Co powoduje zmianę klimatu Ziemi? Co się stanie, jeśli Ziemia opuści swoją orbitę? Co może spowodować zmianę orbity Ziemi?

1. Zmiana nachylenia orbity w kierunku równika. Jest on wytwarzany poprzez włączenie silnika rakietowego we wznoszącym się węźle orbity (nad równikiem). Impuls jest wydawany w kierunku prostopadłym do kierunku prędkości orbitalnej;
2. Zmiana położenia (długości geograficznej) węzła wstępującego na równiku. Wytwarzany poprzez włączenie silnika rakietowego nad biegunem (w przypadku orbity polarnej). Impuls, podobnie jak w poprzednim przypadku, jest wydawany w kierunku prostopadłym do kierunku prędkości orbitalnej. W rezultacie węzeł wstępujący orbity przesuwa się wzdłuż równika, a nachylenie płaszczyzny orbity do równika pozostaje niezmienione.

Zmiana nachylenia orbity jest manewrem niezwykle energochłonnym. Zatem dla satelitów na niskiej orbicie (o prędkości orbitalnej około 8 km/s) zmiana nachylenia orbity do równika o 45 stopni będzie wymagała w przybliżeniu tej samej energii (przyrostu prędkości charakterystycznej) jak przy wejściu na orbitę - około 8 km/s. Dla porównania można zauważyć, że możliwości energetyczne promu kosmicznego pozwalają przy pełnym wykorzystaniu pokładowego zapasu paliwa (około 22 ton: 8,174 kg paliwa i 13,486 kg utleniacza w silnikach manewrowania orbitalnego) zmianę wartość prędkości orbitalnej wynosi zaledwie 300 m/s, a nachylenie odpowiednio (podczas manewru na niskiej orbicie kołowej) wynosi około 2 stopnie. Z tego powodu sztuczne satelity są wystrzeliwane (jeśli to możliwe) bezpośrednio na orbitę z docelowym nachyleniem.

Jednak w niektórych przypadkach zmiana nachylenia orbity jest nadal nieunikniona. Zatem podczas wystrzeliwania satelitów na orbitę geostacjonarną z kosmodromów na dużych szerokościach geograficznych (na przykład Bajkonur), ponieważ niemożliwe jest natychmiastowe umieszczenie urządzenia na orbicie o nachyleniu mniejszym niż szerokość kosmodromu, stosuje się zmianę nachylenia orbity . Satelita zostaje wystrzelony na niską orbitę referencyjną, po czym powstaje kolejno kilka pośrednich, wyższych orbit. Niezbędne do tego możliwości energetyczne zapewnia górny stopień zainstalowany na rakiecie nośnej. Zmiana nachylenia odbywa się w apogeum wysokiej orbity eliptycznej, ponieważ prędkość satelity w tym miejscu jest stosunkowo niska, a manewr wymaga mniej energii (w porównaniu do podobnego manewru na niskiej orbicie kołowej).

Obliczanie kosztów energii dla manewru zmiany nachylenia orbity

Obliczenie przyrostu prędkości () niezbędnego do wykonania manewru oblicza się ze wzoru:

• - ekscentryczność
• - argument perycentryczny
• - prawdziwa anomalia
• - epoka
• - półoś główna

Notatki

1. NASA. Magazynowanie i dystrybucja paliwa pędnego. NASA (1998). Pobrano 8 lutego 2008 r. Zarchiwizowano od oryginału 30 sierpnia 2012 r.
2. Paliwo do statków kosmicznych
3. Sterowanie ruchem statku kosmicznego, M. Wiedza. Kosmonautyka, astronomia - B.V. Rauschenbacha (1986).

zmiana nachylenia orbity Ziemi, zmiana nachylenia orbity planet, zmiana nachylenia orbity elektronu

Co 405 tysięcy lat orbita Ziemi wydłuża się, co prowadzi do masowego wymierania.

Naukowcy z Uniwersytetu Rutgers doszli do wniosku, że co 405 tysięcy lat orbita Ziemi wydłuża się pod wpływem grawitacji Jowisza i Wenus, co prowadzi do zmian klimatycznych na planecie i masowego wymierania – podaje raport.

