Systém Zem-Slnko - Mesiac - PDF na stiahnutie zadarmo
Astronomie im Chiemgau e.v. www.astronomie-im-chiemgau.de Séria prednášok Úvod do astronómie spolu s VHS Haag i. Obb., Traunreut a Waldkraiburg dnešná téma: Systém Zem - Slnko - Mesiac
Zem, Slnko, Mesiac, to sú aktéri tohto večera. Začnime ZEMOU: Zem je planéta, na ktorej žijeme.
1. hlavná postava: zem Dôležité údaje: hmotnosť 5,98 * 1024 kg obežná doba 365,2422 d rotačná doba 23h 56m 3s sklon osi 23,5O polomer 6371 km zrýchlenie 9,81 m/s2 povrchová teplota +/- 50O C vek 4,5 * 109 rokov hustota satelitného mesiaca 5,15 kg/dm3 zložiek (atmosféra): dusík: 78% kyslík: 20% zvyšok: stopové plyny: CO2, vzácne plyny, metán.
ZEM: Zem je planéta, na ktorej žijeme. Bez slnka by tu však nebol život. Bolo by nehostinné chladno a tma, a preto sa chceme ako druhá popredná herečka obrátiť k slnku:
2. Popredná herečka Slnko Slnko vo svetle H-alfa Dôležité údaje: Hmotnosť 1,9884 * 1030 kg Vzdialenosť 149,6 * 106 km Polomer 696,342 km gravitačné zrýchlenie 274 m/s2 Teplota povrchu 5 778 K Vek 4,6 * 109 rokov Planéta 8 Spektrálna trieda G2V Komponenty (Fotosféra): Vodík: 92,1% Hélium: 7,8% Kyslík: 500 ppm Uhlík: 230 ppm Neón: 100 ppm Dusík: 70 ppm
SLNKO - ZEM: Zem je planéta, na ktorej žijeme. Bez slnka by však na ňom nebol život. Bola by nehostinná zima a tma, s ktorou by sme sa obrátili k slnku. Tiež by neexistovali žiadne ročné obdobia
SLNKO - ZEM: Zem je planéta, na ktorej žijeme. Bez slnka by však na ňom nebol život. Bola by nehostinná zima a tma, s ktorou by sme sa obracali k slnku Nebolo by ani ročné obdobie Celé naše poveternostné javy, najmä najmä vodná bilancia a s tým spojená neustála výroba sladkej vody a jej distribúcia po celej zemskej ploche pomocou odparovania a zrážok. To všetko je možné pomocou slnečnej energie a súvisiace podnebie je jedným z najdôležitejších základov života na Zemi. Od toho závisí nielen prísun pitnej vody, rast rastlín a tým aj celý potravinový reťazec, všetok život na zemi.
SLNKO - ZEM Aj napriek svojej dôležitosti pre život na Zemi má Slnko tiež ohrozujúce vlastnosti, pred ktorými nás našťastie do značnej miery chráni prostredníctvom svojho magnetického poľa:
ZEM - SLNKO Pozemské magnetické pole funguje ako ochranný štít proti slnečnému vetru: Jeho obrazovka nasmeruje tok elektricky nabitých častíc tvoriacich slnečný vietor na magnetické póly, kde potom vytvárajú polárnu žiaru (polárne svetlá). Pole je tvorené rotáciou vonkajšieho pevného zemského jadra okolo vnútorného tekutého jadra, ktoré obidve pozostávajú zo železa. Mechanizmus je tiež známy ako geodynamo.
ZEM - SLNKO Pretože procesy, ktoré poháňajú Geo-Dynamo, majú dynamický charakter, pole nie je statické, ale dynamické a občas mení svoju orientáciu. Nasledujúca animácia zobrazuje obrátenie pólov vo výňatku z približne 2000 rokov počítačového modelu na simuláciu procesu dynama. Trvanie celej simulácie bolo okolo 1 milióna rokov. Magnetické pole kolíše na časovej škále 100 rokov, ako je to dnes pozorované (sekulárna variácia). Je zobrazený „magnetický tok“ na zemskom povrchu, pričom červené odtiene reprezentujú tok do zeme (S), modré odtok zo zeme (N). Magnetické póly sú (približne) v červenom a modrom strede.
