ЗМІСТ.
Введення
Загальна інформація про планету Земля
Земля
Як виникла Земля
Вік Землі
Античні уявлення про Землю
Античні і сучасні дослідження Землі
Як виміряли радіус Землі
Скільки важить Земля
Як вчені дізналися, що знаходиться в центрі Землі
Чи завжди Земля знаходиться на однаковій відстані від Сонця?
Чому ми не відчуваємо, як обертається наша планета
Єдиний супутник Землі - Місяць
Вивчення Землі з космосу
Висновок
Словник термінів
Список літератури
Введення.
Земля входить в систему планет та інших небесних тіл, що обертаються навколо зірки, названої Сонцем. Сонячна система - лише один з багатьох подібних систем у Всесвіті.
Земля - одне з дев'яти небесних тіл (планет), що рухаються в космічному просторі навколо Сонця. Планети складають основу Сонячної системи.
Ідею Сонячної системи висунув в 1543 році польський астроном Микола Коперник, спростувавши пануюче протягом багатьох століть уявлення, що Земля - центр Всесвіту.
Планети знаходяться на різних відстанях від Сонця і обертаються навколо нього по еліптичних орбітах з різною швидкістю, в одному напрямку і майже в одній площині. Вони розташовані в такому порядку від світила: Меркурій, Венера, Земля, Марс, Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон.
Зрозуміло, земну кулю, як і весь Всесвіт, далекий від людини і байдужий до нього. Але Землю, цей блідо-сапфіровий куля, окільцьовані зорею, - цю Землю до Юрія Гагаріна не бачив ніхто. Людина здійснив політ у космос. Усього один виток навколо Землі зробив радянський космонавт на кораблі «Восток», але він назавжди залишився в пам'яті людей землянином перший, що побувала в космосі.
Загальна інформація про планету Земля. Планета Земля в цифрах. Поширена думка, що Земля має форму кулі, невірно, вона являє собою сплюснений сфероїд, тобто не правильна сфера, трохи стиснута з полюсів.
Відстань від Південного до Північного полюса одно 12 713,505 км,, в той час як діаметр Землі на екваторі - 12 756,274 км., Що на 42,769 км більше. Але якщо бути ще точнішим, то Земля має форму груші, тому що її північний полярний радіус на 45 км довше, ніж південний. Екватор також має невелику еліптичності: його довга вісь (що проходить поблизу 37 "західної довготи) на 159 м довшою за його короткої осі. Найбільші відхилення від форми правильного еліпсоїда у Землі спостерігаються в районі Папуа-Нова Гвінея, (опуклість 73 м) і в районі Індійського океану до півдня від Шрі-Ланки (западина 105 м).
Маса землі складає 5974 1021 тонн.
Максимальна довжина кола Землі по екватора - 40 075,02 км, по меридіану 40 007,86 км. Площа поверхні Землі дорівнює 510 065 600 км2. Період обертання навколо осі, тобто дійсний зоряний день, триває 23 години 56 хв 4,0996 с. Середня щільність 5.515 г/см3. Обсяг Землі 1 083 207 000 000 км3. Гідросфера - 70.98% поверхні планети Земля (362 033 000 км2).
Середня глибина гідросфери 3554м.
Вага всієї води складає приблизно 1.32х1018 т, або 0.022% від загальної ваги Землі.
Обсяг океанів планети оцінюється в 1 349,9 млн. км3, обсяг прісної води 35 млн. км3.
Земля.
1. Знайомство з індивідуальними особливостями тел планетного типу ми почнемо з «подвійний планети», як нерідко називають систему Земля-Місяць. Ці два тіла, незважаючи на їх спільне походження, дуже різні за своїми характеристиками.
Численні фотографії Землі отримані з борту космічних апаратів; один з них показано на малюнку 1, в Додатку. Інші знімки дають змогу побачити три основні оболонки земної кулі: атмосферу * та її хмари, гідросферу * і літосферу * з її природними покривами. Відповідні цим оболонок три агрегатних стани речовини - тверде, рідке і газоподібне - є звичними для нас, жителів Землі.
