מה אם מישהו היה אומר לך שבכל רגע נתון אתה נוסע במהירויות הרבה יותר ממהירות הקול? אתה עשוי לחשוב שהם משוגעים, בהתחשב בכך - ככל שניתן לדעת - עמדת על קרקע מוצקה, ולא בתא הטייס של מטוס על-קולי. למרות זאת, האמירה נכונה. בכל רגע נתון, כולנו נעים במהירות של כ-1,674 קילומטרים לשעה, הודות לסיבוב כדור הארץ,
בהגדרה, סיבוב כדור הארץ הוא משך הזמן שלוקח להסתובב פעם אחת על צירו. זה, ככל הנראה, מושג פעם ביום - כלומר כל 24 שעות. עם זאת, יש למעשה שני סוגים שונים של סיבוב שצריך לקחת בחשבון כאן. ראשית, יש את משך הזמן שלוקח לכדור הארץ להסתובב פעם אחת על צירו כך שהוא יחזור לאותה כיוון בהשוואה לשאר היקום. ואז יש כמה זמן לוקח לכדור הארץ להסתובב כך שהשמש תחזור לאותה נקודה בשמים.
יום שמש לעומת יום סידראלי:
כפי שכולנו יודעים, לוקח לשמש בדיוק 24 שעות לחזור לאותה נקודה בשמיים, מה שנראה ברור מאליו. 24 שעות זה מה שאנחנו חושבים עליו כיום שלם, והזמן שלוקח לעבור מיום ללילה וחוזר חלילה. אבל למען האמת, למעשה לוקח לכדור הארץ 23 שעות, 56 דקות ו-4.09 שניות להסתובב פעם אחת על צירו בהשוואה לכוכבי הרקע.
למה ההבדל? ובכן, זה יהיה בגלל שכדור הארץ סובב סביב השמש, משלים מסלול אחד בקצת יותר מ-365 ימים. אם תחלק 24 שעות ב-365 ימים, תראה שנותרו לך בערך 4 דקות ביום. במילים אחרות, כדור הארץ מסתובב על צירו, אבל הוא גם סובב סביב השמש, כך שמיקום השמש בשמיים תופס ב-4 דקות בכל יום.
שמי הלילה, מציגים 6 שעות של סיבוב שנלכדו בחשיפה ארוכה. קרדיט: כריס שור
משך הזמן שלוקח לכדור הארץ להסתובב פעם אחת על צירו ידוע בתור aיום צדדי– שזה 23.9344696 שעות. מכיוון שסוג זה של מדידת יום מבוססת על מיקומו של כדור הארץ ביחס לכוכבים, אסטרונומים משתמשים בו כמערכת שמירת זמן כדי לעקוב אחר היכן יופיעו כוכבים בשמי הלילה, בעיקר כדי שידעו לאיזה כיוון לכוון טלסקופים פנימה.
משך הזמן שלוקח לשמש לחזור לאותו נקודה בשמיים נקרא aיום שמש, כלומר 24 שעות. עם זאת, זה משתנה במהלך השנה, והאפקט המצטבר מייצר סטיות עונתיות של עד 16 דקות מהממוצע. זה נגרם על ידי שני גורמים, הכוללים את המסלול האליפטי של כדור הארץ סביב השמש והטיה הצירית שלו.
מסלול והטיה צירית:
כפי ש יוהנס קפלר נאמר אצלו אסטרונומיה חדשה (1609), כדור הארץ וכוכבי הלכת השמש אינם מסתובבים סביב השמש במעגלים מושלמים. זה ידוע בשם החוק הראשון של קפלר , הקובע כי 'המסלול של כוכב לכת סביב השמש הוא אליפסה עם מרכז המסה של השמש במוקד אחד'. בפריהליון (כלומר הקרוב ביותר שלו) הוא נמצא במרחק של 147,095,000 ק'מ (91,401,000 מיל) מהשמש; ואילו באפליון, זה 152,100,000 ק'מ (94,500,000 מייל).
