Jak zmienia się orbita Ziemi? Nadchodzi katastrofa. Naukowcy udowodnili przesunięcie orbity Ziemi. Co się stanie, jeśli ziemia przestanie się obracać

Co powoduje zmianę klimatu na Ziemi?

Astronom Milyutin Milankovich (1879-1958) badał zmianę orbity Ziemi wokół Słońca i nachylenie osi naszej planety. Zasugerował, że cykliczne zmiany między nimi są przyczyną długotrwałych zmian klimatu.

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

Milanković zbadał trzy czynniki:

Zmiana nachylenia osi ziemi;

Odchylenia w kształcie orbity Ziemi wokół Słońca;

Precesja zmiany położenia nachylenia osi względem orbity..

Oś Ziemi nie jest prostopadła do płaszczyzny jej orbity. Nachylenie wynosi 23,5°. Daje to półkuli północnej możliwość otrzymania większej ilości słońca i wydłużenia dnia w czerwcu. W grudniu słońca jest coraz mniej, a dzień staje się krótszy. 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 południowej.
Koniec grudnia: lato na półkuli północnej, zima na południowej.

Nachylenie osi ziemi

Gdyby nie było nachylenia osiowego, nie mielibyśmy pór roku, a dzień i noc byłyby takie same przez cały rok. Ilość energii słonecznej docierającej do pewnego 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 jest wyższa. W tym samym czasie na półkuli południowej panuje zima. Dni są krótsze, a słońce niżej.

OD sześć miesięcy później Ziemia porusza się po swojej orbicie na przeciwną stronę Słońca. Nachylenie pozostaje takie samo. Teraz na półkuli południowej jest lato, dni są dłuższe i jest więcej światła. Na półkuli północnej jest zima.

Milankovitch zasugerował, że nachylenie osi Ziemi nie zawsze wynosi 23,5°. Od czasu do czasu występują wahania. Obliczył, że zmiany mieszczą się w przedziale od 22,1° do 24,5°, powtarzając to dla okresu 41 000 lat. Kiedy nachylenie jest mniejsze, temperatura jest niższa niż zwykle latem i wyższa zimą. Wraz ze wzrostem nachylenia obserwuje się bardziej ekstremalne warunki klimatyczne.

Jak to wszystko wpływa na klimat? Nawet przy rosnących temperaturach w zimie, na obszarach oddalonych od równika wciąż jest wystarczająco zimno, aby padał śnieg. Jeśli lata są zimne, możliwe jest, że zimą śnieg na dużych szerokościach geograficznych będzie topił się wolniej. Z roku na rok będzie się rozwarstwiać, tworząc lodowiec.

W porównaniu z wodą i lądem śnieg odbija więcej energii słonecznej w przestrzeń kosmiczną, powodując dodatkowe ochłodzenie. Z tego punktu widzenia mamy tu do czynienia z mechanizmem pozytywnego sprzężenia zwrotnego. Ze względu na spadek temperatury dodatkowo gromadzi się śnieg i powiększają się lodowce. Odbicie wzrasta z czasem, a temperatura spada i tak dalej. Być może tak zaczęła się epoka lodowcowa.

Kształt orbity Ziemi wokół Słońca

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

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

Peryhelium obserwuje się obecnie w styczniu, aphelium w lipcu. Ta zmiana sprawia, że ​​klimat półkuli północnej staje się łagodniejszy, przynosząc dodatkowe ciepło zimą. Na półkuli południowej klimat jest ostrzejszy, niż 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. Taki ruch nazywamy precesyjnym. Cykl takiego ruchu wynosi 22 000 lat. Powoduje to stopniową zmianę pór roku. Jedenaście tysięcy lat temu półkula północna była przechylona bliżej słońca w grudniu niż w czerwcu. Zima i lato zamieniły się miejscami. Po 11 000 lat wszystko znów się zmieniło.

Wszystkie trzy czynniki: nachylenie osi, kształt orbity i precesja zmieniają klimat planety. Ponieważ dzieje się to w różnych skalach czasowych, interakcja tych czynników jest złożona. Czasem wzmacniają swoje działanie, czasem osłabiają. Na przykład 11 000 lat temu precesja spowodowała początek lata na półkuli północnej w grudniu, efekt wzrostu promieniowania słonecznego w peryhelium w styczniu i spadku w aphelium w lipcu zwiększy międzysezonową różnicę na półkuli północnej, zamiast złagodzić jak już się znamy. Nie wszystko jest tak proste, jak się wydaje, ponieważ przesuwają się również daty peryhelium i aphelium.

