II. Земля как планета.

В  Р—. - третья РїРѕ расстоянию РѕС‚ Солнца большая планета Солнечной системы. Масса Р—. равна 5976В·10 ²¹ РєРі,что составляет ¹/ ₄₄₈долю массы больших планет Рё ¹/ ₃₃₀₀₀₀массы Солнца. РџРѕРґ действием притяжения Солнца Р—., как Рё РґСЂ. тела Солнечной системы, обращается РІРѕРєСЂСѓРі него РїРѕ эллиптической (мало отличающейся РѕС‚ РєСЂСѓРіРѕРІРѕР№) орбите. Солнце расположено РІ РѕРґРЅРѕРј РёР· фокусов эллиптической орбиты Р—., вследствие чего расстояние между Р—. Рё Солнцем РІ течение РіРѕРґР° меняется РѕС‚ 147,117 млн. РєРј(РІ перигелии ) РґРѕ 152,083 млн. РєРј(РІ афелии ) .Большая полуось орбиты Р—., равная 149,6 млн. РєРј,принимается Р·Р° единицу РїСЂРё измерении расстояний РІ пределах Солнечной системы (СЃРј. Астрономическая единица ). Скорость движения Р—. РїРѕ орбите, равная РІ среднем 29,765 РєРј/сек,колеблется РѕС‚ 30,27 РєРј/сек(РІ перигелии) РґРѕ 29,27 РєРј/сек(РІ афелии). Вместе СЃ Солнцем Р—. участвует также РІ движении РІРѕРєСЂСѓРі центра Галактики, период галактического обращения составляет около 200 млн. лет, средняя скорость движения 250 РєРј/сек.Относительно ближайших звёзд Солнце вместе СЃ Р—. Движется СЃРѕ скоростью ~ 19,5 РєРј/секв направлении созвездия Геркулеса.

  Период обращения З. вокруг Солнца, называемый годом,имеет несколько различную величину в зависимости от того, по отношению к каким телам или точкам небесной сферы рассматривается движение З. и связанное с ним кажущееся движение Солнца по небу. Период обращения, соответствующий промежутку времени между двумя прохождениями Солнца через точку весеннего равноденствия, называется тропическим годом. Тропический год положен в основу календаря,он равен 365,242 средних солнечных суток.

  Плоскость земной орбиты (плоскость эклиптики ) наклонена в современную эпоху под углом 1,6° к т. н. Лапласа неизменяемой плоскости,перпендикулярной главному вектору момента количества движения всей Солнечной системы. Под действием притяжения др. планет положение плоскости эклиптики, а также форма земной орбиты медленно изменяются на протяжении миллионов лет. Наклон эклиптики к плоскости Лапласа при этом меняется от 0° до 2,9°, а эксцентриситет земной орбиты от 0 до 0,067. В современную эпоху эксцентриситет равен 0,0167, убывая на 4·10 ^-7в год. Если смотреть на З., поднявшись над Северным полюсом, то орбитальное движение З. Происходит против часовой стрелки, т. е. в том же направлении, что и её осевое вращение, и обращение Луны вокруг З.

В  Естественный спутник Р—. - Луна обращается РІРѕРєСЂСѓРі Р—. РїРѕ эллиптической орбите РЅР° среднем расстоянии 384 400 РєРј(~60,3 среднего радиуса Р—.). Масса Луны составляет 1:81,5 долю массы Р—. (73,5В·10 ²¹ РєРі) .Центр масс системы Земля - Луна отстоит РѕС‚ центра Р—. РЅР° ³/ ₄её радиуса. РћР±Р° тела - Р—. Рё Луна - обращаются РІРѕРєСЂСѓРі центра масс системы. Отношение массы Луны Рє массе Р—. - наибольшее среди всех планет Рё РёС… спутников РІ Солнечной системе, поэтому систему Р—. - Луна часто рассматривают как РґРІРѕР№РЅСѓСЋ планету.