Cykl trwający 405 tysięcy lat został przewidziany na podstawie obliczeń ruchu planet i obejmuje około 215 milionów lat. Również zmiany położenia biegunów magnetycznych planety są powiązane ze stopniem odchylenia od koła orbity Ziemi.

Naukowcy uzyskali szczegółowe dane na temat zmian kierunku pola magnetycznego po analizie osadów w Newark Rift Basin (New Jersey, USA) oraz skał osadowych w formacji geologicznej Chinle Formation.

Otrzymane próbki zawierały minerały cyrkonu przeplatane magnetytem, ​​który można wykorzystać do oceny stanu pola magnetycznego planety.

Uzyskane wyniki były zgodne z obliczeniami teoretycznymi, co pozwala na wykorzystanie cyklu do dokładniejszego datowania wydarzeń zachodzących na Ziemi, w tym wymierania triasu i jury, kiedy zniknęła duża liczba gatunków zwierząt, uwalniając nisze ekologiczne dla dinozaurów.

Orbita Ziemi- trajektoria Ziemi wokół Słońca w średniej odległości około 150 milionów kilometrów (152 098 238 km w aphelium, 147 098 290 km w peryhelium). Orbita ma kształt eliptyczny. Jeden obrót, tzw. rok gwiazdowy, trwa 365,2564 dni. Orbita ma długość ponad 940 milionów km. Środek baryłki Ziemi porusza się z zachodu na wschód ze średnią prędkością 29,783 km/s, czyli 107 218 km/h.

Nachylenie osi obrotu Ziemi – kąt pomiędzy płaszczyznami równika ciała niebieskiego a jego orbitą – wynosi 23,439281

Wahania na orbicie Ziemi mogą doprowadzić do nowej epoki lodowcowej: naukowcy

Orbita Ziemi zmienia się okresowo pod wpływem własnych wibracji planety, a także sił grawitacyjnych. Doprowadziło to w przeszłości do zmian klimatycznych na dużą skalę i może nastąpić ponownie w przyszłości.

Naukowcy są przekonani, że zmiany orbity Ziemi, takie jak wahania i przechylenia planety wokół własnej osi obrotu, a także rytmiczne wydłużanie jej kształtu orbity, wpływają na kształt dna morskiego na Ziemi.

Z raportu geologów z Uniwersytetu Harvarda wynika, że ​​naukowcy już wiedzieli, że wahania orbit, wywołane oddziaływaniem grawitacyjnym pomiędzy Słońcem a planetami Układu Słonecznego, często mogą osiągnąć takie rozmiary, że prowadzą do powstania tzw. lodu. wieczność. Na Ziemi zdarzyło się to co najmniej dwa razy.

Podczas cykli epoki lodowcowej większość wody zamienia się w lód, a następnie jest rozprowadzana między oceanami. Ostatecznie lód ponownie się nagrzewa i zamienia w wodę, co może prowadzić do zmian globalnego poziomu mórz nawet o 200 metrów. Te same cykle zmieniają ciśnienie na dnie oceanu i powodują wpływ na magmę Ziemi.

Teraz zespół naukowców z Harvardu odkrył również, że w rzeczywistości zmiany w dnie morskim zachodzą nie tylko w trakcie epoki lodowcowej i po niej, ale także pomiędzy nimi. Według obliczeń ekspertów wahania planetarne bezpośrednio wpływają na ilość skorupy oceanicznej, która może różnić się grubością do 1 km. Eksperci odkryli również, że zmiany w skorupie ziemskiej pociągają za sobą przemieszczenie grzbietów oceanicznych i pobliskich obszarów.

W ten sposób eksperci ujawnili, że Cieśnina Juana de Fuca, oddzielająca południe wyspy Vancouver od północno-zachodniej części stanu Waszyngton na północnym Pacyfiku, powstała właśnie w wyniku ruchu dna w okresie międzylodowcowym. Jego długość wynosi 153 km. Powstawał przez ostatnie 1 milion lat i to wahania orbitalne przyczyniły się do jego pojawienia się w obecnej formie.

Jest wiele filmów o katastrofach. Wiemy, co nas czeka, jeśli w planetę uderzą asteroidy, jeśli fale pływowe uderzą w Nowy Jork lub jeśli statek wycieczkowy nagle się wywróci i/lub zostanie zaatakowany przez potwora morskiego.