ZEM - magnetické pole Ako vidíte, magnetické pole podlieha pri obrátení pólu silným výkyvom. Potom je celkovo slabší ako obvykle a občas existujú viac ako dva magnetické póly, ktoré sú občas blízko rovníka. Posledná zmena pólu magnetického poľa Zeme sa udiala asi pred 750 000 rokmi. Z magnetizácie hornín, ktoré sa vytvorili v tejto dobe, možno nepriamo pomocou paleontológie odvodiť vlastnosti zemského magnetického poľa. Výsledky simulácie s týmito „paleomagnetickými“ údajmi dobre súhlasia. 2 0 1 3 M AX - P L ANC K - G E S E L L S C H A F T http://www.max-wissen.de//multimedia/show/4384
SUN - EARTH Okrem známych sezónnych výkyvov zemskej klímy na to majú vplyv aj nasledujúce faktory: Kolísanie výroby energie Solárna aktivita Zmeny v excentricite obežnej dráhy Zeme Výkyvy v uhle sklonu zemskej osi (šikmosť) Precesia zemskej osi Posledné tri parametre sú znázornené na nasledujúcom obrázku . Pretože uvedené parametre navzájom interagujú, ale príslušná sila zmeny nie je konštantná, je ťažké predpovedať, ako silno sa fluktuácie navzájom skutočne ovplyvnia. Koniec koncov, paleontológovia dokázali v určených rytmoch (doby ľadovej, interglaciálne) identifikovať výkyvy podnebia rôznych síl.
3. popredný aktér: Mesiac Dôležité údaje: Hmotnosť Vzdialenosť Polomer Zrýchlenie gravitácie Excentricita Obdobie rotácie Hustota Žiadna atmosféra 7,34 * 1022 kg 356-406 * 103 km 1 738 km 1,64 m/s2 0,549 27,3 d 3,341 kg/dm3
Mesiac: Po slnku je mesiac najvýraznejším javom na oblohe. Mnoho vecí, ktoré sa mu pripisujú, vzniklo z ľudskej fantázie (vlkodlak alebo podobne). To, že na neho vlci štekajú, je pravdepodobnejšie spôsobené tým, že tieto nočné zvieratá zintenzívňujú svoje aktivity a s nimi spojenú komunikáciu počas mesačných nocí. Mesiac ako satelit Zeme je tiež zodpovedný hlavne za príliv a odliv, a teda aj za postupné spomalenie zemskej rotácie. V storočí je to približne o 0,002 s denne dlhšie, takže nejde o nič dramatické, ale dá sa to dokázať pomocou starých záznamov o zatmeniach Slnka. K tomu sa ešte vrátime. Od pristátia Mesiaca najneskôr je rovnako dobre zdokumentované, že striedanie prílivu a odlivu prispieva k zvýšeniu potenciálnej energie Mesiaca, ktorá sa vyjadruje v rastúcej vzdialenosti. Ročný prírastok je asi 3,8 cm. Počas asi 550 miliónov rokov na Zemi už človek nebude schopný pozorovať úplné zatmenie Slnka, pretože dáždnik Mesiaca sa už nerozprestiera na Zem.
Ako vznikol Mesiac? Kvôli jeho významnej úlohe, ktorú mesiac zohráva najmä v binárnej sústave zemský mesiac, je namieste otázka, ako sa Zem dostala na Mesiac. Existuje o tom množstvo rôznych viac či menej špekulatívnych teórií. Ďalej sú uvedené tri najbežnejšie. Ostatné sú často iba jeho variáciami alebo aspoň menej relevantné. Jedná sa o teóriu separácie, teóriu zachytenia, teóriu kolízie, ktorá sa má v krátkosti predstaviť
Pôvod - teória rozdelenia Teória rozdelenia bola vyvinutá už v roku 1878. Podľa toho sa Zem v počiatočnej fáze otáčala tak silno, že sa jej časť kvôli nestabilite oddelila a vytvoril sa mesiac. Takéto oddelenie od extrémnej rovníkovej vydutiny vysvetľuje veľkosť mesiaca celkom dobre. S tým je kompatibilná aj jeho nižšia stredná hustota, pretože zodpovedá hustote zemského plášťa. Z hľadiska prílivového trenia sa musela zem tiež v minulosti rýchlejšie otáčať, ale neexistuje zmysluplné vysvetlenie vysokých rotačných rýchlostí (dĺžka dňa asi 2,5 hodiny), ktoré by boli potrebné pre dnešný celkový moment hybnosti systému zem-mesiac. Orbitálna rovina Mesiaca je na túto skutočnosť tiež príliš naklonená k rovníkovej rovine Zeme.
Formácia - teória zachytávania V teórii zachytávania sa uvádza, že mesiac sa formoval na inom mieste slnečnej sústavy a bol uväznený v tesnom stretnutí so Zemou. Dokáže veľmi elegantne vysvetliť vysoký moment hybnosti systému a rozdiel v hustote medzi zemou a mesiacom. Vyžaduje si to však veľmi zvláštnu cestu pasce, čo znamená veľkú náhodu. Mesiac by navyše musel prežiť krátky vstup na hranicu Roche, čo sa zatiaľ nedá vysvetliť. Táto teória taktiež nijako nehovorí o tom, prečo má mesiac v porovnaní so Zemou deficit, čo sa týka prchavých prvkov aj železa. Vzhľadom na podobnosť izotopového zloženia teória úplne zlyháva.