שינוי זה במרחק אומר שמהירות המסלול של כדור הארץ עולה כשהוא קרוב לשמש. בעוד המהירות שלו עומדת על כ-29.8 קמ'ש (18.5 קמ'ש) או 107,000 קמ'ש (66487 קמ'ש), אבל הוא למעשה נע בק'מ שלם לשנייה במהלך השנה - בין 30.29 קמ'ש ל-29.29 ק'מ לשנייה. s (109,044 - 105,444 קמ'ש; 67,756.8 - 65,519.864 קמ'ש).
הטיה הצירית (או האלכסון) של כדור הארץ והקשר שלו לציר הסיבוב ולמישור המסלול כפי שנראה מהשמש במהלך השוויון צפונה. קרדיט: נאס'א
בקצב הזה, לוקח לשמש כמות המקבילה ל-24 שעות - כלומר יום שמש אחד - כדי להשלים סיבוב מלא סביב ציר כדור הארץ ולחזור למרידיאן (נקודה על הגלובוס העוברת מצפון לדרום דרך הקטבים). במבט מנקודת התצפית מעל הקוטב הצפוני של השמש ושל כדור הארץ, כדור הארץ סובב נגד כיוון השעון סביב השמש.
סיבוב כדור הארץ הזה סביב השמש, או קדחת השמש דרך ימי השוויון, היא הסיבה לכך ששנה נמשכת כ-365.2 ימים. זה גם מסיבה זו שכל ארבע שנים, נדרש יום נוסף (29 בפברואר בכל שנה מעוברת). כמו כן, סיבוב כדור הארץ סביב השמש נתון לאקסצנטריות קלה של (0.0167°), מה שאומר שהוא מעת לעת קרוב יותר או רחוק יותר מהשמש בתקופות מסוימות של השנה.
ציר כדור הארץ נוטה גם הוא בכ-23.439° לכיוון האקליפטיקה. המשמעות היא שכאשר השמש חוצה את קו המשווה בשני ימי השוויון, השינוי היומי שלו ביחס לכוכבי הרקע הוא בזווית לקו המשווה. בחודשים יוני ודצמבר, כאשר השמש נמצאת הכי רחוק מקו המשווה השמימי, תזוזה נתונה לאורך האקליפטיקה תואמת תזוזה גדולה בקו המשווה.
אז ימי שמש לכאורה קצרים יותר במרץ וספטמבר מאשר ביוני או דצמבר. בקווי הרוחב הממוזגים הצפוניים, השמש זורחת מצפון למזרח האמיתי במהלך היפוך הקיץ, ושוקעת מצפון למערב האמיתי, מתהפכת בחורף. השמש זורחת מדרום למזרח האמיתי בקיץ עבור האזור הממוזג הדרומי, ושוקעת מדרום למערב האמיתי.
מהירות סיבוב:
כפי שנאמר קודם לכן, כדור הארץ מסתובב די מהר. למעשה, מדענים קבעו שמהירות הסיבוב של כדור הארץ בקו המשווה היא 1,674.4 קמ'ש. זה אומר שרק בעמידה על קו המשווה, אדם כבר היה נוסע במהירות העולה על מהירות הקול במעגל. אבל בדומה למדידת יום, ניתן למדוד את סיבוב כדור הארץ באחת משתי דרכים שונות.
תקופת הסיבוב של כדור הארץ ביחס לכוכבים הקבועים ידועה כ'יום כוכבי', שהוא 86,164.098903691 שניות של זמן שמש ממוצע (או 23 שעות, 56 דקות ו-4.0989 שניות). תקופת הסיבוב של כדור הארץ ביחס לשוויון האביב הממוצע הקודם או הנע, בינתיים, היא 23 שעות 56 דקות ו-4.0905 שניות של זמן שמש ממוצע. לא הבדל מהותי, אבל בכל זאת הבדל.
עם זאת, כוכב הלכת מאט מעט עם חלוף הזמן, בשל השפעות הגאות והשפל שיש לירח על סיבוב כדור הארץ. שעונים אטומיים מראים שיום מודרני ארוך יותר בכ-1.7 מילישניות מאשר לפני מאה שנה, מה שמגדיל לאט את הקצב שבו מותאמת UTC בשניות קפיצות. סיבוב כדור הארץ הולך גם ממערב למזרח, וזו הסיבה שהשמש זורחת במזרח ושוקעת במערב.
