Земля как планета


Объект географической науки
География — одна из древнейших наук на Земле и о Земле. Долгое время география была преимущественно описательной наукой. Ученые-географы ликвидировали так называемые "белые пятна" на географической карте. Это была пора Великих географических открытий, великих мореплавателей и землепроходцев, эпоха, окруженная ореолом романтики. В настоящее время описательный этап закончен, и географии, для того чтобы впредь называться наукой, стало необходимо получить свой объект и предмет исследования. В настоящее время многие серьёзные науки изучают Землю, и у каждой из них свой объект исследования. Геологи изучают твердь Земли, физики и химики — вещественный состав, астрономы — место Земли и её движение во Вселенной, биологи — живое вещество планеты. И у географии также нашелся свой объект исследования, который исторически складывался по мере того, как человек наносил на карту новые земли, описывал растительный и животный мир, узнавал жизнь и быт народов дальних стран. Объектом географической науки является так называемая Географическая оболочка Земли. По сути, Географическая оболочка (ГО) - это глобальный природно-территориальный комплекс, который состоит из различных компонентов более низкого ранга (литосфера, атмосфера, гидросфера и т.д.). Объекты ГО взаимодействуют и взаимопроникают друг в друга в результате действия многочисленных факторов, главными из которых являются солнечная энергия и внутренняя энергия Земли. Предметом же географии можно считать выяснение происхождения, истории развития, строения и современной динамики географической оболочки. То есть предметом географии является обнаружение и изучение основных свойств присущих объекту географии — географической оболочке в целом или ее составляющим. Вместе с тем нужно выделить также и предметную область науки, то есть ту область знаний, которая затрагивает другие науки, которые могут быть полезны для изучения Географической оболочки. К таким наукам можно отнести уже перечислявшиеся выше науки о Земле: геология, физика, химия, биология, а также астрономия, математика и некоторые другие науки. Все эти размышления об объекте и предмете науки географии были приведены для того, чтобы осознать, что главная особенность этой науки — её комплексный характер, отражающий многофакторность происходящих на Земле процессов и тесные взаимосвязи, существующие между ними. Особенно это нужно понимать при подготовке к поступлению в ВУЗ и активно использовать знания, полученные на уроках математики, физики, химии, биологии и, конечно, географии. А ореол романтики, который, как вам, наверное, показалось, исчез вместе с землепроходцами и белыми пятнами на карте, уступив место "скучным" понятиям об объекте и предмете науки, на самом деле по-прежнему остается верным спутником географа при изучении Географической оболочки Земли. И Вы поймете это, приступив к этому изучению.
Земля во Вселенной
Весь окружающий нас мир - от самых мельчайших частиц до крупнейших звезд и галактик, - образует Вселенную. Вселенная, по-видимому, бесконечна, мы не знаем что находится на расстоянии миллиардов световых лет от Земли. Однако человек, совершенствуя астрономические методы наблюдения, расширяет свои представления о Вселенной. Вся часть Вселенной, которую мы наблюдаем с помощью самой современной астрономической техники (оптические и радиотелескопы, космические телескопы типа Hubble), называется Метагалактикой. Исследования показывают, что в настоящее время Метагалактика расширяется. При этом расширение началось около 18-20 миллиардов лет назад в результате так называемого "Большого взрыва". Вещество во Вселенной распространено неравномерно и его распределение подчинено иерархической организации. Космические тела, благодаря притяжению, образуют системы различной сложности: планеты со спутниками, вращаясь вокруг звезды, образуют системы типа Солнечной; миллиарды "солнечных" систем формируют галактики; несколько миллиардов галактик составляют Метагалактику.

Земля занимает определенное место в этой иерархической структуре. Наша галактика называется Млечный путь (кстати, и само слово "галактика" также образовалось от греческого слова. означающего "молочный"). Его можно наблюдать в ясном небе в темную ночь в виде тянущейся светлой полосы. Наша галактика имеет дисковидную структуру диаметром около 100 000 световых лет. Млечный путь имеет сплюснутое шарообразное ядро, представляющее собой скопление старых красноватых звезд и спиралью расходящиеся от ядра рукава из молодых горячих голубых звезд. Солнечная система располагается на расстоянии 32000 световых лет от центра Галактики. Мы видим ее "с ребра" - поэтому она выглядит полосой на небе в виде Млечного пути.
Космические объекты удалены друг от друга на достаточно большие расстояния. Так, ближайшая к нам (не считая Солнца) звезда Проксима из созвездия Центавра удалена от нас на 4,24 световых года, а ближайшая галактика - Туманность Андромеды, - около 2,2 миллионов световых лет (около 2,1*1019 км). Все этиобъекты оказывают влияние на процессы, идущие в околоземном пространстве. Однако влияние бесконечно удаленных объектов проявляется только в геологическом масштабе времени. Непосредственное же влияние на геологические и географические процессы оказывают относительно близко расположенные космические объекты - объекты Солнечной системы.
Солнечная система
Солнечная система состоит из одной звезды – Солнца, восьми (с 2006 года) планет и ряда менее значительных небесных тел, таких как спутники планет, малые планеты (астероиды), кометы, а также метеоритное вещество. Солнце – звезда средней величины класса G2V (желтый карлик). В нем сосредоточено 99,86% массы всей солнечной системы. Оно центр нашей планетной системы, источник жизни на Земле, источник многих природных процессов, тепла и света. Солнце излучает большое количество энергии. Источником солнечной энергии служат термоядерные реакции превращения водорода в гелий в центральных частях Солнца, где температура превышает 10 млн К. Солнечная радиация представляет собой совокупность корпускулярного и электромагнитного излучения. Корпускулярная составляющая - поток плазмы, состоящий из протонов и электронов (солнечный ветер) и достигающий околоземного пространства, почти полностью обтекает магнитосферу Земли. Электромагнитная радиация проникает в атмосферу и в виде прямой и рассеянной радиации доходит до земной поверхности, обеспечивая постоянство существующей термодинамической обстановки. Солнечная активность подвержена циклическим колебаниям: годы активного Солнца чередуются с годами спокойного Солнца. В среднем активность процессов на Солнце изменяется с периодом около 11 лет. Планеты в сравнении с Солнцем чрезвычайно малы. В таблице даны некоторые характеристики планет Солнечной системы:
Группа Название планет Расстояние от Солнца млн.км (а.е.) Размеры (экваториальный радиус), кмВремя вращения вокруг Солнца Время вращения вокруг оси Наличие атмосферы Средняя плотность, г/см3 Число спутников
Земная группа Меркурий 58 (0,387) 2440 88 88 Следы 5,4 -
Венера 108 (0,723) 6051 225 сут243 ч Очень плотная 5,2 -
Земля 149,6 (1,0) 6378 365,2 сут23 ч 56 мин 4 сОчень плотная 5,5 1
Марс 228 (1,524) 3393 1 год 322 сут24 ч 37 мин 23 сРазреженная 4,0 2
Планеты-гиганты Юпитер 778,3 (5,202) 71400 11 лет 315 сут9 ч 50 мин Очень плотная 1,3 16
Сатурн 1428 (9,539) 60330 29 лет 10 ч 14 мин Очень плотная 0,7 17
Уран 2870 (19,191) 26200 84 года 7 сут17 ч 42 мин Очень плотная 1,5 15
Нептун 4500 25230 164 года 7 сут17 ч 42 мин Очень плотная 1,5 2
бывшая планета* Плутон 5929 1100 248 лет 6 ч 2 1
*С 2006 г. Плутон перестал считаться планетой и относится к поясу астероидов Койпера за границей орбиты Нептуна. Следуя современной школьной программе, мы пока не исключаем Плутон из списка планет, сведения о нем должны быть известны школьникам.
А.э. - астрономическая единица,равная среднему расстоянию от Земли до Солнца (около 150 млн. км) Все планеты Солнечной системы шарообразны, обращаются вокруг Солнца в одном направлении; орбиты большинства планет (кроме Меркурия и Плутона) близки по форме к окружностям и лежат примерно в одной плоскости. Как видно из таблицы, планеты делятся на две группы.