Pôvod - teória kolízie: Podľa momentálne najbežnejšej teórie vznikol pozemský mesiac, raz po násilnej zrážke protozeme so nešťastným nebeským telesom Marsu menom Theia, keď sa po tejto havárii usadil prach, viac krúžili okolo seba. Mesiac a Zem pozostávajú z 80% z materiálu Theia, čo naznačujú modelové výpočty a simulácie možných udalostí spred asi 4,5 miliárd rokov.
Samotočenie mesiaca V dôsledku prílivu a odlivu, ktorý spôsobil gravitáciu Zeme na Mesiaci, ktorý bol po svojom vzniku ešte tekutý, sa jeho rotácia spomalením (viazanou rotáciou) postupne prispôsobovala svojej obežnej dobe: To znamená, že rotuje počas jednej obežnej dráhy okolo Zeme v rovnakom smere otáčania presne raz okolo svojej vlastnej osi. Preto, okrem menších odchýlok, sa Mesiac vždy obráti na tú istú stranu k libracálnym pohybom Zeme.
Odliv a odliv Odliv a odliv na hraniciach medzi morom a pevninou sú pre človeka známe už od staroveku a ich priebeh často formujú zvláštnosti pobrežia. Ľudia si čoskoro uvedomili, že existuje spojenie medzi mesiacom a prílivom a odlivom. Už dlho však nie je jasné, prečo sa prílivy a odlivy vyskytujú dvakrát denne, zatiaľ čo Zem robí iba jednu revolúciu v rovnakom čase. Vzťah je uvedený nižšie.
Odliv a prietok systémom dvoch telies Pozorované telesá sa pohybujú okolo spoločného ťažiska (+). V prípade väčšej pôsobí okrem príťažlivosti menšej aj odstredivá sila spôsobená výstrednosťou: Počas jednej otáčky sa zem otáča asi 29-krát. Počas jednej rotácie Zeme sa preto musí otáčať pod vodnými horami asi dvakrát denne
x Vodné masy na zemskom povrchu cítia potenciály generované gravitáciou (mesiac/slnko) a odstredivou silou a prúdením v príslušnom smere. Zem rotuje pod týmito horami vody a bráni priamemu spätnému toku cez jej povrch. To vedie k množstvu vedľajších účinkov:
Prílivové vedľajšie účinky I Príliv a príliv Nipp Prílivové sily slnka sú asi 46% síl mesiaca. Pri splne a novom mesiaci, t. J. Keď Zem, Mesiac a Slnko ležia na priamke, sa prílivové sily Slnka a Mesiaca sčítajú s obzvlášť veľkým prílivom, jarným prílivom, s polmesiacom, avšak teraz Slnko a Mesiac zvierajú so zemou pravý uhol. má za následok obzvlášť malý príliv, príliv NIPP. Obzvlášť veľké slapové sily a teda jarné prílivy vznikajú, keď je mesiac tiež v oblasti svojej obežnej dráhy blízko Zeme.
Vedľajšie účinky prílivu I fáza mesiaca nový mesiac - jarný príliv
Príliv vedľajšie účinky I fáza mesiaca polmesiac - príliv NIPP
Prílivové vedľajšie účinky I fáza mesiaca spln - jarný príliv
Príliv vedľajšie účinky I fáza mesiaca polmesiac - príliv NIPP
Prílivové vedľajšie účinky II Zrýchlenie Mesiaca: Zaujímavým javom je zrýchlenie Mesiaca prostredníctvom interakcie s horami prílivu a odlivu. Kvôli odporu, ktorý voda vzdoruje rotácii, sa príslušné pohoria prílivu a odlivu nenachádzajú priamo pod Mesiacom, čo znamená, že mesiac je zakaždým v smere pohybu mierne zrýchlený. Táto energia sa premieňa na potenciálnu energiu, to znamená, že vzdialenosť medzi zemou a mesiacom sa zväčšuje takmer nepretržite.
Vedľajšie vedľajšie účinky II + III x
Prílivové vedľajšie účinky II Zrýchlenie Mesiaca: V rámci misií Apollo boli na Mesiaci ponechané hranoly ako reflektory na účely merania, ktoré umožňujú pravidelnú kontrolu vzdialenosti od Zeme. Vyššie uvedený efekt sa potvrdil veľmi presne. Mesiac sa ročne vzďaľuje od Zeme o 3,8 cm. Pre nás to nie je dramatické, ale asi za 550 miliónov rokov sa dáždnik Mesiaca už nedostane na zem, takže už nebudeme schopní pozorovať úplné zatmenie Slnka.
