Pašėlęs Žemės judėjimas, apie kurį turbūt nė nepagalvojate

Žiemos šventės – nuo Saulėgrįžos iki Naujųjų metų – yra puikus laikas pagalvoti apie Žemės judėjimą kosmose. Daugelis žinome, kad Saulėgrįžos metu šiaurinis Žemės pusrutulis yra nusisukęs toliausiai nuo Saulės, todėl ir dienos čia trumpiausios. Naujieji metai, nors ir neturėdami astronominės reikšmės, primena apie Žemės sukimąsi ratu aplink Saulę. Bet Žemė juda ir kitaip – jos ašis sukasi ir svyruoja dangaus ir netgi pačios planetos paviršiaus atžvilgiu. Apie tai, kaip iš tikro Žemė juda kosmose, kviečiu skaityti paskutiniajame šių metų pažintiniame straipsnyje.

Lengviausiai pastebimas Žemės judėjimas yra sukimasis aplink savo ašį. Dėl jo sukasi dangaus skliautas ir kiekvieną parą jame esanti Saulė, Mėnulis bei žvaigždės apsuka vieną ratą.

Žemės pusiaujas dėl sukimosi juda maždaug 460 metrų per sekundę greičiu, Lietuva, esanti 55 laipsnių šiaurės platumoje, – apie 260 metrų per sekundę. Greičiai labai dideli, palyginami su garso greičiu ore (330 metrų per sekundę įprastomis sąlygomis), bet jų nejaučiame, nes kartu su mumis juda visa aplinka, įskaitant atmosferą. Dėl to ilgą laiką žmonės galvojo, kad Žemė yra stacionari, o visas likęs kosmosas sukasi aplink ją.

Ginčai apie tai, kas iš tiesų sukasi – Žemė ar kosmosas – galutinai užbaigti tik XIX amžiuje, kai prancūzų fizikas Leonas Fuko (Léon Foucault) suprato, jog besisukančioje planetoje pakabinta švytuoklė svyruotų kitaip, nei nesisukančioje.

Bet kokia švytuoklė, paleista kažkurioje plokštumoje, išlaiko šią svyravimų plokštumą, jei jos neveikia kitos jėgos. Tačiau jei planeta, kurioje kabo švytuoklė, sukasi aplink savo ašį, tai svyravimų plokštuma irgi sukasi planetos paviršiaus atžvilgiu. Pakabinęs ilgą sunkią švytuoklę Paryžiuje, Fuko akivaizdžiai parodė, kad Žemė sukasi, o švytuoklės tapo atrakcionais daugelyje šalių.

Žemės sukimosi greitis nėra visiškai pastovus. Jis nuolatos truputį kinta dėl žemės drebėjimų, tektoninių plokščių judėjimo ir kitų procesų. Šie pokyčiai yra menki, nesiekiantys vienos sekundės per metus.

Ilgesniu laikotarpiu Žemė po truputį lėtėja dėl Mėnulio keliamų potvynių. Mėnulis po truputį tolsta nuo Žemės, taip „išsinešdamas“ dalį Žemės sukimosi energijos.

Po daugybės milijardų metų, jei nesudegs Saulei tapus raudonąja milžine, Žemė sulėtės tiek, kad visą laiką į Mėnulį bus atsukusi vieną pusę, panašiai kaip Mėnulis dabar atsukęs vieną pusę į mus. Kol kas dėl šio lėtėjimo kartais tenka pataisyti laikrodžių parodymus, pridedant papildomą sekundę.

Per kiek laiko Žemė apsuka vieną ratą aplink ašį? Turbūt iškart pasakysite, kad per 24 valandas, nes tiek trunka para. Bet tai nėra tiesa – iš tikro vieną kartą Žemė apsisuka per 23 valandas, 56 minutes ir keturias sekundes. Šis periodas vadinamas siderine, arba žvaigždine, para ir nurodo, per kiek laiko vieną ratą apsuka žvaigždės dangaus skliaute. Dar tris minutes ir 56 sekundes Žemei užtrunka pasisukti tiek, kad vieną pilną ratą apsuktų Saulė, kuri žvaigždžių atžvilgiu dangaus skliaute nuolatos juda.

Taigi 24 valandos – saulinė para – yra laiko tarpas tarp dviejų vidurdienių. Trys minutės ir 56 sekundės yra beveik tiksliai viena 365-oji paros dalis. Toks santykis neatsitiktinis: per metus Saulė dangaus skliaute žvaigždžių atžvilgiu apsuka ratą ir grįžta į pradinę padėtį. Kitaip tariant, metuose yra 365 su trupučiu saulinės paros ir lygiai viena žvaigždine para daugiau.

Kad jau prakalbome apie metus, galime panagrinėti ir Žemės judėjimą aplink Saulę. Grubiai tariant, Žemė skrieja aplink Saulę apskritimu, kurio spindulys siekia apie 150 milijonų kilometrų, o judėjimo greitis – apie 30 kilometrų per sekundę. Šnekant tiksliau, Žemė ir Saulė juda aplink bendrą masės centrą, o Žemės orbita yra elipsinė.

Tiesa, bendro masės centro atstumas nuo Saulės centro tėra nutolęs per 450 kilometrų, taigi sakydami, kad Žemė sukasi aplink Saulę, klaidos praktiškai nedarome. Žemės orbitos elipsiškumas irgi nėra didelis – atstumas nuo Saulės kinta nuo 147,1 milijono iki 152,1 milijono kilometrų, arba maždaug trim procentais. Planetų ir palydovų orbitos įprastai aprašomos dydžiais, vadinamais didžiuoju pusašiu ir elipsiškumu (arba ekscentricitetu). Žemės didysis pusašis yra 149,6 milijono kilometrų, arba tiksliai vienas astronominis vienetas – tai yra šio vieneto apibrėžimas.

Elipsiškumas yra bedimensinis dydis, nurodantis, kiek „suplota“ yra orbita: nulinis elipsiškumas žymi tiksliai apskritiminę orbitą, vienetinis – parabolinę. Žemės orbitos elipsiškumas yra 0,0167, tačiau per tūkstančius metų šiek tiek kinta, nuo beveik tiksliai nulio iki 0,06. Mažiausias ir didžiausias nuotoliai nuo Saulės randami iš didžiojo pusašio atėmus arba prie jo pridėjus dydį, lygų to paties pusašio ir elipsiškumo sandaugai.