Планеты земной группы (внутренняя группа) характеризуются небольшими размерами, большой плотностью вещества, малым количеством спутников планет. К внешней группе (планеты-гиганты)относятся планеты, обладающие большими размерами и массами. В одном только Юпитере заключено 70% массы всех планет вместе с их спутниками. Это холодные тела, ядра их сложены каменным материалом и льдом, а мощные облачные атмосферы состоят из легких замерзших газов (водорода, гелия, аммиака, метана и др.). У этих планет много спутников, причем самый крупный - Ганимед (спутник Юпитера), - больше Меркурия. Самая далекая планета Плутон со спутником Харон (точнее двойная планета Плутон-Харон) еще слабо изучена. Ее нельзя отнести ни к планетам-гигантам, ни к планетам земной группы. Плоскость орбиты Плутона наклонена примерно на 17° по отношению к плоскостям других планет. Существует мнение, что Плутон - не планета, а крупный астероид внешнего пояса астероидов Солнечной системы, расположенного за границей орбиты Нептуна (пояса Койпера). Помимо перечисленных выше планет, в состав Солнечной системы входят так называемые малые тела: астероиды, кометы, метеориты. Интересна история открытия астероидов. В XVIII веке была популярна закономерность, известная как правило Боде-Тициуса. Напишем ряд дробных чисел: первое - 0,0 и второе 0,3, а все последующие будут вдвое больше предыдущего, то есть 0,0 0,3 0,6 1,2 2,4 4,8 4,8 9,6 19,2. Если прибавить к каждому из этих чисел по 0,4, то получится новый ряд (0,4 0,7 1,0 1,6 2,8 5,2 10,0 19,6), который довольно хорошо выражает средние расстояния планет от Солнца, измеренные в астрономических единицах (см. таблицу). Согласно этому правилу, на расстоянии приблизительно 2,8 а.е. от Солнца должна располагаться некая планета. Ее долго искали и даже придумали название - Фаэтон. Однако вместо планеты было обнаружено несколько тысяч малых планет - астероидов (наиболее крупные - Церера, Паллада, Юнона, Веста). Большая часть астероидов Солнечной системы располагается между орбитами Марса и Юпитера (там, где должна была располагаться планета Фаэтон, поэтому была высказана гипотеза, что астероиды являются осколками этой планеты). Однако орбиты некоторых астероидов пересекаются с орбитой Земли. Сейчас учёные полагают, что за орбитой Нептуна, на расстоянии от 30 до 50 а.е. от Солнца, находятся более 70 000 малых тел диаметром от 100 км. Совокупная масса этих тел оценивается в 0,1 массы Земли. Большая часть таких объектов вращается по близким к круговым орбитам в плоскости эклиптики на расстоянии примерно 40 а.е. от Солнца. Это так называемый пояс Койпера. Крупнейшие из открытых на сегодняшний день: Квавар (Кваоар) диаметром ~1200 км (его даже собирались причислить к планетам) и Варуна ~900 км. К ним относят, повторим, и сам Плутон. Другими заметными телами Солнечной системы являются кометы. Кометы движутся по сильно вытянутым эллиптическим или даже параболическим орбитам. В кометах выделяется голова и хвост. Голова состоит из ядра и комы. Ядро - это ледяной конгломерат из застывших газов с примесью тугоплавких силикатов, углекислых и металлических веществ. Ядра комет невелики, поперечник их от нескольких сотен метров до 50-70 километров. Кома - газово-пылевое окружение (водород, кислород и др.), светящееся при приближении к Солнцу. Близ перигелия из ядра кометы под влиянием солнечного тепла и корпускулярных потоков происходит испарение замерзших газов и образуется светящийся хвост кометы. Он состоит из разреженных газов и мелких твердых частиц, направленных в сторону, противоположную Солнцу. Длина хвостов достигает сотен миллионов километров, то есть при ничтожной массе кометы бывают крупнейшими телами Солнечной системы. Предполагают, что "кометное облако", окружающее Солнце, образовалось вместе с Солнечной системой. Поэтому, исследуя вещество комет, ученые получают сведения о первичном материале, из которого сформировались планеты и спутники. Наиболее мелкими частицами Солнечной системы является космическая пыль. Наибольший интерес эти объекты представляют тогда, когда они "собираются" в так называемые метеорные потоки. Существует несколько крупных метеорных потоков, с которыми каждый год в определенное время пересекается Земля во время своего движения вокруг Солнца. Так, например, Земля пересекает орбиту Персеид около 12 августа, Орионид - 20 октября, Леонид - 18 ноября. В эти дни в районе одноименных созвездий в ночном небе можно наблюдать большое количество "падающих звезд". Метеориты влетают в земную атмосферу со скоростью до 50-60 км/с, нагреваются из-за трения о воздух до нескольких тысяч градусов Цельсия, ионизируют газовые молекулы, заставляя их излучать свет, и испаряются на высоте 80-100 км. Наиболее крупные метеориты падают на поверхность Земли. Ежегодно на земную поверхность выпадает около 2000 метеоритов общей массой около 20 тонн.
Строение географической оболочки
Географическая оболочка (ГО) - это глобальный природно-территориальный комплекс, который состоит из различных компонентов более низкого ранга (литосфера, атмосфера, гидросфера, биосфера, ноосфера). Объекты ГО взаимодействуют и взаимопроникают друг в друга в результате действия многочисленных факторов, главными из которых являются солнечная энергия и внутренняя энергия Земли. Географическая оболочка - это внешний слой планеты Земля. Довольно трудно определить её границы. За нижнюю границу обычно принимают верхние слои литосферы (10-12 км - средняя граница земной коры), а за верхнюю - нижние слои атмосферы (20-30 км - высота озонового слоя Земли). Компонентами ГО являются: вещество атмосферы (воздух), гидросферы (вода), литосферы (горные породы), организмы. Их сочетания можно выделить на поверхности Земли в любом месте, потому что ГО - сплошная. Сплошная, но не везде однородная. Её можно разделить на разные по размерам участки (природные комплексы). Среди них есть как сходные между собой, так и не похожие друг на друга. Одной из главных причин разнообразия природы географической оболочки является движение в ней веществ в виде круговоротов (круговорот воды, минерального вещества, биологический круговорот и т.д.). О важнейших круговоротах ГО речь пойдет в дальнейшем при более подробном изучении её компонентов. Для географической оболочки характерна целостность. То есть изменение одного компонента приводит к изменению других. Например, при сильнейшем извержении вулкана Кракатау в 1883 г. вулканический пепел в атмосфере достиг высоты 80 км. Разнесенный воздушными потоками, он уменьшил прозрачность атмосферы. В течение нескольких лет это сказывалось на нагревании земной поверхности, на погодных процессах во всех регионах Земли. Для природных процессов в географической оболочке характерна ритмичность, то есть повторение явлений через определенное время. Это суточные ритмы, связанные с вращением Земли вокруг своей оси. Они отражаются в смене дня и ночи, изменениях в элементах погоды, в смене направления бриза, в приливах и отливах, в процессах выветривания горных пород, в режиме существования организмов, в том числе - и человека. Это и годовые ритмы, связанные с движением Земли вокруг Солнца. Благодаря годичным ритмам происходит смена времен года. В результате формируется определенный режим рек и озер, происходит перемещение умеренных, тропических, экваториальных воздушных масс то на север, то на юг, развитие растений и животных. Однако повторение природных явлений из года в год не строгое. Происходит направленное изменение природных комплексов. Например, половодье на реке в один год было низкое, а на следующий год - высокое. В результате русло изменило свое положение, произошла перестройка природного комплекса в долине реке. Таким образом, из года в год долина реки изменяется. Кроме того, в истории формирования ГО выявляются геологические ритмы, продолжительность которых тысячи и миллионы лет. Например, смена ледниковых и межледниковых эпох, периоды горообразования и т.д. Как уже говорилось, ГО неоднородна. В результате сложного взаимодействия компонентов ГО в конкретных географических условиях возникают различные природно-территориальные комплексы (ПТК). ПТК можно разделить на ранги. ПТК самого высокого ранга будет сама Географическая оболочка. Внутри ГО выделяются природные комплексы материков и океанов. Каждый материк имеет свои ПТК. Например, на материке выделяют физико-географические страны, различающиеся строением фундамента, рельефом, климатическими особенностями, почвенно-растительными сообществами, широтной зональностью и высотной поясностью.

Закон широтной географической зональности
Одна из главных закономерностей структуры Географической оболочки – это закон широтной зональности. Она проявляется в закономерной смене природных комплексов от полюсов к экватору (см. раздел Географические координаты. Географические полюса, экватор). Широтная зональность – следствие шарообразной формы Земли, ее положения по отношению к Солнцу, осевого и орбитального движений (см. раздел Формы движения Земли и их географические следствия). Шарообразность Земли является причиной разного угла падения солнечных лучей на разных широтах, следовательно, наблюдается закономерное уменьшение количества солнечной энергии на единицу площади от экватора к полюсам. Дифференциация географической оболочки по зональным признакам выражается, прежде всего, в делении на географические пояса и зоны (пояса выделяются по различиям теплового режима, зоны – по различиям соотношения тепла и влаги). Наряду с зональными природными комплексами, значительные пространства суши заняты азональными (не зональными) природными комплексами. Поэтому солнечная радиация, идущая под одним углом на одной широте, благодаря различиям в характере подстилающей поверхности, перераспределяется. В результате возникают условия, отличные от характерных для данного географического пояса.
Движение Земли по орбите вокруг Солнца. Кардинальные точки
Путь Земли вокруг Солнца называется орбита (orbita = дорога, колея). Орбита Земли представляет собой эллипс, близкий к окружности, в одном из фокусов которого находится Солнце. Длина орбиты — более 930 млн км. Отражением движения Земли по орбите является видимое движение Солнца по эклиптике. Эклиптика — большой круг небесной сферы, образующийся при пересечении ее плоскостью орбиты.