Niestety, skupiając naszą uwagę na tych mało prawdopodobnych katastrofach, reżyserzy zaniedbali te najbardziej nieprawdopodobne.

Co się stanie, jeśli księżyc zniknie?

Co by się stało, gdyby Księżyc po prostu przestał istnieć? Pierwszym zjawiskiem naturalnym, które przestanie działać, są przypływy i odpływy. Pływy oceaniczne powstają w wyniku siły grawitacji między Ziemią a Księżycem, ich ruchu względem siebie. Nagłe zniknięcie Księżyca całkowicie obaliłoby ten system. Będzie trochę ruchu. Fale nadal będą napływać na zachodnie wybrzeża kontynentów w wyniku obrotu Ziemi.

A przynajmniej tak będzie na początku, ponieważ to, co dzieje się na Ziemi, staje się nieprzewidywalne. Po utracie Księżyca Ziemia zacznie się poruszać niestabilnie, jak bączek dla dzieci, który tracąc prędkość obrotową, kołysze się, ale jeszcze nie opada. To będzie okropna przejażdżka! Ziemia będzie się poruszać albo obracając się prostopadle do płaszczyzny swojej orbity (innymi słowy, jedna z półkul, południowa lub północna, będzie zawsze znajdować się po słonecznej stronie, podczas gdy druga półkula będzie pogrążona w ciągłej ciemności), a następnie obracając się prawie równolegle do płaszczyzny orbity (co doprowadzi do zaniku pór roku, gdyż wszystkie dni będą trwały tę samą długość).

Śmiertelna precesja będzie trwać wystarczająco długo, aby zabić ostatnich pozostałych ludzi. Póki to trwa, zwykłe klęski żywiołowe nie pozwolą nam się nudzić. Księżyc oddziałuje grawitacyjnie zarówno na ląd, jak i na morze i według niektórych jest przyczyną ruchu kontynentów.

W rezultacie nastąpi gwałtowny wzrost aktywności wulkanicznej i trzęsienia ziemi. Jednocześnie wszystkie rośliny i zwierzęta, których okresy rozmnażania i migracji zależą od cyklu księżycowego, zostaną całkowicie zdezorientowane. Wstrząs, jaki dotknie populacje ryb, ptaków i owadów, spowoduje deformacje lokalnych systemów ekologicznych i doprowadzi do głodu i upadku społeczeństwa.

Poza tym noce będą ciemniejsze – i jeszcze trudniej będzie je dostrzec.

Co się stanie, jeśli Ziemia przestanie się obracać?

Jak ważny jest obrót Ziemi wokół własnej osi? Przez wieki nikogo nie obchodziło, czy w ogóle się obraca.

To, co się dokładnie stanie, zależy od tego, jak szybko Ziemia przestanie się obracać. Jeśli natychmiast przestanie się obracać, wszystko, co nie jest do niego przymocowane, odleci na wschód. (Wszystko, co jest zabezpieczone, prawdopodobnie podzieli się na dwie części). Przeżycie będzie zależeć od tego, jak blisko bieguna się znajdziesz (więc jeśli na równiku poniesie Cię na wschód z prędkością prawie 1610 km/h, to im bliżej biegunów będziesz, tym prędkość będzie mniejsza).

Jeśli obrót Ziemi zwolni w ciągu kilku tygodni, więcej ludzi doświadczy początkowej utraty napędu. Byłoby lepiej dla nich, aby dokładnie obliczyli, w jakim położeniu Ziemia się zatrzyma i jak najszybciej popędzią do granicy światła i ciemności. Zatrzymanie obrotu Ziemi oznaczałoby koniec cyklu dnia i nocy. Połowa świata będzie stale zwrócona ku słońcu, a druga połowa pogrąży się w wiecznej ciemności.

Jedna mała, ale bardzo interesująca konsekwencja zatrzymania obrotu Ziemi: wszystko na planecie stanie się trochę cięższe. Obrót Ziemi naraża nas na działanie siły odśrodkowej – ciągłego wypychania na zewnątrz, podobnego do tego, co czujemy siedząc w samochodzie, gdy gwałtownie skręca. Ta zewnętrzna siła zmniejsza naszą „ciężar” o około sto czterdzieści dwa gramy na każde czterdzieści pięć kilogramów wagi. Jeśli nie zostaniemy zdmuchnięci, będziemy mieli trudniejsze niż kiedykolwiek poruszanie się i przemieszczanie rzeczy na Ziemi.

