Sva Zemljina gibanja (II)

Prošli put pisali smo o najpoznatijem nam gibanju našeg planeta - rotaciji. Osim toga što rotira, naš inače "zvrkasti" planet sudjeluje i u raznolikim svemirskim gibanjima.

Požutjele stranice skrivaju puno zaboravljenih znanja
Članak
0Komentari
Broj otvaranja5903


Rubrika Škrinjica donosi vam tekstove od prije nekoliko desetljeća, kao osvrt i podsjetnik na neka druga vremena u kojima su se ljudi također bavili znanošću ali malo drugačije negoli je to danas običaj. Odabrali smo tekstove koje su nekada pisali naši prijatelji i kolege od kojih smo učili kako se baviti znanošću, ali i kako bismo ih izvukli iz zaborava. Nadamo se da ćete uživati čitajući ih.

Tekst je napisao Drago Roša, a objavljen je u časopisu Čovjek i svemir broj 3-4, iz 1988-1989. godine.

Prošli put pisali smo o najpoznatijem nam gibanju našeg planeta - rotaciji. Osim toga što rotira, naš inače "zvrkasti" planet sudjeluje i u raznolikim svemirskim gibanjima. Više o tome možemo pročitati u ovom prilogu.

Revolucija Zemlje

Uz to što rotira, naš planet giba se i oko Sunca, baš kao i svi ostali članovi planetnog sustava: veliki i mali planeti, kometi i meteori. Zemljina putanja je blago razvučena elipsa u čijem jednom žarištu se nalazi Sunce. Pretpostavimo li da je Zemljina godišnja putanja kružnica, radijusa jednakog srednjoj udaljenosti Zemlja-Sunce (1 astronomska jedinica = 150.000.000 km), lako možemo izračunati da uslijed revolucije Zemlje u društvu s našim planetom svake sekunde prijeđemo put od 30 km! Pri tome, brzina tijekom godine nije jednaka. Kada smo, zbog eliptične putanje Zemlje, bliži Suncu gibamo se nešto brže nego onda kada smo udaljeniji od Sunca. Uz to, gledajući sa Sunca, brzina noću nam je veća nego danju, jer naš se planet oko Sunca giba u istom smjeru u kojem i rotira, pa se noću brzini revolucije pribraja još i komponenta brzine rotacije. Hipotetičnim stanovnicima Venere ova brzina bila bi veća danju, jer planet Venera rotira u suprotnom smjeru od smjera svoje revolucije.

Naslovnica časopisa Čovjek i svemir broj 3-4, iz 1988/1989. godine.
Uslijed revolucije našeg planeta, Sunce prividno tijekom godine opiše veliki krug u odnosu na udaljene zvijezde "stajačice". Ova prividna godišnja putanja Sunca po zvjezdanoj pozadini naziva se nebeska ekliptika i ona je projekcija Zemljine godišnje putanje na nebeski svod. Već prvi promatrači neba uočili su godišnje gibanje Sunca po ekliptici, davajući posebno značenje zviježđima kroz koja prividno prolazi Sunce, Mjesec a i većina planeta. Određeni period godine mogao se tako odrediti "boravljenjem" Sunca u jednom od zviježđa zodijaka. Uvedeni su i tzv. znaci zodijaka koji su dijelili ekliptiku u dvanaest jednakih dijelova "dugih" 30 stupnjeva. Takva podjela utemeljena prije nekoliko tisućljeća, održala se i do današnjih dana, a naročito u posljednje vrijeme u popularnoj astrološkoj praksi koja je mnogima nažalost jedina dodirna točka sa znanjima astronomije.

Kako ćemo uskoro vidjeti, naš "zvrkasti" planet kao da nije htio ići na ruku astrolozima, pa je za proteklih dvije tisuće godina napravljen raskorak između znakova i zviježđa zodijaka. Zato ako i vjerujete horoskopima, za koje se nalazi dosta mjesta u zabavnoj literaturi, onda slobodno možete koristiti tumač i Vašeg susjednog znaka. No, vjerovanje ostavimo za slobodan izbor, a sada pokušajmo pronaći bar nekoliko egzaktnih dokaza gibanja našeg planeta oko Sunca. Netko bi pomislio da su ti dokazi vrlo očiti, ali…