Ближайшая к Солнцу точка орбиты называется перигелий (около 147 миллионов километров); Земля проходит ее в первых числах января (2-5). Наиболее удаленная точка орбиты — афелий (около 152 миллионов километров); Земля ее проходит а начале июля (3-7). Изменение расстояния до Солнца влияет на скорость движения Земли: чем дальше от Солнца (в июле), тем меньше скорость. Поэтому (с учетом расстояния от Земли до Солнца в разные периоды года) в северном полушарии зима короче лета примерно на неделю, а в южном — наоборот. В настоящее время ось вращения Земли наклонена к области орбиты под углом примерно 66,5° и перемещается в течение года в пространстве параллельно самой себе. Важнейшими следствиями наклона земной оси являются смена времен года и неравенство продолжительности дня и ночи. На земной орбите можно выделить так называемые кардинальные точки. Прохождение через них связано со сменой освещенности планеты. Это точки весеннего и осеннего равноденствия и точки летнего и зимнего солнцестояния. 22 июня (день летнего солнцестояния) земная ось северным концом обращена к Солнцу, максимально освещено северное полушарие, т.е. севернее экватора день длиннее ночи (вплоть до полярного круга); начиная с широты северного полярного круга до полюса территория полностью освещена Солнцем — там наблюдается полярный день. В южном полушарии — наоборот, до полярного круга день короче ночи, а, начиная с южного полярного круга и южнее, — полярная ночь. В этот день Солнце в зените (солнечные лучи в полдень падают отвесно) на северном тропике. 22 декабря (день зимнего солнцестояния) земная ось южным концом обращена к Солнцу, максимально освещено южное полушарие, начиная с широты южного полярного круга до полюса территория полностью освещена Солнцем — там наблюдается полярный день. В северном полушарии — наоборот, до полярного круга день короче ночи, а, начиная с северного полярного круга и севернее, — полярная ночь. В этот день Солнце в зените (солнечные лучи в полдень падают отвесно) на южном тропике. 21 марта (день весеннего равноденствия) и 23 сентября (день осеннего равноденствия) Солнце в зените над экватором, а граница раздела дня и ночи (терминатор) проходит через полюса и делит все параллели пополам, таким образом освещены ровно половина северного и половина южного полушарий, т.е. на всей Земле день равен ночи.
Географические координаты

Географические полюса — точки пересечения оси вращения Земли с земной поверхностью. Экватор (equator=равноудаленный) — линия пересечения земной поверхности с плоскостью, перпендикулярной оси вращения Земли и проходящей через ее центр. Географическая ШИРОТА точки — угол между плоскостью экватора и радиусом, проведенным к этой точке. Таким образом, широта экватора — 0°, а широта полюсов — 90°. К северу от экватора широта северная (с.ш.), к югу — южная (ю.ш.). Широта обозначается греческой буквой φ. Параллели — линии равной широты. Меридианы — это условные линии на поверхности Земли, соединяющие географические полюса по кратчайшему расстоянию. Нулевой меридиан проходит через Гринвичскую обсерваторию в г. Лондоне. Географическая ДОЛГОТА точки — угол между плоскостью нулевого (Гринвичского) меридиана и плоскостью меридиана данной точки. Все точки на одном меридиане имеют равную долготу. Долгота обозначается греческой буквой λ. К востоку от начального меридиана — восточная долгота (в.д.), к западу — западная (з.д.). Широта и долгота любой точки земного шара составляют географические координаты. Длина экватора рассчитывается через радиус Земли по формуле: L = 2π•R. R = 6378 км (экваториальный радиус), следовательно, длина экватора — 2•3,14•6378 км = 40054 км. Таким образом, длина 1° экватора равна 40054/360°=111,3 км. Таким же образом можно вычислить длину меридиана. Меридиан представляет собой полуокружность, поэтому его длина вычисляется по формуле π•R. Радиус в данном случае берется полярный R = 6357 км. Длина меридиана — 19961 км. Следовательно, 1° меридиана, в среднем, равен 19961/180°=110,9 км. Однако из-за приплюснутости Земли у полюсов длина 1° меридиана в низких широтах приблизительно равна 110,8 км, а в высоких широтах — 111,3 км. Для решения большинства задач можно принимать длину 1° экватора и любого меридиана, в среднем, за 111 км. Экватор — самая длинная параллель. Чем ближе к полюсу, тем длина параллелей становится меньше. Длина 1° любой параллели φ рассчитывается по формуле:
1°φ = 111•cosφ                                 (1)
Примеры задач: 1. Каково кратчайшее расстояние от Москвы до южного полюса в километрах? Решение: Кратчайшее расстояние — расстояние по меридиану. Широта Москвы — около 56°с.ш. От Москвы до южного полюса — 146° (56° от Москвы до экватора и 90° от экватора до южного полюса). Средняя длина 1° меридиана — 111 км. Поэтому расстояние от Москвы до южного полюса L = 146°•111 км = 16206 км. 2. На сколько километров переместится житель Санкт-Петербурга за 4 часа вращения Земли? Решение: Широта Санкт-Петербурга — 60°с.ш.. По формуле (1) вычисляем длину 1° на широте Санкт-Петербурга. 1°60° = 111 км•cos60° = 111 км•0,5 = 55,5 км. За сутки (24 часа) Земля делает оборот в 360°. Следовательно, за 4 часа она обернется на 60°. Получается, что житель Санкт-Петербурга за 4 часа вращения Земли переместится на 60°•55,5 км = 3330 км. 3. Расстояние по параллели между Вашингтоном и Анкарой равно 9350 км. Определите кратчайшее по параллели расстояние между Лиссабоном и Пекином (в км). Решение: Определим по карте широту указанных в задаче пунктов. Все они лежат примерно на одной параллели (около 40°с.ш.). Можно рассчитать длину 1° на 40°с.ш. Долгота Анкары — 33°в.д., Вашингтона — 77°з.д. Расстояние между Вашингтоном и Анкарой в градусах по карте составляет 33°+77°=110°. По условию задачи это 9350 км. Значит, 1°40° = 9350/110° = 85 км. Теперь определим, сколько градусов между Лиссабоном и Пекином. Долгота Лиссабона — 9°з.д, долгота Пекина —116°в.д., следовательно, расстояние между ними в градусах: 9°+116° = 125°, а в километрах: 125°•85 км = 10625 км.
Следствия наклона земной оси: тропики, полярные круги, пояса освещенности
Тропик — это параллель с максимально возможной широтой, где Солнце бывает в зените. В настоящее время широта тропика составляет приблизительно 23,5° (с.ш. и ю.ш.). Северный тропик называется тропик Рака, южный — тропик Козерога. Полярный круг — это параллель с минимальной широтой, где Солнце хотя бы один раз в год в течение суток не восходит или не заходит, т.е. здесь существует полярный день или полярная ночь. В настоящее время широта полярного круга составляет приблизительно 66,5° (с.ш. и ю.ш.). Существование этих условных линий обусловлено наклоном земной оси к плоскости земной орбиты (α = 66,5°). Угол наклона земной оси к плоскости орбиты (α), широта тропика (φтр)и полярного круга (φпк) связаны формулами:
α = φпк (1) φтр = 90° – α = 90° – φпк (2) φтр + φпк = 90° (3)
Выделяют три типа поясов освещенности: тропический, умеренный и полярный.

Тропический пояс освещенности располагается между тропиками, включая сами линии тропиков. Он характеризуется тем, что Солнце здесь хотя бы раз в году бывает в зените (т.е. угол падения солнечных лучей в полдень составляет 90°). Полярный пояс освещенности (северный и южный). Располагается между полярными кругами и полюсами, включая линии полярных кругов. Характеризуется тем, что хотя бы раз в году Солнце либо не восходит, либо не заходит (т.е. наблюдается полярный день или полярная ночь). Умеренный пояс освещенности (северный и южный) располагается между тропиками и полярными кругами и характеризуется тем, что Солнце здесь не бывает в зените, и не бывает полярных дней и полярных ночей. Примеры задач: 1. Если бы северный полярный круг проходил бы через Москву, какова бы была широта южного тропика? Решение: Широта Москвы φ = 56° с.ш., т.е., по условию задачи, φпк = 56°. По формуле (2) получаем: φтр = 90° – φпк = 90° – 56° = 34°. Поскольку речь идет о южном тропике, то правильный ответ — 34°ю.ш. 2. Если бы угол земной оси к плоскости земной орбиты уменьшился в два раза, какова была бы широта полярного круга, тропика и полюса? Решение: Новый угол наклона земной оси α = 66,5°:2 = 33,25°. По формуле (1) α = φпк , значит φпк = 33,25°. По формуле (2) φтр = 90° – α = 90° –33,25°=56,75°. Широта же полюса всегда равна 90° (географические координаты). 3. Если бы тропики совпадали с полярными кругами, какова бы была ширина тропического пояса освещенности? Решение: По условию φтр =φпк , т.е. по формуле (2) получается φтр + φпк = 90°, φтр =φпк=45°. Тропический пояс освещенности располагается между северным и южным тропиками (в данном случае между 45° с.ш. и 45°ю.ш.). Поэтому ширина тропического пояса составляет 45°+45°=90°. В километрах: 90°•111 км = 9990 км.
Форма и размеры Земли
Земля, как и другие планеты имеет шарообразную форму. Однако из-за вращения вокруг своей оси и возникающей центробежной силы, земля сплюснута у полюсов, таким образом, что ее экваториальный радиус примерно на 21,4 км больше полярного. Такой равномерно сплюснутый у полюсов шар называется эллипсоидом вращения или сфероидом. В России для геодезических расчетов и картографических работ используется эллипсоид Ф.Н.Красовского. Размеры Земли следующие: экваториальный радиус Rэ=6378,2 км, полярный радиус Rп=6356,8 км, длина меридиана l= 20004,3 км, длина экватора L=40075,7 км, площадь поверхности Земли S= 510 млн. км2.

