Pohyby Země a jejich důsledky Planeta Země Pohyby Země a jejich důsledky Dostupné z Metodického portálu www.rvp.cz, ISSN: 1802-4785, financovaného z ESF a státního rozpočtu ČR. Provozováno Výzkumným ústavem pedagogickým v Praze.

Pohyby Země Planeta Země je jednou z osmi planet Sluneční soustavy. Vzhledem k okolnímu vesmíru je v neustálém pohybu. Úkol 1: Které pohyby naše planeta ve Sluneční soustavě vykonává? Řešení: Rotace kolem zemské osy Oběh kolem Slunce Precesní pohyb zemské osy Nutace zemské osy Obr. 1: <http://cs.wikipedia.org/wiki/Soubor:The_Earth_seen_from_Apollo_17.jpg> Dostupné z Metodického portálu www.rvp.cz, ISSN: 1802-4785, financovaného z ESF a státního rozpočtu ČR. Provozováno Výzkumným ústavem pedagogickým v Praze.

Rotace kolem osy Zemská osa je myšlená přímka procházející jižním a severním pólem. Země kolem této osy rotuje od západu na východ (proti směru hodinových ručiček). Jedna otočka o 360 º trvá 23 h 56 m 4,09 s (siderický den). Obr.2:<http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Bild:Rotating_earth_(large).gif&filetimestamp=20041218213600> Dostupné z Metodického portálu www.rvp.cz, ISSN: 1802-4785, financovaného z ESF a státního rozpočtu ČR. Provozováno Výzkumným ústavem pedagogickým v Praze.

Důsledky rotace kolem osy 1 Úkol 2: Jaké důsledky má rotace Země kolem osy pro pozorovatele na Zemi? Řešení: Nejlépe pozorovatelným důsledkem je střídání dne a noci. Úkol 3: Proč je siderický den kratší než 24 hodin? Pokuste se odpovědět s využitím obrázku vpravo. Obr.3:<http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Tiempo_sid%C3%A9reo.en.png> Dostupné z Metodického portálu www.rvp.cz, ISSN: 1802-4785, financovaného z ESF a státního rozpočtu ČR. Provozováno Výzkumným ústavem pedagogickým v Praze.

Důsledky rotace kolem osy 2 Řešení z předchozí strany: Země během otočky o 360 º projde na své oběžné dráze kolem Slunce přibližně jeden stupeň, a dostane se tak z pozice 1 do pozice 2 (viz obrázek vlevo). Tento jeden stupeň musí dotočit, aby se ocitla ve stejném postavení vůči Slunci. Dotočení stihne přibližně za čtyři minuty (pozice 3), které tak tvoří rozdíl mezi siderickým dnem a „běžným“ dnem trvajícím 24 hodin. Obr.4:<http://de.wikipedia.org/wiki/Bild:Sidereal_day_(prograde).png> Dostupné z Metodického portálu www.rvp.cz, ISSN: 1802-4785, financovaného z ESF a státního rozpočtu ČR. Provozováno Výzkumným ústavem pedagogickým v Praze.

Oběh Země kolem Slunce Geocentrismus, představu, že se v centru Sluneční soustavy nachází Země a všechna ostatní tělesa, včetně Slunce, kolem ní obíhají (horní schéma), zastávali již mnozí antičtí astronomové a své příznivce měla také ve středověku. Správná heliocentrická představa (spodní schéma) se více prosadila až díky Mikuláši Koperníkovi, Johannesu Keplerovi a Galileo Galileovi v 16. a 17. století. Obr. 5:<http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Geoz_wb_en.jpg> Dostupné z Metodického portálu www.rvp.cz, ISSN: 1802-4785, financovaného z ESF a státního rozpočtu ČR. Provozováno Výzkumným ústavem pedagogickým v Praze.