Prividno godišnje gibanje Sunca ne možemo smatrati dokazom revolucije našeg planeta, jer ovo gibanje uvijek nas ostavlja u dilemi: da li se u stvarnosti giba Zemlja ili Sunce? Koliko je bilo izraženo uvjerenje o nepomičnosti našeg planeta najbolje nam kazuje povijest astronomije. Prisjetimo se činjenice da je teorija o heliocentričnom sustavu svijeta prihvaćena tek nakon dugog srednjevjekovnog zastoja u razvitku znanosti i to zahvaljujući radovima velikih znanstvenika od kojih su najpoznatiji Kopernik, Galilej i Newton. Možda će neke čitatelje začuditi i činjenica da su prvi egzaktni dokazi revolucije našeg planeta ostvareni tek u XVIII i XIX stoljeću. Oni su bili temeljeni na astronomskim opažanjima i mjerenjima i ovdje ćemo ukratko opisati tri takva dokaza.

Jedan od njih vezan je uz tzv. paralaksu zvijezda, metodu pomoću koje su započela prva točna mjerenja udaljenosti zvijezda. Ova metoda temelji se na prividnim promjenama položaja zvijezda tijekom godine do kojih dolazi zbog revolucije Zemlje. Da bi zvijezde morale mijenjati položaje na nebeskom svodu tijekom godine nagovijestio je još Aristotel u IV stoljeću prije nove ere. Međutim, on je neopazivši promjene položaja zvijezda ovu činjenicu upotrijebio kao jedan od osnovnih dokaza svojoj geocentričnoj teoriji, prema kojoj je nepomična Zemlja središnje tijelo svemira. Nepuno stoljeće nakon toga, pojavljuje se u Staroj Grčkoj ideja da je Sunce središnje tijelo našeg planetnog sustava.

Njen utemeljitelj bio je astronom Aristarh, koji je nepromijenjen položaj zvijezda tijekom godine tumačio time da je sfera kojoj one pripadaju beskonačno velika s obzirom na veličinu Zemljine staze kojom se ona giba oko Sunca. Slično tumačenje dao je mnogo kasnije veliki Nikola Kopernik, koji je, između ostalog, predvidio da bi se na temelju veličine promjene položaja određene zvijezde mogla izmjeriti njena udaljenost. Najbliže nam zvijezde toliko su daleko da su njihove godišnje promjene položaja reda veličine 1" i manje - paralaksa svim zvijezdama (osim Sunca za koga ovako definirana paralaksa nema smisla) je manja od 1". Stoga nije ni čudno što su pokušaji Aristarha, pa i znamenitog opažača Tyha Brachea u određivanju zvjezdane (ili godišnje) paralakse bili bezuspješni.
Tek u XIX stoljeću astronomski instrumenti dostigli su odgovarajuću preciznost i godine 1838. F. Bessel uspio je izmjeriti paralaksu jednoj zvijezdi u zviježđu Labuda. Bio je to nesumnjiv dokaz revolucije Zemlje. Još ranije otkrivena je i tzv. aberacija svjetlosti (J. Bradley, 1727. god), pojava koja se očituje u periodičnim promjenama položaja zvijezda tijekom godine, a uvjetuje je konačnost brzine svjetlosti i gibanje opažača s obzirom na izvor svjetlosti. Opažene godišnje promjene položaja zvijezda dokaz su revolucije Zemlje, dok su dnevne promjene položaja zvijezda (dnevna aberacija) još jedan astronomski dokaz rotacije našeg planeta.

Na kraju, spomenimo još jedan dokaz revolucije Zemlje koji je izveden iz astronomskih opažanja, a koji se temelji na Dopplerovom efektu. To je pojava koja se opaža kod izvora valova u relativnom gibanju prema opažaču. Pri udaljavanju izvora opažač ustanovljava povećanje valne duljine valova koje emitira izvor, dok je u slučaju približavanja izvora situacija suprotna (dolazi do smanjenja valne duljine emitiranih valova). Mjereći iznos promjene valne duljine u spektru izvora moguće je i odrediti iznos radijalne brzine gibanja izvora. Zemlja se u svom godišnjem gibanju u pojedinim trenucima izvjesnim zvijezdama približava dok se istovremeno od određenih udaljuje.

