Главная страница | Контакты | Случайная страница Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Процессы, осложняющие вращение Земли

К ним относятся прецессия земной оси, нутация земной оси, приливные явления и колебания полюса.

1) Прецессия земной оси.

Как известно, ось Земли имеет наклон к эклиптике (нормали к плоскости, проходящей через орбиту Земли) и составляет 23,5º (рис 5.2).

Рис 5.2

Конус вращения составляет 47º и возврат земной оси к прежнему положению происходит через 25800 лет. Если бы прецессия не была такой медленной, то навигация по звёздам была бы очень сложной.

Средняя скорость прецессии земной оси составляет около 50,2″ в год и равна

Прецессия земной оси, обусловленная влиянием Солнца, определяется следующим образом:

,

где W – угловая скорость вращения Земли;

С, А – полярный и экваториальный моменты инерции Земли;

М_Солнце – масса Солнца;

R – радиус орбиты Земли вокруг Солнца;

θ – угол, образованный экваториальной плоскостью Земли с экваториальной круговой орбитой Солнца вокруг Земли.

Прецессия земной оси, обусловленная влиянием Луны, определяется следующим образом:

,

где условные обозначения те же, кроме M_Луна – масса Луны и r – радиус орбиты Луны вокруг Земли.

Здесь угол θ ^' близок к θ, так как плоскость орбиты Луны близка к эклиптике, и практически также равен 23.5º.

2) Нутация

α₁ и α₂ - широты

Рис. 5.3

В зависимости от начальных условий конец земной оси вычерчивает на воображаемой сферической поверхности кривую, приведенную на рис. 5.3.

Нутационные колебания земной оси возникают из-за того, что ось вращения Земли слегка наклонена к оси наибольшего момента инерции. Нутация выражается в периодических вариациях широты с периодом 430-435 суток и переменной амплитудой, составляющей в среднем 0.14″. Эти колебания накладываются на 12-месячные (сезонные) вариации широты с амплитудой того же порядка величины.

3) Колебание полюсов Земли

Помимо нутационных, имеются другие колебания полюсов Земли – 12-месячные (годовые) колебания. Их природа связывается с движениями в атмосфере Земли. Несмотря на ограниченную массу атмосферы, перемещения в ней имеют порядок размеров Земли. При перемещении на расстояние, равное радиусу Земли а, для получения изменения момента инерции ∆I = 10³⁶ г·см² необходима масса что составляет лишь 5·10^–4 массы атмосферы. Манк и Хассан исследовали среднемесячные значения моментов инерции атмосферы по всем имеющимся барометрическим данным. Они пришли к выводу, что именно атмосферные движения возбуждают 12-месячные (годовые) колебания полюсов.

Существуют еще и 14-месячные колебания полюсов Земли, но природа их окончательно не выяснена. Предполагают, что они связаны с пока непознанной связью между ядром и мантией.

Приливное трение и эволюция системы Земля – Луна

Происхождение приливного момента заключается в следующем (рис. 5.4).

Рис. 5.4

Градиент потенциала притяжения Луны вызывает появление приливных выступов на Земле, в частности, в океанах. Процессы диссипации* энергии приводят к запаздыванию приливов. Градиент гравитационного потенциала приливного выступа создаёт силу, ускоряющую орбитальное движение Луны, и силу, замедляющую вращение Земли.

Земля вращается вокруг своей оси с угловой скоростью ω. Земля и Луна вращаются вокруг общего центра масс с угловой скоростью ω_с. Луна сохраняет постоянную ориентацию относительно Земли.

* диссипация – рассеяние. Диссипация энергии – переход части энергии упорядоченных процессов (кинетической энергии движущегося тела и т.д.) в энергию неупорядоченных процессов, в конечном итоге – в теплоту.

Если бы не было диссипации приливной энергии, то приливный выступ был бы направлен прямо на Луну и поэтому не было бы замедляющего момента. Так было бы в случае идеально упругой Земли с невязкими океанами и ядром. Но это не так. Поэтому приливное трение приводит к замедлению вращения Земли и увеличению ускорения орбитального движения Луны. Это заставляет Луну переходить на орбиты с возрастающими радиусами и убыванием её угловой скорости, т. е. в настоящее время Луна удаляется от Земли.

Замедление вращения Земли вызывается также и Солнцем. Однако на долю солнечных приливов приходится менее четверти всей диссипирующей энергии.