Наша планета

(примечание: по мере освоения Солнечной системы и создания обитаемых баз на Луне, а впоследствии на других планетах Солнечной системы), содержание данного параграфа будет дифференцироваться в учебных заведениях. Расположенных на базах разных планет. Пока это ещё не произошло, то данный параграф посвящён только Земле.

Земля – третья по удалённости от Солнца планета Солнечной системы. Земля вращается вокруг Солнца по эллиптической орбите, по форме очень близкой к окружности. Большая полуось этого эллипса (расстояние от Земли до Солнца) составляет 149,6 млн км (приблизительно 150 млн км). Это расстояние называют астрономической единицей. Свет, излучённый Солнцем, достигает Земли через 8 минут 20 секунд.

Земля расположена в зоне обитаемости Солнца – т.е. на расстоянии, на котором мощность нагрева Земли Солнцем как раз достаточна для того, чтобы вода была в жидком состоянии. Это считается наиболее благоприятным условием для появления жизни, поэтому сегодня Земля – пока единственное небесное тело Солнечной системы, на котором обнаружена жизнь.

Вращение Земли. Земля вращается вокруг своей оси, что является причиной смены дня и ночи (когда тот или иной участок Земли повёрнут стороной к Солнцу, то на этом участке Земли день, а когда тот или иной участок Земли повёрнут в противоположную сторону от Солнца, то на этом участке Земли ночь). Период обращения Земли вокруг совей оси (сутки) составляет 86400 секунд, т.е. 24 часа.

Земля также вращается вокруг Солнца. Период обращения Земли вокруг Солнца (год) составляет 365,256366004 суток, или 365 суток 6 часов 9 минут 10 секунд. Если бы год был равен точно 365,00 суток, то тогда каждый год в календаре было бы одинаковое количество дней. Если бы год был равен ровно 365,250 суток, то достаточно было бы ограничиваться юлианским календарём – т.е. один раз в четыре года (в високосные годы) добавлять в календари один дополнительный день (29 февраля). В действительности же, чтобы в земных календарях каждый год было целое число суток, приходится вводить поправки и к юлианскому календарю – три раза в 400 лет (а именно, в те годы, которые заканчиваются на два нуля, но при этом не делятся на 400), високосные годы считать простыми, т.е. считать в них не 366, а 365 суток. Это называется григорианский календарь.

Воображаемая ось, вокруг которой Земля вращается в течение суток, называется земная ось. Плоскость, в которой происходит вращение Земли вокруг Солнца, называется плоскость эклиптики. Если бы земная ось была точно перпендикулярна плоскости эклиптики, то во всех точках Земли всегда длительность дня и ночи была бы одинаковая, и поэтому не было бы смены времён года. Но на самом деле земная ось наклонена по отношению к этому перпендикуляру на 23 градуса, поэтому длительность дня и ночи в разных местах Земли различается в течение года. Это и является причиной смены времён года. Осенью и зимой ночь длиннее, чем день, поэтому ночью поверхность Земли остывает быстрее, чем нагревается днём, т.е. средняя температура уменьшается. Весной и летом, наоборот, день длиннее, чем ночь, поэтому днём поверхность Земли нагревается быстрее, чем успевает остыть ночью, и в среднем температура повышается. Причём, в то время, когда в северном полушарии Земли зима, то в южном – лето, ни наоборот.

Форма и размеры Земли. Ещё со времён Древней Греции известно, что Земля имеет шарообразную форму. Диаметр земного шара – около 12 тысяч километров, а длина окружности экватора – около 40 тысяч километров.

Позже стало известно, что из-за вращения вокруг своей оси Земля является не идеальным шаром, а эллипсоидом вращения – т.е. шаром, который немного сплюснут у полюсов. Радиус Земли, если его измерять от центра к экватору, меньше, чем радиус Земли, если его измерять от центра к полюсу, на 21 километр. В свою очередь, окружность земного меридиана, проходящего через полюса, меньше, чем окружность экватора, на 67 километров. Эти отклонения представляют собой очень незначительную величину по сравнению с размерами Земли, поэтому приближённо можно считать землю шаром. Тем не менее, если бы Земля была идеальным шаром, то этих отклонений бы не было.

Однако не является Земля и идеальным эллипсоидом, поскольку на её форму влияют многочисленные факторы. Во-первых, её форму искажает приливное притяжение со стороны Луны, во-вторых – метеоритная бомбардировка (особенно на раннем этапе существования Земли), вулканическая активность и неравномерности внутреннего строения, в-третьих, влияние со стороны воды, воздуха, и живых существ. В результате реальную фигуру, которую имеет земной шар, так и назвали – «геоид» (что дословно означает «землеподобная»).

Строение Земли. Учёные исследуют недра земли, в первую очередь, путём бурения глубоких скважин (как в целях добычи полезных ископаемых, так и чисто в научных целях). Уже из этих первых исследований стало известно, что плотность вещества и температура в недрах Земли непрерывно увеличиваются с глубиной.

Самая глубокая скважина, которую удалось пробурить людям на Земле – это Кольская сверхглубокая скважина, глубина которой достигает 12 километров, т.е. всего лишь 0,2% от радиуса Земли. Тем не менее учёным удаётся исследовать строение земных недр и на значительно больших глубинах. Во время ядерных испытаний на большом расстоянии от места взрыва устанавливаются сейсмические датчики, и по характеру прохождения взрывных волн в недрах Земли после взрыва определяется внутреннее строение этих недр.