Opažanje Dopplerova efekta u, spektrima ovih zvijezda pokazalo je da one čine periodične pomake koji odgovaraju relativnoj promjeni brzine do maksimalno 30 km/s.
Pored mnogobrojnih prividnih posljedica, revolucija našeg planeta ostavlja i fizički trag na Zemlji.
Nepromijenjenost orijentacije Zemljine osi rotacije, koja je prema ravnini njene putanje oko Sunca priklonjena za 66°,5 uvjetuje tako izmjenu godišnjih doba, a uz gibanje Zemlje oko Sunca vezane su i od davnina uočene pojave plima i oseka vodenih a također i zračnih masa našeg planeta. Naime, gravitacijska sila Sunca u kombinaciji s centrifugalnom silom revolucije uvjetuje svakodnevne Sunčeve plime i oseke. Uslijed istih razloga (revolucije Zemlje i Mjeseca oko njihova zajedničkog težišta), dolazi i do mnogo izraženijih morskih mijena uvjetovanih Mjesečevim djelovanjem.
Kada bismo detaljnije proučavali opisana gibanja našeg planeta spoznali bismo mnoge druge zanimljive pojedinosti, a istovremeno ne bismo mogli zaobići jedno Zemljino gibanje čije su posljedice poznate još iz ranog doba razvitka astronomije.
Ono se naziva precesija Zemlje.

Planet Zemlja - kao zvrk

Kada bi naš planet bio oblika kugle unutar koje bi gustoća materije ovisila samo o udaljenosti od njena središta tada bi gravitacijski utjecaji ostalih tijela Sunčeva sustava bili potpuno isti kao da je čitava masa Zemlje koncentrirana u njenom središtu.
Međutim, Zemlja je spljoštena (ekvatorski polumjer je za 21 km veći od polarnog) tako da je možemo smatrati rotacionim elipsoidom kome je os vrtnje priklonjena prema ekliptici (66°,5). Privlačna sila Sunca djeluje jače na Suncu bliže ekvatorsko ispupčenje Zemlje nego na ono koje je udaljenije. Gledajući iz središta našeg planeta, na ekvatorskim izbočinama javlja se par sila koje nastoje ispraviti Zemljinu os rotacije i dovesti je u položaj okomit na ravninu ekliptike. Ipak, to se ne događa, već os rotacije Zemlje opisuje stožac kojem bridovi zatvaraju kut od 23°,5 stupnjeva prema okomici na ekliptiku.

Ovo gibanje Zemlje, koje je potpuno analogno gibanju zarotiranog zvrka, recimo onog iz poznate igre "daj-uzmi", naziva se precesija. Period precesije iznosi 25.800 godina i za to vrijeme sjeverni nebeski pol jednom obiđe sjeverni nebeski pol ekliptike. U istom periodu sjecišta nebeskog ekvatora i ekliptike (proljetna i jesenja točka) jednom "proputuju" ekliptiku i to gibajući se u suprotnom smjeru od prividnog godišnjeg gibanja Sunca. Tako se svake godine proljetna točka pomakne približno za 50" gibajući se ususret Suncu, što izaziva razliku u trajanju zvjezdane i tropske godine (tropska godina traje oko 20 minuta kraće).

Upravo na temelju toga i činjenice da sjeverni nebeski pol mijenja svoj položaj na zvjezdanoj pozadini, pojavu precesije otkrio je još u drugom stoljeću prije nove ere znameniti grčki astronom Hiparh. Najveći utjecaj na precesiono gibanja Zemlje imaju Sunce i Mjesec, dok su utjecaji planeta gotovo zanemarivi. Uz to posebnost Mjesečeva gibanje uvjetuje da sjeverni nebeski pol ne opisuje kružnu putanju već blagu "valovitu" liniju s periodom od oko 18 godina (što se naziva nutacija).



Godišnje prividno gibanje Sunca odraz je revolucije našeg planeta, a putanja Sunca na nebeskom svodu (nebeska EKLIPTIKA) projekcija je stvarne Zemljine staze oko Sunca. Pojas na nebeskoj sferi širok 16° koga ekliptika raspolovljava i unutar kojeg se gibaju Sunce, Mjesec i većina planeta naziva se zodijak. Ekliptika i nebeski ekvator (projekcija ekvatora Zemlje na nebeski svod) tvore kut od 23°,5 i sijeku se u dvije ekvinocijske točke: proljetnoj i jesenjoj točki. Dolazak Sunca u ove točke određuje astronomske početke proljeća i jeseni.
Od davnina zodijak je počevši od proljetne točke razdijeljen u dvanaest jednakih dijelova od po 30° koji se nazivaju znaci zodijaka: Ovan, Bik, Blizanci (proljetni znaci); Rak, lav, Djevica (ljetni znaci); Vaga, Škorpion, Strijelac (jesenji znaci); Jarac, Vodenjak, Ribe (zimski znaci). Zbog precesije ne podudaraju se danas znaci zodijaka s istoimenim zviježđima zodijaka (uzgred recimo da nebeska ekliptika prolazi i zviježđem Zmijonosca). Danas se, naime, proljetna točka nalazi u zviježđu Riba, dok je prije 2.000 godina kada je uvedena ova nomenklatura proljetna točka bila u zviježđu Ovna.