Parametry oběžné dráhy Země 1 Země obíhá po eliptické dráze od západu k východu (proti směru hodinových ručiček). Slunce se nachází v jednom ohnisku této elipsy. Průměrná vzdálenost Země od Slunce dosahuje 149 597 870 691 (± 30 metrů) a nazývá se astronomická jednotka. Astronomická jednotka (AU) se používá jako jedna z možností pro určování vzdáleností ve vesmíru. Obr. 6: <http://cs.wikipedia.org/wiki/Soubor:Ob%C4%9B%C5%BEn%C3%A1_dr%C3%A1ha.jpg> Dostupné z Metodického portálu www.rvp.cz, ISSN: 1802-4785, financovaného z ESF a státního rozpočtu ČR. Provozováno Výzkumným ústavem pedagogickým v Praze.

Parametry oběžné dráhy Země 2 Místo, kde se Země nachází nejdále od Slunce, se nazývá afélium. Místo, kde se Země nachází nejblíže ke Slunci, se nazývá perihélium. V aféliu se Země nachází začátkem červencem, v perihéliu začátkem ledna. Rozdíly vzdáleností jsou příliš malé na to, aby se projevily na střídání ročních období. Dostupné z Metodického portálu www.rvp.cz, ISSN: 1802-4785, financovaného z ESF a státního rozpočtu ČR. Provozováno Výzkumným ústavem pedagogickým v Praze.

Důsledky oběhu Země kolem Slunce 1 Obr. 7: <http://en.wikipedia.org/wiki/Image:North_season.jpg> Úkol 4: Co je hlavní příčinou střídání ročních období? Při úvahách využij obrázek nahoře. Řešení: Hlavní příčinou střídání ročních období je stálý sklon zemské osy vůči rovině ekliptiky a s tím související rozdílná intenzita dopadajících slunečních paprsků na severní a jižní polokouli během roku. Dostupné z Metodického portálu www.rvp.cz, ISSN: 1802-4785, financovaného z ESF a státního rozpočtu ČR. Provozováno Výzkumným ústavem pedagogickým v Praze.

Důsledky oběhu Země kolem Slunce 2 Během jarní rovnodennosti (obvykle 20. nebo 21. 3.) dopadají sluneční paprsky kolmo na rovník. Den i noc jsou všude stejně dlouhé (12 hodin). Na severní polokouli začíná jaro. Během letního slunovratu (obvykle 20. nebo 21. 6.) dopadají sluneční paprsky kolmo na obratník Raka. V oblasti mezi severním polárním kruhem a severním pólem je polární den, Slunce zde nezapadá pod obzor. Na severní polokouli začíná léto. Obr. 8:<http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Earth-lighting-equinox_EN.png> Obr. 9<http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Earth-lighting-summer-solstice_EN.png> Dostupné z Metodického portálu www.rvp.cz, ISSN: 1802-4785, financovaného z ESF a státního rozpočtu ČR. Provozováno Výzkumným ústavem pedagogickým v Praze.

Důsledky oběhu Země kolem Slunce 3 Během podzimní rovnodennosti je situace stejná jako při rovnodennosti jarní. Nastává obvykle 22. nebo 23. 9. a na severní polokouli začíná podzim. Úkol 5: podle obrázku vlevo dole charakterizujte obdobným způsobem zimní slunovrat. Zodpovězte následující otázky: Kde na Zemi nastává polární noc a kde polární den? Kde dopadají polední paprsky kolmo na zemský povrch? Víte, kdy obvykle nastává zimní slunovrat? Obr. 10:<http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Earth-lighting-winter-solstice_EN.png> Obr. 11:<http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Earth-lighting-equinox_EN.png> Dostupné z Metodického portálu www.rvp.cz, ISSN: 1802-4785, financovaného z ESF a státního rozpočtu ČR. Provozováno Výzkumným ústavem pedagogickým v Praze.

