Ökologie
Die Erde hat vier Jahreszeiten, während sie die Sonne einmal umkreist, zusammen mit einer Zunahme und Abnahme der Tageslichtstunden während der sechs Monate, die zwischen der Winter- und Sommersonnenwende auftreten.
Wir leben auch in einem 24-Stunden-Tageszyklus, in dem sich die Erde um ihre Achse dreht, außerdem gibt es einen 28-Tage-Zyklus der Mondrotation um die Erde. Diese Zyklen werden endlos wiederholt. Es gibt jedoch viele Feinheiten, die in und um diese Zyklen herum verborgen sind, die den meisten Menschen nicht bewusst sind, die sie nicht erklären können oder die sie einfach nicht bemerken.
10. Höchster Punkt
Fakt: Die Sonne erreicht mittags nicht unbedingt ihren höchsten Punkt.
Die Position der Sonne am höchsten Punkt variiert je nach Jahreszeit. Dies geschieht aus zwei Gründen: Die Umlaufbahn der Erde ist eine Ellipse, kein Kreis, und die Erde wiederum ist zur Sonne geneigt. Da sich die Erde fast immer mit der gleichen Geschwindigkeit dreht und ihre Umlaufbahn zu bestimmten Jahreszeiten schneller ist als zu anderen, überholt unser Planet manchmal seine Kreisbahn oder hinkt hinterher.
Veränderungen im Zusammenhang mit der Neigung der Erde lassen sich am besten betrachten, indem man sich Punkte vorstellt, die auf dem Äquator der Erde nahe beieinander liegen. Wenn Sie den Kreis der Punkte um 23,44 Grad neigen (die aktuelle Neigung der Erde), werden Sie sehen, dass alle Punkte außer denen, die sich derzeit am Äquator und in den Tropen befinden, ihre Länge ändern. Es gibt auch Änderungen in der Zeit, in der die Sonne am höchsten Punkt steht, sie sind auch mit dem geografischen Längengrad verbunden, auf dem sich der Beobachter befindet, dieser Faktor ist jedoch für jeden Längengrad konstant.
9. Richtung des Sonnenaufgangs
Fakt: Sonnenaufgang und Sonnenuntergang ändern nicht unmittelbar nach der Sonnenwende die Richtung.
Die meisten Menschen glauben, dass auf der Nordhalbkugel der früheste Sonnenuntergang während der Dezember-Sonnenwende und der späteste Sonnenuntergang während der Juni-Sonnenwende stattfindet. Tatsächlich ist dies nicht der Fall. Sonnenwende sind einfach Daten, die die Länge der kürzesten und längsten Tageslichtstunden angeben. Auf Zeitänderungen während der Mittagszeit folgen jedoch Änderungen in den Zeiträumen von Sonnenauf- und -untergang.
Während der Dezember-Sonnenwende ist der Mittag jeden Tag 30 Sekunden zu spät. Da sich die Tageslichtstunden während der Sonnenwende nicht ändern, verspäten sich sowohl Sonnenuntergang als auch Sonnenaufgang jeden Tag um 30 Sekunden. Da der Sonnenuntergang zur Wintersonnenwende spät ist, ist der früheste Sonnenuntergang bereits „eingetreten“. Gleichzeitig kommt der Sonnenaufgang am selben Tag auch mit einer Verzögerung, man muss auf den spätesten Sonnenaufgang warten.
Es kommt auch vor, dass der späteste Sonnenuntergang kurz nach der Sommersonnenwende und der früheste Sonnenaufgang kurz vor der Sommersonnenwende auftritt. Dieser Unterschied ist jedoch im Vergleich zur Dezember-Sonnenwende nicht so signifikant, da die Exzentrizität der Mittagszeit zu dieser Sonnenwende von der Mittagsänderung aufgrund der Neigung abhängt, aber die Gesamtänderungsrate ist positiv.
8. Elliptische Erdumlaufbahn
Die meisten Menschen wissen, dass sich die Erde in einer Ellipse um die Sonne dreht, nicht in einem Kreis, aber der Wert der Exzentrizität der Erdbahn beträgt ungefähr 1/60. Ein Planet, der sich um seine Sonne dreht, hat immer eine Exzentrizität zwischen 0 und 1 (von 0 gezählt, aber 1 ausgeschlossen). Eine Exzentrizität von 0 bedeutet, dass die Umlaufbahn ein perfekter Kreis mit der Sonne im Zentrum ist und sich der Planet mit konstanter Geschwindigkeit dreht.
Die Existenz einer solchen Umlaufbahn ist jedoch äußerst unwahrscheinlich, da es ein Kontinuum möglicher Exzentrizitätswerte gibt, die in einer geschlossenen Umlaufbahn durch Teilen des Abstands zwischen der Sonne und dem Mittelpunkt der Ellipse gemessen werden. Die Umlaufbahn wird länger und dünner, wenn sich die Exzentrizität 1 nähert. Der Planet dreht sich immer schneller, wenn er sich der Sonne nähert, und verlangsamt sich, wenn er sich von ihr entfernt. Wenn die Exzentrizität größer oder gleich 1 ist, umkreist der Planet einmal seine Sonne und fliegt für immer ins All.
7. Erdschwingungen
Die Erde durchläuft regelmäßig Wackeln. Dies ist hauptsächlich auf die Wirkung von Gravitationskräften zurückzuführen, die die äquatoriale Ausbuchtung der Erde "dehnen". Auch Sonne und Mond drücken auf diese Ausbuchtung und erzeugen dadurch das Wackeln der Erde. Für alltägliche astronomische Beobachtungen sind diese Effekte jedoch vernachlässigbar.
Die Neigung und der Längengrad der Erde haben eine Periode von 18,6 Jahren, das ist die Zeit, die der Mond braucht, um durch die Knoten zu kreisen und Wobbles von zwei Wochen bis zu sechs Monaten zu erzeugen. Die Dauer hängt von der Erdumlaufbahn um die Sonne und von der Mondumlaufbahn um die Erde ab.
6. Flache Erde
Tatsache (irgendwie): Die Erde ist wirklich flach.
