Вращение Земли

Параметры, характеризующие вращательное движение Земли.

Ньютон первым показал, что вращающаяся Земля должна быть эллипсоидом вращения, слабо сжатым у полюсов (так называемый сфероид).

Если предположить, что Земля симметрична относительно своей полярной оси, тогда у неё будет два главных момента инерции: А – относительно экваториальной и С – относительно полярной оси. Их можно определить следующим образом:

1. Величину (С – А) можно найти по формуле Мак-Кулло:

a – средний экваториальный радиус;

α – сжатие ((а – с)/а; а и с – большая и малая полуоси геоида;

2. Теория вращения симметричного тела позволяет по периоду прецессии определить величину постоянной прецессии (динамического сжатия) Земли Н = (С – А) / С. Для Земли Н = 0,003275 = 1/305.51.

Процессы, осложняющие вращение Земли

К ним относятся прецессия земной оси, нутация земной оси, приливные явления и колебания полюса.

Прецессия земной оси. Как известно, ось Земли имеет наклон к эклиптике (нормали к плоскости, проходящей через орбиты Земли и составляет 23,5º. Моменты количества движения, возникающие из-за действия Луны и Солнца на экваториальное вздутие, вызывают прецессию земной оси. Прецессией называется медленное вращение земной оси вокруг нормали к эклиптике Земли. Конус вращения составляет 47º и возврат земной оси к прежнему положению происходит через 25800 лет. Если бы прецессия не была такой медленной, то навигация по звёздам была бы очень сложной.

Средняя скорость прецессии земной оси составляет около 50,2″ в год и равна

где ω_р – угловая скорость вращения Земли

С, А – полярный и экваториальный моменты инерции Земли

М_Солнце – масса Солнца

R – радиус орбиты Земли вокруг Солнца

θ – угол, образованный экваториальной плоскостью Земли с экваториальной

круговой орбитой Солнца вокруг Земли.

Формула ω_рЛуна аналогична формуле ω_рСолнц

Нутация. Наряду с вращением земной оси вокруг вертикали происходят колебания оси в вертикальной плоскости, сопровождающиеся изменением по широте угла α в пределах от α₁ до α₂. Эти колебания земной оси называются нутацией. В зависимости от начальных условий конец земной оси вычерчивает на воображаемой сферической поверхности кривую, подобную гармонической частоте.

Приливные явления, обусловленные Луной и Солнцем

Градиент потенциала притяжения Луны вызывает появление приливных выступов на Земле, в частности, в океанах. Процессы диссипации энергии приводят к запаздыванию приливов. Градиент гравитационного потенциала приливного выступа создаёт силу, ускоряющую орбитальное движение Луны, и силу, замедляющую вращение Земли. Это заставляет Луну переходить на орбиты с возрастающими радиусами и убыванием её угловой скорости, т. е. в настоящее время Луна удаляется от Земли.

Замедление вращения Земли вызывается также и Солнцем. Однако на долю солнечных приливов приходится менее четверти всей диссипирующей энергии.