Zbog revolucije Zemlje zvijezde prividno mijenjaju položaje na nebeskom svodu. Ova pojava opaža se samo kod relativno malog broja bližih zvijezda i ona nam omogućuje, mjereći kut p (tzv. paralaksu zvijezde) određivanje njihovih udaljenosti. U ovisnosti o položaju zvijezde u odnosu na ravninu ekliptike godišnja prividna putanja može biti kružnica, elipsa ili ravna linija, kao što je naznačeno na priloženom crtežu. Metoda određivanja udaljenosti zvijezde pomoću paralakse upotrijebljena je za definiciju jedne od osnovnih jedinica za mjerenje udaljenosti u astronomiji. To je tzv. parsek, a on odgovara udaljenosti u kojoj bi promatrani objekt imao paralaksu od 1".

Dakle, iz udaljenosti od jednog parseka udaljenost Zemlje od Sunca vidjela bi se pod kutom od 1". Da bismo stekli predodžbu koliki je to kut i pripadna udaljenost, spomenimo da bi pod istim kutom visinu prosječnog čovjeka vidjeli iz udaljenosti od nekoliko stotina kilometara! Jedan parsek iznosi 3,262 godina svjetlosti, a kako znamo, brzina svjetlosti je put prijeđen brzinom od famoznih 300.000 km/s za vrijeme od jedne godine.



Nagnutost Zemljine osi rotacije prema ravnini ekliptike i nepromijenjenost njene orijentacije u prostoru tijekom godine, razlog je izmjeni godišnjih doba na našem planetu. Potražimo obrazloženje ovoj pojavi "gledajući" iz sustava našeg planeta. Kako znamo, zbog revolucije Zemlje, Sunce se tijekom godine prividno giba po ekliptici koja s nebeskim ekvatorom (projekcijom ekvatora Zemlje na nebeski svod) tvori kut £ = 23°,5 (točnije 23°27'), kao što je prikazano na lijevom crtežu. Nebeski ekvator i ekliptika sijeku se u dvije EKVINOCIJSKE TOČKE: proljetnoj, i jesenjoj. Kada se središte diska Sunca nađe u ovim točkama astronomski otpočinje proljeće odnosno jesen.

U svom prividnom godišnjem gibanju, Sunce se od nebeskog ekvatora najviše udaljuje za spomenutih 23°,5 prema sjeveru ili prema jugu, dolazeći u tim trenucima u još dvije karakteristične tzv. TOČKE SOLSTICIJA: ljetnog i zimskog, čime su određeni astronomski počeci ljeta i zime. Pri tome treba naglasiti da se zbog blage eliptične putanje Zemlje, Sunce prividno giba nešto brže zimi nego ljeti, jer je Zemlja u zimskom periodu bliža Suncu, pa se ujedno i giba brže u svom kruženju oko naše zvijezde (prisjetimo se II Keplerovog zakona).

Kako Sunce "proputuje" nebeskom ekliptikom za godinu dana, i opiše tako s obzirom na opažača puni kut (360°, to je njegov dnevni put u ovom gibanju približno dug 1°. Zadržimo u mislima godišnje gibanje Sunca i razmotrimo uz pomoć desnog crteža kako se ono odražava na dnevno gibanje Sunca uvjetovano rotacijom našeg planeta. Na crtežu su prikazani elementi nebeske sfere za promatrača u mjestu na sjevernoj zemaljskoj polutci s geografskom širinom φ. Kako znamo, sjeverni nebeski pol nalazi se u visini φ nad horizontom, a kut između ravnine horizonta i ekvatora je 90° - φ. Za vrijeme ekvinocija-trenutka kada se Sunce nalazi na nebeskom ekvatoru, ono uslijed rotacije Zemlje dostiže toga dana najvišu visinu nad horizontom h = 90° - φ, a dnevni i noćni luk prividnog gibanja Sunca jednake su duljine. Tog datuma u godini dan i noć jednako su dugi.