Galileis Katholiken lagen vielleicht nur ein wenig richtig in ihrem Glauben, die Erde sei flach. Zufällig hat die Erde eine fast kugelförmige Form, ist aber an den Polen leicht abgeflacht. Der äquatoriale Radius der Erde beträgt 6378,14 Kilometer, während ihr Polarradius 6356,75 km beträgt. Folglich mussten Geologen verschiedene Versionen des Breitengrades entwickeln.
Der geozentrische Breitengrad wird in Bezug auf den visuellen Breitengrad gemessen, der der Winkel vom Äquator zum Erdmittelpunkt ist. Die geografische Breite ist die Breite aus der Sicht des Beobachters, nämlich der Winkel, der aus der Äquatorlinie und einer geraden Linie besteht, die unter den Füßen einer Person verläuft. Der geografische Breitengrad ist der Standard zum Erstellen von Karten und zum Bestimmen von Koordinaten. Die Messung des Winkels zwischen Erde und Sonne (wie weit nördlich oder südlich die Sonne je nach Jahreszeit auf die Erde scheint) erfolgt jedoch immer in einem geozentrischen System.
5. Präzession
Die Erdachse wird nach oben hin schärfer. Darüber hinaus rotiert die Ellipse, die die Erdumlaufbahn bildet, sehr langsam, wodurch die Bewegung der Erde um die Sonne einem Gänseblümchen ähnelt.
Aufgrund beider Präzessionsarten haben Astronomen drei Arten von Jahren identifiziert: ein Sternjahr (365, 256 Tage), das in Bezug auf ferne Sterne eine einzige Umlaufbahn hat; ein anormales Jahr (365,259 Tage), das ist der Zeitraum, in dem sich die Erde vom nächsten Punkt (Perihel) zum am weitesten von der Sonne entfernten Punkt (Aphel) und zurück bewegt; ein tropisches Jahr (365, 242 Tage), das von einem Tag der Frühlings-Tagundnachtgleiche zum nächsten dauert.
4. Milankovitch-Zyklen
Der Astronom Milutin Milankovich entdeckte Anfang des 20. Jahrhunderts, dass Neigung, Exzentrizität und Präzession der Erde nicht konstant sind. Über einen Zeitraum von etwa 41.000 Jahren durchläuft die Erde einen Zyklus, in dem sie sich von 24,2 - 24,5 Grad auf 22,1 - 22,6 Grad und zurück neigt. Derzeit nimmt die Neigung der Erdachse ab, und wir befinden uns genau auf halbem Weg bei der minimalen Neigung von 22,6 Grad, die in etwa 12.000 Jahren erreicht sein wird. Die Exzentrizität der Erde durchläuft einen viel unregelmäßigeren Zyklus, der 100.000 Jahre dauert, während dieser Zeit schwankt sie zwischen 0,005 und 0,05.
Wie bereits erwähnt, liegt sein Indikator derzeit bei 1/60 oder 0,0166, aber jetzt ist er rückläufig. In 28.000 Jahren wird er seinen Mindestindikator erreichen. Er schlug vor, dass diese Zyklen die Eiszeit verursacht haben. Wenn die Neigungs- und Exzentrizitätswerte besonders hoch sind und die Präzessionen so sind, dass die Erde von der Sonne oder zur Sonne geneigt ist, dann haben wir auf der westlichen Hemisphäre einen zu kalten Winter, während zu viel Eis einschmilzt Frühling oder Sommer.
3. Verlangsamen Sie die Drehung
Aufgrund der Reibung durch Gezeiten und Streupartikel im Weltraum verlangsamt sich die Rotationsgeschwindigkeit der Erde allmählich. Es wird geschätzt, dass die Erde in jedem Jahrhundert fünf Hundertstelsekunden länger braucht, um sich einmal zu drehen. Zu Beginn der Erdentstehung dauerte der Tag nicht mehr als 14 statt heute 24 Stunden. Die Verlangsamung der Erdrotation ist der Grund, warum wir alle paar Jahre einen Bruchteil einer Sekunde zur Länge des Tages hinzufügen .
Der Zeitpunkt, an dem unser 24-Stunden-System nicht mehr relevant sein wird, ist jedoch so weit entfernt, dass praktisch niemand Vermutungen anstellt, was wir mit der entstandenen zusätzlichen Zeit machen werden. Einige glauben, dass wir jedem Tag eine Zeitspanne hinzufügen könnten, die uns letztendlich einen 25-Stunden-Tag ergeben könnte, oder wir könnten die Länge der Stunde ändern, indem wir den Tag in 24 gleiche Teile teilen.
2. Der Mond geht zurück
Jedes Jahr entfernt sich der Mond 4 Zentimeter von seiner Erdbahn. Dies liegt an den Gezeiten, die es auf die Erde "bringt".
Die auf die Erde wirkende Schwerkraft des Mondes verformt die Erdkruste um mehrere Zentimeter. Da sich der Mond viel schneller dreht als seine Bahnen, ziehen die Ausbuchtungen den Mond hinter sich her und ziehen ihn aus seinen Bahnen.
1. Saisonalität
Sonnenwende und Tagundnachtgleiche sind Symbole für den Beginn der jeweiligen Jahreszeiten, nicht für die Mitte. Dies liegt daran, dass die Erde Zeit braucht, um sich aufzuwärmen oder abzukühlen. Somit wird die Saisonalität durch die entsprechende Tageslichtlänge unterschieden. Dieser Effekt wird als saisonale Verzögerung bezeichnet und variiert je nach geografischem Standort des Beobachters. Je weiter sich eine Person von den Polen entfernt, desto weniger nacheilt die Tendenz.
Viele nordamerikanische Städte neigen dazu, etwa einen Monat hinterherzuhinken, was zu kältesten Wetter am 21. Januar und wärmsten am 21. Juli führt. Trotzdem genießen Menschen, die in solchen Breitengraden leben, die warmen Sommertage Ende August, ziehen sich leichte Kleidung an und gehen sogar an den Strand. Gleichzeitig entspricht das gleiche Datum auf der "anderen Seite" der Sommersonnenwende ungefähr dem 10. April. Viele Menschen werden nur in Erwartung des Sommers verlassen.