Форма Земли сложнее и отклоняется от правильной формы эллипсоида вращения из-за неравномерного распределения масс. Таким образом, истинная фигура Земли называется геоид ("землеподобный"). Поверхность геоида совпадает с уровенной поверхностью Мирового океана, продолженной под сушей. Геоид - фигура, поверхность которой везде перпендикулярна направлению силы тяжести.

Одним из следствий шарообразности Земли является существование горизонта – линии, ограничивающей поле прямой видимости. Для человека среднего роста расстояние до горизонта невелико - около 4,5-5 км. Чем выше над поверхностью Земли находится наблюдатель, тем дальше от него линия горизонта. На рисунке слева показано расширение горизонта с подъемом вверх. Линия горизонта при этом всегда округлая.
Используя материалы лекций, решите следующие задачи:
Какой должен быть угол наклона земной оси к плоскости эклиптики, чтобы северный тропик проходил через Ключевскую сопку?
Если бы северный полярный круг проходил через Прагу, то каковы были бы: а) широта северного тропика; б) широта южного полярного круга; в) широта северного полюса?
Без помощи линейки определите кратчайшее расстояние между островами Гилберта и устьем Амазонки.
Если бы наклон земной оси к плоскости орбиты составлял 45°, то продолжительность дня в Кейптауне 20 января: 1) увеличилась бы; 2) уменьшилась бы; 3) не изменилась бы. (Выбрать правильный ответ, обосновать выбор).
Самолет вылетел из некоего пункта, пролетел 333 км на восток, затем 333 км на юг, затем 333 км на север и вернулся в исходный пункт. Какова широта исходного пункта?
На сколько км Вы переместились бы за 120 минут, если бы находились в Симферополе: а) по направлению вращения Земли вокруг оси; б) по направлению обращения Земли вокруг Солнца. Расстояние между Кейптауном и Буэнос-Айресом составляет 7350 км. Найдите расстояние между Багдадом и истоком р. Янцзы.
Расчет зенитального положения солнца
Зенит Солнца в течение года движется от тропика к тропику со скоростью приблизительно 1° за 3,8 суток (мы не берем в расчет неравномерность движения Земли по орбите): т.к. расстояние от северного до южного тропика — 47° — Солнце проходит за полгода), округленно можно принять "1° за 4 суток" или "2° за неделю". Таким образом, можно приблизительно посчитать широту зенита Солнца для любой даты.
Примеры задач:
1. На какой широте Солнце в зените 12 апреля?
Решение: Определяем ближайшую кардинальную точку (или дату). Для 12 апреля ближайшей является дата 21 марта (Солнце в зените над экватором). С 21 марта по 12 апреля прошло 22 суток. 1° зенит Солнца проходит за 3.8 суток, а за 22 суток пройдет 22:3,8=5,7°. Следовательно, зенит Солнца сместился на примерно 6° к северу от экватора (см. рисунок). Ответ: 6° с.ш.
2. Какого числа Солнце в зените над столицей Ямайки?
Решение: Столица Ямайки (Кингстон) имеет широту φ = 18°с.ш. Солнце здесь бывает в зените 2 раза в год: незадолго до летнего равноденствия (когда Солнце в зените над северным тропиком) и после этой даты. От Кингстона до северного тропика расстояние 23,5°–18°=5,5°.1° зенит Солнца проходит за 3.8 суток, а 5,5° за 5,5°•3,8=20,9 (примерно 21 суток). Значит, Солнце бывает в зените над Кингстоном за 21 сутки до 22 июня и через 21 сутки после 22 июня, т.е. Ответ: 1 июня и 15 июля.
3. Если бы земная ось лежала в плоскости земной орбиты, на какой широте Солнце было бы в зените 5 октября?
Решение: 1) По условию задачи угол наклона земной оси к плоскости земной орбиты α=0°. Следовательно, широта тропиков теперь равна: φтр= 90° – α = 90° –0°=90°. Значит поменялась скорость следования зенита от тропика к тропику. Теперь за полгода (183 суток) зенит Солнца проходит 90°+90°=180°, т.е. скорость зенита равна около 1° за сутки. 2) Ближайшая кардинальная точка к 5 октября — день осеннего равноденствия 23 сентября (зенит над экватором). Между ними 12 суток. За 12 суток зенит перемещается приблизительно на 12° (по новому условию) к югу. Ответ: 12° ю.ш.
Расчет угла падения солнечных лучей
Угол падения солнечных лучей на горизонтальную поверхность в полдень (= высота Солнца) — Н — зависит от удаленности объекта от широты, где в настоящее время Солнце в зените. Обозначим это расстояние за Δφ.
Н = 90° – Δφ (1)
Примеры задач: 1. Какова высота Солнца в полдень в Москве 1 июля? Решение: 1) Находим, на какой широте Солнце в зените 1 июля. Ближайшая кардинальная точка — 22 июня. После нее до 1 июля прошло 9 суток, следовательно, зенит Солнца переместился на 9° : 3,8 ~ 2,5° к югу от северного тропика. Следовательно, 1 июля Солнце в зените на 23,5° – 2,5° = 21°с.ш. 2) Широта Москвы φ = 56°с.ш. От Москвы до зенита Солнца Δφ = 56°–21°=35°. 3) По формуле (1) Н = 90° – Δφ = 90° – 35° = 55°. Ответ: 55° 2. Два пункта расположены на одном меридиане. 22 июня в местный полдень в обоих пунктах высота Солнца равна 75°. Определите высоту Солнца в каждом их этих пунктов 22 декабря. Решение: 1) Определим, насколько далеко пункты от зенита Солнца 22 июня: Δφ = 90° – Н = 90° –75°= 15°. 2) Поскольку пункты на одном меридиане, очевидно, что один отстоит от зенита (северного тропика) на 15° к югу, а другой на 15° к северу. Следовательно, широта пункта 1 φ1=23,5° +15° = 38,5°с.ш., а широта пункта 2 φ2=23,5° – 15° = 8,5° с.ш. 3) 22 декабря Солнце в зените над южным тропиком. пункт 1 удален от южного тропика на Δφ1 = 38,5° + 23,5° = 62°, значит высота Солнца здесь будет Н = 90° – Δφ = 90° – 62° = 28°. Пункт 2 удален от южного тропика на Δφ1 = 8,5° + 23,5° = 32°, значит высота Солнца здесь будет Н = 90° – Δφ = 90° – 32° = 58°. Ответ: 28° и 58°.
Расчет положения границы полярного дня или ночи
Явление полярного дня и полярной ночи связано с наклоном земной оси к плоскости земной орбиты. Полярный день наступает на северном полюсе 21 марта и далее граница полярного дня смещается к югу, достигая 22 июня своего крайнего значения — северного полярного круга. Одновременно в южном полушарии от южного полюса к северу смещается граница полярной ночи. После 22 июня граница полярного дня в северном полушарии (и полярной ночи в южном) вновь смещается к полюсу вплоть до 23 сентября, когда на северный полюс приходит полярная ночь, а на южный — полярный день. Таким образом, в настоящее время за 3 месяца граница полярного дня (или ночи) смещается от 90° до 66,5° — на 23,5°, т.е. скорость ее смещения такая же, как и скорость смещения зенита Солнца — 1° за 3,8 суток. (для простоты расчетов также можно пользоваться значениями "1° за 4 суток" или "2° за неделю"). Следовательно, мы можем рассчитать широту границы полярного дня (ночи) для любой даты. Примеры задач: 1. Когда наступает полярный день на мысе Челюскин? Решение: 1) Широта мыса Челюскин φ = 78°с.ш. 2) Граница полярного дня в северном полушарии увеличивается, начиная с 21 марта, от северного полюса φ = 90°с.ш. 3) Расстояние от полюса до м.Челюскин Δφ = 90° – 78° = 12°. 4) 1° граница полярного дня проходит за 3,8 суток, значит 12° пройдет за 12•3,8 ~ 46 суток 5) Т.е. через 46 суток после 21 марта полярный день придет на широту мыса Челюскин. Ответ: 6 мая 2. Сколько длится и когда заканчивается полярная ночь на полуострове Мелвилл? Решение: 1) Широта самой северной точки п-ва Мелвилл φ~70°с.ш. 2) Расстояние от 70°с.ш. до северного полярного круга составляет Δφ = 70° – 66,5° = 3,5°. Полярная ночь длится, пока ее граница опускается от 70° до полярного круга и возвращается обратно, т.е. 3,5°•2=7°. 1° — за 3,8 суток, 7° ~ 27 суток. 3) Полярная ночь на северном полярном круге наступает 22 декабря; следовательно на п-ве Мелвилл она наступает за 27:2 суток до 22 декабря и заканчивается через 27:2 суток после 22 декабря. Нас интересует вторая дата. Это примерно 4-5 января. Ответ: 27 суток; 4-5 января. Несложно заметить, что граница полярного дня смещается одновременно с зенитом Солнца навстречу ему, таким образом, что в любой момент сумма широты зенита и широты границы полярного дня составляет 90°.
φзенита + φграницы полярного дня = 90°
Этой формулой можно пользоваться для решения задач, если Вам легче определять широту зенита Солнца.
Солнце строго на севере или на юге
Рассмотрим как ведут себя жители разных поясов освещенности в кардинальные даты.