Атмосфера є у більшості планет Сонячної системи, тверда оболонка характерна для планет земної групи, супутників планет та астероїдів *. У той же час гідросфера Землі - унікальне явище в Сонячній системі; не має жодна інша планети гідросфери немає. Вода є дуже поширеним хімічною сполукою у Всесвіті, але на інших небесних тіла ми зустрічаємо воду лише в твердому стані, відомому і на Землі у вигляді снігу, інею та льоду. Справа в тому, що в рідкому вигляді вода може існувати тільки в тому випадку, коли її температура не нижче 0 ° С і не вище 100 ° С. Для того, щоб на планеті був такий температурний режим, вона повинна перебувати не занадто близько до Сонця, ної не дуже далеко від нього. Наша планета виявилася розташованої в цій сприятливій зоні. Завдяки наявності рідкої води на Землі стало можливим розвиток життя, що, зрештою, призвело до появи розумної істоти - людини.
Моря й океани істотно впливають на тепловий режим планети внаслідок дуже великої теплоємності води. Крім того, вода, мабуть, зіграла важливу роль у формуванні атмосфери Землі, поглинувши значна кількість вуглекислого газу, який містився в первинній атмосфері Землі мільярди років тому. Насичення атмосфери Землі киснем і поглинання вуглекислого газу сприяла також життєдіяльність рослин.
2. Близько 90% маси атмосфери Землі припадає на її приземної шар - тропосферу *, яка досягає висоти 16 - 18 км в екваторіальних широтах і 8-10 км - в полярних. Саме в цій частині атмосфери відбуваються основні метеорологічні явища: утворення хмар і випадання опадів, розряди атмосферної електрики (блискавки) і переміщення повітряних мас, звані вітрами.
Періодичні зміни температури в середніх широтах пов'язані зі зміною пір року, а неперіодичні, внутрісезонние зміни відбуваються внаслідок складних метеорологічних процесів, головним чином виникнення і переміщення циклонів і антициклонів.
Повітря являє собою суміш газів, в якій біля поверхні Землі основну масу складає азот (78%) і кисень (21%). Що залишився 1% припадає майже цілком на частку аргону; вуглекислого газу вже значно менше (0,03%). Незначна кількість складають інертні гази і водень, вода у вигляді пари, крапельок або кристалів, а також пилинки. Температура, щільність і тиск в тропосфері з висотою зменшуються.
На висоті 8 км тиск приблизно в 3 рази менше, ніж на рівні моря. На висоті 100 км тиск і концентрація молекул зменшуються приблизно в мільйон разів у порівнянні з їх значеннями на рівні моря. Наступний зменшення концентрації в мільйон разів досягається на висоті близько 500 км, де в одиниці об'єму молекул в 10 № І разів менше, ніж на рівні моря. Зменшення тиску з висотою відбувається повільніше при більш високій температурі і меншій масі молекул. Таким чином, концентрація легких елементів повинна повільніше падати з висотою, а їх відносний вміст має зростати.
3. На висотах 400 - 500 км атмосфера складається головним чином з атомарного кисню. Вище 700 км основними складовими стають водень і гелій, а самі зовнішні області атмосфери, звані геокороной, які тягнуться до відстаней у кілька земних радіусів, складаються з атомів і іонів водню. Тепло надходить в атмосферу головним чином від нагрітої Сонцем земної поверхні і передається вгору за допомогою конвективного руху повітря. Суттєву роль відіграє також виділення тепла при конденсації водяної пари у верхньому шарі хмари. Водяний пар найчастіше конденсується на висоті 1 - 2 км, де температура, як правило, на 10-15 ° нижче, ніж у приземному шарі повітря. Падіння температури з висотою поблизу верхньої межі тропосфери сповільнюється, а потім у шарі товщиною близько двох кілометрів температура залишається постійною, порядку від -40 ° С до -60 ° С. Цей шар відокремлює тропосферу від розташованої до висоти близько 50 - 55 км стратосфери *, температура якої змінюється приблизно від -70 С до 10-12 ° С в її верхньому шарі.
Суттєву роль відіграє розташований в стратосфері шар озону (О3), який поглинає значну частину ультрафіолетового випромінювання Сонця і тим захищає тваринний і рослинний світ нашої планети. На висоті близько 80 км температура поступово знижується до найбільш низького рівня (близько -100 ° С). Вище розташована термосферу, в якій відбувається швидке зростання температури з висотою за рахунок поглинання сонячного ультрафіолетового випромінювання. Зростання температури припиняється приблизно на висоті 200 - 300 км, тому що тут поглинання сонячного випромінювання вже трохи. На висотах 800 - 1000 км починається самий зовнішній шар атмосфери, званий екзосферу, де концентрація часток дуже мала - менш 10000000 частинок в 1 см.