Bekannt drei zyklische Prozesse die zu langsamen, sogenannten säkularen Schwankungen der Werte der Sonnenkonstante führen. Diese Schwankungen der Sonnenkonstante sind meist mit den entsprechenden säkularen Klimaveränderungen verbunden, was sich in den Arbeiten von M.V. Lomonosov, A. I. Voeikova und andere In der Zukunft entstand bei der Entwicklung dieses Problems astronomische Hypothese von M. Milankovitch Erklärung der Veränderungen des Erdklimas in der geologischen Vergangenheit. Die säkularen Schwankungen der Sonnenkonstante sind mit langsamen Änderungen der Form und Position der Erdbahn sowie der Ausrichtung der Erdachse im Weltraum aufgrund der gegenseitigen Anziehung der Erde und anderer Planeten verbunden. Da die Massen anderer Planeten im Sonnensystem viel geringer sind als die Masse der Sonne, spiegelt sich ihr Einfluss in Form kleiner Störungen der Elemente der Erdbahn wider. Aufgrund der komplexen Wechselwirkung der Gravitationskräfte ist die Bahn der Erde um die Sonne keine konstante Ellipse, sondern eine komplexe geschlossene Kurve. Die Einstrahlung der Erde, die dieser Kurve folgt, ändert sich ständig.
Der erste zyklische Prozess ist Orbitalumformung von elliptisch bis fast kreisförmig mit einer Periode von etwa 100.000 Jahren; es wird Exzentrizitätsfluktuation genannt. Exzentrizität charakterisiert die Elongation der Ellipse (kleine Exzentrizität - runde Bahn, große Exzentrizität - Bahn - verlängerte Ellipse). Schätzungen zeigen, dass die charakteristische Zeit der Exzentrizitätsänderung 10 5 Jahre (100.000 Jahre) beträgt.
Feige. 3.1 - Änderung der Exzentrizität der Erdbahn (ohne Berücksichtigung des Maßstabs) (aus J. Silver, 2009)
Exzentrizitätsänderungen sind nicht periodisch. Sie schwanken um den Wert 0,028 und reichen von 0,0163 bis 0,0658. Derzeit beträgt die Exzentrizität der Umlaufbahn 0,0167 und nimmt weiter ab, und ihr Mindestwert wird in 25.000 Jahren erreicht. Es werden auch längere Perioden der Abnahme der Exzentrizität erwartet - bis zu 400.000 Jahre. Eine Änderung der Exzentrizität der Erdbahn führt zu einer Änderung des Abstands zwischen Erde und Sonne und folglich der Energiemenge, die pro Zeiteinheit einer Flächeneinheit senkrecht zu den Sonnenstrahlen am oberen Rand zugeführt wird der Atmosphäre. Es wurde festgestellt, dass sich bei einer Änderung der Exzentrizität von 0,0007 auf 0,0658 die Differenz zwischen den Sonnenenergieflüssen von der Exzentrizität für die Fälle, in denen die Erde das Perihel und das Aphel der Umlaufbahn passiert, von 7 auf 20-26% der Sonnenkonstante ändert. Gegenwärtig ist die Umlaufbahn der Erde leicht elliptisch und der Unterschied im Sonnenenergiefluss beträgt etwa 7%. Während der größten Elliptizität kann dieser Unterschied 20-26% erreichen. Daraus folgt, dass bei niedrigen Exzentrizitäten die Menge der Sonnenenergie, die auf der Erde ankommt, die sich im Perihel (147 Millionen km) oder Aphel (152 Millionen km) der Umlaufbahn befindet, unbedeutend unterschiedlich ist. Bei der höchsten Exzentrizität erreicht das Perihel mehr Energie als das Aphel, und zwar um einen Betrag, der einem Viertel der Sonnenkonstante entspricht. Bei den Exzentrizitätsschwankungen werden folgende charakteristische Perioden unterschieden: ca. 0,1; 0,425 und 1,2 Millionen Jahre.
Der zweite zyklische Prozess ist eine Änderung der Neigung der Erdachse zur Ebene der Ekliptik, die eine Periode von etwa 41.000 Jahren hat. Während dieser Zeit ändert sich die Neigung von 22,5° (21,1) auf 24,5° (Abb. 3.2). Derzeit beträgt sie 23 ° 26 "30" ". Eine Vergrößerung des Winkels führt zu einer Zunahme der Sonnenhöhe im Sommer und einer Abnahme im Winter. Gleichzeitig wird die Sonneneinstrahlung in hohen Breiten zunehmen Äquator - es wird leicht abnehmen. Je kleiner diese Neigung, desto geringer ist der Unterschied zwischen Winter und Sommer Warme Winter neigen dazu, schneereicher zu sein und kältere Sommer verhindern das Schmelzen des gesamten Schnees Schnee sammelt sich auf der Erde an und fördert das Wachstum der Gletscher , die Jahreszeiten sind ausgeprägter, die Winter sind kälter und es gibt weniger Schnee und die Sommer sind wärmer und mehr Schnee und Eis Dies erleichtert den Rückzug der Gletscher in die Polarregionen, wodurch der Winkel vergrößert wird, die Jahreszeiten vergrößert, aber die Breitenunterschiede in der Menge an Sonnenstrahlung auf der Erde.
Feige. 3.2 - Änderung der Neigung der Erdrotationsachse im Laufe der Zeit (aus J. Silver, 2009)
Der dritte zyklische Prozess ist die Schwingung der Rotationsachse des Globus, Präzession genannt. Präzession der Erdachse Ist eine langsame Bewegung der Erdrotationsachse entlang eines Kreiskegels. Die Änderung der Orientierung der Erdachse im Weltraum ist auf die Nichtübereinstimmung des Erdmittelpunkts aufgrund seiner Abflachung mit der Schwereachse Erde-Mond-Sonne zurückzuführen. Dadurch beschreibt die Erdachse eine bestimmte Kegelfläche (Abb. 3.3). Die Periode dieser Fluktuation beträgt etwa 26.000 Jahre.