הדמיה של יום צדדי לעומת יום שמש. קרדיט: quora.com
היווצרות כדור הארץ:
דבר מעניין נוסף לגבי סיבוב כדור הארץ הוא איך הכל התחיל. ביסודו של דבר, סיבוב כוכב הלכת נובע מהתנופה הזוויתית של כל החלקיקים שחברו יחד ליצירת כוכב הלכת שלנו לפני 4.6 מיליארד שנים. לפני כן, כדור הארץ, השמש ושאר מערכת השמש היו חלק מענן מולקולרי ענק של מימן, הליום ושאר יסודות כבדים יותר.
כשהענן התמוטט, התנע של כל החלקיקים גרם לענן להסתובב. תקופת הסיבוב הנוכחית של כדור הארץ היא תוצאה של סיבוב ראשוני זה וגורמים אחרים, כולל חיכוך גאות ושפל וההשפעה ההיפותטית של תייה – התנגשות עם עצם בגודל מאדים, שלפי הנראה התרחשה בערך. לפני 4.5 מיליארד שנים ויצר את הירח.
הסיבוב המהיר הזה הוא גם מה שנותן לכדור הארץ את צורתו, ומשטח אותו לכדי כדור מכוסה (או מה שנראה כמו כדור מעוך). צורה מיוחדת זו של כוכב הלכת שלנו פירושה שנקודות לאורך קו המשווה נמצאות למעשה רחוקות יותר ממרכז כדור הארץ מאשר בקטבים.
התרשמותו של האמן כיצד נראתה מערכת השמש בשלבים המוקדמים של היווצרות, כענן אבק המקיף כוכב. קרדיט: JPL/NASA
תולדות המחקר:
בימי קדם, אסטרונומים האמינו באופן טבעי שכדור הארץ הוא גוף קבוע בקוסמוס, ושהשמש, הירח, כוכבי הלכת והכוכבים כולם מסתובבים סביבו. בעת העת העתיקה הקלאסית, זה התגבש למערכות קוסמולוגיות על ידי פילוסופים ואסטרונומים כמו אריסטו ותלמי - שלימים נודע בתור המודל התלמי (או מודל גיאוצנטרי ) של היקום.
עם זאת, היו כאלה בתקופת העת העתיקה שהטילו ספק במוסכמה זו. נקודת מחלוקת אחת הייתה העובדה שכדור הארץ לא רק היה מקובע במקום, אלא שהוא לא הסתובב. למשל, אריסטרכוס מסמוס (בערך 310 - 230 לפנה'ס) פרסם כתבים בנושא שצוטטו על ידי בני דורו (כגון ארכימדס). לפי ארכימדס, אריסטרכוס דגל בכך שכדור הארץ סובב סביב השמש ושהיקום גדול פי כמה ממה שחשבו בעבר.
ואז היה סלאוקיס מסלאוקיה (בערך 190 - 150 לפנה'ס), אסטרונום הלניסטי שחי באימפריה הסלאוקית הקרובה למזרח. סלאוקוס היה חסיד של המערכת ההליוצנטרית של אריסטרכוס, ואולי אף הוכיח זאת כנכונה על ידי חישוב מדויק של מיקומי כוכבי הלכת ומהפכת כדור הארץ סביב 'מרכז המסה' של כדור הארץ-ירח.
איור של המערכת הגיאוצנטרית התלמית מאת הקוסמוגרף והקרטוגרף הפורטוגזי Bartolomeu Velho, 1568. קרדיט: Bibliothèque Nationale, פריז
המודל הגיאוצנטרי של היקום יהיה מאותגר גם על ידי חוקרים איסלאמיים והודיים מימי הביניים. לדוגמה, בשנת 499 לספירה, האסטרונום ההודי אאריאבהאטה פרסם את המגנום אופוס שלו אריהאבטיה , שבו הציע מודל שבו כדור הארץ מסתובב על צירו ותקופות כוכבי הלכת ניתנו ביחס לשמש.