  З. имеет сложную форму, определяемую совместным действием гравитации, центробежных сил, вызванных осевым вращением З., а также совокупностью внутренних и внешних рельефообразующих сил. Приближённо в качестве формы (фигуры) З. принимают уровенную поверхность гравитационного потенциала (т. е. поверхность, во всех точках перпендикулярную к направлению отвеса), совпадающую с поверхностью воды в океанах (при отсутствии волн, приливов, течений и возмущений, вызванных изменением атмосферного давления). Эту поверхность называют геоидом.Объём, ограниченный этой поверхностью, считается объёмом З. (т. о., в него не входит объём той части материков, которая расположена выше уровня моря). Средним радиусом З. называют радиус шара того же объёма, что и объём геоида. Для решения многих научных и практических задач геодезии, картографии и др. в качестве формы З. принимают земной эллипсоид.Знание параметров земного эллипсоида, его положения в теле З., а также гравитационного поля Земли имеет большое значение в астродинамике, изучающей законы движения искусственных космических тел. Эти параметры изучаются путём наземных астрономо-геодезических и гравиметрических измерений (см. Геодезия, Гравиметрия) и методами спутниковой геодезии.

 Вследствие вращения З. точки экватора имеют скорость 465 м/сек,а точки, расположенные на широте j - скорость 465cosj ( м/сек) ,если считать З. шаром. Зависимость линейной скорости вращения, а следовательно, и центробежной силы от широты приводит к различию значений ускорения силы тяжести на разных широтах (см. табл. 4).

  Вращение З. вокруг своей оси вызывает смену дня и ночи на её поверхности. Период вращения З. определяет единицу времени - сутки.Ось вращения З. отклонена от перпендикуляра к плоскости эклиптики на 23° 26,5' (в середине 20 в.); в современную эпоху этот угол уменьшается на 0,47“ за год. При движении З. по орбите вокруг Солнца её ось вращения сохраняет почти постоянное направление в пространстве. Это приводит к смене времён года.Гравитационное влияние Луны, Солнца, планет вызывает длительные периодические изменения эксцентриситета орбиты и наклона оси З., что является одной из причин многовековых изменений климата.

