1—5 июля. Скорость движения Земли различна в различных частях орбиты. Средняя скорость движения Земли по её орбите около 30 км/сек либо 100 000 км/час; на длину собственного поперечника
Земля продвигается за семь минут.

Полный оборот вокруг Солнца Земля совершает в течение 365,25636 суток
(365d6h9m10s). Это — так называемый звездный, либо сидерический, год.

Средний просвет времени от одного весеннего равноденствия до следующего, называемый тропическим годом, равен 365,24220 средних суток
(365d5h48m46s) *).

Плоскость земного экватора наклонена на 23°27' к плоскости земной орбиты, причем земная ось стремится сохранить постоянным свое направление в пространстве, указывая постоянно на северный полюс мира, находящийся вблизи
Полярной звезды. Наклон оси вращения Земли и постоянство её направления являются предпосылкой смены времен года на Земле. Длительность времен года зависит от эксцентриситета земной орбиты и от расположения полосы апсид.

Из градусных измерений было получено, что длина одного градуса широты у экватора равна 110,6 км, а у полюсов —111,7 км. Это приводит к заключению о том, что истинная форма Земли близка к сфероиду. Согласно исследованиям русских геодезистов (Ф. Н. Красовский и его сотрудники, 1940 г.) Экваториальный радиус этого сфероида a=6378,245 км, а полярный b=6356,863 км; разность их a-b=21,382 км.

Сплюснутость земного сфероида характеризуется отношением разности экваториального радиуса а и полярного b к экваториальному. Это отношение совсем не достаточно: что составляет около 0,3%, в то время как сплюснутость Юпитера около 6%. Точнейшие геодезические измерения и данные гравиметрии приводят к более чёткому представлению о фигуре Земли, к понятию о так называемом геоиде. Геоид не является правильной геометрической фигурой; за поверхность геоида принимается некая поверхность, в каждой точке перпендикулярная к полосы отвеса. Эта поверхность приблизительно совпадает с невозмущенной приливами поверхностью океанов и мысленно длится на части Земли, занятые материками. От поверхности геоида отсчитывают высоты разных точек на Земле, когда указывают «высоту над уровнем моря».

Сам земной шар не занимает постоянного положения относительно собственной оси вращения. Поэтому полюсы Земли обрисовывают на её поверхности сложные полосы, впрочем, в течение десятилетий не выходившие за пределы квадрата со стороной О" ,7, что соответствует 25 м. Полюс воспринимает роль в двух главных движениях: одно совершается по кругу радиусом 4,5 m в течение 433d
(оно связано с периодом так называемых собственных колебаний земногошара), другое совершается по вытянутому эллипсу с большой полуосью 5 л» и периодом в один год (оно связано с сезонными явлениями на Земле.) Из 60-летних наблюдений интернациональной Службы широты замечены периодические (период около
42 лет) конфигурации амплитуды колебаний полюса. Начиная с 1950 г., Нежданно для профессионалов, кривая, описываемая северным полюсом Земли, превысила пределы. О причинах нарушения установившегося равновесия можно строить разные догадки, вплоть до догадок о возможном влиянии испытаний атомного и водородного орудия.

Вследствие вращения Земли любая точка экватора имеет линейную скорость 465 м/сек. Развивающаяся в силу этого центробежная сила уменьшает силу тяжести на земной поверхности. На экваторе центробежная сила составляет 1/289 часть силы тяжести. Реально это отношение достигает 1/190, что разъясняется сплюснутостью Земли.

Наши представления о внутреннем строении и физическом состоянии недр земного шара основаны на разнообразных данных, посреди которых существенное значение имеют данные сейсмологии. Исследование распространения в земном шаре упругих волн, возникающих при землетрясениях, позволило открыть слоистое строение земных недр.