Наружная оболочка твёрдая оболочка Земли называется земная кора, или литосфера. Её толщина составляет от 15 км на материках до 10 км под океанским дном. В центре Земли находится тяжёлое ядро, состоящее из железа и никеля. Наши знания о строении земного ядра постоянно усложняются: вначале считалось, что оно сплошное и однородное (были дискуссии о том, является ли оно жидким или твёрдым), затем долгое время считалось, что оно состоит из двух слоёв: твёрдого и расплавленного жидкого, по современным же научным представлениям, земное ядро состоит из трёх слоёв. Между литосферой и ядром находится мантия.

Выше земли находится газовая оболочка – атмосфера, состоящая на 78% из азота, на 21% из кислорода, примерно на 1% из углекислого газа и смеси инертных газов (основной из которых – аргон). Азот, углекислый газ и инертные газы являются химически не активными, а вот кислород в свободном состоянии неустойчив, он стремится постоянно войти в химические соединения с другими веществами. Если бы не существовало постоянного притока кислорода в атмосферу, то он давно уже был бы химически связан и его в атмосфере не было бы или было бы ничтожно мало. То, что в атмосфере постоянно находится крупное количество кислорода, может означать только то, что он откуда-то постоянно поступает. Происхождение этого кислорода известно – его источником являются растения, благодаря которым и существует весь кислород на Земле.

Но если атмосфера, литосфера, мантия и ядро существуют у очень многих планет, то выделяют ещё три условных оболочки, каждая из которых делает Землю уникальной среди всех планет Солнечной системы. Каждая последующая из этих оболочек обязана своим существованием предыдущей. Это, во-первых, гидросфера – водная оболочка, включающая в себя моря, океаны, реки, озёра, водяные пары в атмосфере и т.д. Во-вторых, это биосфера – все живые существа Земли (растения, животные, микроорганизмы), вся среда их обитания и преобразованная ими природа. И, наконец, это ноосфера – часть планеты Земля, преобразованная разумной деятельностью человека.

Спутники Земли. У Земли есть единственный крупный естественный спутник – Луна, находящаяся на расстоянии от Земли в среднем 380 тысяч километров (27 земных диаметров). Масса Луны в 81 раз меньше, чем у Земли. Эта разница хоть и большая, но значительно меньше, чем разница между массой любой другой планеты Солнечной системы и её самым крупным спутником (не считая Плутона, который ныне больше считается планетой, и его спутника Харона). Поэтому систему «Земля-Луна» иногда называют «двойной планетой».

"Двойная планета Земля-Луна". Вид с орбиты Марса

Существуют различные мнения относительно происхождения Луны. В течение длительного времени считалось, что Земля и Луна образовались вместе из одного газопылевого облака при образовании Солнечной системы, либо же Луна – это бывший астероид, захваченный силой тяжести Земли. В настоящее время многие учёные склоняются к «катастрофической» теории происхождения Луны, согласно которой около 4,5 млрд лет назад Земля столкнулась с планетой Тейя размером примерно с Марс. В результате большая часть вещества ударившегося объекта и часть вещества земной мантии были выброшены на околоземную орбиту. Из этих обломков собралась прото-Луна и начала обращаться по орбите с радиусом около 60 000 км. Земля в результате удара получила резкий прирост скорости вращения (один оборот за 5 часов) и заметный наклон оси вращения.

В течение длительного времени существовала гипотеза, что у Земли могут быть так называемые «троянские» спутники – астероиды, попавшие в «точку Лагранжа», в которой уравновешиваются силы тяжести Земли, Солнца и Луны. Первый такой астероид под названием 2010ТК7 был обнаружен только в 2010 году. Его диаметр составляет всего 300 метров.

Начиная с 4 октября 1957 года, помимо естественных спутников Земли, также появилось множество искусственных спутников, созданных человеком. Как отмечал советский астроном И.С.Шкловский, «они, конечно, очень маленькие, но всё же больше, чем спутники Сатурна, составляющие его знаменитое кольцо». По состоянию на начало 2015 года искусственные спутники имеют или имели 73 страны мира, запустившие в общей сложности около 3500 спутников, из которых около 1150 находятся в действии.

Эволюция Земли. Для описания этапов развития Земли от момента её возникновения до появления человека в интернете существует хороший видеоролик под заголовком «История Вселенной и земли за 10 минут», который мы и размещаем ниже.

Исследование космоса как способ изучения Земли. В вышедшей ещё в 1970-е годы книге советского популяризатора астрономии Павла Клушанцева «Станция Луна» хорошо сказано о том, как исследования космоса должны помочь в изучении Земли

Вопросы и задания

1. Назовите основные параметры планеты Земля. В чём её сходство и различие с другими планетами?

2. Почему на земле происходит смена времени суток и времени года?

3. Какова форма Земли? Насколько правильно утверждение, что земля имеет форму шара?

4. Что такое литосфера, атмосфера, гидросфера, биосфера, ноосфера? Какие из этих оболочек имеются и у других планет, а какие есть только у Земли?

5. Какие существуют гипотезы появления Луны? Какая из этих гипотез, на ваш взгляд, более правильная?

6. Каким образом изучение других планет может помочь в улучшении жизни на Земле?