Характеристика планеты Земля: краткий обзор и влияние на навигацию

Земля – третья планета от Солнца и единственная известная планета, на которой существует жизнь. Общая характеристика планеты Земля включает в себя гидросферу, атмосферу, литосферу, биосферу, магнитное поле и тектонические плиты.

Развитие спутниковой навигации во второй половине XX века привело к глобальной доступности высокоточных данных о местоположении судов. Однако, несмотря на преобладание ГНСС, астрономические методы определения местоположения остаются актуальными для обеспечения надежности навигации, особенно в отдаленных районах океана. Мореходная астрономия продолжает играть важную роль в Аттестационные тесты для судоводителей из программы Компас 3.40подготовке судоводителей, позволяя им определять поправки курсоуказателей и решать другие навигационные задачи.

В этой статье мы рассмотрим основные характеристики планеты Земля, такие как ее размер, масса, состав и движение.

Общая характеристика Вселенной

Наш космический адрес:

Солнечная система, включающая в себя девять планет, является лишь малой частью Млечного Пути, в котором содержится около 100 миллиардов звезд. Наблюдаемая Вселенная насчитывает более 10 миллиардов галактик, каждая из которых может содержать миллиарды звездных систем. Таким образом, общее число звезд во Вселенной достигает невероятных величин, что позволяет предположить существование миллиарда планет, потенциально пригодных для жизни.

Наша Земля – лишь песчинка в космическом океане. Ее радиус составляет всего 6 378 километров, а масса Земли уступает массе Юпитера в 318 раз и превышает массу Плутона всего в 100 раз. Все планеты Солнечной системы вместе взятые составляют менее одной семисотой доли массы Солнца.

Солнце, сердце нашей системы, имеет диаметр в 109 раз больше земного и массу в 325 000 раз больше земной. Его ядро раскалено до 17 миллионов градусов, а каждую секунду в его недрах сгорает 5 миллионов тонн водорода.

Выйдя за пределы Солнечной системы, мы попадаем в бездонные просторы Вселенной. Звезды, подобные нашему Солнцу, лишь малая часть этого великолепия. Сверхгиганты, такие как Бетельгейзе, в сотни раз превосходят Солнце по размеру, а белые карлики, наоборот, сравнимы по размерам с Землей, но при этом невероятно плотные.

Квазары – одни из самых ярких объектов во Вселенной, их размеры достигают световых лет.

Наша галактика, Млечный Путь, представляет собой гигантский звездный диск диаметром около 80 000 световых лет, масса которого в 100 миллиардов раз превышает массу Солнца. И даже наша галактика – лишь малая часть наблюдаемой Вселенной, простирающейся на десятки миллиардов световых лет.

Цифры, приведенные выше, позволяют осознать грандиозность космоса и ничтожность нашей планеты на его фоне. Однако именно на этой маленькой планете зародилась жизнь, и именно здесь мы, люди, задаемся вопросами о своем месте во Вселенной.

Длина земного экватора составляет 40 075 км, а расстояние до Солнца равно примерно 150 млн. км. Свет преодолевает это расстояние за 8 минут 20 секунд. До ближайшей звезды Альфа Центавра свет летит более 4 лет, а до центра нашей Галактики – около 47 000 лет. Расстояние до галактики Андромеды составляет около 2 миллионов световых лет, а до квазара ОQ172 – более 10 миллиардов. Ближайшая предполагаемая высокоразвитая цивилизация может находиться на расстоянии около 1 000 световых лет. Край наблюдаемой Вселенной расположен на расстоянии более 13 миллиардов световых лет.

Космические скорости и расстояния поражают воображение. Земля вращается вокруг своей оси со скоростью около 0,5 км/с, а вокруг Солнца – уже с 30 км/с. Вместе с Солнечной системой мы движемся со скоростью 300 км/с вокруг центра Галактики, совершая полный оборот за 230 миллионов лет. Сама Галактика летит со скоростью 417 км/с в направлении созвездия Гидры. Астрономы наблюдают еще более впечатляющие скорости: Крабовидная туманность расширяется со скоростью 1 500 км/с, а квазар ОQ172 удаляется от нас практически со скоростью света.

Светимость небесных тел также варьируется в огромных пределах. Солнце, излучающее энергию, эквивалентную свету 3,83 · 10²⁷ лампочек, является лишь одной из миллиардов звезд нашей Галактики. Самые яркие звезды в десятки тысяч раз превосходят Солнце по светимости, а сверхновые взрываются с такой силой, что затмевают светом целые галактики. Квазары, самые яркие объекты во Вселенной, могут светить ярче сотен обычных галактик. И наоборот, существуют звезды, в миллион раз менее яркие, чем наше Солнце.

Древние астрономы уже заметили различия в яркости звезд. Гиппарх ввел систему звездных величин, где самые яркие звезды имеют первую величину, а самые слабые – шестую. Современная шкала звездных величин более точна и показывает, что звезда первой величины в 100 раз ярче звезды шестой величины. Солнце, например, в 10 миллиардов раз ярче Сириуса.

