16 септември 2019
Категории
  •  Космос
  •  Физика
  •  Науки за земята
  •  Биология
  •  Медицина
  •  Говорят медиците
  •  Математика
  •  Научни дискусии
  •  Разни
FACEBOOK

Земята забавя въртенето си, високосният ден е на път да изчезне

Итън Сийгъл (Ethan Siegel): The Physics Of Leap Day

| ПОСЛЕДНА ПРОМЯНА 29 февруари 2016 в 09:00173633
Снимка: Wikimedia Commons

Приблизително на всеки четири години се появява един допълнителен ден - 29 февруари. Математическите и исторически корени на този "високосен ден" са изключително интересни, но причината за него се крие във физиката на планетата Земя.

Земята се върти около оста си, като едновременно обикаля Слънцето. Заради денонощното ѝ въртене са изгревите и залезите на Слънцето и Луната, ефектът на Кориолис и завъртането на всички звезди на нощното небе около полюсите. Заради обикалянето на Земята около Слънцето, от друга страна, се сменят сезоните; когато нашето полукълбо наклони към Слънцето, идва лято и повече светлина, когато полукълбото ни се наклони обратно - има зима и по-малко дневна светлина.

Сигурно всеки знае, че една година на Земята има 365 дни (а понякога 366 за високосните години). Оказва се, че нещата са малко по-сложни, според разказа за Forbes на Итън Сийгъл (Ethan Siegel), доктор по астрофизика и професор по физика и астрономия в Lewis & Clark College в Портланд.


Източник: Larry McNish at RASC Calgary Centre. Превод: Наука ОFFNews

Земята извършва пълно завъртане за по-малко от 24 часа: 23 часа, 56 минути и 4,09 секунди, за да бъдем по-точни. С други думи, това, което ние смятаме за едно денонощие, не е 360-градусово завъртане на нашата планета, а изисква малко повече! И както сме се завъртели на 360 градуса, сме напреднали и малко по нашата орбита около Слънцето. Ако използвахме 23:56:04,09 като продължителност на нашето денонощие, Слънцето щеше да свети в полунощ след половин година! За да фиксираме движението на Земята около Слънцето, се нуждаем от тези допълнителни 3 минути и 56 секунди, за да можем да се ориентираме правилно. Това трябва да направим за денонощието, но какво да кажем за годината?

Обиколката на Земята, връщането ѝ на същата позиция по отношение на Слънцето може да е интересен астрономически факт (това е т.нар. Сидерически (звезден) орбитален период - бел.ред.), но е безполезно определение за една земна година.

За да може Земята да достигне същата сезонна позиция в своята орбита около Слънцето - и повярвайте ми, ще искате да сезоните да се случват по едно и също време на вашите календари - ще трябва Земята да е ориентирана точно по същия начин по отношение на Слънцето, както е била точно преди една обиколка. Бихме могли да направим това от зимното слънцестоене до зимното слънцестоене, когато северният полюс на Земята (за мен) е максимално далече от Слънцето или всяка друга произволна точка в нейната орбита. По този начин измерената година, известна като тропическа година, всъщност е малко по-къса от астрономически измерената година.

Източник:Wikimedia Commons.Превод: Наука ОFFNews

Земята трябва да се завърти малко по-малко от 360 градуса около Слънцето, за да направи една тропическа година. Разликата е малка - 359.986 градуса, вместо 360 - но е достатъчно, за да направи тропическата година около 20 минути по-къса от звездната (или астрономическа) година. Тази разлика е известна като прецесия и обяснява защо полярната звезда в нощното небе се променя много бавно, в продължение на период от около 26.000 години (по-точно 25,771 години).

Източник: Wikimedia Commons/ Tau'olunga/CCA-SA-2.5 Прецесията на небесния северен полюс на Земята в течение на времето.

Обединявайки всичките тези три ефекта заедно - въртене, обиколка и прецесия - може да се отговори на въпроса колко дни й трябват на Земята, за да направи една тропическа година.

Отговорът точно за 2016 г. е 365.242188931 дни. Ако просто бяхме приели 365 дни за една година за всяка година, щяхме да напредваме близо месец всеки век, което е доста неприятно. Поставянето на високосна година (с един допълнителен ден) на всеки 4 -ти години ни довежда по-близо, така имаме 365.25 дни в годината. (Това е начина, по който се отмерва времето по Юлианския календар, който сме следвали 1600 години!) И все пак, тази разлика е достатъчна, тя става значителна и през 1582 година се появиха 10 излишни дни. Поради тази причина, периодът от 5 октомври до 14 октомври на 1582-та никога не е съществувал за Италия, Полша, Испания и Португалия, както и в други държави, които прескочиха с 10 дни по-задна дата. Григорианският календар, който сега следваме, е същият като Юлианския календар,  като вместо всяка четвърта година да е високосна година, годините, с които започват столетията не са високосни години, освен ако числото на годината се дели на 400! Така че, въпреки че 2000 е високосна година, 1900 не е и 2100 няма да бъде, но 2400 ще бъде отново. 

