Położenie bieguna północnego na tle gwiazd
Różnica między UT1 i UTC. Pionowe "przeskoki" odpowiadają korekcie czasu UT1 przez wprowadzenie sekund przestępnych
Zmienność czasu obrotu Ziemi. Średniorocznie doba wydłuża się, choć od roku 2000 tempo tego wydłużania się spadło
Ruch obrotowy Ziemi – inaczej ruch wirowy Ziemi – obrót
Ziemi
wokół własnej
osi
. Czas jednego obrotu względem odległych gwiazd wynosi 23 godziny 56 minut i 4 sekundy i okres ten nazywa się
dobą gwiazdową
. Na równiku prędkość wywołana obrotem Ziemi wynosi około 1674,4 km/h,[1] bieguny natomiast pozostają w miejscu. Tam gdzie na powierzchnię Ziemi padają promienie słoneczne, panuje dzień, na pozostałym obszarze panuje noc, ruch obrotowy Ziemi jest przyczyną zmiany dnia i nocy. W jedną godzinę Ziemia obraca się w przybliżeniu o 15° a w cztery minuty o 1°.
Następstwa ruchu obrotowego
Konsekwencje ruchu obrotowego Ziemi:
- Wynikające bezpośrednio z ruchu:
- dobowy ruch sfery niebieskiej ze wschodu na zachód czyli pozorny ruch gwiazd po sklepieniu niebieskim,
- zamiana dni i nocy i związana z tym rachuba oraz możliwość pomiaru czasu,
- obrót płaszczyzny wahań wahadła Foucaulta
- Wynikające z
siły odśrodkowej
:
- spłaszczenie Ziemi na
biegunach
, które wynosi 21 km
- zmniejszenie siły ciążenia na równiku
- Wynikające z siły Coriolisa:
- Wynikające z obrotu wektorów
sił pływowych
Księżyca i Słońca:
Precesja ruchu obrotowego Ziemi
Oś obrotu Ziemi nie jest prostopadła do płaszczyzny jej orbity (
ekliptyki
) w wyniku czego, pojawia się moment siły działający na tę oś. Wynika to z tego, że wypadkowa sił zewnętrznych działających na Ziemię od Słońca i Księżyca nie zawsze znajduje się w środku masy Ziemi. Powstały moment siły powoduje powolną zmianę osi. Duże, okresowe wirowanie (toczenie się po powierzchni stożka) osi Ziemi wokół osi prostopadłej do płaszczyzny orbity nazywa się
precesją
, natomiast mniejsze odchylania od okręgu precesji
nutacją
. Zakreślenie pełnego okręgu trwa 26 tysięcy lat.
Zmienność ruchu
Ruch obrotowy Ziemi nie jest stały, ulega krótkookresowym wahaniom, cyklom rocznym oraz powolnym zmianom, w których przeważa zwalnianie[2].
Od lat 50. dwudziestego wieku, kiedy zbudowano
zegary atomowe
mierzące bardzo dokładnie czas, możliwe stało się dokładne obserwowanie zmian szybkości wirowania Ziemi. Czas jednej
doby gwiazdowej
i dłuższej od niej ok. 4 minuty
średniej doby słonecznej
zmienia się, wahania krótkotrwałe wnoszą do 3 ms. Długotrwałe pomiary wykazują, że średnie tempo wydłużania się doby wynosiło wówczas 1 - 2 ms na wiek. Ze względu na to, że czas średniej doby słonecznej przez drugą połowę XX wieku stale był dłuższy średnio o 1,8 ms od 86400 wzorcowych sekund, czas
UTC
był w miarę potrzeby korygowany przez dodawanie dodatkowej sekundy zwanej
sekundą przestępną
. Ze względu na obserwowane w latach 1996 - 2005 w zwiększanie szybkości obrotowej Ziemi i zbliżanie się do 86400 s, dodawanie sekund przestępnych było coraz rzadsze. Obecnie rozważane jest całkowite odejście od procedury stosowania sekund przestępnych.
Na wykresie wyżej (zielony) zmiany nachylenia krzywej odpowiadają zmianom długości średniego czasu obrotu Ziemi dokoła swojej osi. Od połowy lat 90 aż do 2005 roku średnia prędkość obrotowa Ziemi wzrastała. Około początku roku 2006 prędkość obrotowa Ziemi jest niemal dokładnie równa prędkości obrotowej Ziemi jaka była w połowie XIX wieku, którego czas 1/86400 ówczesnej długości doby słonecznej przyjęto jako wzorzec czasu trwania sekundy.
Na położenie Słońca (
czas słoneczny
) na nieboskłonie, ma wpływ nie tylko ruch wirowy Ziemi wokół jej własnej osi, ale także ruch obiegowy Ziemi po orbicie eliptycznej wokół Słońca. Ziemia w pobliżu
peryhelium
porusza się z większą prędkością kątową względem Słońca niż przy
aphelium
swojej orbity. Różnice te wpływają na nierównomierności roczne pozornego ruchu Słońca po niebie.
Zmiany prędkości wirowania Ziemi wynikają ze zmiany jej
momentu bezwładności
wywołanego przemieszczaniem się w jej objętości dużych mas stałych. Z prawa zachowania
momentu pędu
wynika, że zmniejszenie momentu bezwładności Ziemi wywołuje przyspieszenie jej ruchu obrotowego, a zwiększenie jej momentu bezwładności wywołuje zwolnienie tego ruchu. Ruchy tektoniczne wypiętrzające masy skalne w rejonach równikowych zwiększające moment bezwładności Ziemi powodują zmniejszanie prędkości jej wirowania. Wypiętrzanie mas skalnych w okolicach podbiegunowych oraz - co jest obserwowane obecnie - wywołane globalnym ociepleniem pogrubianie się warstwy stałych lodowców spoczywających wysoko na
lądolodach
obszarów
arktycznych
i
Antarktydy
przy równoczesnym topnieniu lodowców na małych szerokościach geograficznych powoduje zmniejszenie momentu bezwładności Ziemi i w rezultacie zwiększanie prędkości jej wirowania.
Wirowanie zmiany w wirowaniu dużych mas wody w morzach i powietrza w atmosferze wywołują zmiany w wirowaniu Ziemi. Zmiany prędkości obrotowej Ziemi nie przenoszą się natychmiast na wirowanie jej
jądra
. Na początku XXI w. odkryto, że jądro wiruje szybciej niż skorupa ziemska.
Oddziaływania grawitacyjne innych ciał
Układu Słonecznego
- głównie Księżyca i Słońca, poprzez pływy morskie, wywołują hamowanie ruchu wirowania Ziemi.
Prędkość obrotową Ziemi zmieniać może moment pędu (wobec jej środka) upadających na Ziemię
meteorytów
.
Przypisy
- ↑ Długość równika podzielona przez dobę gwiazdową
- ↑
Sekundy przestępne
(
ang.
). Time Service Dept., U.S. Naval Observatory, Washington, DC. [dostęp 2009-10-31].