Як рухається Земля

Привіт, Vsauce. Майкл тут.
У вас є найкращий друг, який підтримує вас 24/7/365 (24 на 7 на 365)?
Мені дуже шкода, але цього недостатньо.
Якщо ваш друг справді надійний, він був би біля вас 24,0000006 (двадцять чотири цілих шість десятимільйонних)/7 (на сім)/365,2421891 (на триста шістдесят п'ять цілих двісті сорок дві тисячні).
А ще Джордж Вашингтон народився 22 лютого 1732 (тисяча сімсот тридцять другого) року.
Принаймні, так нам кажуть.
Однак у його сімейному літописі сказано, що він народився 11 лютого 1731/1732 (тисяча сімсот тридцять першого або тридцять другого року).
То коли ж, містере "Я не можу збрехати"?
О, і навіть не запитуйте про 1752 (тисяча сімсот п'ятдесят другий).
В Російській імперії 1752 рік має цілком нормальний вигляд, але подивіться, що з цим роком відбувалося в Британській імперії.
Нічого особливого, окрім вересня.
Після другого вересня одразу слідує чотирнадцяте.
Одинадцять днів просто видалені?
Куди вони поділися?
Що тоді сталося?
Настав час поставити під сумнів час і те, як рухається Земля.
Узгодження цих двох речей призвело до деяких дивних наслідків.
Усім нам подобаються прискорені відео зірок, що рухаються по небу, але насправді рухаємося ми.
Мчимо крізь простір на величезному вологому кам'яному транспорті під назвою Земля, з небом у якості лобового скла.
Якщо дивитися з точки над північним полюсом, ми крутимося проти годинникової стрілки.
Захід слідує за сходом.
Я запам'ятав це, уявляючи США дивною істотою, голова якої - штат Мен, а ноги - Техас і Флорида, і ця істота біжить вперед.
Але Земля не лише крутиться навколо своєї осі.
Ми також обертаємося навколо Сонця у площині, нахиленій на 23,4° (двадцять три цілих і чотири десяті градуса) відносно площини власного обертання.
Трохи запаморочливо у такому масштабі.
Але з цієї точки зору ви можете бачити, що схід і захід Сонця - це лиш, коли Земля повертає вас до Сонця, а потім від нього.
Цей рух викликає ваш схід, ваш полудень (момент часу, коли Сонце перебуває найвище), і, нарешті, ваш захід.
Для детальнішого дослідження цього руху, поговорімо про меридіани.
Ви на одному з них прямо зараз!
Ваш меридіан - це лінія, проведена від вашого місця розташування до південного та північного полюсів.
Це лінія довготи.
На противагу горизонтальним лініям, які лежать в площині, вище і нижче якої розміщені полюси.
І вони називаються "плоскотою" або, насправді, широтою.
Сонце перебуває найвище у ваш полудень, коли ваш меридіан напрямлений точно на Сонце.
Дещо цікаве відбувається в цей момент.
Усі тіні навколо вас вказують прямо на один із полюсів.
Окрім випадку, коли ви в підсонячній точці.
Це точка на поверхні Землі, яка розміщена безпосередньо під Сонцем.
Ви можете визначити її актуальне місце розташування онлайн, перейшовши за посиланням в описі.
У підсонячній точці тіні падають вертикально вниз, тому вони можуть практично зникнути.
Двічі на рік підсонячна точка проходить через Гаваї - єдине місце в США, де вона опиняється на суші.
Коли це відбувається, це називають Lahaina noon (Лахайна нун), що означає "жорстоке Сонце".
Прямі вертикальні об'єкти мають неприродний вигляд у цей короткий проміжок часу, ніби вони не звідси, ніби їх "прифотошопили" без врахування оточуючої дійсності.
Скульптура в Гонолулу під назвою Небесні Ворота відкидає хитросплетену тінь упродовж кожного дня за винятком Lahaina Noon (Лахайна Нун), коли її тінь ідеально кругла.
Ви, можливо, живете в місці, де Сонце ніколи не з'являється прямо над вами, але один раз для кожного оберту Землі підсонячна точка міститься десь на вашому меридіані, тобто для вас в цей момент настає полудень.
Технічний термін для цього вашого полудня - місцевий істинний сонячний полудень.
Годинник на вашому зап'ясті й годинник на смартфоні не показують вам місцевий істинний сонячний час, тому що ми дуже давно зрозуміли, що якщо кожен меридіан має свій власний час, то людина в кількох кілометрах від вас бачитиме інші тіні, і не погодиться з вами щодо того, яка година.
Тому міста прийняли свій власний час, а пізніше цей спосіб був стандартизований, і з'явилися часові пояси, якими ми їх знаємо сьогодні.