Prílivové vedľajšie účinky III Spomalenie Zeme: Pretože sa Zem krúti pod vodnou horou povodne, musí prekonať odpor prúdenia, ktorý jej povrch stavia proti vode, čím stráca rotačnú energiu. Za storočie sa dĺžka dňa zvyšuje asi o 0,002 s. Skutočnosť, že túto zjavne minimálnu hodnotu poznáme pomerne presne, hoci sme astronomické pozorovania dokázali s potrebnou precesiou urobiť iba na krátku dobu, je dôsledkom dobrej dokumentácie zatmenia Slnka astronómami v r. Babylon. Viac o tom v súvislosti so zatmením slnka
Zatmenia Predbežné poznámky: Aby bolo možné pozorovať zatmenie Mesiaca alebo Slnka, musí byť Slnko, Zem a Mesiac v jednej línii. Ak je Zem medzi Slnkom a Mesiacom, dochádza k zatmeniu Mesiaca, v prípade, že je Mesiac medzi Zemou a Slnkom, je to zatmenie Slnka. Z toho vyplýva, že zatmenie Mesiaca môže byť iba vtedy, keď je spln a zatmenie Slnka iba vtedy, keď je nov. Kvôli sklonu obežnej dráhy mesiaca k ekliptike a rozdielnym orbitálnym časom zemského slnka a zemského mesiaca sa zatmenia nekonajú v pravidelných intervaloch, ale približne s rovnakou frekvenciou.
Úvodné poznámky: Zatmenia Aby bolo možné pozorovať zatmenie Mesiaca alebo Slnka, musí byť Slnko, Zem a Mesiac v jednej línii. Ak je Zem medzi Slnkom a Mesiacom, dochádza k zatmeniu Mesiaca, v prípade, že je Mesiac medzi Zemou a Slnkom, je to zatmenie Slnka. Z toho vyplýva, že zatmenie Mesiaca môže byť iba vtedy, keď je spln a zatmenie Slnka iba vtedy, keď je nov. Kvôli sklonu obežnej dráhy mesiaca k ekliptike a rozdielnym orbitálnym časom zemského slnka a zemského mesiaca sa zatmenia nekonajú v pravidelných intervaloch, ale približne s rovnakou frekvenciou. Pretože priemer tieňa Zeme, kde ním prechádza Mesiac, je väčší ako priemer Mesiaca, možno zatmenia Mesiaca vždy vidieť na celej temnej strane Zeme. Disk mesačného tieňa, ktorý dopadá na zem, je však oveľa užší (približne 180 km široký). Okrem toho sú často viditeľné iba nad neobývanými oblasťami (vodnými plochami v oceánoch), čo vyvoláva dojem, že sa vyskytujú menej často ako zatmenia Mesiaca.
Predpovede zatmenia Mesiaca Sarosov cyklus, Sarosovo obdobie alebo Chaldejské obdobie je cyklus 18 rokov a 11,3 dní (zodpovedá 6585 dňom a 8 hodinám alebo 242 drakonitovým mesiacom alebo 223 synodickým mesiacom) spôsobeným spätným pohybom mesačných uzlov. Po tomto období mesiac opäť zaujíma rovnakú pozíciu k slnku, zemi a uzlovej línii, a preto sa s týmto obdobím opakuje zatmenie Slnka a Mesiaca. Zvyšok sú pozorovacie práce. Predpovede o budúcich zatmeniach Mesiaca sa dajú robiť s určitou presnosťou.
Kolumbus a zatmenie Mesiaca Kolumbus využil svoje znalosti o blížiacom sa zatmení Mesiaca v roku 1504, aby sa podrobil domorodým obyvateľom Jamajky, ktorí mu odmietli pomôcť s potrebnými opravami lodí. Poznámka: Kolumbus si bol vedomý prehľadu zatmení Mesiaca vykonaných Regiomontanom na základe Sarosovho cyklu
Spomalenie Zeme: Okrem veľmi pravidelných zmien v rotačnom období v dôsledku prílivu a odlivu existujú aj nepravidelné vplyvy v dôsledku hromadného premiestňovania v dôsledku tvorby ľadu a zmien napríklad v dôsledku formovania hôr. Účinky sú viditeľné v nasledujúcich pruhoch s podrobnosťami. Zdroj Kippenhahnov Sternstunden publikoval Kosmos Verlag v roku 2006