Wpływ siły odśrodkowej jest najbardziej odczuwalny na równiku. I odczuwają to nie tylko ludzie, ale także woda. Ponieważ siła odśrodkowa przeciwdziała grawitacji, woda gromadzi się wyżej na równiku. W środkowej części Ziemi znajduje się wybrzuszenie wody, które po ustaniu obrotu Ziemi jest eliminowane przez spadek poziomu wody, która będzie płynąć w stronę biegunów. Jeśli nie zamarznie, a przepływ będzie szybki, woda zaleje ogromne obszary świata na północy i południu, odsłaniając ląd w rejonie równika.

Jeśli więc chcesz przetrwać, udaj się do środkowej części planety.

Co się stanie, jeśli orbita Ziemi zmieni się znacząco?

Zależy to od tego, jak radykalnie zmieni się orbita. Strefa odpowiednia do istnienia życia w naszym Układzie Słonecznym znajduje się w odległości od stu czterdziestu dwóch milionów kilometrów do dwustu czterech i pół miliona kilometrów od Słońca. Ponieważ jesteśmy teraz prawie 150 milionów kilometrów od gwiazdy, staje się jasne, że gdybyśmy mieli wybór, wolelibyśmy się oddalić, niż przybliżyć.

Trudno sobie wyobrazić, że możliwe byłoby zboczenie z kursu o osiem milionów kilometrów, ale ze wszystkich nieprawdopodobnych kataklizmów jest to najbardziej możliwe. Wydaje się, że wcześniejsze masowe wymierania były powiązane ze zmianami klimatycznymi spowodowanymi zmianami orbity Ziemi. Niższe temperatury i zmienna ilość opadów prowadzą do zmian w roślinności i warunkach siedliskowych, co powoduje śmierć ssaków, od dużych gatunków po gryzonie. Końca świata nie widać. Ludzie są pomysłowi i coś wymyślą.

I ta zmiana niesie ze sobą jednocześnie nadzieję i strach. Ruch Ziemi nie jest tak stabilny, jak mogłoby się wydawać. Przez całe swoje istnienie Ziemia naprzemiennie porusza się wokół Słońca po elipsie lub okręgu. Nachylenie osi Ziemi waha się od 22,1 do 24,5 stopnia (znacznie mniej, niż gdyby Ziemia utraciła Księżyc).

Około 23 miliony lat temu Ziemia poruszała się wokół Słońca ściśle po okręgu, a jej oś miała niewielkie nachylenie. Naukowcy twierdzą, że rotacja spowodowała sprzyjające pory roku, niewielkie różnice między temperaturami maksymalnymi i minimalnymi, a zmiana kształtu pokrywy lodowej nad Antarktydą mogła zapobiec rozprzestrzenianiu się globalnego ocieplenia.

Takie zachęcające wieści są obecnie traktowane poważnie przez astronomów. Niektórzy proponują wykorzystanie przyciągania grawitacyjnego asteroid do wypchnięcia Ziemi na lepszą orbitę. To mogłoby rozwiązać wszystkie nasze problemy związane ze zmianami klimatycznymi! Jest tylko jedno „ale”: możemy stracić Księżyc.

Co powoduje zmianę klimatu Ziemi?

Astronom Milutin Milankovich (1879-1958) badał zmiany w orbicie Ziemi wokół Słońca oraz nachylenie osi naszej planety. Zasugerował, że cykliczne zmiany między nimi są przyczyną długotrwałych zmian klimatycznych.

Zmiany klimatyczne to złożony proces, na który wpływa wiele czynników. Najważniejszym z nich jest związek między Ziemią a Słońcem.

Milankovic zbadał trzy czynniki:

Zmiana nachylenia osi Ziemi;

Odchylenia kształtu orbity Ziemi wokół Słońca;

Precesja zmiany położenia pochylenia osi względem orbity..