4.Атмосфера надійно захищає життя на нашій планеті, поглинаючи (розсіюючи) значну частину надходять від Сонця ультрафіолетового та рентгенівського випромінювань, великі дози яких шкідливі для людини та інших живих організмів. Крім того, завдяки так званого парникового ефекту атмосфера забезпечує на Землі сприятливий температурний режим, знижує амплітуду змін температури від дня до ночі.
Суть парникового ефекту полягає в тому, що атмосфера добре пропускає що надходить від Сонця видиме світло, що нагрівають земну поверхню. У той же час теплове (інфрачервоне) випромінювання самої поверхні значною мірою поглинається що містяться в повітрі молекулами води і вуглекислого газу. Тому температура приземного шару повітря на декілька градусів вища за ту, яка була б у відсутність парникового ефекту. Добре відомо, наприклад, що в похмуру погоду в нічний час охолодження грунту і повітря відбувається менш інтенсивно, ніж при ясному безхмарному небі, коли трапляються заморозки.
Ультрафіолетове випромінювання викликає іонізацію кисню та азоту, тобто утворення іонів та електронів у верхній атмосфері. Ця частина атмосфери (вище 80 км), де гази іонізовані, називається іоносферою. Наявність заряджених частинок є ознакою того, що атмосфера в цих шарах являє собою плазму. Будучи в цілому нейтральною, плазма, тим не менш, веде себе інакше, ніж газ, що складається з нейтральних частинок. Це відбувається тому, що електрони більш рухливі, ніж масивні іони, і швидше реагують на зміни електричного і магнітного полів. Тому іоносфера переломлює, відображає і поглинає радіохвилі.
5. Сучасний стан літосфери Землі і хімічний склад її речовини є результатами тих змін, які відбувалися протягом декількох мільярдів років. За рахунок енергії, що виділяється при розпаді радіоактивних елементів, відбувалися розплавлення і диференціація речовини нашої планети. В результаті легкі сполуки, в основному силікат, опинилися зверху - в корі, а важчі железонікелевие сплави утворили навколо центру планети її ядро, зовнішня частина якого знаходиться в рідкому стані. Температура в центральній частині Землі становить близько 6000 ° С. Товщина твердої кори дуже невелика: від 10 км під океанами до 80 км під гірськими хребтами на материках. Ядро має радіус удвічі менший радіусу всієї планети, а між ядром і корою розташована мантія, що складається з речовин більш щільних, ніж речовини в корі (див. рис. 2,3).
Таке ж в основному і внутрішню будову Місяця, а також планет земної групи, які відрізняються один від одного товщиною кори, розмірами ядра, температурою та іншими фізичними умовами в їхніх надрах.
При порівнянні зовнішнього вигляду планет земної групи з Землею слід мати на увазі, що 2/3 поверхні нашої планети приховано під водою. За допомогою ехолотів. Визначають глибину по часу повернення відбитого від дна звукового сигналу, був в останні 15 - 20 років досліджено підводний рельєф. В цілому він виявився досить не схожий на рельєф материків: виявлені оперізуючі всю земну кулю серединно-океанічні хребти, що піднімаються на висоту 4 км, вузькі ущелини з крутими стінками, острівні дуги.
Як виникла Земля.
Людина здавна прагнув пізнати світ, що її оточує, і перш за все Землю - наш дім. Як виникла Земля? Це питання хвилювало людство не одне тисячоліття.
Перші гіпотези, тобто наукові припущення, про виникнення Землі стали з'являтися тільки в XVII ст., Коли наука накопичила достатню кількість відомостей про нашу планету і про Сонячній системі. Познайомимося з деякими з цих гіпотез.
Французький вчений Жорж Бюффон * (1707 - 1788) припустив, що земна куля виник в результаті катастрофи. У дуже віддалений час якесь небесне тіло (Бюффон вважав, що це була комета *) зіткнулося з Сонцем. При зіткненні виникло безліч «бризок». Найбільш великі з них, поступово остигаючи, дали початок планет.
По-іншому пояснював можливість утворення небесних тіл німецький учений Іммануїл Кант * (1724 - 1804). Він припустив, що Сонячна система сталася з гігантського холодного пилової хмари. Частинки цієї хмари перебували у постійному хаотичному русі, взаємно притягували один одного, стикалися, злипалися, утворюючи згущення, які стали рости і з часом дали початок Сонця і планет.
П'єр Лаплас * (1749 - 1827), французький астроном і математик, запропонував свою гіпотезу, що пояснює утворення і розвиток Сонячної системи. На його думку, Сонце і планети виникли з обертового розжареного газової хмари. Поступово остигаючи, воно стискалося, утворюючи численні кільця, які, ущільнюючись, створили планети, а центральний згусток перетворився на Сонце.