  Табл. 4. - Геометрические и физические характеристики Земли

В  Период вращения Р—. систематически увеличивается РїРѕРґ воздействием лунных Рё РІ меньшей степени солнечных приливов (СЃРј. Вращение Земли ). Притяжение Луны создаёт приливные деформации как атмосферы Рё РІРѕРґРЅРѕР№ оболочки, так Рё «твёрдой» Р—. РћРЅРё направлены Рє притягивающему телу Рё, следовательно, перемещаются РїРѕ Р—. РїСЂРё её вращении. Приливы РІ земной РєРѕСЂРµ имеют амплитуду РґРѕ 43 СЃРј,РІ открытом океане - РЅРµ более 1 Рј, РІ атмосфере РѕРЅРё вызывают изменение давления РІ несколько СЃРѕС‚ РЅ/Рј ²(несколько РјРј СЂС‚. СЃС‚.). Приливное трение, сопровождающее движение приливов, РїСЂРёРІРѕРґРёС‚ Рє потере системой Земля - Луна энергии Рё передаче момента количества движения РѕС‚ Р—. Рє Луне. Р’ результате вращение Р—. замедляется, Р° Луна удаляется РѕС‚ Р—. Р�зучение месячных Рё годичных колец роста Сѓ ископаемых кораллов позволило оценить число суток РІ РіРѕРґСѓ РІ прошлые геологические СЌРїРѕС…Рё (РґРѕ 600 млн. лет назад). Результаты исследований РіРѕРІРѕСЂСЏС‚ Рѕ том, что период вращения Р—. РІРѕРєСЂСѓРі РѕСЃРё увеличивается РІ среднем РЅР° несколько Рј/секза столетие (500 млн. лет назад длительность суток составляла 20,8 С‡). Фактическое замедление скорости вращения Р—. несколько меньше того, которое соответствует передаче момента Луне. Это указывает РЅР° вековое уменьшение момента инерции Р—., РїРѕ-РІРёРґРёРјРѕРјСѓ, связанное СЃ ростом плотного СЏРґСЂР° Р—. либо СЃ перемещением масс РїСЂРё тектонических процессах. Скорость вращения Р—. несколько меняется РІ течение РіРѕРґР° также вследствие сезонных перемещений воздушных масс Рё влаги. Наблюдения траекторий искусственных спутников Р—. позволили СЃ высокой точностью установить, что сплюснутость Р—. несколько больше той, которая соответствует современной скорости её вращения Рё распределению внутренних масс. РџРѕ-РІРёРґРёРјРѕРјСѓ, это объясняется высокой вязкостью земных недр, приводящей Рє тому, что РїСЂРё замедлении вращения Р—. её фигура РЅРµ сразу принимает форму, соответствующую увеличенному периоду вращения. Поскольку Р—. имеет сплюснутую форму (избыток массы Сѓ экватора), Р° орбита Луны РЅРµ лежит РІ плоскости земного экватора, притяжение Луны вызывает прецессию - медленный РїРѕРІРѕСЂРѕС‚ земной РѕСЃРё РІ пространстве (полный РѕР±РѕСЂРѕС‚ РїСЂРѕРёСЃС…РѕРґРёС‚ Р·Р° 26 тыс. лет). РќР° это движение накладываются периодические колебания направления РѕСЃРё - нутация (РѕСЃРЅРѕРІРЅРѕР№ период 18,6 РіРѕРґР°). Положение РѕСЃРё вращения РїРѕ отношению Рє телу Р—. испытывает как периодические изменения (полюсы РїСЂРё этом отклоняются РѕС‚ среднего положения РЅР° 10-15 Рј), так Рё вековые (среднее положение северного полюса смещается РІ сторону Северной Америки СЃРѕ скоростью ~11 СЃРјРІ РіРѕРґ, СЃРј. Полюсы географические ) .

  Б. Ю. Левин.

 См. илл.

  III. Строение Земли

  Магнитосфера

  Самой внешней и протяжённой оболочкой З. является магнитосфера - область околоземного пространства, физические свойства которой определяются магнитным полем З. и его взаимодействием с потоками заряженных частиц.

  �сследования, проведённые при помощи космических зондов и искусственных спутников З., показали, что З. постоянно находится в потоке корпускулярного излучения Солнца (т. н. солнечный ветер ). Он образуется благодаря непрерывному расширению (истечению) плазмы солнечной короны и состоит из заряженных частиц (протонов, ядер и ионов гелия, а также более тяжёлых положительных ионов и электронов). У орбиты З. скорость направленного движения частиц в потоке колеблется от 300 до 800 км/сек.Солнечная плазма несёт с собой магнитное поле, напряжённость которого в среднем равна 4,8-10 ^-З а/м(6·10 ^-5 э) .

 При столкновении потока солнечной плазмы с препятствием - магнитным полем З. - образуется распространяющаяся навстречу потоку ударная волна ( рис. ), фронт которой со стороны Солнца в среднем локализован на расстоянии 13-14 радиусов З. ( R _Е) от её центра. За фронтом ударной волны следует переходная область толщиной ~ 20 тыс. км,где магнитное поле солнечной плазмы становится неупорядоченным, а движение её частиц - хаотичным. температура плазмы в этой области повышается примерно с 200 тыс. градусов до ~ 10 млн. градусов.