Але це не все, що нас не влаштовувало в заснованому на тіні сонячному часі.
Щоб зрозуміти це краще, нам слід почати із запитання: "що таке доба"?
Очевидно, це час, який затрачає Земля, щоб зробити один оберт навколо власної осі. Так?
Але відносно чого?
Усі об'єкти в космосі також рухаються тим чи іншим чином.
Всесвіт не містить листка зручного міліметрового паперу в повному спокої, на якому можна було б простежити траєкторії.
Найкраще, що ми можемо зробити, - це подивитися на дуже, дуже-дуже далекі зірки.
Настільки далекі, що по аналогії з віддаленими деталями ландшафту за вікном рухомого автомобіля, вони ледве зміщуються при русі Землі.
Тож, відносно цих зірок земний меридіан робить 1 оберт кожні 23,9 (двадцять три цілих і дев'ять десятих) години.
Це називається сидеричною (або зоряною) добою.
"Сидерична" означає "пов'язана із зірками".
Навіть не зважаючи на те, що зоряна доба видається цілком зрозумілою, це не те, на чому засновані наші календарі та годинники.
Тому, що є найближча зоря, чиє положення відносно нас впливає на наше життя набагато більше, - Сонце.
Якщо дивитися зверху на Північний полюс, Земля обертається проти годинникової стрілки.
Але також вона рухається проти годинникової стрілки навколо Сонця.
За час зоряної доби Земля проходить певну відстань по орбіті, тому їй потрібно повернутися на невеликий кут навколо осі, щоб даний меридіан знову вказував на Сонце.
Визначення такого подовженого оберту є основою сучасного календаря і годинника, - і це те, що називається сонячною добою.
Але ось яка штука: точне значення часу, потрібного Землі, щоб завершити сонячну добу, змінюється з кожним днем.
Робота годинників заснована на середній тривалості сонячної доби, тож протягом року годинники то поспішають, то відстають відносно Сонця.
Це - сонячний графік, на якому зображено траєкторії руху Сонця по небу щодня.
Якщо б наш годинник насправді показував місцевий сонячний час, і, якщо б ви фотографували небо щодня опівдні,
ви повинні були б отримати пряму лінію з сонць.
Але ось що відбувається насправді: виявиться, що протягом року ваш годинник то відставатиме, то поспішатиме, а потім знову відставатиме, і знову поспішатиме.
Ця проблема була відома, принаймні, ще з давніх часів, хоча причина залишалася невідомою.
З метою узгодження обох процесів було створене рівняння часу.
У даному випадку "прирівняти" означає "узгодити".
Це рівняння було застосоване до показів годинника, щоб вирахувати справжній час - сонячний час, який показав би сонячний годинник.
І був вигаданий так званий "зрівнювальний" годинник, який мав би робити все це для нас, але зрештою ми здалися, і сказали: "Ні! Справжній час - не той, що показує нам Сонце, а той, що показують нам наші винаходи».
Цей перехід був дуже важливим.
Це було своєрідне дорослішання людства.
Усе так, ніби ви вперше збагнули, що сильніші за батьків.
Ми усвідомили, що наші годинники були більш регулярними (або постійними) і відвернулися від природних хронометрів.
Але що ж викликає цю розбіжність?
Як виявилося, відповідь крутиться навколо.... обертання.
Обертання Землі навколо Сонця.
Якби площина екватора була спрямованою на Сонце, а Земля оберталася навколо Сонця з незмінною швидкістю,
підсонячна точка залишалася б на екваторі впродовж цілого року, і додатковий час, потрібний Землі для завершення сонячної доби, завжди був би однаковим.
Але це не наш випадок.
По-перше, орбіта Землі не колова, а трохи еліптична, тому швидкість її руху змінюється протягом року.
Коли Земля рухається навколо Сонця швидше (на початку січня), додатковий час, необхідний їй для завершення сонячної доби, більший, ніж коли вона знаходиться на максимальній відстані від Сонця, і рухається повільніше.
Та є ще дещо.
Оскільки вісь обертання Землі нахилена, підсонячна точка впродовж року переміщується по колу, яке не співпадає з екватором, тож напрямок її руху змінюється: вона рухається на північний схід, вирівнюється, і переміщується на південний схід, знову вирівнюється і знов рухається на північний схід.
У той час, коли підсонячна точка через рух Землі по орбіті зміщується переважно на схід, її швидкість відносно екватора є близькою до максимальної, і потрібно більше часу для завершення доби.
Так співпало, що ми живемо в той час, коли обидва цих явища подовжують і вкорочують дні приблизно в один і той же час, їхній вплив додається, що робить добу 18 (вісімнадцятого) вересня майже на хвилину коротшою, ніж найдовша доба у році - 22 (двадцять другого) грудня.