Feige. 3.3 - Präzession der Erdumlaufbahn
Derzeit ist die Erde im Januar näher an der Sonne als im Juni. Aber aufgrund der Präzession wird er nach 13.000 Jahren im Juni näher an der Sonne sein als im Januar. Dies wird zu einer Zunahme der jahreszeitlichen Temperaturschwankungen auf der Nordhalbkugel führen. Die Präzession der Erdachse führt zu einer gegenseitigen Änderung der Lage der Punkte der Winter- und Sommersonnenwende relativ zum Perihel der Umlaufbahn. Der Zeitraum, mit dem sich die relative Position des Perihels der Umlaufbahn und des Punktes der Wintersonnenwende wiederholt, beträgt 21 Tausend Jahre. In jüngerer Zeit, im Jahr 1250, fiel das Perihel der Umlaufbahn mit dem Punkt der Wintersonnenwende zusammen. Jetzt passiert die Erde am 4. Januar das Perihel und die Wintersonnenwende findet am 22. Dezember statt. Der Unterschied zwischen ihnen beträgt 13 Tage oder 12º65". der Sommersonnenwende fiel mit dem Perihel zusammen.
Bei kleinen Exzentrizitäten führt die Lage der Punkte der Sommer- und Wintersonnenwende relativ zum Orbitalperihel nicht zu einer signifikanten Änderung der der Erde während der Winter- und Sommersaison zugeführten Wärmemenge. Das Bild ändert sich dramatisch, wenn die Exzentrizität der Umlaufbahn groß ausfällt, zum Beispiel 0,06. Diese Exzentrizität war vor 230.000 Jahren und wird in 620.000 Jahren sein. Bei großen Exzentrizitäten der Erde verläuft der Teil der Umlaufbahn neben dem Perihel, wo die Sonnenenergie am größten ist, schnell, und der Rest der verlängerten Umlaufbahn durch die Frühlings-Tagundnachtgleiche zum Aphel - langsam, in großer Entfernung schon lange von der Sonne. Wenn zu diesem Zeitpunkt das Perihel und der Wintersonnenwendepunkt zusammenfallen, wird die nördliche Hemisphäre einen kurzen warmen Winter und einen langen kühlen Sommer erleben, und die südliche Hemisphäre wird einen kurzen warmen Sommer und einen langen kalten Winter haben. Wenn der Punkt der Sommersonnenwende mit dem Perihel der Umlaufbahn zusammenfällt, werden auf der Nordhalbkugel ein heißer Sommer und ein langer kalter Winter beobachtet und auf der Südhalbkugel umgekehrt. Lange, kühle und feuchte Sommer begünstigen das Wachstum von Gletschern auf der Hemisphäre, wo der Großteil des Landes konzentriert ist.
Somit überlagern sich alle aufgeführten unterschiedlich großen Schwankungen der Sonnenstrahlung und ergeben eine komplexe säkulare Variation der Sonnenkonstante und damit einen signifikanten Einfluss auf die Bedingungen für die Klimabildung durch Änderung der Menge an Sonnenstrahlung. Die dramatischsten Schwankungen der Sonnenwärme kommen zum Ausdruck, wenn alle diese drei zyklischen Prozesse phasengleich sind. Dann sind große Vergletscherungen oder das vollständige Abschmelzen von Gletschern auf der Erde möglich.
Eine detaillierte theoretische Beschreibung der Mechanismen des Einflusses astronomischer Zyklen auf das Erdklima wurde in der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts vorgeschlagen. der herausragende serbische Astronom und Geophysiker Milutin Milankovic, der die Theorie der Periodizität von Eiszeiten entwickelt hat. Milankovitch stellte die Hypothese auf, dass zyklische Änderungen der Exzentrizität der Erdbahn (ihre Elliptizität), Schwankungen des Neigungswinkels der Rotationsachse des Planeten und die Präzession dieser Achse erhebliche Klimaänderungen auf der Erde verursachen können. Zum Beispiel fielen vor etwa 23 Millionen Jahren die Perioden des minimalen Wertes der Exzentrizität der Erdbahn und der minimalen Änderung der Neigung der Erdrotationsachse zusammen (diese Neigung ist für den Wechsel der Jahreszeiten verantwortlich) . 200.000 Jahre lang waren die saisonalen Klimaänderungen auf der Erde minimal, da die Umlaufbahn der Erde fast kreisförmig war und die Neigung der Erdachse fast unverändert blieb. Dadurch betrug der Temperaturunterschied zwischen Sommer und Winter an den Polen nur wenige Grad, das Eis hatte über den Sommer keine Zeit zum Schmelzen und ihre Fläche nahm spürbar zu.
Die Theorie von Milankovitch wurde oft kritisiert, da die Strahlung aus diesen Gründen variiert variations relativ klein, und es wurden Zweifel geäußert, ob solch kleine Strahlungsänderungen in hohen Breiten zu erheblichen Klimaschwankungen und zu Vergletscherungen führen könnten. In der zweiten Hälfte des XX Jahrhunderts. zu den globalen Klimaschwankungen im Pleistozän wurde eine bedeutende Menge neuer Beweise erhalten. Ein erheblicher Teil davon sind Säulen aus ozeanischen Sedimenten, die gegenüber terrestrischen Sedimenten einen wichtigen Vorteil haben, der in einer deutlich größeren Integrität der Sedimentabfolge besteht als an Land, wo Sedimente oft im Weltraum verdrängt und viele Male umgelagert wurden. Dann wurde eine Spektralanalyse solcher ozeanischen Sequenzen durchgeführt, die bis in die letzten etwa 500.000 Jahre zurückreichen. Für die Analyse wurden zwei Säulen aus dem zentralen Indischen Ozean zwischen der subtropischen Konvergenz und der antarktischen ozeanischen Polarfront (43–46 ° S) ausgewählt. Diese Region liegt gleich weit von den Kontinenten entfernt und ist daher wenig anfällig für den Einfluss von Erosionsschwankungen auf diese. Gleichzeitig zeichnet sich die Region durch eine ausreichend hohe Sedimentationsrate (mehr als 3 cm / 1000 Jahre) aus, so dass Klimaschwankungen mit einer Periode von deutlich weniger als 20 Tausend Jahren unterschieden werden können. Als Indikatoren für Klimaschwankungen wurden der relative Gehalt des schweren Sauerstoffisotops δО 18 in planktonischen Foraminiferen, die Artenzusammensetzung von Radiolariengemeinschaften und der relative Gehalt (in Prozent) einer der Radiolarienarten gewählt. Cycladophora davizian. Der erste Indikator spiegelt Veränderungen in der Isotopenzusammensetzung des Ozeanwassers wider, die mit der Entstehung und dem Schmelzen von Eisschilden auf der Nordhalbkugel verbunden sind. Der zweite Indikator zeigt Schwankungen der Oberflächenwassertemperatur in der Vergangenheit (T s) . Der dritte Indikator ist temperaturunempfindlich, aber empfindlich gegenüber Salzgehalt. Die Fluktuationsspektren jedes der drei Indikatoren zeigen das Vorhandensein von drei Peaks (Abb. 3.4). Der größte Gipfel fällt auf etwa 100.000 Jahre, der zweitgrößte - auf 42.000 Jahre, der dritte - auf 23.000 Jahre. Die erste dieser Perioden ist der Periode der Änderung der Exzentrizität der Umlaufbahn sehr nahe, und die Phasen der Änderungen fallen zusammen. Die zweite Periode der Schwankungen der Klimaindikatoren fällt mit der Periode der Änderung des Neigungswinkels der Erdachse zusammen. In diesem Fall wird ein konstantes Phasenverhältnis beibehalten. Schließlich entspricht die dritte Periode quasiperiodischen Änderungen der Präzession.