В  Переходная область примыкает непосредственно Рє магнитосфере Р—., граница которой - магнитопауза - РїСЂРѕС…РѕРґРёС‚ там, РіРґРµ динамическое давление солнечного ветра уравновешивается давлением магнитного поля Р—.; РѕРЅР° расположена СЃРѕ стороны Солнца РЅР° расстоянии ~ 10-12 R( _Р•) (70-80 тыс. РєРј) РѕС‚ центра Р—., её толщина ~ 100 РєРј.Напряжённость магнитного поля Р—. Сѓ магнитопаузы ~ 8В·10 ^-2 Р°/Рј(10 ^-3СЌ), С‚. Рµ. значительно выше напряжённости поля солнечной плазмы РЅР° СѓСЂРѕРІРЅРµ орбиты Р—. Потоки частиц солнечной плазмы обтекают магнитосферу Рё резко искажают РЅР° значительных расстояниях РѕС‚ Р—. структуру её магнитного поля. Примерно РґРѕ расстояния 3 R _Еот центра Р—. магнитное поле ещё достаточно близко Рє полю магнитного диполя (напряжённость поля убывает СЃ высотой ~ ¹/ _{R3 Р•}). Регулярность поля здесь нарушают лишь магнитные аномалии (влияние наиболее крупных аномалий сказывается РґРѕ высот ~0,5 R _Р•) над поверхностью Р—.). РќР° расстояниях, превышающих 3 R _Р•), магнитное поле ослабевает медленнее, чем поле диполя, Р° его силовые линии СЃ солнечной стороны несколько прижаты Рє Р—. Линии геомагнитного поля, выходящие РёР· полярных областей Р—., отклоняются солнечным ветром РЅР° ночную сторону Р—. Там РѕРЅРё образуют «хвост», или «шлейф», магнитосферы протяжённостью более 5 млн. РєРј.Пучки магнитных силовых линий противоположного направления разделены РІ хвосте областью очень слабого магнитного поля (нейтральным слоем), РіРґРµ концентрируется горячая плазма СЃ температурой РІ млн. градусов.

  Магнитосфера реагирует на проявления солнечной активности,вызывающей заметные изменения в солнечном ветре и его магнитном поле. Возникает сложный комплекс явлений, получивший название магнитной бури.При бурях наблюдается непосредственное вторжение в магнитосферу частиц солнечного ветра, происходит нагрев и усиление ионизации верхних слоев атмосферы, ускорение заряженных частиц, увеличение яркости полярных сияний,возникновение электромагнитных шумов, нарушение радиосвязи на коротких волнах и т.д. В области замкнутых линий геомагнитного поля существует магнитная ловушка для заряженных частиц. Нижняя её граница определяется поглощением захваченных в ловушку частиц атмосферой на высоте несколько сот км,верхняя практически совпадает с границей магнитосферы на дневной стороне З., несколько снижаясь на ночной стороне. Потоки захваченных в ловушку частиц высоких энергий (главным образом протонов и электронов) образуют т. н. Радиационный пояс Земли.Частицы радиационного пояса представляют значительную радиационную опасность при полётах в космос.

  Б. А. Тверской, Ю. Н. Дрожжин.

  Атмосфера

 Атмосферой, или воздушной оболочкой Р—., называют газовую среду, окружающую «твёрдую» Р—. Рё вращающуюся вместе СЃ ней. Масса атмосферы составляет ~5,15В·10 ¹⁸ РєРі.Среднее давление атмосферы РЅР° поверхность Р—. РЅР° СѓСЂРѕРІРЅРµ РјРѕСЂСЏ. Равно 101 325 РЅ/Рј ²(это соответствует 1 атмосфере или 760 РјРј СЂС‚. СЃС‚.). Плотность Рё давление атмосферы быстро убывают СЃ высотой (СЃРј. Барометрическая формула ): Сѓ поверхности Р—. средняя плотность РІРѕР·РґСѓС…Р° r = 1,22 РєРі/Рј ³(число молекул РІ 1 Рј ³n =2,55В·10 ²⁵), РЅР° высоте 10 РєРј( =0,41 РєРі/Рј ³( n =8,6В·10 ²⁴), Р° РЅР° высоте 100 РєРјr=8,8(10 ^-7 РєРі/Рј ³(n=1,8В·10 ¹⁸). Атмосфера имеет слоистое строение, слои различаются СЃРІРѕРёРјРё физическими Рё химическими свойствами (температурой, химическим составом, ионизацией молекул Рё РґСЂ.).