Oś Ziemi nie jest prostopadła do płaszczyzny jej orbity. Nachylenie wynosi 23,5°. Dzięki temu półkula północna może cieszyć się większą ilością słońca i dłuższymi dniami w czerwcu. W grudniu jest mniej słońca i dni stają się coraz krótsze. To wyjaśnia zmianę pór roku. Na półkuli południowej pory roku przebiegają w odwrotnej kolejności.
Odchylenie osi Ziemi.	Zmiana orbity Ziemi.
Ziemia Ziemia bez pór roku, nachylenie osi 0°.
Koniec czerwca: lato na półkuli północnej, zima na południu.
Koniec grudnia: lato na półkuli północnej, zima na południu.

Nachylenie osi Ziemi

Gdyby nie było pochylenia osi, nie mielibyśmy pór roku, a dzień i noc trwałyby tak samo przez cały rok. Ilość energii słonecznej docierającej do określonego punktu na Ziemi byłaby stała. Teraz oś planety znajduje się pod kątem 23,5°. Latem (od czerwca) na półkuli północnej okazuje się, że północne szerokości geograficzne otrzymują więcej światła niż południowe. Dni są coraz dłuższe, a pozycja słońca coraz wyższa. W tym samym czasie na półkuli południowej panuje zima. Dni są krótsze, a słońce jest niżej.

Z Po sześciu miesiącach Ziemia przemieszcza się po swojej orbicie na przeciwną stronę Słońca. Nachylenie pozostaje takie samo. Na półkuli południowej jest lato, dni są dłuższe i jest więcej światła. Na półkuli północnej panuje zima.

Milanković zasugerował, że nachylenie osi Ziemi nie zawsze wynosi 23,5°. Od czasu do czasu zdarzają się wahania. Obliczył, że zmiany wahały się od 22,1° do 24,5° i powtarzały się przez okres 41 000 lat. Gdy nachylenie jest mniejsze, temperatura latem jest niższa niż zwykle, a zimą jest wyższa. Wraz ze wzrostem nachylenia obserwuje się bardziej ekstremalne warunki klimatyczne.

Jak to wszystko wpływa na klimat? Nawet gdy temperatury rosną, zima jest nadal wystarczająco mroźna, aby na obszarach oddalonych od równika występował śnieg. Jeśli lato jest zimne, możliwe jest, że śnieg w zimie na dużych szerokościach geograficznych również będzie topnieć wolniej. Rok po roku będzie się nawarstwiał, tworząc lodowiec.

W porównaniu z wodą i lądem śnieg odbija w przestrzeń kosmiczną więcej energii słonecznej, powodując dodatkowe chłodzenie. Z tego punktu widzenia działa tu mechanizm pozytywnego sprzężenia zwrotnego. Wraz ze spadkiem temperatury dodatkowo gromadzi się śnieg i powiększają się lodowce. Odbicie wzrasta z upływem czasu, a temperatura maleje i tak dalej. Być może tak rozpoczęła się epoka lodowcowa.

Kształt orbity Ziemi wokół Słońca

Drugim czynnikiem badanym przez Milankovitcha jest kształt orbity Ziemi wokół Słońca. Orbita nie jest idealnie okrągła. W niektórych porach roku Ziemia znajduje się bliżej Słońca niż zwykle. Ziemia otrzymuje znacznie więcej energii od Słońca, gdy znajduje się jak najbliżej gwiazdy (w punkcie peryhelium), w porównaniu z jej maksymalną odległością (punkt aphelium).

Kształt orbity Ziemi zmienia się cyklicznie z okresami 90 000 i 100 000 lat. Czasami kształt staje się bardziej wydłużony (eliptyczny) niż obecnie, przez co różnica w ilości energii słonecznej odbieranej w peryhelium i aphelium będzie większa.

Peryhelium obserwuje się obecnie w styczniu, a aphelium w lipcu. Ta zmiana powoduje, że klimat półkuli północnej jest łagodniejszy, zapewniając dodatkowe ciepło w zimie. Na półkuli południowej klimat jest bardziej surowy, niż byłby, gdyby orbita Ziemi wokół Słońca była kołowa.

Precesja

Jest jeszcze jedna trudność. Orientacja osi Ziemi zmienia się w czasie. Podobnie jak blat, oś porusza się po okręgu. Ruch ten nazywa się precesyjnym. Cykl takiego ruchu trwa 22 000 lat. Powoduje to stopniową zmianę pór roku. Jedenaście tysięcy lat temu półkula północna w grudniu była pochylona bliżej słońca niż w czerwcu. Zima i lato zamieniły się miejscami. 11 000 lat później wszystko znów się zmieniło.