На початку нашого століття англійський вчений Джеймс Джинс (1877 - 1946) висунув гіпотезу, яка так пояснювала утворення і розвиток планетної системи: колись поблизу Сонця пролітала інша зірка, що своїм тяжінням вирвала з нього частину речовини. Згустилися, воно дало початок планет.
Наш співвітчизник, відомий вчений Отто Юлійович Шмідт * (1891 - 1956) в 1944 р. запропонував свою гіпотезу утворення планет. Він вважав, що мільярди років тому Сонце було оточено гігантським хмарою, яке складалося з частинок холодної пилу і замерзлого газу. Всі вони зверталися навколо Сонця. Перебуваючи в постійному русі, стикаючись, взаємно притягаючи один одного, вони як би злипалися, утворюючи згустки. Поступово газово-пилові хмари сплющувався, а згустки стали рухатися по кругових орбітах. Згодом з цих згустків і утворилися планети нашої Сонячної системи.
Неважко помітити, що гіпотези Канта, Лапласа, Шмідта багато в чому близькі. Багато думки цих вчених лягли в основу сучасного уявлення про походження Землі і всієї Сонячної системи.
Сьогодні вчені припускають, що Сонце і планети виникли одночасно з міжзоряної речовини - часток пилу та газу. Це холодне речовина поступово ущільнюється, стискалося, а потім розпалася на кілька нерівних згустків. Один з них, найбільший, дав початок Сонця. Його речовина, продовжуючи стискатися, розігрівається. Навколо нього утворилася обертається газово-пилові хмари, яка мала форму диска. Із щільних згустків цієї хмари виникли планети, у тому числі і наша Земля.
Як бачите, уявлення вчених про виникнення Землі, інших планет і всієї Сонячної системи змінювалися, розвивалися. Та й зараз залишається багато неясного, спірного. Вченим треба буде розв'язати чимало питань, перш ніж ми достеменно дізнаємося, як виникла Земля.
Вік Землі.
Вік Землі такий великий, що його важко собі уявити. Але якщо припустити, що нашій планеті всього один рік, то людство проіснувало менше п'яти годин.
Людство століттями намагалося визначити вік Землі. На початку XVII століття Арми архієпископ Джеймс Ашер вирахував дату створення світу за Біблією. Він визнач її як 4004 до н. е..; цю хронологію можна знайти в старих виданнях Біблії.
Тепер ми знаємо, що Ашер помилився - більш ніж у мільйон разів! На сьогодні прийнятий вченими вік Землі становить 4600 мільйонів років. Він приблизно такий же, як і вік Сонця й інших планет.
В кінці XVII століття данський лікар і натураліст Ніколаус Стено (який згодом теж став єпископом) уклав, що верхні шари осадових порід, що накопичуються під водою, молодше, ніж нижні. У XIX столітті це відкриття допомогло вченим розробити відносну хронологію поріді, таким чином, частково визначити вікову структуру Землі. Наука про датування порід відома під назвою геохронологія. Проте лише на початку XX століття британські і американські вчені виявили, що деякі радіоактивні елементи можна використовувати як «годинник» для фіксації величезних періодів часу. Атоми цих елементів з часом розкладаються, утворюючи інші елементи. Так, наприклад, після досить тривалого періоду уран перетворюється в свинець, випромінюючи при цьому радіацію Дев'ять важких елементів, що зустрічаються в природному вигляді, включаючи радій і уран, є радіоактивними. Те ж саме стосується деяких ізотопів (різновидів одних і тих же елементів, що відрізняються масою атомів) легких елементів, таких як рубідій і стронцій.
Вчені відкрили годинник, але не знали, як визначати по них час. У цьому їм допомогло створення під час і після Другої світової війни приладу під назвою мас-спектрометр. Він розділяє атоми за їх масам і електричним зарядам і дозволяє визначати незначні кількості радіоактивних речовин в породах.
Періоди напіврозпаду.
Радіоактивні речовини розпадаються з певною швидкістю. Одиницею її вимірювання є період напіврозпаду - час, за який розпадається половина початкового кількості радіоактивної речовини. Другий період напіврозпаду - це половина залишився речовини, і так з кожним разом цей період зменшується.