Хронология на приемането на Григорианския календар.  Уикипедия.

Приемането на Григорианския календар ни дава календар средно с 365.2425 дни в годината. В сравнение с реалната цифра от 365.242188931 дни, ще трябват повече от 3200 години за да се отмести с един ден, което е достатъчна точност за известно време. Но ако искаме да планираме в дългосрочен план, трябва да мислим не само за тази разлика. Ние трябва да мислим и за това, че скоростта на въртене Земята се променя и за достатъчно дълъг период от време, ще трябва да променим определението за "денонощие"!

За какво става въпрос? Две неща се случват, които променят скоростта на въртене на Земята, и влияят на продължителността на денонощието в противоположни посоки.

Пукнатина в земята причина от земетресение в Япония. Източник: Wikimedia Commons/ Katorisi/CCA-SA-3.0.

Всеки път, когато има земетресение, масата в Земята се пренарежда така, че заради запазването на ъгловия момент, малко се ускорява въртенето ѝ. Например японското земетресение миналата година скъси денонощието с 1.8 микросекунди, а земетресението в Суматра през 2004 г. (магнитут 9.1) - с 6,8 микросекунди. От друга страна, има две тела с големи гравитационни ефекти върху Земята!

Източник: Flickr/Kevin Gill/CCA-SA-2.0. Земята, Луната, и Слънцето.

И Слънцето, и Луната оказват гравитационно въздействие върху Земята. Ако Земята беше само една точка в пространството, това не би имало значение. Земята ще се движи по своята елиптична орбита около Слънцето, системата Земя - Луна ще обикаля около масовия си център и нищо няма да се промени. Но тъй като Земята е сфера, а Слънцето и Луната оказват по-голямо гравитационно привличане на тази страна на Земята, която е по-близо до тях, отколкото върху страната, която е по-далеч. Добавено към въртенето на Земята, се получават не само приливи, но също и приливно забавяне на земното въртене!

Забавянето е малко, но постоянно, със средна стойност от 14 микросекунди годишно, много по-голям ефект, отколкото забързването поради земетресенията. И в мащабите на геоложките времена, това наистина се усеща! Ако се обърнем към вековните денонощни следи, останали в почвата от приливите и отливите, наречени Rhythmite, можем да изчислим какъв е бил периодът на въртене на Земята.

Формация Туше. Източник: Wikimedia Commons/williamborg

Ако се вгледаме в най-древните пластове, които познаваме на Земята, от преди 620 милиона години, ще открием, че едно денонощие тогава е било малко по-дълго от 22 часа. Ако екстраполираме това приливно забавяне от времето към момента, когато е била създадена Земята, преди 4,5 милиарда години, ще открием, че един ден първоначално е бил само около 23 000 секунди или шест и половина часа.

Земята продължава да се забавя. На всеки 18 месеца, заради разликата между 86 400 секунди и реалното денонощие, добавяме допълнителна високосна секунда на нашите часовници (засега). След около 4 милиона години по този начин денонощието ще се удължи с около 56 секунди, достатъчно, за да няма нужда от високосна година вече; една година ще има точно 365 земни дни! Това забавяне ще продължи с течение на времето, дори и след като Слънцето се превърне в червен гигант, последвано от комбинацията планетарна мъглявина/бяло джудже. Ако приемем, че системата Земя-Луна оцелее, след около 50 милиарда години едно земно денонощие ще продължава приблизително 47 от съвременните денонощия.

Така че да се насладим на този високосен ден, защото след време няма да има нужда от него.


Препоръчани материали
yoghurt
Рейтинг : 1092
19.11 2017 в 15:00 3
+ 0
- 0
П.п. И какво се случи с историческото време, "появиха" преди 500 години, или "са се появили" ..?
yoghurt
Рейтинг : 1092
19.11 2017 в 14:44 2
+ 0
- 0
Едно е да преведеш дословно английски текст, друго е да напишеш статия на български. Макар и да са хвърлени усилия, изрази като "и повярвайте ми, ще искате да сезоните да се случват по едно и също време на вашите календари" са мърляви. За да разбера какво пише в статията, трябва мислено да си представя изречението на английски... Това ако не е извращение на езикът ни!
sawall 29.02 2016 в 16:45 1
+ 10
- 1
Добър опит, като статия, но има и доста объркани неща. Например: има орбитална прецесия (оста на земната орбита около Слънцето се мести), има и прецесия на въртенето на Земята (което причинява "движението" на Полярната звезда спрямо Северния небесен полюс). Разменили сте ги...
 
Още от : Физика
Всички текстове и изображения публикувани в OffNews.bg са собственост на "Офф Медия" АД и са под закрила на "Закона за авторското право и сродните им права". Използването и публикуването на част или цялото съдържание на сайта без разрешение на "Офф Медия" АД е забранено.