U doba ljetnog solsticija najveća visina nad horizontom koju dostiže Sunce je h = /90° - φ/  + 23°,5. Tada su za opažača dani najduži, jer je dnevni luk Sunca najveći, dok je za vrijeme zimskog solsticija suprotno. Tako Sunčeve zrake ljeti padaju pod mnogo većim kutom na tlo nego zimi, pa je grijanje površine Zemlje efektnije, ali i dugotrajnije, jer je dnevno sijanje Sunca mnogo duže ljeti nego zimi.

Kada Zemlja ne bi imala atmosferu koja lomi i raspršuje Sunčevu svjetlost, promatrajući sa sjevernog pola, godina bi se sastojala od jedne duge noći kada je Sunce "ispod" ravnine ekvatora (za narednu godinu bilo bi to od 20. III do 23. IX), a preostalo vrijeme Sunce bi bilo nad horizontom, dostižući svoju najveću visinu od 23°,5 dana. 21. VI. Za mjesta u blizini ekvatora Zemljina, Sunce je u doba kulminacije uvijek u blizini zenita. Promatrajući s ekvatora (φ = 0°) zenitom prolazi za vrijeme ekvinocija, a najniže kulminacije Sunca (udaljene 23°,5 od zenita) nastupaju u doba solsticija.

Za opažača na 23°,5 sjeverne geografske širine Sunce kulminira u zenitu u doba ljetnog solsticija, a za opažača na 23°,5 južne geografske širine za zimskog solsticija. Paralele na našem planetu na 23°,5 sjeverne i južne polutke nazivaju se SJEVERNA i JUŽNA OBRATNICA ili prema znacima zodijaka Rakova i Jarčeva obratnica, premda se u naše doba Sunce u tim trenucima nalazi u zviježđima Blizanaca i Strijelca. Čitatelju preporučujemo da si predoči osobitosti dnevnog gibanja Sunca za opažača na 66°,5 sjeverne i južne geografske širine, tj. na paralelama koje se nazivaju POLARNICE.



Na gornjem lijevom crtežu prikazano je gibanje zvrka. Dok je zvrk u stanju brze vrtnje on pod utjecajem sile teže ne pada na tlo, već njegova os vrtnje opisuje u prostoru stožac oko okomice na tlo. Pri tome je nagib osi rotacije prema tlu konstantan (jasno, sve do onog trenutka kada se uslijed trenja ne počne smanjivati brzina vrtnje zvrka). Kako je naš planet spljošten i uz to mu je os vrtnje priklonjena prema ravnini ekliptike onda gravitacijski utjecaji Sunca i Mjeseca uvjetuju slično precesiono gibanje Zemljine osi rotacije (desni crtež).




Posljedice precesije Zemlje očituju se i u pomicanju sjecišta nebeskog ekvatora i ekliptike (proljetne i jesenje točke) ususret Suncu, kao što je za dva vremenska trenutka prikazano na lijevom crtežu. Proljetna točka zbog ove pojave "proputuje" po ekliptici za vrijeme od oko 26.000 godina (PLATONOVA GODINA), pa prema tome ona približno svakih 2.000 godina "proboravi" u jednom od zviježđa zodijaka. U periodu precesije sjeverni nebeski pol opiše kružnu putanju oko sjevernog pola ekliptike (desni crtež).



Gdje se nalaze nama najbliže zvijezde?

Sunce u središtu djelića svemirskog prostora dimenzija 15x15x15 svjetlosnih godina i Suncu najbliže zvijezde. Nama najbliža, što joj i samo ime kaže, jest zvijezda Proksima u zviježđu Centaur. Ona, iz naših krajeva nije vidljiva, ali da bi se uopće mogla i vidjeti, treba koristiti teleskop, jer je njena prividna zvjezdana veličina, tj. prividni sjaj ili magnituda oko 11. To znači da je oko stotinjak puta slabijeg sjaja (prividno), od zvijezda još uvijek vidljivih prostim okom. Alfa Centaura se od nas nalazi na oko 4,4 svjetlosne godine i spada među sjajnije zvijezde južnog neba. Barnardova zvijezda je na oko 5,9 s. g. i također nije vidljiva golim okom. Sirius je na oko 8,6 s.g., ali je toliko sjajan, da na našem nebu blista kao najsjajnija zvijezda.
GUK

Tematski povezani članci
Sva Zemljina gibanja (I)
Bez komentara
Želiš komentirati? Klikni!