Inne czynniki wpływające na klimat

Czy oprócz przesunięcia spowodowanego ruchem Ziemi istnieją inne czynniki wpływające na klimat?

1. Zmiana nachylenia orbity do równika. Wytwarzany przez włączenie silnika rakiety we wznoszącym się węźle orbity (powyżej równika). Impuls jest emitowany w kierunku prostopadłym do kierunku prędkości orbitalnej;
2. Zmiana położenia (długości geograficznej) węzła wstępującego na równiku. Powstaje poprzez włączenie silnika rakiety nad biegunem (w przypadku orbity polarnej). Impuls, podobnie jak w poprzednim przypadku, emitowany jest w kierunku prostopadłym do kierunku prędkości orbitalnej. W rezultacie wznoszący się węzeł orbity przesuwa się wzdłuż równika, podczas gdy nachylenie płaszczyzny orbity do równika pozostaje niezmienione.

Zmiana nachylenia orbity to niezwykle energochłonny manewr. Tak więc dla satelitów na niskiej orbicie (mających prędkość orbitalną około 8 km/s) zmiana nachylenia orbity do równika o 45 stopni będzie wymagała w przybliżeniu takiej samej energii (przyrostu prędkości charakterystycznej), jak wystrzelenie na orbitę - około 8 km/s. Dla porównania można zauważyć, że możliwości energetyczne promu kosmicznego pozwalają przy pełnym wykorzystaniu pokładowego zapasu paliwa (ok. 22 ton: 8,174 kg paliwa i 13,486 kg utleniacza w silnikach zmienić wartość prędkości orbitalnej tylko o 300 m/s, a nachylenia odpowiednio (podczas manewrowania na niskiej orbicie kołowej) - o około 2 stopnie. Z tego powodu sztuczne satelity są (jeśli to możliwe) natychmiast wystrzeliwane na orbitę z nachyleniem celu.

Jednak w niektórych przypadkach zmiana nachylenia orbity jest nadal nieunikniona. Tak więc podczas wystrzeliwania satelitów na orbitę geostacjonarną z kosmodromów położonych na dużych szerokościach geograficznych (na przykład Bajkonur), ponieważ niemożliwe jest natychmiastowe umieszczenie urządzenia na orbicie o nachyleniu mniejszym niż szerokość kosmodromu, zmiana nachylenia orbity jest stosowany. Satelita jest wystrzeliwany na niską orbitę odniesienia, po czym kolejno tworzy się kilka pośrednich, wyższych orbit. Wymagane do tego możliwości energetyczne zapewnia górny stopień zainstalowany na rakiecie nośnej. Zmiana nachylenia następuje w apogeum wysokiej orbity eliptycznej, ponieważ prędkość satelity w tym punkcie jest stosunkowo niska, a manewr kosztuje mniej energii (w porównaniu z podobnym manewrem na niskiej orbicie kołowej).

Obliczenie kosztów energii dla manewru zmiany nachylenia orbity

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

• - ekscentryczność
• - argument perycentrum
• - prawdziwa anomalia
• - era
• - duża półoś

Notatki

1. NASA. Przechowywanie i dystrybucja paliwa napędowego. NASA (1998). Źródło 8 lutego 2008 r. Zarchiwizowane od oryginału w dniu 30 sierpnia 2012 r.
2. Paliwo statku kosmicznego
3. Sterowanie ruchem statku kosmicznego, M. Wiedza. Astronautyka, Astronomia - B.V. Rauschenbacha (1986).

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

Naukowcy wiercący w starożytnych skałach na pustyni w Arizonie twierdzą, że wykryli stopniowe przesunięcie orbity Ziemi, które powtarza się co 405 000 lat, odgrywając rolę w naturalnych wahaniach klimatu.

Astrofizycy od dawna stawiali hipotezę, że cykl istnieje na podstawie obliczeń z mechaniki nieba, ale autorzy nowego badania znaleźli pierwszy weryfikowalny dowód fizyczny.

Pokazali, że cykl był stabilny przez setki milionów lat od pojawienia się dinozaurów i nadal jest aktywny. Badanie może mieć implikacje nie tylko dla badania klimatu, ale także dla naszego zrozumienia ewolucji życia na Ziemi i ewolucji Układu Słonecznego.

Naukowcy od dziesięcioleci wierzyli, że orbita Ziemi wokół Słońca zmienia się z prawie okrągłej na około 5 procent eliptyczną iz powrotem co 405 000 lat. Uważa się, że zmiana ta jest spowodowana złożoną interakcją z grawitacyjnymi wpływami Wenus i Jowisza oraz innych ciał w Układzie Słonecznym, ponieważ wszystkie one krążą wokół Słońca.