Найбільш відомим методом датування є датування по радіоуглероду, за допомогою якого можна визначити вік будь-якої органічної речовини, що дійшов до нас з минулого (такого як кістки або деревина). Так, наприклад, цей метод застосували в 1988 р. для датування Туринської Плащаниці, в яку, як вважають, свого часу завернули Ісуса Христа. Однак датувати за радіоуглероду неорганічні породи неможливо, для цього застосовуються інші методи. Вони включають розпад з перетворенням радіоактивного ізотопу калію в радіоактивний аргон; розпад радіоактивного ізотопу рубідію на радіоактивний стронцій, і розпад урану і торію з перетворенням в свинець.
Підтвердження віку Землі прийшло з космосу. Деякі що впали на Землю метеорити * містять мінерал під назвою Троїл. В ньому мало або зовсім немає урану, тому вважають, що знайдений у ньому свинець представляє первісне його кількість на планетах, включаючи Землю. Таким чином, вдалося перевірити правильність уран-свинцевого датування. Були також проаналізовані місячні породи, доставлені на Землю американськими астронавтами в 1970-х роках. Із цих порід і зразків метеоритів отримані дані про вік Місяця і метеоритів, подібних до тих, за якими визначали вік Землі.
Сліди примітивного життя виявлені в породах, яким вже понад 3,5 мільярда років, - найстаріших з відомих порід на Землі. Життя це представлена бактеріями і водоростями, тобто найпростіші одноклітинні організми.
Ймовірно, протягом попередніх 1000 мільйонів років на Землі поступово утворилися океани з води мантії, що викидається вулканами на поверхню під час виверження. Спочатку атмосфера складалася, очевидно, головним чином з водню. Кисень у повітрі утворився або в результаті впливу світла на водяні пари, або його виділяли растеніевідние морські організми.
Спалах життя.
Близько 570 мільйонів років тому на Землі почався бурхливий розвиток життя. Близько 400 мільйонів років тому в атмосфері вже було достатньо кисню для росту рослин на суші, а за наступні 50 мільйонів років з'явилися і почали еволюціонувати наземні тварини.
Геологи ділять історію останніх 570 млн. років на ряд періодів. Найбільш ранній з них називається кембрійський. Геологічна час з початку кембрію (590 мільйонів років тому) до сьогодні четвертинного періоду відомо як фанерозойських еон. Інша частина історії Землі зазвичай об'єднується під загальною назвою докембрій. Якщо уявити собі, що Земля існує один рік, то самі ранні форми життя з'явилися на початку травня, а кембрійський період почався в листопаді. Перші люди виникли близько 7 годин вечора 31 грудня, а сучасна людина сформувався приблизно за п'ять хвилин до півночі.
Античні уявлення про Землю.
Дуже давно люди цікавилися тим, як влаштований світ, у якому вони живуть, і ставили собі питання: яку форму має Земля? На чому вона тримається? Як рухаються Сонце, Місяць і зірки? Що таке небо? Спочатку відповіді на ці питання були наївними, зовсім фантастичними. Наприклад, люди вважали, що Земля плоска, як млинець, тримається на трьох китах (або на трьох слонах), кити плавають в океані. А на чому тримається океан? Це питання задавати було не можна: за це могли серйозно покарати, бо будь-які сумніви в цій картині світу трактувалися як єресь.
Панувала думка, що небо - це величезний купол, який перекриває Землю (див. рис. 4). До куполу прикріплені зірки, і по ньому в колісницях роз'їжджають Сонце (вдень) і Місяць (вночі). Існувала навіть легенда, що якийсь мандрівник, дійшовши до краю Землі, переконався у цьому на власні очі.
Більше двох тисяч років тому такі примітивні уявлення про світобудову перестали задовольняти вчених-філософів Стародавньої Греції. Так, Піфагор та його учні (VI ст. До н. Е..) Вже добре знали, що Земля має форму кулі і ні на чому не тримається. Ератосфен досить точно виміряв розміри земної кулі.
Давньогрецькі філософи і математики розробили досить струнку картину міровозданія. Її узагальнив Аристотель *. Завдяки його працям, які користувалися великою популярністю, вона була засвоєна вченими Стародавнього Риму, Аравії, а потім і європейцями. Ця картина світу стала основою світорозуміння майже на 2000 років, до праць Коперника і його послідовників.
З поглядів Аристотеля випливали відповіді на два питання, які бентежили учених не тільки в давнину, але і в середні віки і здавалися їм дуже складними: якщо Земля - куля і ні на чому не тримається, то чому вона не падає? Якщо Земля - куля, то люди на іншій півкулі повинні стояти догори ногами - як же вони цього не відчувають? Аристотель дотримувався точки зору, що Земля - природний центр Всесвіту, а всі важкі тіла прагнуть до цього центру. Але раз Земля - центр, то їй нікуди падати. А люди в будь-якому місці Землі стоять так, щоб центр Землі був у них під ногами. Визнання кулястості Землі було для науки того часу значним кроком вперед, хоча багато хто інші пояснення Аристотеля з сучасної точки зору наївні.