  Принятое деление атмосферы на слои основано главным образом на изменении в ней температуры с высотой, поскольку оно отражает баланс основных энергетических процессов в атмосфере (см. Тепловой баланс атмосферы).

  Нижняя часть атмосферы, содержащая около 80% всей её массы, называется тропосферой. Она распространяется до высоты 16-18 кмв экваториальном поясе и до 8-10 кмв полярных широтах. Температура тропосферы понижается с высотой в среднем на 0,6 К на каждые 100 м.Над тропосферой до высоты 55 кмрасположена стратосфера, в которой заключено почти 20% массы атмосферы. От тропосферы она отделена переходным слоем - тропопаузой, с температурой 190-220 К. До высоты ~25 кмтемпература стратосферы несколько падает, но дальше начинает расти, достигая максимума (~270К) на высоте 50-55 км.Этот рост связан главным образом с увеличением в верхних слоях стратосферы концентрации озона, интенсивно поглощающего ультрафиолетовое излучение Солнца. Над стратосферой расположены мезосфера (до 80 км), термосфера (от 80 кмдо 800-1000 км) и экзосфера (выше 800-1000 км). Общая масса всех этих слоев не превышает 0,5% массы атмосферы. В мезосфере, отделённой от стратосферы стратопаузой, озон исчезает, температура вновь падает до 180-200 К вблизи её верхней границы (мезопаузы). В термосфере происходит быстрый рост температуры, связанный главным образом с поглощением в ней солнечного коротковолнового излучения. Рост температуры наблюдается до высоты 200-300 км.Выше, примерно до 800-1000 км,температура остаётся постоянной (~1000К), т.к. здесь разреженная атмосфера слабо поглощает солнечное излучение.

В  Верхний слой атмосферы - экзосфера - крайне разрежен (Сѓ его нижней границы число протонов РІ 1 Рј ³ составляет ~ 10 ¹¹) Рё столкновения частиц РІ нём РїСЂРѕРёСЃС…РѕРґСЏС‚ редко. Скорости отдельных частиц экзосферы РјРѕРіСѓС‚ превышать критическую скорость ускользания ( вторую космическую скорость ) .Эти частицы, если РёРј РЅРµ помешают столкновения, РјРѕРіСѓС‚, преодолев притяжение Р—., покинуть атмосферу Рё уйти РІ межпланетное пространство. Так РїСЂРѕРёСЃС…РѕРґРёС‚ рассеяние ( диссипация ) атмосферы. Поэтому экзосферу называют также сферой рассеяния. Ускользают РёР· атмосферы РІ межпланетное пространство главным образом атомы РІРѕРґРѕСЂРѕРґР° Рё гелия.

  Приведённые характеристики слоев атмосферы следует рассматривать как усреднённые. В зависимости от географической широты, времени года, суток и др. они могут заметно меняться.

В  Химический состав земной атмосферы неоднороден. РЎСѓС…РѕР№ атмосферный РІРѕР·РґСѓС… Сѓ поверхности Р—. содержит РїРѕ объёму 78,08% азота,20,95% кислорода (~ 10 ^-6% РѕР·РѕРЅР°), 0,93% аргона Рё около 0,03% углекислого газа. РќРµ более 0,1% составляют вместе РІРѕРґРѕСЂРѕРґ, неон, гелий, метан, криптон Рё РґСЂ. газы. Р’ слое атмосферы РґРѕ высот 90-100 РєРј,РІ котором РїСЂРѕРёСЃС…РѕРґРёС‚ интенсивное перемешивание атмосферы, относит. состав её основных компонентов РЅРµ меняется (этот слой называется гомосферой). Р’ атмосфере содержится (1,3-1,5)В·10 ¹⁶ РєРіРІРѕРґС‹ (СЃРј.