Feige. 3.4. Schwingungsspektren einiger astronomischer Parameter:
1 - Achsenneigung, 2 - Präzession ( aber); Einstrahlung bei 55 ° S Sch. im Winter ( b) und bei 60 ° N. Sch. im Sommer ( im) sowie die Spektren der Veränderungen der drei ausgewählten Klimaindikatoren in den letzten 468.000 Jahren (Hays J. D., Imbrie J., Shackleton N. J., 1976)
All dies lässt uns Veränderungen der Parameter der Erdbahn und der Neigung der Erdachse als wichtige Faktoren des Klimawandels betrachten und zeugt vom Siegeszug der astronomischen Theorie von Milankovitch. Letztlich lassen sich globale Klimaschwankungen im Pleistozän durch diese Veränderungen erklären (Monin A.S., Shishkov Yu.A., 1979).
Die Exzentrizität (bezeichnet mit e oder ε) ist eines der sechs Keplerschen Orbitalelemente. Zusammen mit der großen Halbachse bestimmen sie die Form der Umlaufbahn.
Bestimmung der Exzentrizität
Keplers erstes Gesetz besagt, dass die Umlaufbahn jedes Planeten im Sonnensystem eine Ellipse ist. Die Exzentrizität bestimmt, wie unterschiedlich die Umlaufbahn vom Kreis ist. Sie ist gleich dem Verhältnis des Abstands vom Mittelpunkt der Ellipse (c) zu ihrem Brennpunkt der großen Halbachse (a).
Der Brennpunkt des Kreises fällt mit dem Mittelpunkt zusammen, d.h. c = 0. Auch jede Ellipse c
Exzentrizitäten von Objekten des Sonnensystems
Umlaufbahn von Sedna. Im Zentrum der Koordinaten steht das Sonnensystem, umgeben von einem Schwarm von Planeten und bekannten Kuipergürtel-Objekten.
In unserem System sind die Umlaufbahnen der Planeten unauffällig. Es hat die "kreisförmigste" Umlaufbahn. Sein Aphel ist nur 1,4 Millionen km mehr als das Perihel und seine Exzentrizität beträgt 0,007 (für die Erde - 0,016). Pluto bewegt sich auf einer ziemlich langgestreckten Umlaufbahn. Mit ε = 0,244 nähert er sich der Sonne manchmal sogar noch näher als Neptun. Da Pluto jedoch vor nicht allzu langer Zeit in die Kategorie der Zwergplaneten fiel, hat Merkur mit ε = 0,204 jetzt die längsten Umlaufbahnen unter den Planeten.
Unter den Zwergplaneten ist Sedna der bemerkenswerteste. Mit ε = 0,86 macht es in fast 12.000 Jahren eine vollständige Umdrehung um die Sonne und entfernt sich im Aphel um mehr als tausend astronomische Einheiten von ihr. Aber auch dies ist mit den Parametern der Bahnen von langperiodischen Kometen nicht vergleichbar. Die Perioden ihrer Umdrehung werden manchmal auf Millionen von Jahren geschätzt, und viele von ihnen werden überhaupt nie zur Sonne zurückkehren - d.h. eine Exzentrizität von mehr als 1 haben kann Billionen von Kometen enthalten, die um 50-100 Tausend astronomische Einheiten (0,5 - 1 Lichtjahre) von der Sonne entfernt sind. In solchen Entfernungen können sie von anderen Sternen und galaktischen Gezeitenkräften beeinflusst werden. Daher können solche Kometen sehr unvorhersehbare und variable Umlaufbahnen mit sehr unterschiedlichen Exzentrizitäten haben.
Das Interessanteste ist schließlich, dass selbst die Sonne überhaupt keine Kreisbahn hat, wie es auf den ersten Blick scheinen mag. Wie Sie wissen, bewegt sich die Sonne um das Zentrum der Galaxie und bewegt sich 223 Millionen Jahre lang. Darüber hinaus erhielt es aufgrund der unzähligen Interaktionen mit den Sternen eine ziemlich merkliche Exzentrizität von 0,36.
Exzentrizitäten in anderen Systemen
Vergleich der Umlaufbahn von HD 80606 b mit den inneren Planeten des Sonnensystems
Die Entdeckung anderer Sonnensysteme bringt unweigerlich die Entdeckung von Planeten mit sehr bizarren Bahnparametern mit sich. Ein Beispiel dafür sind die exzentrischen Jupiter, Gasriesen mit ziemlich hoher Exzentrizität. In Systemen mit solchen Planeten ist die Existenz erdähnlicher Planeten unmöglich. Sie werden unweigerlich auf die Riesen fallen oder ihre Gefährten werden. Unter den bisher entdeckten exzentrischen Jupitern weist HD 80606b die größte Exzentrizität auf. Es bewegt sich um einen Stern, der etwas kleiner als unsere Sonne ist. Dieser Planet im Perihel nähert sich dem Stern zehnmal näher als Merkur zur Sonne, während er sich im Aphel um fast eine astronomische Einheit von ihm entfernt. Somit hat es eine Exzentrizität von 0,933.
