Pohyby Zeme

Zem vykonáva v priestore voči všetkým ostatným telesám pohyb. Jej dráha a orientácia v priestore je zložená z množstva periodických i neperiodických pohybov, ktoré vykonáva jednak pod vplyvom zotrvačnosti, ďalej pod vplyvom gravitácie Slnka, Mesiaca, planét a iných telies slnečnej sústavy i mimo nej.

Základné pohyby, ktoré najvýznamnejšie vplývajú na život na Zemi, sú obežný pohyb a rotačný pohyb. Zem obieha okolo Slnka po elipse veľmi podobnej kružnici priemernou rýchlosťou 29,783 km/s voči Slnku. Zároveň rotuje okolo svojej osi a to takmer konštantnou rýchlosťou 465,11 m/s, respektíve 1 670 km/h (merané na rovníku). Rotácia Zeme okolo jej osi je príčinou striedania dňa a noci na Zemi, zatiaľčo jej obeh okolo Slnka je príčinou zmeny ročných období.

Dráha

Obeh Zeme okolo Slnka; fialovou šípkou je naznačená rotácia okolo osi

Zem obieha okolo Slnka v strednej vzdialenosti 149,6 miliónov km priemernou rýchlosťou 29,8 km/s. Stredná vzdialenosť Zeme od Slnka sa stala jednou zo základných astronomických jednotiek dĺžky a označuje sa ako astronomická jednotka. Má skratku AJ alebo AU z anglického Astronomical Unit.

Smer, ktorým obieha Zem okolo Slnka, sa nazýva prográdny alebo priamy smer. Rovnakým smerom obiehajú všetky ostatné planéty slnečnej sústavy.

Priemerná rovina, v ktorej obieha Zem okolo Slnka, sa nazýva ekliptika. Používa sa ako základná rovina, voči ktorej určujeme sklony dráh všetkých telies v slnečnej sústave.

Afélium a perihélium

V najvzdialenejšom bode svojej dráhy, v aféliu (odslní), je Zem od Slnka vzdialená 152 098 704 km a vtedy sa pohybuje najpomalšie – rýchlosťou 29,291 km/s. V najbližšom bode svojej dráhy, v perihéliu (príslní) je od Slnka vzdialená 147 097 149 km a jej obežná rýchlosť je 30,287 km/s. Medzi perihéliom a aféliom teda Zem na svojej dráhe nepatrne spomaľuje, medzi aféliom a perihéliom sa jej rýchlosť zvyšuje. V priebehu jedného roka rýchlosť Zeme kolíše asi o 1 km/s. Zmeny rotačnej rýchlosti v priebehu roka sú naproti tomu oveľa menšie, ale na rozdiel od zmien obežnej rýchlosti nezvratné.

Zmena vzdialenosti od Slnka však nie je príčinou striedania sa ročných období. Zem prechádza perihéliom okolo 4. januára, dva týždne po zimnom slnovrate, kedy paradoxne na severnej pologuli vrcholí zima. Aféliom zase Zem prechádza dva týždne po letnom slnovrate, kedy je na severnej pologuli leto. Oveľa väčší vplyv na teploty ako okamžitá vzdialenosť od Slnka má totiž uhol, pod ktorým slnečné lúče dopadajú. Kvôli pomalšiemu pohybu Zeme v okolí afélia (v lete) trvá leto na severnej pologuli o niečo dlhšie ako zima.

Doba obehu

Doba obehu Zeme okolo Slnka sa stala jednou zo základných jednotiek času. Nazývame ju rok. Obeh Zeme okolo Slnka sa však môže vzťahovať na rôzne body alebo telesá, podľa čoho rozlišujeme niekoľko typov obehov, ktorých dĺžky sa od seba nepatrne líšia. Poznáme rok siderický, tropický a anomalistický. Tropický rok, ktorý je základom kalendárneho roku, má dĺžku 365 dní, 5 hodín, 48 minút a 45,4 sekúnd. Siderický rok je obeh Zeme voči hviezdam, čiže časový okamih, ktorý pri pozorovaní zo Zeme uplynie medzi dvoma najväčšími uhlovými priblíženiami Slnka k určitej hviezde, pričom predpokladáme, že poloha hviezd na nebeskej sfére je stála a nemenná. Anomalistický rok je zase doba, ktorá uplynie od prechodu Zeme aféliom (alebo perihéliom) do najbližšieho prechodu. Táto perióda nie je totožná so siderickým rokom, pretože obežná dráha Zeme sa otáča v priestore (stáčanie perihélia) a afélium a perihélium sa pomaly pohybujú v smere obehu Zeme. Stáčanie perihélia je pohyb vyplývajúci z Einsteinovej teórie relativity. Po prvýkrát bolo toto stáčanie objavené pri planéte Merkúr. Počas jedného siderického obehu Zeme sa tieto dva body posunú na svojej dráhe o 11,6 oblúkových sekúnd dopredu. Tropický rok je čas, za ktorý prejde Zem (alebo zdanlivo Slnko) na svojej dráhe dvakrát po sebe jarným bodom. Pretože aj jarný bod je v pohybe, má tropický rok inú hodnotu ako siderický a anomalistický rok.