Wszystkie trzy czynniki: nachylenie osi, kształt orbity i precesja zmieniają klimat planety. Ponieważ ma to miejsce w różnych skalach czasowych, interakcja tych czynników jest złożona. Czasem wzmacniają swoje działanie, czasem osłabiają się nawzajem. Na przykład 11 000 lat temu precesja spowodowała początek lata na półkuli północnej w grudniu, efekt wzrostu promieniowania słonecznego w peryhelium w styczniu i zmniejszenia w aphelium w lipcu zwiększyłby różnicę międzysezonową na półkuli północnej, zamiast złagodzić do czego jesteśmy już przyzwyczajeni. Nie wszystko jest tak proste, jak się wydaje, skoro przesuwają się także daty peryhelium i aphelium.

Inne czynniki wpływające na klimat

Czy oprócz efektu zmiany ruchu Ziemi istnieją inne czynniki wpływające na klimat?

Manewrowanie orbitalne ze zmianami płaszczyzny orbity jest możliwe w praktyce jedynie w bardzo ograniczonej skali.

Załóżmy, że chcemy obrócić płaszczyznę orbity o kąt a wokół linii łączącej satelitę w pewnym momencie ze środkiem Ziemi i nie chcemy zmieniać ani rozmiaru, ani kształtu orbity. Jeśli orbita jest kołowa lub satelita się na niej znajduje

moment jest w perygeum lub apogeum; dla takiej operacji wystarczy obrócić wektor prędkości o ten sam kąt a. Z trójkąta równoramiennego prędkości łatwo jest znaleźć dodatkowy impuls prędkości

gdzie jest prędkość orbitalna. Aby zamienić równikową orbitę kołową w polarną, trzeba dodać prędkość, czyli paraboliczną! Dysponując niezbędnymi zapasami paliwa, taki satelita mógłby polecieć z niskiej orbity okołoziemskiej na Księżyc lub Marsa, tam wylądować, a następnie wrócić na Ziemię!

Spróbujmy rozwiązać nasz problem okrężną drogą. Przeniesiemy satelitę za pomocą silnika pokładowego z orbity kołowej na bardzo wydłużoną orbitę eliptyczną (jak orbita 4 na ryc. 17). Prędkość w swoim apogeum jest znikoma, a obrócenie jej o dowolny kąt nic nie kosztuje (w „nieskończoności” impuls przejścia do nowej płaszczyzny ruchu wynosi zero). W momencie powrotu do punktu startu z pierwotnej orbity konieczne będzie spowolnienie ruchu do prędkości kołowej. Im dłuższa orbita eliptyczna, tym mniejsza suma trzech impulsów prędkości. W limicie jest równy

co w przypadku początkowej wysokości będzie w przybliżeniu również nie tak małe (wystarczające, aby wylądować na Księżycu!).

Dla małych kątów obrotu a nie ma sensu przechodzić „przez nieskończoność”. Korzyść zostanie wykryta począwszy od pewnego kąta a, który dla orbity kołowej wyznacza się z równania

gdzie Wadą „przejścia w nieskończoność” („przejścia biparabolicznego”, jak też mówią) jest „nieskończenie długi” czas operacji: w przypadku przelotu poza orbitę Księżyca przekracza on 10 dni.

Przejście przez nieskończoność może okazać się praktycznie korzystne, jeśli mówimy nie tylko o zmianie nachylenia orbity, ale jednocześnie o jej wznoszeniu się, zwłaszcza jeśli jest to wymagane

przenieść satelitę z niskiej orbity, silnie nachylonej w stronę równika, na orbitę stacjonarną. W tym przypadku przejście trójimpulsowe może okazać się bardziej korzystne niż przejście dwuimpulsowe, mimo że promień orbity stacjonarnej jest znacznie mniejszy niż promień krytyczny. Korzyść ta jest wykrywana, jeśli nachylenie orbity niska orbita początkowa jest większa niż 38,6°

Dla inklinacji suma impulsów przy przejściu przez nieskończoność w przypadku startu z początkowej orbity o promieniu jest równa. Jeśli odległość apogeum, przy której zgłaszany jest drugi impuls (punkt B na ryc. 36), jest równa, to suma impulsów przekracza wskazaną wartość o Cała operacja trwa około 11 dni)