Astrofizycy uważają, że matematyczne obliczenia cyklu są wiarygodne nawet przez 50 milionów lat, ale potem problem staje się zbyt skomplikowany, ponieważ trzeba wziąć pod uwagę zbyt wiele czynników.

„Istnieją inne, krótsze cykle orbitalne, ale kiedy patrzysz w przeszłość, bardzo trudno jest wiedzieć, z czym masz do czynienia w danym momencie, ponieważ wszystko ciągle się zmienia” – powiedział główny autor Dennis Kent, ekspert ds. paleomagnetyzmu w Lamont-Doherty Earth Observatory na Columbia University i Rutgers University.

Nowe dowody znajdują się w 500-metrowych formacjach skalnych, które Kent i jego współautorzy odwiercili w Parku Narodowym w Arizonie w 2013 r., a także wcześniejszych głębokich rdzeniach z przedmieść Nowego Jorku i New Jersey. Skały Arizony powstały w późnym triasie, między 209 a 215 milionami lat temu, kiedy obszar ten był pokryty meandrującymi rzekami, które osadzały osady skalne. Mniej więcej w tym samym czasie zaczęły się rozwijać wczesne dinozaury.

Naukowcy badali skały Arizony, analizując osadzone warstwy popiołu wulkanicznego zawierające radioizotopy, które rozkładają się w przewidywalnym tempie. W ramach opadów wykryli również powtarzające się zmiany biegunowości pola magnetycznego planety. Następnie zespół porównał te dane z rdzeniami Nowego Jorku i New Jersey, które przeniknęły do ​​starych jezior i gleb, które wykazywały oznaki naprzemiennych okresów wilgotnych i suchych w historii Ziemi.

Kent i Olsen od dawna argumentują, że zmiany klimatu, które objawiają się w skałach Nowego Jorku i New Jersey, były kontrolowane przez cykl trwający 405 000 lat. Jednak nie ma warstw popiołu wulkanicznego, aby ustalić dokładne daty. Ale te rdzenie zawierają odwrócone bieguny, takie jak te znalezione w Arizonie.

Łącząc dwa zestawy danych, zespół wykazał, że oba miejsca zmieniały się w tym samym czasie i że odstęp 405 000 lat jest rzeczywiście rodzajem głównego kontrolera wahań klimatu. Paleontolog Paul Olsen, współautor badania, powiedział, że cykl nie zmienia bezpośrednio klimatu; raczej wzmacnia lub osłabia efekty krótszych cykli, które działają bardziej bezpośrednio.

Ruchy planet, które napędzają wahania klimatu, znane są jako cykle Milankovicia, nazwane na cześć serbskiego matematyka, który opracował je w latach dwudziestych XX wieku. Składają się ze 100 000-letniego cyklu w ekscentryczności orbity Ziemi, jak wielkie 405 000-letnie chybotanie; 41 000-letni cykl nachylenia osi Ziemi względem jej orbity wokół Słońca; oraz 21 000-letni cykl spowodowany chybotaniem się planety. Razem te zmiany zmieniają proporcje energii słonecznej docierającej do półkuli północnej, a to z kolei wpływa na klimat.

W latach 70. naukowcy wykazali, że cykle Milankovicia doprowadziły do ​​wielokrotnego ocieplenia i ochłodzenia planety, a tym samym do początku i końca epoki lodowcowej w ciągu ostatnich kilku milionów lat.

Ale wciąż spierają się o niespójności w danych z tego okresu, a także związek cykli ze wzrostem i spadkiem poziomu dwutlenku węgla z jednej strony, a z drugiej pozorną podstawową kontrolę klimatu. Zrozumienie, jak to wszystko działało w bardziej odległej przeszłości, jest jeszcze trudniejsze. Po pierwsze, częstotliwości krótszych cykli prawie na pewno zmieniły się w czasie, ale nikt nie jest w stanie dokładnie określić, o ile.

Z drugiej strony cykle nieustannie na siebie wpływają. Czasami niektóre nie pasują do efektu innych i mają tendencję do wzajemnego znoszenia się; lub kilka cykli może ułożyć się jeden po drugim, aby zainicjować nagłe, drastyczne zmiany. Obliczenie, w jaki sposób wszystkie te elementy mogą się ze sobą łączyć, staje się jeszcze trudniejsze, jeśli chcemy cofnąć się w czasie.