Úkol 6 Úkol 6: Pod jakým úhlem budou 21. 6. v poledne dopadat sluneční paprsky na rovnoběžce 70 º s. š. Řešení: Kolmo dopadají v den letního slunovratu na obratník Raka, který má zeměpisnou šířku φ = 23,5 º s. š. Rozdíl zeměpisných šířek obou míst je 46,5 º. O tuto hodnotu se zmenší úhel dopadajících paprsků. Výsledek tedy získáme jako rozdíl 90 º – 46,5 º = 43,5 º. Dostupné z Metodického portálu www.rvp.cz, ISSN: 1802-4785, financovaného z ESF a státního rozpočtu ČR. Provozováno Výzkumným ústavem pedagogickým v Praze.

Úkol 7 Úkol 7: Kde dopadají 22. 12. sluneční paprsky v poledne pod úhlem 30 º? Řešení: Pod úhlem 90 º dopadají toho dne na obratníku Kozoroha (23,5 º j. š.). 30 º je hodnota o 60 º menší. Hledané místo je tedy vzdáleno od obratníku Kozoroha 60 º. Proto jsou hledanými místy rovnoběžky 83,5 º j. š. a 36,5 º s. š. Dostupné z Metodického portálu www.rvp.cz, ISSN: 1802-4785, financovaného z ESF a státního rozpočtu ČR. Provozováno Výzkumným ústavem pedagogickým v Praze.

Zdánlivý pohyb Slunce Přestože jsou během rovnodennosti den i noc stejně dlouhé, zdánlivá dráha Slunce na obloze se na různých zeměpisných šířkách liší. Na obrázku jsou znázorněné zdánlivé dráhy Slunce na rovníku a na 50 º s. š. Úkol 8: Pokuste se odhadnout, jak bude vypadat v tento den zdánlivá dráha Slunce na severním pólu. Obr. 12:<http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Equinox-0.jpg> Obr. 13:<http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Equinox-50.jpg> Dostupné z Metodického portálu www.rvp.cz, ISSN: 1802-4785, financovaného z ESF a státního rozpočtu ČR. Provozováno Výzkumným ústavem pedagogickým v Praze.

Úkoly 9 a 10 Úkol 9: Kde na Zemi může nastat situace, že se Slunce nachází přímo v zenitu (nadhlavníku) a sluneční paprsky dopadají na povrch pod úhlem 90 º? Řešení: Pouze v pásu mezi obratníkem Raka a obratníkem Kozoroha. Úkol 10: Na kterou světovou stranu bude v poledne směřovat stín člověka nacházejícího se na 10 º j. š.? 21. 3. 21. 6. 22. 12. 21. 3. a 21. 6. na jih a 22. 12. na sever. Dostupné z Metodického portálu www.rvp.cz, ISSN: 1802-4785, financovaného z ESF a státního rozpočtu ČR. Provozováno Výzkumným ústavem pedagogickým v Praze.

Precese Vlivem nepravidelného rozložení hmoty na Zemi dochází gravitačním působením okolních těles (především Slunce a Měsíce) ke krouživému pohybu zemské osy (na obrázku vyznačen písmenem P). Zemská osa opisuje při tomto pohybu plášť dvojkužele s vrcholem ve středu Země. Jedna otočka trvá přibližně 25765 let (Platónský rok). Tento pohyb se nazývá precese. Obr. 14:<http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Praezession.png> Dostupné z Metodického portálu www.rvp.cz, ISSN: 1802-4785, financovaného z ESF a státního rozpočtu ČR. Provozováno Výzkumným ústavem pedagogickým v Praze.

Nutace Přes precesní pohyb se překládá ještě jeden pohyb, který je na schématu vlevo znázorněn písmenem N. Tento vlnivý pohyb zemské osy se nazývá nutace. Hlavní příčinou nutace je periodicky se měnící postavení Měsíce a Slunce vůči Zemi. Obr. 15:<http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Praezession.png> Dostupné z Metodického portálu www.rvp.cz, ISSN: 1802-4785, financovaného z ESF a státního rozpočtu ČR. Provozováno Výzkumným ústavem pedagogickým v Praze.