Земной шар имеет раскаленное ядро, но тепло,которое каждый сантиметр поверхности Земли получает от её недр, в 5000 раз меньше тепла, получаемого от Солнца. При углублении на каждые 33 м вовнутрь земной коры температура повышается в среднем на один градус. Можно предполагать, что это повышение температуры происходит только в сравнимо узком слое земной коры (не глубже 100 км), в котором находятся радиоактивные вещества. Распад атомов радиоактивных частей и перевоплощение их в атомы остальных частей сопровождаются выделением тепла. Ядро же Земли имеет температуру
2000—4000°. Но при таковой температуре упругость внутренних частей ядра, нахо дящихся под давлением (до 3.5 млн. Атмосфер) вышележащих слоев, в 2.5 раза больше упругости стали. При этих условиях вещество в ядре Земли находится в особом «металлическом» состоянии. Плотность в центре Земли около 11 г/см3. Средняя плотность Земли (5,52) приблизительно вдвое больше плотности поверхностных её слоев (2,7).

Толщина земной коры (в которую входят осадочные породы, гранит, базальт) вплоть до основания базальтов в различных районах земного шара составляет от 30 до 60 км. Под корой, до глубины 2900 км, расположена мантия, либо оболочка. Глубже находится ядро. Вопрос о существовании многих границ раздела слоев разной плотности в толще Земли в настоящее время подвергается пересмотру. Возможно, что кроме границы, залегающей на глубине 2900 км, имеется еще только одна граница, на глубине 5000 км, где происходит новое резкое изменение плотности .

Химический состав всей Земли в целом и средний состав атмосферы, гидросферы и каменной оболочки — литосферы — дан в табл. I.

Таблица I Химический состав Земли

|Земля в целом | |Атмосфера, |I литосфера |
| | |гидросфера | |
|элемент |% по весу|Алемепт |% по весу |
|Железо Ре ...... |39,76 |Кислород 0 ..... |49,42 |
|Кислород 0 ...... |27,71 |Кремний 8} ..... |25,75 |
|Кремний 31 ...... |14,53 |Алюминий А1 ..... |7,51 |
|Магний М^ ...... |8,69 |Железо Ре ...... |4,70 |
|Никель .М ...... |3,46 |Кальций Са ..... |3,39 |
|Кальций Са ...... |2,32 |Натрий Nа ...... |2,64 |
|Алюминий А1 ..... |1,79 |Калий К ....... |2,40 |
|Сера 8 ......... |0,64 |Магний М§ ...... |1,94 |
|Натрий Nа ...... |0,38 |Водород Н ...... |0,88 |
|Хром Сг ........ |0,20 |Титан Т1 ....... |0,58 |
|Калий К ....... |0,14 |Хлор С1 ....... |0,188 |
|Фосфор Р ....... |0,11 |Фосфор Р ...... |0,120 |
|Марганец Мп ..... |0,07 |Марганец Мп ..... |0,09 |
|Углерод С ....... |0,04 |Углерод С ...... |0,087 |
|Титан Т1 ....... |0,02 |Сера 8 ........ |0,06 |
|другие элементы|0,14 |другие элементы|0,26 |
|. . | |. | |

Согласно последним данным геологии возраст земной коры не меньше 3 миллиардов лет. Возраст Земли как планеты, непременно, больше.

Земной шар представляет собой магнит, причем магнитная ось Земли наклонена на угол 11°,5 к оси вращения. Она проходит на расстоянии около
1200 км от центра Земли; магнитный полюс, находящийся в северном полушарии
Земли, имеет координаты 74° N и 101° W; другой полюс-69° S и 143° E.

Напряженность магнитного поля зависит от места на поверхности Земли и от времени, но при отсутствии возмущений редко превосходит 0,6 эрстед.

Земная атмосфера. Воздушный океан, окружающий Землю, - её атмосфера, - является ареной, на которой разыгрываются разнообразные метеорологические явления. Для астрономов атмосфера является быстрее помехой в наблюдательных работах, хотя некие явления, относящиеся к астрономии, протекают в атмосфере (к примеру, вспышки метеоров). Воздух рассеивает солнечные лучи, причем это рассеяние растет с уменьшением длины волны. Для видимого диапазона большее рассеяние сине-зеленоватых лучей обусловливает голубой цвет неба и не дает способности следить звезды днем. В силу этого же Солнце и
Луна блиэ горизонта (перед закатом и после восхода) бывают красного либо оранжевого цвета. Излучение с длиной волны короче 290 тц полностью поглощается слоями озона, находящимися на высотах 35—60 км. Общественная толщина слоя озона, приведенного к обычным условиям (т. Е. Давлению 760 мм ртутного столба и темпера туре 0°), составляет всего 3 мм. Он предохраняет живую природу от губительного деяния далеких ультрафиолетовых и остальных коротковолновых излучений.