Kent i Olsen twierdzą, że co 405 000 lat, kiedy ekscentryczność orbity osiąga szczyt, różnice sezonowe spowodowane krótszymi cyklami stają się bardziej intensywne; lata są gorętsze, a zimy chłodniejsze; okres suchy jest jeszcze bardziej suchy, okres deszczowy jest jeszcze bardziej wilgotny.

Odwrotnie byłoby 202 500 lat później, kiedy orbita Ziemi jest najbardziej okrągła. W późnym triasie z niewiadomych przyczyn było po wielu cyklach znacznie cieplej niż obecnie, a zlodowacenia praktycznie nie występowały. Cykl trwający 405 000 lat przejawiał się następnie w naprzemiennych okresach wilgotnych i suchych. Opady osiągnęły szczyt, gdy orbita była najbardziej ekscentryczna, tworząc głębokie połacie wody, które pozostawiły warstwy czarnych łupków we wschodniej Ameryce Północnej. Kiedy orbita znajdowała się najbliżej obwodu, wysychały, pozostawiając lżejsze warstwy gleby.

Kent i Olsen twierdzą, że z powodu wszystkich konkurujących ze sobą czynników wciąż jest wiele do nauczenia się. „To naprawdę trudne rzeczy” — powiedział Olsen. „Używamy zasadniczo tego samego rodzaju matematyki, którego używamy do wysyłania statków kosmicznych, i oczywiście to działa. Ale kiedy zaczniesz rozkładać ruchy międzyplanetarne wstecz w czasie, aby dowiedzieć się, jaki wpływ mają one na klimat, nie możesz twierdzić, że dokładnie rozumiesz, jak to wszystko działa”. Według niego rytm metronomiczny 405-tysięcznego cyklu może pomóc badaczom zrozumieć tę trudną materię.

Jeśli się zastanawiasz, Ziemia znajduje się obecnie w prawie okrągłej części okresu 405 000 lat. Co to oznacza dla nas? „Prawdopodobnie nic szczególnie zauważalnego” — mówi Kent. „Wszystko to znajduje się dość daleko na liście wielu innych czynników, które mogą wpływać na klimat w czasie, które mają dla nas znaczenie”. Dennis Kent zwraca uwagę, że zgodnie z teorią Milankovitcha powinniśmy znajdować się u szczytu trendu ocieplenia w cyklu 20 000 lat, który zakończył się wraz z ostatnią epoką lodowcową; Ziemia może w końcu ponownie zacząć się ochładzać w ciągu tysięcy lat i być może nastąpi nowa epoka lodowcowa.

Więcej informacji: Dennis V. Kent el al., „Empiryczne dowody na stabilność 405-kiloletniego cyklu ekscentryczności Jowisza i Wenus na przestrzeni setek milionów lat”, PNAS (2018). www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1800891115

„...Rozpoczynam cykl prac nad tym, jak naprawdę wygląda Wszechświat.

Czy jesteś gotowy czytelniku? No to trzymaj się i dbaj o swoją psychikę. Teraz to będzie prawda. Ale najpierw odpowiedz mi na jedno pytanie:

Czym różni się astronomia od astrologii?

W astrologii jest 12 znaków zodiaku, a w astronomii 13 gwiazdozbiorów. Zmeelov jest również dodawany do tych znanych wszystkim. W astrologii wszystkie znaki są podzielone na miesiące, numer 12 z mniej więcej równą liczbą dni - hołd dla systemu metrycznego. W astronomii jest inaczej: koło ma 360 stopni, a każda konstelacja ma swoje własne wymiary kątowe. Konstelacje są różne, a ich wielkości kątowe są różne. Jeśli przeliczymy je na radiany, a radiany na dni, stanie się całkiem jasne, że konstelacje mają różny czas trwania w dniach. Oznacza to, że Słońce poruszając się w różnych konstelacjach mija je przez różną liczbę dni.

Byk - 14.05 - 23.06

Bliźnięta 23.06 - 20.07

Rak 20.07 - 11.08

Lew 11.08 - 17.09

Panna 17.09 - 21.10

Waga 21.10 – 22.11

Skorpion 22.11 – 30.11

Zmeelov 30.11 – 18.12

Strzelec 18.12 - 19.01

Koziorożec 19.01 - 16.02

Wodnik 16.02 - 12.03

Ryby 12.03 – 18.04

Baran 18.04 - 14.05

Jak widać, zgodnie z obserwacjami astronomicznymi, rzeczywiste konstelacje Słońca znajdują się w zupełnie innych interwałach, a miesiące astronomiczne są różne: od 8 dni do 42.