Nebeský pól a nebeský rovník Nebeský pól je místo, kde zemská osa protíná nebeskou sféru. Na obrázku označen „NORTH (SOUTH) CELESTIAL POLE“. Nebeský rovník je průnik roviny světového rovníku s nebeskou sféru. Na obrázku označen „CELESTIAL EQUATOR“. Obr. 16:<http://en.wikipedia.org/wiki/Image:AxialTiltObliquity.png> Dostupné z Metodického portálu www.rvp.cz, ISSN: 1802-4785, financovaného z ESF a státního rozpočtu ČR. Provozováno Výzkumným ústavem pedagogickým v Praze.

Důsledky precese Vlivem precese se mění poloha nebeského pólu. Zatímco v současné době lze pro určování severu na severní polokouli použít hvězdu Polárku ze souhvězdí Malého vozu, za 10 000 let bude stejnou úlohu plnit Deneb ze souhvězdí Labutě a o dalších 2000 let později Vega ze souhvězdí Lyry. Obr. 17:<http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Precession_N.gif> Dostupné z Metodického portálu www.rvp.cz, ISSN: 1802-4785, financovaného z ESF a státního rozpočtu ČR. Provozováno Výzkumným ústavem pedagogickým v Praze.

Úkol 11 Úkol 11: Urči výšku severního nebeského pólu nad obzorem pro pozorovatele na severní polokouli, který stojí na místě se zeměpisnou šířkou φ. Pro odvození využij schéma vpravo. Obr. 18: Zdroj: Petr Doubrava Dostupné z Metodického portálu www.rvp.cz, ISSN: 1802-4785, financovaného z ESF a státního rozpočtu ČR. Provozováno Výzkumným ústavem pedagogickým v Praze.

Řešení úkolu 11 Řešení: Výšce nebeského rovníku nad obzorem odpovídá úhel β. Dále vidíme, že: γ = 90 º – φ a také: β = 90 º – γ neboli: β = 90 º – (90 º – φ) tedy β = φ Výška nebeského pólu nad obzorem odpovídá zeměpisné šířce místa pozorování. Obr. 19: Zdroj: Petr Doubrava Poznámka: Směr k Polárce ze středu Země je stejný jako z místa pozorování A, protože vzdálenost těchto míst je zanedbatelná oproti vzdálenosti Země od Polárky. Dostupné z Metodického portálu www.rvp.cz, ISSN: 1802-4785, financovaného z ESF a státního rozpočtu ČR. Provozováno Výzkumným ústavem pedagogickým v Praze.

Úkol 12 Úkol 12: Pro určování severu se v současnosti nejlépe hodí hvězda Polárka, která je od severního nebeského pólu vzdálená necelý jeden stupeň. Z jakých míst na Zemi můžeme tuto hvězdu na obloze pozorovat? Při řešení zanedbejte vzdálenost Polárky od severního nebeského pólu. Řešení: Přímo v nadhlavníku se severní nebeský pól nachází na severním pólu. Postoupíme-li o jeden stupeň na jih, sníží se výška nebeského pólu nad obzorem o jeden stupeň. Na rovníku bude Polárka o 90 º níže, tedy přímo na obzoru. Na jižní polokouli se již bude nacházet trvale pod hranicí obzoru. Viditelná je pouze ze severní polokoule. Dostupné z Metodického portálu www.rvp.cz, ISSN: 1802-4785, financovaného z ESF a státního rozpočtu ČR. Provozováno Výzkumným ústavem pedagogickým v Praze.

Poznámka k nebeskému pólu Všechny hvězdy zdánlivě vykonávají kruhové dráhy kolem nebeského pólu (a tedy kolem Polárky). Na snímku s dlouhou expozicí jsou zachyceny části těchto kružnic. Jak jsme již odvodili, odpovídá výška Polárky zeměpisné šířce místa pozorování. Na 50 º s. š. se tedy nachází 50 º nad obzorem. Obr. 20:<http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Star_trails_over_mountain.jpg> Dostupné z Metodického portálu www.rvp.cz, ISSN: 1802-4785, financovaného z ESF a státního rozpočtu ČR. Provozováno Výzkumným ústavem pedagogickým v Praze.