Була створена геоцентрична система, в якій передбачалося, що навколо Землі як центру Всесвіту розташовується безліч сфер, на яких, вважалося, знаходяться небесні тіла: Місяць, Меркурій, Венера, Сонце, Марс, Юпітер, Сатурн - нерухомі зірки. Всі ці сфери повинні були здійснювати добове обертання навколо Землі, а сфери Місяця, Сонця і п'яти планет - більш складне річне рух. Ця система була названа геоцентричної, бо в її центрі знаходилася Земля (від грец. Слова ge - Земля). Геоцентризм до кінця XVI ст. була прийнята більшістю вчених, але з часом вона зазнала зміни.
IV. У своєму первісному вигляді геоцентрична система не давала можливості проводити розрахунки положення Сонця, Місяця і планет серед зірок. Разом з тим досить точні знання про їх взаємне розташування в різні пори року здавна були необхідні для практики. У деяких країнах, наприклад в Єгипті та Месопотамії, родючість грунту залежало від розливу річок, і потрібно було досить точно передбачати час початку і кінця розливу і час сівби. Нарешті, люди вірили, що розташування планет і зірок впливає на їхні долі, успіх лікування хвороб, прибутковість ділових операції, перемогу у війні та ін Все це, крім суто наукових інтересів, вимагало розробки таблиць, за допомогою яких можна було б передбачати розташування на небосхилі планет, Місяця та Сонця.
Олександрійський учений Клавдій Птолемей (приблизно з 90 р. по 160 р.) узагальнив всі відомі в Давній Греції та Римі відомості про рух небесних тіл і запропонував оригінальну теорію планетних рухів, яка дозволила проводити розрахунки з необхідною для практики точністю.
Він припустив, що планета обертається не навколо Землі, а навколо центру деякої допоміжної окружності - епіциклом. У свою чергу центр цього епіциклом обертається навколо Землі за іншою допоміжною окружності - деферента.
Античні і сучасні дослідження Землі.
Як виміряли радіус Землі? На підставі астрономічних спостережень давньогрецькі вчені ще в IV ст. до н. е.. прийшли до висновку, що Земля куляста. Дотримуючись цього висновку, Ератосфен, що жив в Єгипті (276 - 194 рр.. До н. Е..) Вирішив визначити довжину окружності земної кулі. Ідея Ератосфена полягала в тому, що потрібно було в один і той же день (опівдні) в двох точках Землі, що знаходяться на півдні і на півночі Єгипту, виміряти зенітне відстань Сонця в градусах (див. рис. 4). Різниця цих відстаней дорівнює різниці географічних широт пунктів спостереження. Далі треба виміряти відстань між пунктами спостереження. Поділивши цю відстань на число градусів, можна визначити довжину частини окружності Землі, що припадає на один градус, а далі легко визначити і довжину кола Землі, і її радіус.
Найвища точка на небосхилі (на небесній сфері) називається зенітом. Якщо світило, наприклад зірка, що знаходиться в зеніті, то вона сяє прямо над головою спостерігача. Кут між променем, спрямованим з ока спостерігача на світило, і вертикально розміщеним називається зенітних відстанню світила. Для вимірювання зенітного відстані Сонця Ератосфен винайшов спеціальний прилад - скафіс.
Скафіс являє собою чашу в вигляді півсфери, на дні якої закріплений металевий стрижень. На внутрішню порожнину скафіса наносяться поділу в градусах. Скафіс встановлюють по схилу так, щоб стрижень, спрямований по радіусу сфери, займав строго вертикальне положення, тобто був спрямований на зеніт. На освітленій Сонцем внутрішньої порожнини скафіса повинна бути тінь, яку відкидає стрижень. Дуга, яка вимірюється в градусах від основи стрижня до кінця тіні, дорівнює зенітному відстані Сонця.