Атмосфера поглощает не лишь коротковолновое излучение небесных светил, но и не пропускает к нам значительную часть космического радиоизлучения. Радиоволны длиной больше 30-15 м отражаются ионосферой, а короче 3 см - поглощаются водяным паром. Не считая того, атмосфера существенно ослабляет, а также преобразует сгусток частиц высокой энергии, идущий к нам из космоса (так называемые космические лучи). таковым образом, земная атмосфера — это своеобразный экран, защищающий поверхность Земли от непосредственного действия космоса.

Поглощая и рассеивая свет небесных светил, атмосфера уменьшает их блеск, причем поглощение растет при увеличении толщи воздуха, проходимой лучами. Толща возрастает при возрастании зенитного расстояния
2 (в первом приближении пропорционально вес г). Поэтому при сравнении блеска небесных светил, находящихся на различных зенитных расстояниях, нужно учесть различие в поглощении света (см. Табл. 55). Поглощение В совсем незапятанной атмосфере составляет в зените 0m,21 в визуальных лучах и
0m,44 — в фотографических.

Атмосфера вызывает также преломление лучей — рефракцию, которая влияет на положение светила на небе и заметным образом искажает форму Солнца и
Луны у горизонта.

характеристики земной атмосферы до высоты в 40 км исследованы со стратостатов и самопишущих метеорологических устройств, поднимаемых шарами-зондами; разнообразные метеопрпборы и спектральные аппараты поднимались до высот практически в 500 км особыми метеорологическими и геофизическими ракетами; наконец, в самые последние годы только богатая информация о состоянии верхних слоев атмосферы выходит с искусственных спутников
Земли и космических ракет. Не считая того, высокие слои атмосферы исследуются различными косвенными способами (наблюдения метеоров, метеорных следов, серебристых туч, полярных сияний, исследование свечения ночного неба, сумеречных явлений, лунных затмений), а также с помощью радио (исследование ионизованных областей, преломляющих и отражающих радиоволны).

В основном земная атмосфера состоит из азота и кислорода. В табл. II дано процентное содержание химических частей,

Таблица II Состав земной атмосферы

|Элемент |% по размеру|
|Азот |78,09 |
|Кислород |20,95 |
|Аргон |0,93 |
|Углекислый газ |0,03 |
|Водород |0,01 |
|Неон |0,0015 |
|Гелий |0,00015 |
|Криптон |0,000001 |
|Ксенон |0,00000009 |

составляющих атмосферу Земли. Вследствие перемешивания воздуха конвективными токами и ветрами состав атмосферы практически не изменяется до высоты в 100—150 км. Выше находится изменение состава атмосферы: количество тяжелых инертных газов резко падает, а молекулярные азот и кислород заменяются атомарными. До высот 300—350 км преобладает атомарный кислород, а выше — атомарный азот.

Атмосферу Земли условно делят на четыре слоя: тропосферу^ стратосферу, ионосферу и экзосферу. Тропосфера начинается от поверхности земли либо моря; верхняя её граница в средних шпротах находится на высоте 9—10 км зимой и
10—12 км летом, а в экваториальной зоне поднимается до 15—17 км. Тропосфера характеризуется постепенным убыванием температуры с высотой. В ней содержится около 80% массы всей атмосферы, практически вся вода и пыль, взвешенные в атмосфере. Граница меж тропосферой и стратосферой именуется тропопаузой. Стратосфера распространяется от высоты 12—15 км до 80—85 км, где находится стра-топауза, выше которой размещается ионосфера.

Как указывает само заглавие, в данной последней, кроме нейтральных молекул, находятся и ионизованные атомы. Ионизацию производит коротковолновое излучение Солнца и потоки заряженных частиц (корпускул), парящих от Солнца. Электрические характеристики ионосферы, высота и степень её ионизации зависят от времени суток, времени года и от фазы солнечной активности, Ионосфера имеет огромное значение для радиосвязи на огромных расстояниях, которая осуществляется на длинных, средних и маленьких радиоволнах , многократно отражающихся (точнее, преломляющихся) от ионизованных слоев ионосферы и от поверхности Земли.