Для мешканців північної півкулі в грудні найкоротші світлові дні, але сонячна доба, тобто час від одного сходу сонця до наступного, для всіх на Землі 22 (двадцять другого) грудня є найдовшою в році.
Люди на півночі, просто, проводять більшу її частину в темряві.
Нахил осі Землі впливає не лише на тривалість світлового дня, але й на тривалість частин року.
Це відбувається тому, що нахил осі Землі викликає зміну пір року.
Для тієї половини Землі, що повернута до Сонця, одна і та ж кількість сонячної енергії розподіляється по значно меншій площі, ніж для іншої половини, де така ж кількість енергії припадає на більшу площу.
Це обумовлює існування літа для однієї півкулі й зими - для іншої.
Проміжок часу від одного з таких сезонних положень Землі до наступного називається сонячним або тропічним роком.
Це хороший спосіб визначення року, бо він містить всі сезони, оскільки заснований на самих орієнтаціях Землі.
Але проблема полягає в наступному: кількість сонячних діб у сонячному році не є цілим числом.
Їх майже 365 (триста шістдесят п'ять), але після того, як така кількість сонячних днів мине, приблизно чверть доби встигає пройти, перш ніж почнеться новий сонячний рік.
Це робить розробку календаря схожим на розробку календаррря.
Якщо ваш календар матиме лише 365 (триста шістдесят п'ять) днів у році, то з плином часу дати зсуватимуться відносно їхніх початкових сезонних позицій.
Так триватиме доти, доки ці додаткові чверті оберту не складуться в одну добу через чотири роки.
Як бачите, 1 березня тепер настає на день раніше, тож якщо ми відкладемо початок березня, додавши додатковий день в кінці лютого кожних чотири роки - високосний день, - все стане на свої місця.
Високосні дні не додають днів до вашого життя.
Ви проживете таку ж їхню кількість, змінюється лиш те, як ми їх називаємо.
А й справді, кого хвилює, що один день настає раніше кожних чотири роки?
Одна доба - це ж зовсім мало, ледь помітно.
Якби батьки-засновники США оголосили про свою незалежність не лише від Британії, а й від високосних днів, і скасували б їх, то сьогодні, 240 років потому, їхній календар на цілих два місяці випереджав би розташування Землі.
Найхолодніші зимові дні в Америці припадали б на квітень, а найтепліші літні - на жовтень.
Додавання однієї доби кожних чотири роки - це ознака відомого юліанського календаря.
Запропонований у 46 (сорок шостому) році до нашої ери Юлієм Цезарем, він фактично був стандартизованим календарем у західному світі протягом тривалого часу - більше тисячоліття.
Але він не досконалий.
Подивіться уважно.
Високосні дні щоразу зміщують календар трохи задалеко, тому що я збрехав.
У сонячному році не 365,25 сонячних діб.
Насправді, трохи менше, і цей час постійно змінюється через довгострокові зміни в рухах Землі та Сонця.
Це означає, що додавання однієї доби кожні чотири роки - це трохи більше, ніж потрібно.
У 1582 (тисяча п'ятсот вісімдесят другому) році дати в юліанському календарі на 10 днів відставали від пір року.
Непогано: всього лиш десять днів за більш ніж тисячоліття. Так?
Та католицьку церкву це непокоїло, оскільки вони хотіли, аби Великдень припадав на той же день, що й століття тому.
Тогочасні астрономи зрозуміли, що якщо високосні дні зсувають календар занадто далеко, нам слід додавати їх менше, щоб вирішити цю проблему.
Якщо конкретно, то ми повинні були б мати на три високосних дні менше кожні чотири століття.
Було створене правило, яке говорить, що кожен четвертий рік вважатиметься високосним, за винятком років, що діляться на сто.
Але, якщо рік ділиться на чотириста, то він вважається високосним.
Це усуває три високосних дні кожні чотири сотні років.
4 жовтня Папа Григорій Тринадцятий представив цей новий календар, який був названий на його честь - Григоріанським.
Він також анулював зсув, який утворився з моменту запровадження юліанського календаря, і 4 (четвертого) жовтня оголосив, що завтра буде 15 (п'ятнадцяте) жовтня.
Дат із 5 (п'ятого) по 14 (чотирнадцяте) жовтня 1582 (тисяча п'ятсот вісімдесят другого) року ніколи не було в країнах, які послухали Папу.
Решті світу знадобилися століття, щоб застрибнути на борт.
Англія та її колонії, як-от майбутні Сполучені Штати, прийняли григоріанський календар у вересні 1752 (тисяча сімсот п'ятдесят другого) року, коли дати юліанського календаря випереджали пори року на 11 (одинадцять) днів.