Ератосфен жив у місті Олександрія на півночі Єгипту. Від купців і погоничів верблюдів він знав, що на півдні Єгипту в місті Сієна (нині Асуан) Сонце опівдні 22 червня освітлює дно глибоких криниць і, отже, перебуває в зеніті. Опівдні того ж дня в Олександрії з вимірювань Ератосфена Сонце відстоїть від зеніту на 7 ° 12ґ = 7,2 °. Ератосфен також знав, що відстань від Олександрії до Сієни становить 5000 грецьких стадій. Позначивши через x довжину кола земної кулі, він склав пропорцію, виходячи з таких міркувань: довжина кола земної кулі в стільки разів більше відстані між містами, у скільки разів 360 ° більше 7,2 °: x/5000 = 360 °/7,2 °. Звідси випливає, що довжина кола земної кулі дорівнювала 250 000 стадій.
Довжина грецьких стадій точно невідома, але відстань між Олександрією та Асуані за сучасними вимірами становить 800 км. Звідси випливає x/800 = 360 °/7,2 °. Отже, довжина кола земної кулі виходить рівною 40 000 км.
Наприкінці XVIII ст. Французька Академія наук спорядила дві експедиції для перевірки вимірювань Ератосфена і уточнення довжини одного градуса дуги меридіана. Одна експедиція працювала у Фінляндії та Швеції, поблизу Північного полярного кола, а інша - в Перу, в екваторіальних широтах. Виявилося, що вимірювання Ератосфена в цілому узгоджуються з отриманими результатами.
У той же час з'ясувалося, що полярний радіус Землі на 21 км коротше екваторіального. Таким чином, Земля є еліпсоїд обертання - трохи сплюснений куля, як і передбачали теоретичні розрахунки І. Ньютона.
Скільки важить Земля?
Земля розташована в космічному просторі, тому довідатися вага планети дуже складно. Чи не покладеш ж її на ваги! Тому ми поговоримо про вагу тих речовин, з яких складається Земля, тобто про її масі.
Маса Землі приблизно дорівнює 6,6 сікстілліона тонн. Щоб зрозуміти, яке це величезне число, давайте його запишемо: 6 600 000 000 000 000 000 000.
Як же вчені дізналися масу Землі? Свій розрахунок вони засновували на загальновідомому властивості всіх тіл притягатися один до одного. Саме ця їхня якість лежить в основі земного тяжіння. Відповідно до закону земного тяжіння сила тяжіння двох тіл залежить від їх мас і їх відстані між ними. Чим більше предмети, тим більше їхня сила тяжіння, і, навпаки, чим далі вони розташовані один від одного, тим менше вони притягаються.
Давайте розберемося, як же вчені «зважили» Землю. Для цього вони взяли великий вантаж, підвісили його, заміривши точне положення. Потім до підвішеному вантажу наблизили цілу тонну металу. Вантаж і метал почали притягатися один до одного. Вантаж трохи відхилився від свого початкового положення (величина відхилення складає приблизно одну мільйонну частину сантиметра. Ось чому вимірювання потрібно робити з особливою точністю).
Визначивши величину відхилення вантажу, вчені змогли приступити до обчислення ваги Землі. Для цього необхідно дізнатися силу притягання між Землею і вантажем і між металом і вантажем. Відносна різниця між двома показниками і дасть нам масу Землі.
З чого складається земна маса? Поверхня Землі покрита корою з твердої породи, під нею розташована земна мантія, також складається з твердої порода, а в самій середині знаходиться ядро планети. Температура в центрі Землі дуже висока, тому ядро складається з розплавлених речовин.
Як вчені дізналися, що знаходиться в центрі Землі?
Ні один вчений, ні один спеціальний прилад не може дістатися до центру Землі. Але як же люди дізналися, що знаходиться в самому серці нашої планети? Перш за все, людство стало накопичувати знання про будову земної кулі, вивчаючи вулканічні виверження. Серед інших надр вивільняється гарячий газ, викидаються розплавлені камені. Все це свідчить про те, що температура в центрі Землі дуже висока. Інший спосіб - вивчення землетрусів. Картина сейсмічних хвиль, що стрясають Землю, - своєрідний рентгенівський знімок будови нашої планети.
Якщо землетрус порівняти з каменем, кинутим у воду, то кола на воді дуже нагадують сейсмічні хвилі, розбігаються від центру в усіх напрямках. Але Земля не складається з одних і тих же речовин, як вода. Тому швидкість поширення сейсмічних хвиль залежить від складу гірських порід. Наражаючись на тверді освіти, такі хвилі можуть змінювати напрямок. За допомогою дуже чутливих приладів вчені досліджують сейсмічні хвилі і так дізнаються про будову Землі.
Вчені помітили, що приблизно на глибині 2800 км хвилі рухаються зовсім не так, як на невеликій відстані від земної поверхні. Одні сейсмічні хвилі різко змінюють напрямок свого руху, інші - несподівано зникають.