Представления о строении ионосферы существенно поменялись после запуска искусственных спутников Земли. До этого предполагалось, что в ионосфере имеются четыре главных ионизованных слоя: слой D (на высоте 80 км), слой E (100—105 км), слой F1, (200 км) и слой F2, (300— 350 км).
но подозревали, что эти слои имеют клочковатое строение и состоят из отдельных ионизованных туч. В настоящее время приходится признать, что такового четкого деления на слои (стратификации) в ионосфере нет: от 60 км до, по крайней мере, 473 км имеется сплошной массив ионизованного газа с отдельными флуктуациями (неоднородностями) концентрации ионизованных частиц.

Было найдено изменение плотности верхних слоев атмосферы и колебания их температуры в зависимости от конфигурации солнечной активности, а также в зависимости от времени года (так, к примеру, летом в дневные часы плотность на высоте 200 км в 20 раз больше, чем зимой ночью).

Область выше 400 км именуется экзосферой.

Самые высокие полярные сияния наблюдались на высотах 700—1000 и даже
1200 км. Свечение ночного неба находится на высотах до 2000 км.
возможно, верхняя граница земной атмосферы лежит около 3000—4000 км.

Данные, полученные в последнее время с помощью искусственных спутников
Земли, а также русских космических ракет, доказали, что земной шар окружен двумя «поясами радиации» - областями резкого роста концентрации заряженных частиц высокой энергии. Концентрация оказалась большей вблизи магнитного экватора Земли (как понятно не совпадающего с географическим) и убывает к магнитным полюсам, а также зависит от высоты над земной поверхностью. В первой, близкой к Земле области концентрация заряженных частиц (по-видимому, протонов с энергиями до сотен миллионов электрон-вольт) достигает максимума на высоте порядка 1000 км. Границы второй области, созданной, возможно, электронами с энергией в несколько десятков тыщ электрон-вольт, простираются до высот в 50—60 тыс. Км.

На каждый квадратный сантиметр земной поверхности на уровне моря воздух давит с силой в 1,0332 кг (так называемое давление в одну атмосферу). общественная масса атмосферы Земли составляет около одной миллионной доли массы Земли.

Распределение в атмосфере температуры (определяемой тепловыми скоростями движений частиц воздуха) характеризуется любопытными неправильностями — температурными инверсиями: в тропосфере температура миниатюризируется приблизительно на 6°C каждым километром высоты; от тропопаузы до высоты 30 км температура приблизительно постоянна и равна — 56° С; от 30 до 55 км температура равномерно повышается до 4-100° С; к высоте 80 км она вновь падает до +30° С и потом равномерно повышается, достигая нескольких сотен градусов на высоте 200—300 км. Но плотность воздуха на этих высотах столь мала, что температура тела, попавшего туда, будет определяться способностью тела поглощать энергию солнечных лучей (и излучать, её в окружающее пространство), а не температурой окружающего очень разреженного воздуха. Исследование метеорных следов и серебристых туч обнаруживает скорости «стратосферных ветров» до 120 м/сек.

 
Еще рефераты и курсовые из раздела
Планеты гиганты
Юпитер - пятая от Солнца и самая крупная по величине планета Солнечной системы. Юпитер более чем в два раза массивнее, чем все другие планеты совместно взятые (он в 318 раз массивнее...

Конструктор Сухой
Павел Осипович Сухой ПЛАН: 1. Детство и студенческие годы П. О. Сухого: а) Семья Сухих. б) Военная служба 1916-1918. в) Окончание МВТУ. 2. Работы...

Практическое применение космонавтики
Содержание: Начало космической эпохи 3 Космическое исследование Венеры 4 Исследования Венеры с помощью АМС 5 АМС первого поколения 5 АМС второго поколения 6...

Солнечная система (Солнце, Земля, Марс)
Таллиннская Тынисмяэвская настоящая Школа Реферат. По теме: Солнечная система. Уч-ца: Анна Еремеева 9 «Б» класс Учитель: О.К Круглов Таллинн 2003...

Теория раздувающейся Вселенной
Пурбуев А. Б. Гр. 508-1. Доклад на тему: Теория раздувающейся вселенной. Введение: Одна из проблем, на которую наталкивается обычная теория огромного взрыва, -...