Ось чому зникли дати з 3 (третього) по 13 (тринадцяте) вересня.
Коли він був впроваджений, то перший день року був перенесений з 1 березня на 1 січня.
Саме тому дата народження Джорджа Вашингтона має два варіанти.
Незважаючи на кращу, в порівнянні з юліанським, відповідність сезонам, григоріанський календар не досконалий, оскільки викликає розбіжність між датами й сезонами в одну добу кожні 3216 (три тисячі двісті шістнадцять) років.
Пропонувалися й інші календарі, як той, що розрахували standupmaths (ˈstandʌpmaθs), який зміщується ще повільніше.
До речі, їхні відео чудові.
Але досить вже всього цього.
Влаштуйтеся зручніше і насолоджуйтесь рухом Землі, не намагаючись розділити його на частини і якось назвати.
Зауважимо, що земні океани, її рідка середина й інші небесні тіла постійно впливають на рух нашої планети, щохвилини змінюючи його.
Їхній вплив вимірюваний, але його важко помітити на великих масштабах, і ці зміни практично непомітні на коротких відрізках часу, як-от тривалість людського життя.
Якщо дивитися на північний полюс зверху, то екватор обертається проти годинникової стрілки зі швидкістю 1670 (тисяча шістсот сімдесят) кілометрів на годину.
Відносно Сонця Земля рухається майже по колу проти годинникової стрілки на швидкості приблизно 108 000 (сто вісім тисяч) кілометрів на годину.
Орбітою, відносно якої вісь Землі нахилена на 23,4° (двадцять три цілих і чотири десяті градуса).
Відносно навколишніх зірок уся наша Сонячна система рухається зі швидкістю 70000 (сімдесят тисяч) кілометрів на годину приблизно в напрямку яскравої зорі Вега в сузір'ї Ліри.
І наша Сонячна система є частиною величезної галактики під назвою Чумацький Шлях.
Площина земної орбіти нахилена приблизно на 60° (шістдесят градусів) відносно галактичної площини.
Якщо дивитися на північний полюс Землі, наша Сонячна система рухається за годинниковою стрілкою навколо центра Галактики на швидкості 792000 км/год (сімсот дев'яносто дві тисячі кілометрів на годину).
І вся наша галактика також рухається через всесвіт.
Ми знаємо це, оскільки, коли Всесвіт був дуже молодим, він був настільки гарячим, що електрони й протони носились повсюди, і фотони світла постійно розсіювалися на них.
Світло не могло поширюватися на великі відстані, тож Всесвіт був непрозорим.
Але потім, приблизно через 380 000 (триста вісімдесят тисяч) років після Великого вибуху, Всесвіт охолов достатньо, щоб електрони й протони почали утворювати атоми водню.
Раптово, ураз, фотони отримали можливість рухатися вільно, не взаємодіючи з нейтральними атомами.
Всесвіт став прозорим для світла.
З цього моменту ці ранні фотони поширюються в просторі.
Щодня ці давні фотони, що вирвалися з непрозорого "туману" в момент останнього розсіювання, з областей космосу, віддалених на відстань, менше однієї світлової доби, досягають нас.
Вони є частиною космічного мікрохвильового фонового випромінювання.
Воно спостерігається у всіх напрямках.
Мікрохвильовим воно стало тому, що розширення Всесвіту спричинило червоний зсув.
Певна частина цього випромінювання зазнає більшого зсуву, ніж інша, через наш власний рух крізь простір, який визначається рухами, про які ми вже говорили.
Відносно цього реліктового випромінювання - першого і найдавнішого світла - ми подорожуємо в Чумацькому Шляху в бік місця, розташованого в напрямку сузір'їв Лева і Діви, на швидкості у 2 100 000 км/год (два мільйони сто тисяч кілометрів на годину).
До гравітаційної аномалії, яку ми ще несповна розуміємо, тому просто називаємо її Великим Атрактором.
Ось як ви на земній поверхні рухаєтеся крізь Всесвіт на борті космічного корабля під назвою "Земля".
Гаразд.
А тепер зупинімося.
Це - приблизно сто років руху Землі в космосі.
З самого початку і до кінця - це шлях, який ви подолаєте за своє життя.
Ви не купували квиток на цю подорож.
Ваші батьки забезпечили вам її без вашої згоди.
Однак, це, без перебільшень, подорож усього вашого життя.
І, як завжди, дякую за перегляд.

Від редакції: На карті світу у відео Крим позначений окремо від України. Це серйозна помилка, яку не можна ігнорувати. На жаль відеоряд змінити вже не можна. А Крим - це Україна, а не та педерація справа з "ss" в назві.