Общая характеристика планеты Земля

Занимая третье место по удаленности от Солнца, Земля стала домом для всего живого. Ее поверхность, площадью около 510 миллионов квадратных километров, более чем на 70 % покрыта водой, что делает ее уникальной среди планет Солнечной системы.

Земля имеет массу примерно 6 секстиллионов килограммов и по форме напоминает слегка сплюснутый шар из-за своего вращения вокруг оси. Эта форма, называемая геоидом, учитывает все неровности земной поверхности. Однако для упрощения расчетов геоид часто аппроксимируют земным эллипсоидом – фигурой, близкой по форме к геоиду.

Читайте также: Роль океанографии в изучении мировых океанов и климата Земли

Форма Земли, представленная геоидом, существенно влияет на прокладку курса судна и точность навигационных расчетов. Для определения оптимального морского маршрута необходимо учитывать особенности геоида. Гравитационные аномалии могут вызывать отклонения в показаниях приборов навигационной системы. Для точного определения местоположения необходимо учитывать магнитные склонения и использовать Радиолокационные станции и средства автоматической радиолокационной прокладкисовременные GPS-навигаторы.

Каждый регион мира использует свой референц-эллипсоид, который наиболее точно соответствует форме Земли в данной местности. Выбор референц-эллипсоида важен для точных геодезических и картографических работ.

Элементы некоторых референц-эллипсоидов:

Размеры референц-эллипсоида Красовского:

• а = 6 378 245 м – большая полуось;
• в = 6 356 863 м – малая полуось;
• α = 1:298,3 – полярное сжатие (0,0033523299);
• е = 0,081813 – эксцентриситет.

Земля немного сплюснута у полюсов и выпукла у экватора, из-за чего ее радиус в разных местах отличается примерно на 43 километра. В среднем же радиус Земли составляет около 6 371 километра, а длина окружности по экватору – почти 40 075 километров.

Наша планета постоянно движется. Она вращается вокруг своей оси, давая нам смену дня и ночи. А еще Земля движется вокруг Солнца по овальной орбите со средней скоростью около 30 километров в секунду.

Земля обладает мощным магнитным полем, которое защищает нас от вредного космического излучения. Это поле простирается в космос на десятки тысяч километров и отталкивает заряженные частицы, летящие от Солнца.

Ученые считают, что Земля образовалась около 4,6 миллиардов лет назад из огромного облака газа и пыли. Химический состав Земли неоднороден и варьируется в зависимости от глубины, от земной коры до ядра. Наша планета состоит из нескольких концентрических слоев. Земная кора – это тонкая внешняя оболочка, богатая легкими элементами, такими как кислород, кремний и алюминий. Именно здесь сосредоточены все известные нам полезные ископаемые. Под корой располагается мантия – слой, преимущественно состоящий из силикатных пород. В центре Земли находится ядро, разделенное на жидкое внешнее ядро, состоящее в основном из железа и никеля, и твердое внутреннее ядро.

С тех пор наша планета постоянно меняется, но основные ее характеристики остаются неизменными.

Ближе всего к Солнцу Земля подходит в начале января (т. П – перигелий), когда в Северном полушарии царит Зима, которая теплее, чем в Южном полушарии (Sn ≈ 147 млн. км).

Дальше всего от Солнца Земля отходит в начале июля (т. А – афелий), когда у нас лето, которое прохладнее, чем в Южном полушарии (S_А ≈ 152 млн. км).

Разница в удалении Земли от Солнца между январем и июлем составляет около 5 млн. км. Среднее расстояние от Земли до Солнца оценивается в 150 млн. км = 1 а. е. (астрономическая единица).

• Большая полуось земной орбиты: а = 149,50 млн. км.
• Малая полуось земной орбиты: в = 149,49 млн. км.

Причина смены времен года кроется в наклоне земной оси.

Ось вращения Земли расположена под углом ~ 66°33′ к плоскости ее движения вокруг Солнца. На Земле различают 5 климатических поясов:

• экваториальный или тропический (23°27′N ÷ 0° ÷ 23°27′S);
• 2 умеренных пояса (23°27′N ÷ 66°33′N; 23°27′S ÷ 66°33′S);
• 2 полярных пояса (66°33′N ÷ 90°N; 66°33′S ÷ 90°S).

Можно принимать, что ось вращения Земли перемещается в пространстве всегда параллельно самой себе. На самом деле ось вращения Земли описывает на небесной сфере малый круг, совершая один полный оборот за 25 800 лет.

Рекорды нашей планеты

Человечество всегда стремилось познать пределы нашей планеты. Мы исследовали самые отдаленные уголки Земли, покоряли самые высокие вершины и погружались в самые глубокие бездны. В этом тексте мы собрали самые удивительные рекорды нашей планеты, которые наглядно демонстрируют масштабы и разнообразие нашей планеты.

1 Рельеф земной поверхности

• Самая высокая точка: Гора Эверест, Непал (8 848 м).
• Самая низкая точка суши: Мертвое море, Израиль и Иордания (-396 м).
• Самое глубокое ущелье: Большой Каньон, США (глубина до 2 133 м).
• Самый большой метеоритный кратер: Вредефорт, Южная Африка (диаметр около 300 км).