22 июня в полдень зенит Солнца располагается к югу от жителей умеренного пояса освещенности северного полушария, значит они видят Солнце строго на юге. 22 декабря в полдень зенит также располагается к югу от жителей умеренного пояса освещенности северного полушария; значит они видят Солнце строго на юге. Таким образом, в течение года жители умеренного пояса освещенности северного полушария в полдень видят Солнце только на ЮГЕ. Аналогично жители умеренного пояса освещенности южного полушария всегда видят Солнце в полдень только на СЕВЕРЕ. Для жителей тропического пояса освещенности зенит Солнца в зависимости от даты оказывается то на севере, то на юге. Значит Солнце в полдень может светить как строго с севера, так и строго с юга. Это зависит от широты конкретной местности и от даты. Жители полярного пояса освещенности какой-то отрезок времени в году вообще не видят Солнца (полярная ночь). Длительность полярной ночи зависит от широты местности за полярным кругом. В течение же полярного дня, когда Солнце не заходит, жители полярного пояса освещенности, например, северного полушария в полдень видят Солнце строго на юге, а в полночь — строго на севере (через Северный полюс). Жители полярного пояса освещенности южного полушария — наоборот. Примеры задач: Жители каких государств из списка могут видеть Солнце строго на севере: а) в принципе; б) 21 марта; в) 22 декабря; г) 3 ноября: Россия, Люксембург, Афганистан, Канада, Уругвай, Парагвай, Куба, Австралия, Габон? Решение: а) Строго на севере в принципе могут видеть Солнце жители всех государств, исключая те, которые целиком лежат в умеренном поясе освещенности северного полушария. Из предложенного списка это Россия, Канада (у них территории за северным полярным кругом) ; Уругвай, Парагвай, Австралия (в южном полушарии); Куба, Габон (тропический пояс освещенности). б) 21 марта Солнце в зените над экватором. Значит строго на севере его увидят те, кто живет к югу от экватора (хотя бы частично): Уругвай, Парагвай, Австралия, Габон. в) 22 декабря Солнце в зените над южным тропиком. Значит строго на севере его увидят те, кто живет к югу от южного тропика (хотя бы частично): Уругвай, Парагвай, Австралия. г) Широту зенита Солнца 3 ноября можно рассчитать. Таким образом строго на севере Солнце увидят жители Уругвая, Парагвая и Австралии.
Полярная звезда
Располагается практически в зените над северным полюсом, поэтому удобна для определения направления на север и географической широты местности в северном полушарии: высота Полярной звезды (угол падения лучей Полярной звезды на горизонтальную поверхность) равна широте местности:
hпз = φ
Примеры задач: Какова высота Полярной звезды: а) в Москве; б) в Веллингтоне? Решение: а) Широта Москвы φ= 56° с.ш., следовательно, высота Полярной звезды h=56°. б) Широта Веллингтона φ= 40° ю.ш., Полярная звезда в южном полушарии не видна.
ЗАДАЧИ
В каких случаях Солнце в течение суток можно увидеть а) на севере; б) на юге: 1) на 80° ю.ш. 20 декабря; 2) на 10° с.ш. 20 мая; 3) на 10° ю.ш. 1 июня; 4) в Москве 10 ноября; 5) в Мурманске в новогоднюю ночь
Когда (число, месяц) начинается полярная ночь на высочайшей точке Антарктиды? Назовите дату (даты), когда на острове Пасхи тень от каменного идола равна его высоте.
Протяженность Обской губы с севера на юг около 780 км. На сколько градусов выше Солнце над горизонтом в полдень, чем в полночь, 12 июня на выходе губы к Карскому морю?
Определите озеро, если угол падения лучей Полярной звезды на его поверхность сегодня в 23 часа равен 45°, а максимальный угол падения солнечных лучей в 20-х числах июня здесь отмечается в тот момент, когда Солнце в зените над восточной оконечностью Омана. Города А и Б расположены таким образом, что полдень в них наступает одновременно. Напротив наименьшая в течение года полуденная высота Солнца (в городе А 46°, тени падают на юг; в городе Б 56°, тени падают на север) наблюдается в этих городах вразные дни. Определите:а) Когда (число, месяц) в этих городах полуденная высота Солнца одинакова;б) Кратчайшее расстояние между этими городами (в километрах). а) На Какой широте солнце было бы в зените 7 ноября, если бы земная ось лежала бы в плоскости земной орбиты?
б)Какова бы была бы максимально возможная высота Солнца при этих условиях в г. Иваново?
Время и способы его осреднения
Время — форма существования материи, заключающаяся в закономерной координации сменяющих друг друга явлений. Проблемой измерения времени занимаются различные разделы науки и техники. Время измеряется путем наблюдения периодически повторяющихся процессов определенной длительности. Опыт человечества выработал астрономический эталон времени, связанный с движением Земли вокруг своей оси, обращением Луны вокруг Земли и движением Земли вокруг Солнца. Основная единица измерения времени — период одного обращения Земли вокруг своей оси — сутки. Различают звездные сутки и солнечные сутки. Звездные сутки — промежуток времени между двумя последовательными кульминациями любой далекой звезды (точнее — между двумя кульминациями точки весеннего равноденствия). Их продолжительность равна 23 ч 56 мин 4,1 сек. Звездное время важно в астрономии, но непригодно в обыденной жизни, т.к. начало звездных суток может приходиться на разные часы суток. Существует 2 вида солнечного времени — истинное и среднее солнечное время. Истинные солнечные сутки — промежуток времени между двумя последовательными одноименными кульминациями центра диска Солнца на одном и том же меридиане. За начало истинных солнечных суток принимают момент нижней кульминации Солнца, т.е. полночь. Движение Солнца кажется нам с Земли неравномерным. В конце декабря истинные солнечные сутки равны 24 ч 4 мин 27 сек, в середине сентября — 24 ч 3 мин 36 сек. За среднюю единицу солнечных суток принято считать 24 ч 3 мин 56,5554 сек звездного времени. Вместо изменяющихся по длине в течение года истинных солнечных суток употребляют сутки, равные средней длине истинных суток в течение года. Это средние солнечные сутки. Все точки на одном и том же меридиане в один и тот же момент имеют одинаковое время, которое называется местное время. Местное время нулевого Гринвичского меридиана, принято в качестве всемирного (мирового) времени. Использование местного времени не совсем удобно. Поэтому в 1884 г. был принят механизм осреднения времени: поясное время. Вся поверхность земного шара была разделена на 24 части (пояса) по количеству часов в сутках, простирающихся вдоль меридианов с долготой, кратной 15°. Каждый пояс отличается от соседнего на 1 час.

Отсчет поясов ведется от нулевого (двадцать четвертого) часового пояса на восток. Нулевым поясом в настоящее время считается тот, осевым меридианом которого является нулевой (Гринвичский) меридиан. Таким образом, поясное время — местное время осевого меридиана часового пояса, осредненное для всего пояса. Очертания часовых поясов часто повторяют административные границы. В некоторых государствах введено свое поясное время, отличное от Гринвича на неровное количество часов (Австралия, Индия, Иран и некоторые другие). Россия расположена в 11 часовых поясах: от 1-го — Калининградская область — до 11-го (крайние восточные территории, формально лежащие в 11-13 часовых поясах объединены в один). В России время отличается от поясного еще на один час. Специальным декретом в 1930 г. стрелки часов в СССР были переведены вперед на 1 час (так называемое декретное время). В ряде стран время переводят вперед только в теплое время года (летнее время). В России оно "работает" с 1981 г. В последние выходные марта (в ночь с субботы на воскресенье) добавляется 1 час, а в последние выходные октября вновь отнимается 1 час. Примеры задач: 1. В Гринвиче 6.00. Сколько времени в 9 часовом поясе? Решение: 9-й часовой пояс находится к востоку от Гринвича (0-й час.пояс). Следовательно, времени там, по сравнению с Гринвичем, больше на 9-0=9 часов, т.е. 6.00+9=15.00 2. В Гринвиче 15 часов 18 мая. Сколько времени на часах у жителей Петропавловска-Камчатского? Решение: Петропавловск-Камчатский расположен в 11 часовом поясе, т.е. на 11 поясов восточнее Гринвича, значит там должно быть на 11 часов больше времени: 15+11=26 часов, т.е. 2 часа следующих суток -19 мая. Однако следует прибавить 1 декретный час (для любой точки, расположенной в России) и 1 летний час (судя по дате, действует летнее время). Т.о. ответ: 4 часа 19 мая. Зная время астрономических событий, можно определять долготу объектов. 3. Определите долготу корабля, если в местный полдень часы капитана, поставленные по Гринвичу, показывали 15 часов 30 минут. Решение: На меридиане корабля - полдень - Т=12.00. В Гринвиче ТG=15.30. Т.о. разница во времени между ними составляет: DТ=15.30-12.00=3.30. Переведем время в разницу по долготе: За 1 час земля поворачивается вокруг оси на 15°, следовательно, за 3 часа 30 минут - на Dl=52,5°. В Гринвиче времени больше, чем на долготе корабля, значит он (Гринвичский меридиан) расположен восточнее. Т.о. долгота корабля 52.5° з.д. 4. Определите долготу корабля, если 21 марта в момент заката солнца часы капитана, поставленные по московскому времени показывали 19 часов 12 минут. Решение: 21 марта - день равноденствия (светлое время суток равно темному времени суток, т.е. астрономический восход происходит в 6.00, а закат в 18.00). Таким образом местное время на меридиане корабля: Т=18.00. Во избежание ошибок, московское время следует привести к Гринвичскому: Москва располагается во 2-м часовом поясе, значит для переходя к Гринвичу надо отнять 2 часа: получаем 17.12. Не забываем отнять также декретный час: получаем 16.12. Не забываем проверить, действует ли летнее время (в данном случае - нет, судя по дате). Т.о. в Гринвиче: GT=16.12. DТ= 18.00-16.12=1.48. Переводим в градусы долготы: Dl=27°. Больше времени на искомом меридиане, значит он расположен восточнее. Т.о. его долгота: 27°в.д.
Линия перемены даты