Nie tylko Ziemia obraca się wokół Słońca, ale także Słońce obraca się wokół pewnego środka w płaszczyźnie ekliptyki. Jeśli wyobrazisz sobie torus figury geometrycznej, który wygląda jak pączek, to w środku samego torusa znajdują się zodiaki, które możemy obserwować z miejsc, w których ludzkość żyje na planecie. Na biegunach jest inny obraz świata gwiazd. Tak więc układ słoneczny porusza się wewnątrz pączka, a widoczne dla nas gwiazdy znajdują się w samym pączku.

Kiedy Słońce znajduje się w jednej z konstelacji Zodiaku, nie możemy zobaczyć, w której się znajduje, ponieważ biały dzień i luminarz nas oślepiają, a gwiazd nie widać na niebie. Jak działają astrologowie? Dokładnie o 12 w nocy patrzą na niebo i widzą, która konstelacja jest najwyższa, a następnie biorą dokładnie odwrotny punkt w ZODIAKU ZNAK narysowanym w kole, gdzie wszystkie miesiące są prawie równe. Określa się więc, w której konstelacji znajduje się teraz Słońce. Ale to kłamstwo. Pokazałem przecież, że konstelacje na niebie mają różne rozmiary, co oznacza, że ​​przyjęty na świecie Znak Zodiaku to tylko konwencja. Oznacza to, że Znaki Zodiaku faktycznie oznaczają fikcyjne miesiące, które nie są związane z cyklem rocznym.

Patrząc w przyszłość, chcę powiedzieć, że cały ten układ z torusem nie jest nieruchomy, ale porusza się wzdłuż określonej osi, podczas gdy planety Układu Słonecznego poruszają się po małej spirali wokół Słońca, a Słońce po dużej spirali wewnątrz torus. ...”

Manewrowanie orbitalne ze zmianą płaszczyzny orbity jest możliwe w praktyce tylko 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 wielkości, ani kształtu satelity. orbita. Jeśli orbita jest okrągła lub satelita w tym

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 pęd prędkości

gdzie jest prędkość orbitalna. Aby zmienić równikową orbitę kołową w orbitę biegunową, musisz dodać prędkość, czyli paraboliczną! Przy odpowiedniej ilości paliwa taki satelita o niskiej orbicie okołoziemskiej mógłby polecieć na Księżyc lub Marsa, wylądować tam, a następnie wrócić na Ziemię!

Spróbujmy rozwiązać nasz problem w sposób okrężny. Za pomocą silnika pokładowego przeniesiemy satelitę z orbity kołowej na bardzo mocno wydłużoną eliptyczną (orbita typu 4 na ryc. 17). Prędkość w jej apogeum jest znikoma i nic nie kosztuje obrócenie jej pod dowolnym kątem (w „nieskończoności” pęd przejścia do nowej płaszczyzny ruchu wynosi zero). W momencie powrotu do punktu startu z pierwotnej orbity konieczne będzie zwolnienie ruchu do prędkości kołowej. Im dłuższa orbita eliptyczna, tym mniejsza suma trzech impulsów prędkości. W limicie jest

co w przypadku wysokości początkowej będzie w przybliżeniu też nie takie małe (wystarczające, by wylądować na Księżycu!).

Dla małych kątów obrotu a nie ma sensu przechodzić „przez nieskończoność”. Korzyść zostanie ujawniona, zaczynając od pewnego kąta a, który dla orbity kołowej jest określony z równania

stąd Wadą „przejścia przez nieskończoność” (jak mówią „przejście dwuparaboliczne”) jest „nieskończenie duży” czas działania: w przypadku lotu poza orbitę księżycową przekracza on 10 dni.

Przejście przez nieskończoność może być praktycznie korzystne, jeśli mówimy nie tylko o zmianie nachylenia orbity, ale także o jej wzroście w tym samym czasie, zwłaszcza jeśli

przenieść satelitę z niskiej orbity, mocno nachylonej do równika, na orbitę stacjonarną. W takim przypadku przejście trzypulsowe może okazać się bardziej opłacalne niż dwupulsowe, mimo że promień orbity stacjonarnej jest znacznie mniejszy od promienia krytycznego. niska orbita początkowa jest większa niż 38,6°

Dla inklinacji suma impulsów podczas przejścia przez nieskończoność w przypadku startu z orbity o promieniu początkowym wynosi Jeżeli odległość apogeum, w którym podany jest drugi impuls (punkt B na ryc. 36), jest równa, to suma impulsów przekracza wskazaną wartość o Cała operacja wymaga około 11 dni)