Es ist erwähnenswert, dass, obwohl dieser Planet die Lebenszone durchquert, von einer gewohnheitsmäßigen Biosphäre keine Rede sein kann. Seine Umlaufbahn erzeugt ein extremes Klima auf dem Planeten: Bei einer kurzen Annäherung an einen Stern ändert sich die Temperatur seiner Atmosphäre innerhalb von Stunden um Hunderte Grad, was zu Windgeschwindigkeiten von vielen Kilometern pro Sekunde führt. Andere Planeten mit hohen Koeffizienten haben ähnliche Bedingungen. Gleiches erwirbt beispielsweise bei Annäherung an die Sonne eine ausgedehnte Atmosphäre, die sich bei der Entfernung in Form von Schnee niederschlägt. Gleichzeitig haben alle erdähnlichen Planeten nahezu kreisförmige Umlaufbahnen. Daher kann Exzentrizität als einer der Parameter bezeichnet werden, die die Möglichkeit organischen Lebens auf dem Planeten bestimmen.
Wenn die Umlaufbahn kein Kreis ist, ist die Rotationsgeschwindigkeit des Planeten um die Sonne und damit die Änderungsrate der Ablenkung nicht konstant. Sie ändern sich in der Nähe des Perihels schneller und in der Apogäumsregion glatter. Wir führen den Wert C (deg) ein, der die Differenz zwischen der wahren Abweichung während der Daten 24 h vom mittleren Abweichungswert (0 -<0>= °C). Die Größe C wird Zentrumsgleichung (der antike Name) genannt.
Da die Rotationsgeschwindigkeit der Erde um ihre Achse 1 ° in 4 Minuten beträgt, kann die Zeit zwischen dem tatsächlichen Mittag und dem mittleren Mittag, abhängig von der Exzentrizität der Umlaufbahn, definiert werden als
EOTt = 4C. (61)
In der obigen Gleichung wird C in Grad angegeben.
Der für den Einfluss der Exzentrizität in der Zeitgleichung verantwortliche Term ändert sich im Laufe des Jahres nach einem sinusförmigen Gesetz und geht im Apogäum und Perigäum gegen Null. Die Maxima dieses Termes sind gegenüber der Mitte des Intervalls zwischen Apogäum und Perigäum um 8 min verschoben. Diese Abhängigkeit ist in Abb. 10.17.
Der Wert von C für jeden Zeitpunkt kann unter Verwendung von 0 bestimmt werden, die aus Gleichung (44) durch Subtrahieren der durchschnittlichen Abweichung, die unter Verwendung von Gleichung (60) berechnet wird, gefunden wird. In vielen Fällen ist es viel einfacher, C mithilfe der folgenden empirischen Gleichung zu definieren (siehe http: // www. Srrb. Noaa. Gov / Highlights / Sunrise / Program. Txt):
(9) = 357,529 11 + 35 999.050 29T - 0,000153 IT2; (62>
C = (l, 914 602 - 0,004 817G - 0,000 014G2) sin (0) +
+ (0,019 993 - 0,000101G) sin (2 (0)) + 0,000 289 sin (3 (0)) - (63)
Bahnneigung
Wenn die Umlaufbahn ein Kreis war, aber seine Neigung nicht gleich Null war, dann trotz der konstanten Änderungsrate zi. - liptischer Längengrad, die Änderungsrate von R.A. wird nicht konstant sein. Aber wie Sie wissen, hängt der Zenit der Sonne genau von der Rektaszension ab.
Der Tag nach der Frühlings-Tagundnachtgleiche, der Wert der Rektaszension
neun? = arctan (Kosten tgA) = arctan (cos (23,44 ") tg (0,985 647" jj =
Arctg (0,91747 -0,017 204) = arctg (0,015785),<64)
9^ = 0,904322e. (65)
Damit die Sonne im Zenit steht, muss die Erde
um weitere 0,904322 ° anstatt 0,985647 ° gedreht, was einer Orbitalneigung von Null entspricht. Das heißt, der Mittag wird früher kommen als ohne Orbitalneigung. Die Differenz beträgt 4 (0.985 674 - 0.904 322) = = 0.325 min.
Im Allgemeinen
Sowohl der von der Steigung abhängige Term in der Zeitgleichung als auch der von der Exzentrizität abhängige Term ändern sich nach einem sinusförmigen Gesetz. Allerdings wird die Laufzeit, die von der Neigung der Umlaufbahn abhängt, im Laufe des Jahres zwei Maxima aufweisen. Nullen fallen an den Tagen der Tagundnachtgleiche und der Sonnenwende und nicht in den Momenten des Apogäums und des Perigäums. Die Amplitude des EOTobhq beträgt 10 Minuten. Das Verhalten dieser Funktion ist in Abb. 10.18. und das Verhalten der allgemeinen Zeitgleichung EOT, die die Summe von EOTssssIII und EOTobliq ist, ist in Abb. 10.19.
Es ist wichtig, Konzepte wie Apogäum und Perigäum, die die sonnennächsten und am weitesten von ihr entfernten Punkte in der Erdumlaufbahn bestimmen, nicht mit den Sonnenwendetagen zu verwechseln, die auftreten, wenn der Wert der Sonnendeklination extrem ist (5 = + 23,44 °). Manchmal kommt es vor, dass die Tage des Perigäums und des Apogäums mit den Tagen der Sonnenwenden zusammenfallen, aber dies sind nichts anderes als Zufälle. Normalerweise beträgt der Unterschied zwischen dem Apogäum und der Sommersonnenwende etwa 12 Tage. Ungefähr das gleiche Zeitintervall wird zwischen dem Perigäum und dem Tag der Wintersonnenwende beobachtet (Tab. 10.5).