Zdroje a licence použitých obrázků Obr. 1: <http://cs.wikipedia.org/wiki/Soubor:The_Earth_seen_from_Apollo_17.jpg> Licence: public domain Obr. 2:<http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Bild:Rotating_earth_(large).gif&filetimestamp=20041218213600> Licence: Creative Commons Attribution ShareAlike 3,0, Autor: Marvel Obr. 3:<http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Tiempo_sid%C3%A9reo.en.png> Licence: Creative Commons Attribution ShareAlike 2.5, Autor: Javier Blanco Obr. 4:<http://de.wikipedia.org/wiki/Bild:Sidereal_day_(prograde).png> Licence: Creative Commons Attribution ShareAlike 3,0, Autor: Gdr Obr. 5:<http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Geoz_wb_en.jpg> Licence: Creative Commons Attribution ShareAlike 2.5, Autor: Niko Lang Obr. 6:<http://cs.wikipedia.org/wiki/Soubor:Ob%C4%9B%C5%BEn%C3%A1_dr%C3%A1ha.jpg> Licence: Creative Commons Attribution ShareAlike 2.5, Autor: Pastorius Obr. 7:<http://en.wikipedia.org/wiki/Image:North_season.jpg> Licence: Creative Commons Attribution ShareAlike 2.5, Autor: Tau’olunga Obr. 8, 10:<http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Earth-lighting-equinox_EN.png> Licence: Creative Commons Attribution ShareAlike 2.0, Autor: Blueshade Obr. 9:<http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Earth-lighting-summer-solstice_EN.png> Licence: Creative Commons Attribution ShareAlike 2.0, Autor: Blueshade Obr. 11:<http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Earth-lighting-equinox_EN.png> Licence: Creative Commons Attribution ShareAlike 2.0, Autor: Blueshade Obr. 12:<http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Equinox-0.jpg> Licence: Creative Commons Attribution ShareAlike 2.5, Autor: Tau’olunga Obr. 13:<http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Equinox-50.jpg> Licence: Creative Commons Attribution ShareAlike 2.5, Autor: Tau’olunga Obr. 14, 15:<http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Praezession.png> Licence: Creative Commons Attribution ShareAlike 3,0, Autor: Herbay Obr. 16:<http://en.wikipedia.org/wiki/Image:AxialTiltObliquity.png> Creative Commons Attribution ShareAlike 3.0, Autor: Dna-Webmaster Obr. 17:<http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Precession_N.gif> Creative Commons Attribution ShareAlike 2.5, Autor: Tau’olunga Obr. 18, 19: Zdoj: Petr Doubrava (Autor povoluje další šíření obrázku pod licencí public domain). Obr. 20:<http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Star_trails_over_mountain.jpg> Licence: Creative Commons Attribution ShareAlike 2.0, Autor: TopTechWriter.US Dostupné z Metodického portálu www.rvp.cz, ISSN: 1802-4785, financovaného z ESF a státního rozpočtu ČR. Provozováno Výzkumným ústavem pedagogickým v Praze.

Zdroje faktických údajů Hodnota astronomické jednotky: dostupné z www: <http://cs.wikipedia.org/wiki/Astronomick%C3%A1_jednotka> Délka siderického dne: dostupné z www: <http://cs.wikipedia.org/wiki/Hv%C4%9Bzdn%C3%BD_%C4%8Das> Délka Platónského roku: dostupné z www: <http://en.wikipedia.org/wiki/Great_year> Dostupné z Metodického portálu www.rvp.cz, ISSN: 1802-4785, financovaného z ESF a státního rozpočtu ČR. Provozováno Výzkumným ústavem pedagogickým v Praze.