האסטרונום האיראני בן המאה ה-10 אבו סעיד א-סיג'י סתר את המודל התלמי בטענה שכדור הארץ מסתובב על צירו, ובכך הסביר את המחזור היומי הנראה לעין ואת סיבוב הכוכבים ביחס לכדור הארץ. בערך באותו זמן, אבו ריהן בירוני 973 - 1048) דן באפשרות שכדור הארץ יסתובב סביב צירו שלו וסביב השמש - אם כי הוא ראה בכך סוגיה פילוסופית ולא מתמטית.
במצפה הכוכבים Maragha ו-Ulugh Beg (המכונה גם סמרקנד), סיבוב כדור הארץ נדון על ידי כמה דורות של אסטרונומים בין המאות ה-13 וה-15, ורבים מהטיעונים והראיות שהועלו דמו לאלו שבהם השתמש קופרניקוס. זה היה גם בזמן הזה ש-Nilakantha Somayaji פרסמה אתAryabhatiyabhasya(פרשנות עלאריהאבטיה) שבו הוא תמך במודל פלנטרי הליוצנטרי חלקית. זה היה ואחריו בשנת 1500 על ידי Tantrasangraha, שבו שילב סומיאג'י את סיבוב כדור הארץ על צירו.
במאה ה-14 החלו לצוץ היבטים של הליוצנטריות וכדור הארץ נע באירופה. לדוגמה, הפילוסופית הצרפתית הבישוף ניקול אורסמה (בערך 1320-1325 עד 1382 לספירה) דנה באפשרות שכדור הארץ מסתובב על צירו. עם זאת, היה זה לאסטרונום הפולני ניקולאוס קופרניקוס שהייתה לו ההשפעה הגדולה ביותר על האסטרונומיה המודרנית כאשר, בשנת 1514, הוא פרסם את רעיונותיו על יקום הליוצנטרי במסכת קצרה בשם פרשנות ('פרשנות קטנה').
השוואה בין המודלים הגיאוצנטריים וההליוצנטריים של היקום. קרדיט: history.ucsb.edu
כמו אחרים לפניו, קופרניקוס בנה על עבודתו של האסטרונום היווני אטיסטרכוס, וכן עשה כבוד לאסכולת מראגה ולכמה פילוסופים בולטים מעולם האסלאם (ראה להלן). מהותי למודל שלו הייתה העובדה שכדור הארץ, וכל שאר כוכבי הלכת, הסתובבו סביב השמש, אך גם שכדור הארץ סובב על צירו והירח סובב אותו.
עם הזמן, ותודה למדענים כמו גלילאו ו סר אייזק ניוטון , התנועה והמהפכה של הפלנטה שלנו יהפכו למוסכמה מדעית מקובלת. עם הופעת עידן החלל, פריסת לוויינים ושעונים אטומיים, לא רק שאישרנו שהוא נמצא בתנועה מתמדת, אלא הצלחנו למדוד את מסלולו וסיבובו בדיוק מדהים.
בקיצור, העולם מסתובב מאז הקמתו. ובניגוד למה שעשויים לומר, זה בעצםהואהאטה, אם כי בקצב איטי להפליא. אבל כמובן, עד שהוא מאט באופן משמעותי, סביר להניח שנפסיק להתקיים, או להחליק את 'הקשרים הסוררים' שלו ונהפוך למין בין-פלנטרי.
כתבנו מאמרים מעניינים רבים על תנועות כדור הארץ כאן ביקום היום. הנה כמה מהר כדור הארץ מסתובב? , מסלול כדור הארץ סביב השמש , כמה מהר כדור הארץ מסתובב? , למה כדור הארץ מסתובב? , מה היה קורה אם כדור הארץ יפסיק להסתובב? , ו מה ההבדל בין המודלים ההליוצנטריים והגיאוצנטריים של מערכת השמש?
אם תרצה מידע נוסף על סיבוב כדור הארץ, בדוק מדריך לחקר מערכת השמש של נאס'א על כדור הארץ . והנה קישור ל מצפה כדור הארץ של נאס'א .
הקלטנו גם פרק של אסטרונומיה קאסט הכל על כדור הארץ . תקשיב כאן, פרק 51: כדור הארץ .