Реєструють сейсмічні хвилі сейсмічні станції, розташовані навколо епіцентру землетрусу. Але хвилі відзначаються працівниками станції аж ніяк не завжди в один і той же час. Частково це пояснюється тим, що склад породи, що приводиться в рух коливаннями хвиль, неоднаковий. Ось чому, вивчаючи поведінку сейсмічних хвиль, можна познайомитися і з будовою земної кулі.
Отже, з чого складається наша планета? Самий верхній шар, земна кора, «зліплений» з твердої породи. Товщина земної кори не скрізь однакова. На материках вона досягає 60 - 70 км, а під океанами - 5 км. Під земною корою розташована мантія, яка також складається з твердої породи. Товщина мантії - приблизно 2900 км. У центрі знаходиться ядро Землі. Зовні ядро складається з розплавлених речовин, в основному заліза і нікелю. Внутрішнє ядро складається з затверділого сплаву металів, (рис. 2, 3).
Чи завжди Земля знаходиться на однаковій відстані від Сонця?
Чи знаєте ви, чому взимку холодно, а влітку спекотно? Зміна пір року викликана зміною положення земної осі відносно Сонця. Це відбувається під час обертання Землі навколо небесного світила. Відхилення земної осі незначно, якщо враховувати те величезне відстань, що відокремлює Землю відСонця. Саме через ці невеликих відхилень влітку ми гріємося на сонечку, а взимку кутається в теплі шуби.
Варто було б Землі тільки трошки відійти від Сонця, і ми б всі перетворилися на бурульки. А якщо б наша планета ще на крок наблизилася до Сонця, ми б розплавилися від спеки. Тому Земля практично завжди знаходиться практично на однаковій відстані від Сонця, яке дорівнює приблизно 149 мільйонів кілометрів.
Що ж до інших планет Сонячної системи, то їх орбіти аж ніяк не схожі на майже правильне коло, як орбіта Землі, і тому протягом року відстань планет від Сонця значно змінюється, (див. рис.5).
Чому ми не відчуваємо, як обертається наша планета?
Колись, давним-давно вважалося, що Земля стоїть на місці, а навколо неї рухаються Сонце, Місяць і зірки. З першого погляду може здатися, що справа саме так і йде, тому що ніхто не відчуває, як обертається Земля. Адже якби вона рухалася, то, напевно, ніщо не змогло б утриматися на поверхні Землі, а вже вода морів і океанів давно б затопила сушу.
Сьогодні ми твердо знаємо, що Земля обертається. По-перше, навколо Сонця. По-друге, навколо власної осі. Не тільки ми пересуваємося разом із Землею. Разом з нами рухається і атмосфера. Тому-то й складається враження, що ми стоїмо на місці. Сила земного тяжіння не дозволяє вод океанів і морів вийти зі своїх берегів. Вона ж притягує всі предмети до земної поверхні.
З явищами, викликаними рухом Землі, ми зустрічаємося кожен день, але просто не здогадуємося, що це означає. Обертання Землі викликає зміну дня і ночі. Якщо б Земля стояла на місці, то на боці планети, оберненою до Сонця, завжди було б ясно і ніколи не наставала ніч, а на іншій, навпаки, ніколи не наставав ранок, і людям довелося б жити в повній темряві. Але Земля, обертаючись навколо своєї осі, підставляє небесного світила то одну свій бік, то іншу. Зміна дня і ночі відбувається кожні 24 години. Саме стільки часу потрібно Землі, щоб зробити один оборот навколо власної осі.
Рух Землі навколо Сонця не можна безпосередньо відчути, хоча це явище має великий вплив на все наше життя. Обертання Землі навколо Сонця - причина зміни пір року, а наше життя багато в чому залежить від цього. Земля робить один виток навколо Сонця за 365 ј дня, що, власне, і називається роком. Роками ми вимірюємо історію Землі, тривалість людського життя.
Відхилення Землі від умовної вертикальної осі на 23,5 градуси впливає на зміну пір року. Кожен полюс Землі по черзі повертається до Сонця. Тому-то Північна півкуля протягом шести місяців зігрівається Сонцем, отримуючи більше сонячного світла і тепла, ніж Південне. Те, навпаки, в Південній півкулі настає літо, гріє Сонце, випромінюючи яскравий, такий потрібний для всього живого світло, а в Північній півкулі в цей час через брак сонячного тепла спочатку наступає осінь, її змін