Примерно по середине 12 часового пояса примерно вдоль 180° меридиана проведена Международная линия перемены даты. Это условная линия на поверхности Земли, по обе стороны от которой календарные даты отличаются на 1 сутки, а часы и минуты совпадают. Эта линия служит для правильного счета дней месяца при путешествиях. 180° меридиан пересекает территории государств: России, США, Тувалу, Кирибати, Фиджи, Новая Зеландия. В этих местах линия перемены даты отклоняется от 180° в соответствии с государственными границами. Если мы движемся на восток, наши часы (поставленные по времени пункта отправления) имеют все меньшее показание по сравнению с местным временем пунктов, которые мы проезжаем. Если мы будем переводить часы вперед, то, совершая кругосветное путешествие, насчитаем лишние сутки. Если будем двигаться с востока на запад, наоборот, потеряем 1 сутки (что произошло с экспедицией Магеллана). Пересекая линию перемены даты с запада на восток, мы попадаем во "вчерашний день" и должны отнять сутки; пересекая линию перемены даты с востока на запад, мы должны прибавить сутки к календарной дате. Задача: Корабль вышел из Токио 7 ноября и пошел на восток, пересек тихий океан и через 20 суток прибыл в Панаму. Определите дату прибытия в Панаму. Решение: Корабль должен прибыть в Панаму 7+20=27 ноября. Однако по условию он пересек линию перемены даты в восточном направлении, следовательно, попал во вчерашний день, нам нужно отнять 1 сутки. Ответ: 26 ноября
Календарь
Календарь - система измерения крупных промежутков времени, основанная на периодических явлениях, связанных с движениями небесных светил. В основе солнечного календаря, которым мы пользуемся, лежит годичное движение Солнца по эклиптике в течение тропического года. Тропический год — отрезок времени между двумя последовательными кульминациями Солнца в точках весеннего равноденствия. Он равен 365 суткам 5 часам 48 минутам и 46 секундам. Современный календарь основан на древне-римском солнечном календаре, который был введен 1 января 45 г. до н.э. в результате реформы, проведенной Юлием Цезарем в 46 г.до н.э.(юлианский календарь). Средняя продолжительность года была принята 365 суткам 6 часам (по известной в то время величине тропического года). Для удобства считали 3 года по 365 дней, четвертый, високосный - 366 дней. Применение юлианского календаря началось с 7 в.н.э.; все годы, кратные 4, считаются с этого времени високосными. В 325 г. юлианский календарь был принят христианской церковью на Никейском соборе. Нетрудно заметить, что тропический год отличается от юлианского на 11 минут 14 секунд, поэтому за 128 лет накапливалась ошибка в сутки. И если в 325 году весеннее равноденствие наступало 21 марта, то к концу 16 века, оно сместилось на 11 марта. В 1582 г. эта ошибка была исправлена буллой папы римского Григория XIII по проекту Лилио Гаралли: после четверга 4 октября наступала пятница 15 октября. Весеннее равноденствие возвратилось на 21 марта. Реформа календаря также состояла в следующем: впредь все "круглые" годы, число столетий которых не делится без остатка на 4 (1700, 1800, 1900, 2100 и т.п.) стали считать простыми годами, а 1600, 2000, 2400 — по-прежнему високосными. В этом случае ошибка в 1 сутки набегает за 3280 лет. Такое летосчисление (григорианский календарь) в большинстве стран Европы было введено в 16-18 веках. В России григорианский календарь введен в 1918 г. - поправка в 13 суток: после 31 января считалось 14 февраля. Православная церковь до сих пор использует юлианский календарь (т.н. "старый стиль").
ЗАДАЧИ
 Определите, на каком меридиане 21 марта восход происходит в 7 часов 36 минут по московскому времени . Выберите пару "крайних точек" материков, на которые солнечные лучи падают примерно под одним и тем же углом 22 июня, когда в Санкт-Петербурге 16 часов 40 минут: а) Париньяс—Стип-Пойнт; б)Йорк—Кабу-Бранку; в) Доброй Надежды—Юго-Восточный; г) Игольный—Горн; д) Рас-Хафун—Гальинас.
 В каких пунктах из списка 23 октября в 17 часов 30 минут по Гринвичу тёмное время суток: Чикаго, Хараре, Гонолулу, Сантьяго, Магадан, Парамарибо .
 Определите реку по следующим признакам: это правый приток крупнейшей реки на материке; кульминация Солнца в устье 18 мая происходит в 19 часов 40 минут по московскому времени.
 На территории какого государства и когда (определите дату) Солнце находится в зените, когда над архипелагом Шпицберген начинается полярный день, а на часах, поставленных по Гринвичу 10 часов.
 Назовите столицу государства, в которой в день летнего солнцестояния полуденная Солнца и высота Полярной звезды примерно равны, а астрономический полдень наступает в 11 часов 12 минут по Гринвичу.
 После недели жестоких штормов капитан решил определить местоположение корабля. Кульминация Солнца в этот день была зафиксирована в 15 часов 20 минут по Гринвичу. Солнце в этот момент находилось на высоте 38°. Ночью была измерена высота Полярной звезды. она оказалась на 11,5° ниже, чем в Гринвиче. Определите: а) широту корабля; б) долготу корабля; в) когда происходит дело (число, месяц).
 Маршрут следования грузового теплохода Находка—Сан-Франциско—Cидней. Теплоход вышел из Находки 11 декабря 2000 года. Когда (месяц, день, год) он прибудет в Сидней, если маршрут следования занимает 20 суток?
 Два самолета (А и Б) одновременно вылетели из Петропавловска-Камчатского в Лондон 5 октября в 16:00 по времени Петропавловска-Камчатского. Самолет А полетел на запад и через 16 часов достиг Лондона. Самолет Б полетел на восток, пересек линию перемены дат и через 16 часов также достиг Лондона. Сколько времени было в Лондоне (день, час) в момент прибытия каждого из самолетов?
 Экспедиция Эрнеста Шеклтона достигла самой южной точки 9 января 1909 года в 12 часов 00 минут по Гринвичу. Сколько времени было в этот момент в Санкт-Петербурге (Год, месяц, день, час)?
left0Магнитное поле Земли