Ročné obdobia

Zemská os nie je rovnobežná s kolmicou na ekliptiku, ale odkláňa sa od nej v uhle, ktorý v súčasnosti dosahuje hodnotu približne 23,5°. Tento sklon zemskej osi spolu s obehom Zeme okolo Slnka má za následok striedanie ročných období. Pri obehu je striedavo severná a južná pologuľa v rôznych dobách privrátená k Slnku. Na privrátenej pologuli slnečné lúče prechádzajú cez podstatne tenšiu vrstvu atmosféry, ktorá ich pohlcuje. Čím hrubšiu vrstvu atmosféry musí slnečné žiarenie prekonávať, tým viac je pohlcované a menej ho dopadne na povrch. Preto sú na privrátenej pologuli, kde slnečné žiarenie prechádza cez tenšiu vrstvu, vyššie teploty ako na odvrátenej. Na privrátenej pologuli je práve leto a na odvrátenej zima. Keď sú obidve pologule obrátené k Slnku približne rovnomerne, nastáva jedno z prechodných období medzi letom a zimou a to buď jar alebo jeseň.

Odklon zemskej osi od kolmice na ekliptiku spôsobuje tiež vznik polárnych dní a nocí.

Pohyb okolo spoločného ťažiska s Mesiacom

Vzhľadom na to, že Zem má veľmi hmotný Mesiac a ťažisko ich vzájomného obehu leží pod povrchom Zeme, Zem vykonáva pri svojom obehu okolo Slnka kývavé pohyby, ktoré planétu jednak mierne striedavo približujú a vzďaľujú od Slnka jednak spôsobujú jej striedavý pohyb nad a pod rovinou ekliptiky. Siderická perióda jedného obehu zemského jadra okolo ťažiska obehu Zem – Mesiac je totožná s dobou obehu Mesiaca okolo Zeme –  27,321 66 dňa.

Rotácia

Animácia znázorňujúca rotáciu Zeme okolo jej osi

Rozsah možného sklonu zemskej osi

Zemská os je priamka, ktorá prechádza stredom Zeme a pretína povrch Zeme v dvoch bodoch, ktoré nazývame póly. Okolo tejto osi sa Zem otočí takmer konštantnou rýchlosťou, ktorá na rovníku dosahuje hodnotu 465,09 m/s. Jedna otočka okolo jej osi trvá 24 hodín. Táto časová jednotka sa nazýva synodický (slnečný) deň a je o približne 4 minúty dlhšia ako siderický (hviezdny) deň. Tento rozdiel je spôsobený tým, že pri jednej otočke okolo osi sa Zem posunie aj na svojej dráhe okolo Slnka, čím sa Slnko na zemskej oblohe zdanlivo posunie východným smerom. Aby pozorovateľ na Zemi videl prechádzať Slnko po sebe dvakrát rovnakým bodom, musí sa Zem otočiť o väčší uhol, ako je 360°.

Keďže Zem je približne guľa, Slnkom je osvetlená vždy len jedna jej polovica. Rotácia Zeme okolo osi spôsobuje striedanie dňa a noci. Za 1 hodinu sa Zem otočí o 1/24 svojho obvodu, čo je 15° zemepisnej dĺžky. Na každých 15° preto pripadá jedno časové pásmo.

Spomaľovanie rotácie

Pod vplyvom slapových síl Mesiaca sa rotácia Zeme pomaly spomaľuje. Dĺžka dňa na Zemi sa zväčšuje asi o tisícinu sekundy za 100 rokov. V čase svojho vzniku teda Zem rotovala omnoho rýchlejšie a súčasná 24-hodinová perióda sa dosiahla miliardami rokov slapového spomaľovania Mesiacom. Podobne Zem pôsobila aj na rotáciu Mesiaca, ktorá sa časom zmenila na viazanú. Teoreticky sa bude rotácia Zeme spomaľovať až do okamihu, kedy sa zmení na viazanú rotáciu voči Mesiacu. Takúto vzájomnú viazanú rotáciu dvoch telies nazývame stacionárna rotácia. V skutočnosti však k tomuto okamihu nestihne dôjsť, pretože slnečná sústava medzičasom zanikne.

Zmeny sklonu osi a polohy pólov

Sklon zemskej osi sa pomaly mení a preto os nesmeruje stále do rovnakého bodu oblohy. V súčasnosti smeruje do blízkosti hviezdy Polárky, ale napríklad zhruba pred 13 000 rokmi smerovala zemská os k hviezde Vega. Tento krúživý pohyb zemskej osi sa nazýva precesia. Jeden precesný obeh zemskej osi okolo pólu ekliptiky sa nazýva Platónsky rok a má dĺžku 25 700 rokov. Ani samotná os nemá pevnú polohu vzhľadom na zemské teleso a v dôsledku toho sa priesečníky osi so zemským povrchom (póly) tiež pomaly pohybujú. Perióda zmien polohy pólov nie je úplne pravidelná a nazýva sa Chandlerova perióda. Navyše sa v cykle 42 000 rokov mení sklon osi ku kolmici na ekliptiku a to v rozsahu 22,1 – 24,5°.

Ďalšie pohyby

Okrem spomenutých pohybov vykonáva Zem ešte niekoľko ďalších pohybov. Ako teleso slnečnej sústavy sa Zem napríklad zúčastňuje na obehu okolo jadra Galaxie.

Referencie

Fyzikálny portál Astronomický portál Portál slnečná sústava Portál vied o Zemi