10.1. Lassen Sie einen bestimmten Reisenden sich zu einer unbekannten Jahreszeit an einem unbekannten Ort auf der Erde wiederfinden. Aufgrund der ständigen Nachtwolken kann er nicht nach den Sternen navigieren, aber er kann den Zeitpunkt des Sonnenaufgangs und die Länge seines Schattens am Mittag ziemlich genau bestimmen. Sonnenaufgang ist um 05:20 Uhr Ortszeit, und die Länge des Schattens am Mittag beträgt das 1,5-fache seiner Höhe. Bestimmen Sie den Tag des Jahres und den Breitengrad des Gebiets. Ist die Lösung des Problems einzigartig?
10.2. Der Tourist hat eine genaue elektronische Uhr, mit deren Hilfe er feststellt, dass zwischen Sonnenaufgang und Sonnenuntergang 10 Stunden 49 Minuten und 12 Sekunden vergehen. Er kennt das Datum - 1. Januar 1997. Helfen Sie ihm, den Breitengrad des Ortes zu finden, an dem er sich befindet.
10.3. Die Fenster eines Gebäudes in Palo Alto, Kalifornien, USA (37,4° N) sind nach Südosten ausgerichtet. In welcher Jahreszeit dringen die Sonnenstrahlen bei Sonnenaufgang in den Raum? Vernachlässigen Sie die Größe der Sonnenscheibe und die Beschattung der Sonne.
Wann geht die Sonne am ersten und letzten Tag dieser Periode auf? Wie groß ist die solare Flussdichte an einer gleich ausgerichteten Wand am Mittag der Tagundnachtgleiche?
10.4. Betrachten Sie einen perfekten Fokussierhub. Eine Erhöhung des Konzentrationsgrades führt zu einer Temperaturerhöhung bis zu einer bestimmten Grenze. Bestimmen Sie die maximal erreichbare Konzentration unter Marsbedingungen für 2D- und 3D-Konzentratoren. Der Radius der Marsbahn beträgt 1,6 AE. h., 1a. e. = 150 Millionen km. Der Winkeldurchmesser der Sonne beträgt 0,5 °.
10.5. Eine Verteilungsfunktion habe die Form
ÜBER? = f_ich. f1 df J 2
Bestimmen Sie, bei welchem Wert / diese Funktion ein Maximum hat. Plotten Sie d / yd / in Funktionen von / für das Intervall, in dem dP / df > 0 ist.
Geben Sie nun eine neue Variable X = c / f ein, wobei c eine Konstante ist. Bei welchem Wert von / hat die dP / dX-Funktion ein Maximum.
Erstellen eines Diagramms | dP / dX | als Funktion von /
Die Expedition beginnt am 15. November 2007, dem 118. Marstag des Jahres, auf dem Mars. Die Expedition endet auf dem Mars bei 17 ° N. Sch. und 122° Ost. im Moment des Sonnenaufgangs. Eine fünfköpfige Expedition soll die Ausrüstung in Betrieb nehmen, die tagsüber die kalte Nacht übersteht. Zuvor, vor der Ankunft der Expedition, wurde ein Gerät installiert, das mit Robotern Wasser aus Gesteinshydraten mit konzentrierter Sonnenstrahlung extrahiert. Schätzen Sie selbst den täglichen Willensbedarf ein. Strom soll über Photovoltaik-Konverter (PEC) gewonnen und in Wasserstoff und Sauerstoff angereichert werden, der durch Elektrolyse aus Wasser gewonnen wird. Der Wirkungsgrad von Photokonvertern beträgt 16,5% mit einer "Mars-Sonne". Konzentratoren
nicht bewerben. FEP-Platten befinden sich horizontal auf der Marsoberfläche. Der Wirkungsgrad des Elektrolyseurs beträgt 95 %.
Die Neigung der Äquatorebene des Mars zur Bahnebene beträgt 25,20 °. Die durchschnittliche Tagestemperatur auf der Marsoberfläche beträgt 300 K (etwas höher als auf der Erde mit 295 K). Die Marsnacht ist jedoch viel kälter1 Die durchschnittliche Nachttemperatur beträgt 170 K (auf der Erde - 275 K).
Nehmen wir an (obwohl dies nicht der Fall ist), dass die Frühlings-Tagundnachtgleiche auf 213 Tage ab Jahresbeginn fällt.
Definieren Sie die Marsstunde Es ist 1/24 der durchschnittlichen Jahresperiode zwischen * den entsprechenden Sonnenaufgängen.
1. Wie lang ist ein sonniger Tag am Ankunftstag der Expedition?
2. Berechnen Sie die horizontale Oberflächeneinstrahlung (W / m2) Durchschnitt d і Marstage Dauer (h) 24hm.
3. Schätzen Sie den Sauerstoffverbrauch von fünf Astronauten basierend auf der Tatsache, dass sie 2500 kcal pro Marstag benötigen. Angenommen, der Mechanismus des Energieverbrauchs ist ausschließlich mit Glukose verbunden, für die die "Verbrennungsenthalpie" 16 MJ / kg beträgt.
4. Wie viel Energie wird benötigt, um die benötigte Wassermenge durch Elektrolyse zu gewinnen?
5. Welche Fläche haben Sonnenkollektoren, um die erforderliche Sauerstoffproduktion bereitzustellen?
6. Nehmen Sie an, dass die Temperatur im Raum mit den Astronauten gleich der Durchschnittstemperatur auf der Marsoberfläche ist und dass sich die Temperatur der "Luft" auf dem Mars von 300 K am Mittag auf 175 K um Mitternacht ändert und umgekehrt.
Die Kosmonauten leben in einer Plastikhalbkugel von 10 m Durchmesser, der Wärmewiderstand der Kapselwand beträgt 2 m2 KW1. Der Wärmeverlust durch den Boden kann vernachlässigt werden.
In der lebenden Kapsel wird die Temperatur bei 300 K und mit Dampf gehalten; 175 K. Angenommen, der thermische Emissionsgrad der äußeren Oberfläche der Kapsel beträgt 0,5.
Wie hoch ist der tägliche Wasserstoffbedarf? Was ist die benötigte Fläche von Solarmodulen?
10.7. Wie lang war der Schatten eines 10 Meter hohen Baumes in Palo Alto, USA am 20. März 1991 um 14 Uhr? Schätzung auf 20 cm.