Земля - большой магнит, вокруг которого существует магнитное поле. Область околоземного пространства, физические свойства которого определяются магнитным полем Земли и его взаимодействием с потоком заряженных частиц космического происхождения, называют магнитосферой. Строение магнитосферы Земли представлено на рисунке 1. Она асимметрична по форме. Ее внешняя граница называется магнитопаузой. Магнитопауза располагается с дневной стороны Земли на расстоянии 10-14 земных радиусов (т.к. магнитосфера сжата под ударами солнечного ветра), а с ночной простирается до высоты 900-1000 земных радиусов).
Являясь большим магнитом, Земля, как и всякий обычный магнит, имеет ось и два полюса: северный и южный. Магнитные полюса на Земле располагаются в настоящее время вблизи географических полюсов Земли. Они постоянно изменяют свое местоположение, "дрейфуя" со скоростью 7-8 км в год. Магнитные полюса не являются антиподальными (т.е. не располагаются строго один под другим) и силовые линии магнитного поля - магнитные меридианы - вдоль которых выстраивается стрелка компаса не образуют правильной сетки (как географические меридианы). Поэтому при пользовании приборами навигации, которые используют свойства магнитного поля (например, компас или буссоль), следует вводить определенные поправки. Необходимо иметь в виду, что мы живем в эпоху так называемой "обратной намагниченности". Северный полюс "магнита Земля" (откуда выходят магнитные линии) находится в южном полушарии у берегов Антарктиды; а южный - в северном: в Канадском Арктическом архипелаге. Однако, чтобы избежать путаницы, их называют по местоположению (а не по физическому определению): тот, который на севере - северным, на юге - южным. Примерно раз в 10-12 тысяч лет магнитные полюса Земли меняются местами. Магнитное поле Земли характеризуется тремя показателями: магнитным склонением, магнитным наклонением и напряженностью. Магнитное склонение - это угол между направлением на северный географический полюс, т.е. географическим меридианом, и направлением на северный магнитный полюс (по северному концу магнитной стрелки). Магнитное склонение бывает восточное и западное. При отклонении северного конца магнитной стрелки компаса к востоку от географического меридиана склонение называется восточным и имеет знак "плюс" (положительное), при отклонении к западу - западным и имеет знак "минус" (отрицательное). Магнитное склонение обязательно указывается на всех топографических картах. Например, магнитное склонение Москвы около +8°. Чтобы узнать направление географического меридиана, надо от направления северного конца магнитной стрелки компаса отсчитать к западу (против часовой стрелки) 8°. Магнитное наклонение - это угол между горизонтальной плоскостью и магнитной стрелкой, свободно подвешенной на горизонтальной оси. Оно бывает положительное в северном геомагнитном полушарии и отрицательное в южном. Магнитное наклонение изменяется от 0 до 90. Сила магнитного поля характеризуется напряженностью. По сравнению с магнитными полями, с которыми мы сталкиваемся в повседневной жизни (сердечники акустических колонок, магнитные импульсы переменного тока в бытовых приборах и т.д.) магнитное поле Земли относится к разряду очень слабых полей. Так, к примеру, магнитный элемент защелки книжного шкафа создает магнитное поле напряженностью 5-10 эрстед, в то время как Магнитное поле Земли меняется в пределах от 0,3 до 0,7 эрстед от экватора к полюсам. Величина напряженности увеличивается от магнитного экватора к полюсам. В северном полушарии она больше, нежели в южном. В некоторых районах Земли напряженность реального магнитного поля из-за неоднородности внутреннего строения Земли отличается от нормального (теоретического) поля, т.е. такого, какое было бы у Земли, если бы она была однородно намагниченным шаром. Эти отклонения называются магнитными аномалиями. Крупные мировые аномалии наблюдаются в Восточной Сибири, в районе Зондских островов и т.д.; региональными являются Курская, Криворожская и др., а локальных много.
Истинный и магнитный азимут

Используя свойства магнитного поля можно ориентироваться на местности. Для этого используют прибор компас. Основной составной частью компаса является магнитная стрелка, которая поворачивается вдоль линий магнитного поля Земли и указывает направление на север. Компас также оснащен лимбом, который разделен на 360°. С помощью компаса можно определять угол между линией магнитного меридиана и направлением на любой предмет. Такой угол, отсчитанный по часовой стрелке, называется магнитным азимутом (Ам). (На рис. магнитный азимут вышки составляет 55°, башни — 350°, дерева — 240° и т.п.) Угол между географическим меридианом и направлением на предмет, отсчитанный по часовой стрелке, называется истинным (географическим азимутом — Аи).

Эти два понятия связаны между собой: Аи = Ам + МС. (МС - магнитное склонение).
Пример задачи: 1. Истинный азимут с т. А на т. Б. составляет 120°. определите магнитный азимут, если магнитное склонение западное, 8°. Решение: Подставим имеющиеся данные в формулу: Аи=Ам+МС. Получаем 120°=Ам—8° (т.к. западное склонение берется со знаком минус). Ответ: Ам=128°.

2. По какому азимуту встает Солнце 23 сентября в Вашингтоне? Решение: 23 сентября - день равен ночи (по 12 часов), значит Солнце проходит для наблюдателя 12 часов•15°=180°. Вашингтон расположен в умеренном поясе освещенности северного полушария, следовательно, в полдень Солнце оказывается строго на юге (Аи=180°). До полудня Солнце прошло полпути (90°) и после полудня полпути (90°). Значит взошло оно по азимуту 180°-90°=90° (или строго на востоке); а село по азимуту 180°+90°=270° (строго на западе). Ответ: 90°.
    
Сила Кориолиса
Во вращающихся системах отсчета (в том числе на Земле) на движущиеся тела действует дополнительная сила инерции (кроме центробежной), перпендикулярная к траектории, описываемой телом. Расчет этой силы дал французский механик Гюстав Гаспар Кориолис (1792-1843). Сила Кориолиса вычисляется по формуле:
F = m • 2w • v • sin(j)
где F - сила Кориолиса, m — масса движущегося тела, v — скорость движущегося тела, w — угловая скорость системы отсчета, j — географическая широта. Ускорение Кориолиса, соответственно, вычисляется по формуле:
a=F/m=2w•v•sin(j)
Сила Кориолиса воздействует на потоки вещества на вращающемся шаре и отклоняет их ВПРАВО от направления движения в СЕВЕРНОМ полушарии и ВЛЕВО от направления движения в ЮЖНОМ полушарии. Конечно, эти отклонения на Земле очень малы (вследствие ее небольшой скорости вращения) и становятся заметными либо при больших скоростях движения (у ракет, снарядов с большой дальностью), либо при очень длительном времени движения (размывание правых берегов крупных рек в северном полушарии и левых в южном; движение воздуха в атмосферных вихрях, возникновение некоторых морских течений). Примеры задач: 1. Где величина ускорения Кориолиса наибольшая: а) в Беринговом проливе; б) в Бассовом проливе; в) в Торресовом проливе. Решение: Эти три пункта отличаются только широтой. По формуле, чем больше широта, тем больше ускорение Кориолиса. Следовательно, нужный ответ: а) Берингов пролив. 2. Морское течение движется из района 30°ю.ш., 30°з.д. в район 40°ю.ш., 30°з.д. В каком направлении оно будет отклоняться силой Кориолиса: а) к западу, б) к востоку, в) к северу, г) к югу? Решение: Течение, судя по координатам, движется в южном полушарии строго на юг, следовательно, оно отклоняется влево от направления движения, т.е. в данном случае к востоку. Ответ: б)
Понятие "противоположной точки"
Точка, противоположная данной, располагается на другом конце диаметра Земли. Ее координаты можно определить, зная координаты исходной точки.

Широта противоположной точки (левый рисунок) равна по значению широте исходной точки, но располагается в другом полушарии: j=jп Долгота противоположной точки (правый рисунок) также располагается в другом полушарии, по отношению к исходной, и рассчитывается по формуле: lп=180°-l Примеры задач: 1. Определите координаты точки, противоположной Москве. Решение: Координаты Москвы: j=56°с.ш., l=37°в.д. Используя формулы, получаем jп=56°ю.ш., lп=180°-37°=143°з.д. 2. Определите координаты надира Солнца 22 июня в полдень по Гринвичу. Решение: Надир — точка, противоположная зениту. Определим, координаты зенита в указанную дату и время: j=23,5°с.ш., l=0°. По формулам получаем координаты противоположной точки (надира): j= 23,5°ю.ш., l=180°.
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА
Максимальное число баллов — 80. Если Вы не успеваете решить задачи в срок, пожалуйста, лучше доделайте работу до конца.
Укажите, какое расстояние меньше в каждом из следующих подпунктов: а) от устья Амазонки до Либревиля по поверхности Земли или от вершины Джомолунгмы до центра Земли; б) от о. Исландия до Берингова пролива или от моря Амундсена до моря Уэдделла?
Правильны ли утверждения (проставьте да или нет): а) Ось вращения Урана лежит в плоскости его орбиты, поэтому на Уране нет сезонов. б) Венера вращается вокруг оси с востока на запад, поэтому восход на Венере на западе. в) Если бы Земля вращалась вокруг Солнца в противоположном направлении, то восход на Земле был бы на западе. г) 22 декабря в полдень по Гринвичу линия терминатора совпадает с меридианами 90° з.д. и 90° в.д. д) 23 сентября в южном полушарии Солнце можно увидеть на юге только на южном полюсе. е) Расстояние от Земли до Солнца равно 1 астрономической единице. ж)Все планеты солнечной системы вращаются в одном направлении вокруг Солнца. з) Земля проходит через афелий в день летнего солнцестояния.
Если бы Земля вращалась вокруг своей оси в обратном направлении, то (выберите ошибочные утверждения): а) ускорение Кориолиса на экваторе не изменилось бы; б) Солнце всходило бы на западе; в) дни равноденствия отмечались бы 22 июня и 22 декабря; г) воздушные и водные потоки отклонялись бы в северном полушарии влево от направления движения; д) линия перемены даты проходила бы через Алжир; е) север Московской области находился бы в полярном поясе освещенности.
Выберите объект, который пересекается меридианом, соответствующим надиру 23 сентября в 20:00 по московскому времени: Шпицберген, Новая Зеландия, р. Оленек, р. Дон, р. Амазонка, о. Ирландия, о. Сахалин, Мексиканский залив.Каково московское время в момент кульминации Солнца в Москве сегодня?
Если бы наклон земной оси к плоскости земной орбиты был 50°, какова бы была продолжительность полярной ночи в Копенгагене?
Два пункта имеют одну и ту же долготу. В обоих пунктах 22 июня в местный полдень угол падения солнечных лучей на горизонтальную поверхность равен 35°. Определите: а) расстояние между пунктами в километрах; б) и в) угол падения солнечных лучей на горизонтальную поверхность в полдень в этих пунктах 22 декабря.
Если бы северный полярный круг проходил на широте Станового хребта, то как бы изменились (увеличилась, уменьшилась, не изменилась): а) продолжительность светлого времени суток на Северных Увалах 5 июля; б) продолжительность светлого времени суток на оз. Титикака 11 ноября; в) ускорение Кориолиса в Тургайской ложбине
Укажите, в каком случае (а или б) и на сколько километров ширина тропического пояса освещенности будет больше: а) если угол наклона земной оси к плоскости эклиптики будет 40°; или б) если южный полярный круг будет проходить через мыс Доброй Надежды.
Укажите время обращения Земли вокруг Солнца (в сутках и часах), если бы последовательность високосных годов была следующей: 2002, 2008, 2014, 2020 (и т.д., без исключений).
Когда на всей территории России по московскому времени наступает один и тот же день календаря: а) 1:00, б) 12:00, в) 13:00, г) 15:00, д) 24:00?
В какой момент сегодня (часы, минуты по московскому времени) высота Солнца над плоскостью горизонта в проливе Лаперуза и на оз. Мичиган одинакова?
Три геостационарных спутника находятся на одинаковой высоте в плоскости экватора. Они расположены таким образом, что в любой момент времени с них просматривается вся окружность экватора. Какова их минимально возможная высота над поверхностью земного эллипсоида?
Какова минимальная высота Солнца на мысе Челюскин в течение суток 20 мая (а) и каково московское время в этот момент (б)?
Укажите направление (В, З, Ю, С, СВ, ЮВ, ЮЗ, СЗ), по которому сегодня идут на заходящее Солнце жители центральных областей следующих государств: а) Кении, б) Лесото, в) Украины, г) Норвегии.
Под каким углом падают солнечные лучи в астрономический полдень 21 марта в Нью-Йорке на склон, обращенный к югу, крутизной 10°?
Выберите название острова, на котором сегодня наиболее продолжительный день среди тех перечисленных островов, где сегодня ночь становится длиннее: Святого Лаврентия, Тасмания, Скотта, Реюньон, Сулавеси, Комсомолец, Святой Елены, Мадагаскар, Зеландия, Новая Зеландия (Южный), Ньюфаундленд, Корсика.В результате столкновения Земли с крупным астероидом угловая скорость Земли уменьшилась в 2 раза, а наклон земной оси к плоскости эклиптики уменьшился на 36,5°. Ответьте на следующие вопросы: а) Какова будет продолжительность светлого времени суток (в часах) на северном тропике 21 марта? б) Каков будет угол падения солнечных лучей на горизонтальную поверхность в полночь на северном полюсе 29 мая?Геолог идет с истинным азимутом 235°. Навстречу ему идет турист. С каким магнитным азимутом движется турист, если магнитное склонение в этом районе западное 5°?
Определите горный хребет по следующей информации: 23 сентября солнце заходит в 9 часов по Гринвичу, а в день, когда предметы здесь не отбрасывают теней, в Москве продолжительность дня минимальна.
Определите реку по следующим признакам: это правый приток крупнейшей реки части света; половодье наблюдается в марте—апреле. Кульминация Солнца в устье 18 мая происходит, когда в Лондоне 9.00.
Правильны ли утверждения (проставьте да или нет ): 1) Чтобы с о. Элсмир попасть на северный полюс, ориентируясь по компасу, нужно идти по азимуту 0°. 2) На территории США полярная ночь длится не менее 3 недель. 3) При угле наклона земной оси к плоскости земной орбиты 0° любая параллель может быть одновременно тропиком и полярным кругом. 4) Если, двигаясь вокруг южного полюса по часовой стрелке, дважды пересечь линию перемены даты, можно попасть в послезавтра.
Сегодня в полдень по московскому времени на часах у жителей о. Ньюфаундленд 4 часа 30 минут. Определите время по Гринвичу.
Самолет вылетел из исходной точки и пролетел 555 км на восток, затем 555 км на север, затем 555 км на юг и приземлился в исходной точке. Какова широта исходной точки?
1 июля в 6:00 по московскому времени одновременно навстречу друг другу вышли 2 моторные лодки: одна (№ 1) с мыса Принца Уэльского (15-й часовой пояс), другая (№ 2) — с мыса Дежнева. Обе лодки пересекли Берингов пролив за 3 часа. Назовите время прибытия и дату для каждой лодки (по времени пунктов назначения).
Самолет вылетел из Туниса 23 сентября в 1 час и полетел на восток-юго-восток. Совершив кругосветное путешествие, он приземлился через 22 часа в г. Либревиле. Какое время и дата в Либревиле в момент приземления?
Самолет вылетел из Владивостока 17 августа в 11.00 по местному времени, полетел по параллели и через 10 часов приземлился в Париже. Одновременно со стартом первого, из Парижа во Владивосток вылетел второй самолет. Он летел через Заполярье на 2 часа меньше. Каковы время и дата приземления второго самолета во Владивостоке?
В каком из перечисленных ниже городов 21 марта в 7 часов 58 минут по Гринвичу тени падают по азимуту 45°: Москва, Оттава, Монтевидео, Кипр, Прага, Канберра, Улан-Батор, Коломбо, Каир, Токио, Гонолулу?Определите координаты пункта, в котором кульминация Солнца происходит 20 февраля в 16 часов по Гринвичу, продолжительность дня в феврале уменьшается, а разница между максимальной и минимальной в течение года полуденной высотой Солнца составляет 39,5°. При этом Солнце ежедневно заходит за горизонт и восходит из-за горизонта.
Со времени юрского периода скорость осевого вращения Земли уменьшилась в полтора раза за счет сил приливного трения. В каком случае и во сколько раз больше сила Кориолиса, действующая на: а) птеродактиля массой 20 кг, некогда пролетавшего посередине между полюсом и экватором со скоростью 10 м/с; б) камень массой 200 г, выпущенный хулиганом в Санкт-Петербурге со скоростью 15 м/с.
Моряки после кораблекрушения были выброшены на необитаемый остров и решили определить свое положение в пространстве и времени, имея эклиметр, часы и радиоприемник, передающий сигналы московского времени. Кульминация Солнца произошла в 3ч. 20 мин. по московскому времени, и Солнце было на высоте 600. Высота Полярной звезды – оказалась на 110 меньше, чем в Москве. Кроме того, восход Солнца с течением времени происходил все позже и позже. Определите: 1) Широту острова; 2) Долготу острова; 3) Число и месяц, когда производились измерения.
Путешественник прибыл 21 апреля на остров, названный по имени его первооткрывателя. Кульминация Солнца наблюдалась в 0 часов 24 мин. По московскому времени, при этом Солнце светило под углом около 48° с юга. Определите остров.
Российский мореплаватель-экстремал, пересекавший океан на плоту, после бури оказался на острове. Высота Солнца, измеренная им в полдень, оказалась около 82°, при этом тени падали на юг; а его часы, идущие по московскому времени, показывали в этот момент 4 часа 54 минуты 25 августа. Назовите: а) остров и б) азимут заката Солнца.
Отрывок из дневника современного путешественника: "День постепенно укорачивается. Сегодня закат солнца был ровно по азимуту 270° в 23.40 по московскому времени. Полярная звезда ночью была не видна из-за облачности. Пришлось определять широту по солнцу: в полдень мачта судна была в корень квадратный из трёх раз короче собственной тени". Определите географическте координаты судна: а) широту, б) долготу.
Назовите море, противоположное по координатам морю Лаптевых.
Поезд Москва–Владивосток отправляется из Москвы 12 июня в 0.35 (время московское). Согласно расписанию, время в пути составляет 160 часов 06 минут. Определите дату и местное время прибытия поезда на станцию назначения.
Укажите 2 правильных утверждения: а) Сегодня в Сочи солнце на восходе было по азимуту 90°; б) В астрономический полдень тень от г. Килиманджаро не может равняться по длине высоты горы Килиманджаро; в) Тень от г. Котопахи не может равняться по длине высоте г. Котопахи; г) Сила Кориолиса не воздействует на поезд в момент его остановки, хотя он вращается вокруг земной оси вместе со всей планетой; д) Сила Кориолиса не воздействует на движущийся по территории США поезд, поэтому он не отклоняется вправо от направления движения; е) В Москве солнце в течение года не бывает на высоте 0° над горизонтом; ж) Если бы Земля вращалась вокруг оси в другую сторону, то в астрономический полдень в Москве солнце было бы на севере.
Расставьте объекты по дате окончания полярного дня в течение календарного года (от января к декабрю): 1) о. Петра I ; 2) о. Врангеля; 3) о. Большевик; 4) Земля Франца-Иосифа; 5) мыс Челюскин.
Сколько времени на часах у москвича, когда в сегодняшних сутках находится на 1 час больше, чем во вчерашних?

Приложенные файлы

  • docx 11119829
    Размер файла: 1 MB Загрузок: 0

Добавить комментарий