10.8. Berechnen Sie den optimalen Azimut für die vertikale Oberfläche, um unter den folgenden Bedingungen die höchste durchschnittliche jährliche Sonneneinstrahlung zu erzielen.
Die Oberfläche befindet sich auf einem Breitengrad von 40 ° N. Sch. in einem Gebiet, in dem morgens bis 10:00 Uhr täglich dichter Nebel beobachtet wird, der keine Sonnenstrahlung auf die Erdoberfläche überträgt und den Rest des Tages klarer Himmel ist.
Vergleichen Sie die erhaltene Sonneneinstrahlung mit der Sonneneinstrahlung auf einer horizontalen Fläche am Äquator
10.10. Wie hoch ist die Sonneneinstrahlung (W / m2) auf einer streng nach Osten ausgerichteten Fläche mit einem Neigungswinkel zum Horizont von 25 ° an einem Ort mit einem Breitengrad von 45 ° N. Sch. am 1. April um 10:00 Uhr?
10.11. Was ist der Azimut der Sonne zum Zeitpunkt des Sonnenuntergangs am Tag der Sommersonnenwende auf einem Breitengrad von 50 ° N. w.?
10.12. Die Photovoltaik-Batterie hat einen Wirkungsgrad von 16,7%. Es befindet sich an einem Ort auf einem Breitengrad von 45 ° N. Sch. Die Beobachtungen werden am 1. April 1995 um 10:00 Uhr durchgeführt. Wenn die Fotobatterie strikt auf die Sonne ausgerichtet ist, beträgt ihre Leistung 870 W. Welche Leistung wird dieselbe Batterie erzeugen, wenn sie streng nach Osten mit einem Neigungswinkel von 25° zum Horizont installiert wird?
10.13. Betrachten Sie eine Dampfkompressionswärmepumpe, deren Wirkungsgrad 0,5 der maximal mögliche ist. Die Wärmepumpe verbraucht mechanische Leistung, um den Kompressor W anzutreiben, wodurch die Wärmeleistung Qc der Außenluft mit einer Temperatur von -10 ° C entnommen und der Wärmestrom QA = Qc + W an den beheizten Raum abgegeben wird mit einer Temperatur von 25 ° C. Berechnen Sie den Umrechnungsfaktor der Wärmepumpe gleich dem Verhältnis thermischer Nutzleistung zu mechanischer Leistung.
10.14. Der minimale Zenitwinkel der Sonne am 1. Januar 2000 beträgt 32,3°. Zu diesem Zeitpunkt befand es sich streng südlich des Beobachters. Bestimmen Sie den Breitengrad des Standorts des Beobachters.
10.15. Als Richtfunk wird ein bestimmtes Flugzeug verwendet. Es ist mit 14 elektrischen Generatoren mit einer Leistung von 1,5 kW ausgestattet und fährt mit einer Geschwindigkeit von 40 km / h in einer Höhe von 30 km. Die Spannweite beträgt 75,3 m, die maximale Leistung der auf den Flügeln platzierten Photovoltaik-Batterie beträgt 32 kW bei senkrechtem Sonneneinfall.
1. Wie groß ist die Entfernung zum geometrischen Horizont, sichtbar aus der Flughöhe "Beachten Sie, dass sich der geometrische Horizont vom Funkhorizont unterscheidet, der< - рый существенно превышает первый из-за особенностей распространения радиоволн в атмосфере.
2. Was ist der Bereich der direkten Bodenabdeckung von einem Flugzeug?
3. Lassen Sie das Flugzeug über den Bereich fliegen, der sich bei 37,8° N befindet. Sch. Bestimmen Sie die minimale Sonnenscheindauer am Tag während des Jahres in Höhe des Gerätes.
4. Wie hoch ist die durchschnittliche tägliche Sonneneinstrahlung auf dem FEP auf den Tragflächen in der horizontalen Ebene an dem oben betrachteten Tag? Da sich das Gerät über den Wolken befindet, kann davon ausgegangen werden, dass die Intensität der Sonneneinstrahlung in dieser Höhe (Solarkonstante) 1200 W/m2 beträgt.
5. Nehmen Sie an, dass der Wirkungsgrad der Solarzelle 20 % beträgt und der Wirkungsgrad der Prozesse zur Akkumulation und Nutzung von Elektrizität gleich Eins ist. Die gesamte "vom Flugzeug verbrauchte Leistung, die sowohl für die Aufrechterhaltung des Fluges als auch für die Weiterleitung benötigt wird, beträgt 10 kW". Für eine vereinfachte Aufgabe können die Flügel des Segelflugzeugs als rechteckig angesehen werden. FEP hat ein l. auf 90% der Flügeloberfläche. Was sollte die Sehne (Breite) des Flügels sein, um die Funktionsfähigkeit der betrachteten fliegenden Übertragung zu gewährleisten. ■ tora?
Welcher der Planeten im Sonnensystem hat die längste und welcher die kleinste Umlaufbahn?
Wie Sie wissen, dreht sich jeder Planet auf einer elliptischen Umlaufbahn um seinen Stern, in einem der Brennpunkte, in dem sich der Stern befindet. Der Grad der Elongation der Umlaufbahn wird durch ihre Exzentrizität charakterisiert. Die Exzentrizität kann quantitativ als das Verhältnis des Abstands vom Zentrum der Umlaufbahn zu ihrem Brennpunkt zur Länge der großen Halbachse der Umlaufbahn definiert werden. Alle möglichen Werte der Exzentrizität einer elliptischen Umlaufbahn liegen im Intervall zwischen 0 und 1. Bei einer Exzentrizität gleich Null (der Fokus der Umlaufbahn fällt mit seinem Zentrum zusammen, dh der Stern befindet sich im Zentrum der Umlaufbahn entlang der sich der Planet um ihn dreht), die Form der Umlaufbahn ist ein Kreis. Je höher der Exzentrizitätswert (weiter von 0 und näher an 1), desto länger ist die Umlaufbahn. Von den Planeten des Sonnensystems befindet sich die geringste Exzentrizität in der Umlaufbahn der Venus - sie beträgt 0,00676. Die wichtigste ist die Exzentrizität der Merkurbahn von 0,20564.