2 Гидрография

• Самый большой океан: Тихий океан (площадь около 165 млн км²).
• Самое большое море: Филиппинское море (площадь около 5,7 млн км²).
• Самое большое озеро: Каспийское море (площадь около 371 000 км²).
• Самая длинная река: Нил (длина около 6 650 км).
• Самый глубокий океанический желоб: Исследования Марианской впадиныМарианская впадина (глубина около 11 034 м).
• Самый высокий водопад: Анхель, Венесуэла (высота 979 м).

3 Климат

• Самое влажное место: Черрапунджи, Индия (среднегодовое количество осадков около 11 871 мм).
• Самое сухое место: Пустыня Атакама, Чили (практически без осадков).
• Самое холодное место: Станция Восток, Антарктида (минимальная температура -89,2 °C).
• Самое жаркое место: Долина Смерти, США (максимальная температура +56,7 °C).

4 Экстремальные природные явления

• Самый сильный ветер: Зафиксирован на горе Вашингтон, США, скорость ветра достигала 372 км/ч.
• Самые высокие приливы: Залив Фанди, Канада (высота прилива до 16 м).

5 Антропогенные рекорды

• Самое большое искусственное водохранилище: Озеро Вольта, Гана (площадь около 8 500 км²).

Вспомогательная небесная сфера: основные точки, линии и плоскости

Прежде чем говорить о вспомогательной небесной сфере (ВНС), вспомним основные точки, линии и плоскости земной сферы, приняв Землю за шар и пренебрегая ее сжатием, т. к. большая и малая полуоси земного эллипсоида отличаются всего на 0,3 % радиуса Земли.

Произвольным радиусом проведем окружность с центром в т. С – центр Земли (рис. 1).

• земная ось P_NP_S – воображаемая линия, проходящая через центр Земли т. С и географические полюсы Земли P_N – северный и P_S – южный; именно вокруг этой оси Земля совершает один оборот за 24 часа с запада на восток;
• плоскость земного экватора → плоскость проходящая через центр Земли (т. С) перпендикулярно земной оси P_NP_S (делит земной шар на два полушария – северное и южное);
• земной экватор – воображаемая линия пересечения плоскости экватора с земной поверхностью (qq′);
• географический меридиан – воображаемая линия пересечения поверхности Земли, плоскостью проходящей через географические полюсы Земли P_N и P_S;
• истинный меридиан наблюдателя – географический меридиан, проходящий через место наблюдателя т. О:
  • отвесная линия → воображаемая линия, проходящая через центр Земли (т. С) и место наблюдателя (т. О) – линия ОС;
  • плоскость истинного горизонта → плоскость, проходящая через место наблюдателя (т. О) перпендикулярно отвесной линии ОС;
  • плоскости вертикалов → плоскости, проходящие через отвесную линию ОС перпендикулярно плоскости истинного горизонта наблюдателя (и. г. н.);
• плоскость I-го вертикала – вертикальная плоскость перпендикулярная и плоскости истинного горизонта наблюдателя (и. г. н.), и плоскости истинного меридиана наблюдателя (и. м. н.);
• полуденная линия – воображаемая линия NS, по которой плоскость истинного горизонта пересекается с плоскостью истинного меридиана наблюдателя;
• полуденная линия соответствует направлениям из места наблюдателя на север (N) и юг (S);
• линия EW – воображаемая линия, по которой плоскость I-го вертикала пересекается с плоскостью истинного горизонта. Линия EW соответствует направлениям из места наблюдателя на восток (E) и на запад (W).

Наблюдатель, находясь в т. О Земли наблюдает все видимые невооруженным глазом небесные светила как бы проецируемые на воображаемую сферу бесконечно большого радиуса.

Если учесть, что размеры Земли по сравнению с расстоянием до небесных светил бесконечно малы, то можно радиусом Земли пренебречь и считать, что наблюдатель и Земля сливаются в одну точку, которая будет находиться в центре этой сферы.

Таким образом: из-за малых размеров Земли, в сравнении с расстояниями до звезд (D_min ≈ 43 трил. км) всех наблюдателей, расположенных в разных местах земной поверхности, можно считать находящимися в одной точке, т. е. центре небесной сферы, что позволяет сформулировать ее основное свойство: одна и та же звезда в один и тот же момент времени наблюдения видна из разных мест земной поверхности по параллельным направлениям.

Дадим теперь определение вспомогательной небесной сферы – ВНС:

ВНС → это воображаемая сферическая поверхность произвольного радиуса с центром в месте наблюдателя, на поверхность которой проецируются видимые места светил.

Кажущееся движение светил вследствие вращения Земли (с запада на восток) вокруг своей оси называется видимым суточным движением светил (с востока на запад).

ВНС медленно вращается в направлении с E к W. Созвездия поднимаются над горизонтом в восточной стороне неба и опускаются к горизонту в западной стороне.

Построение небесной сферы (рис. 2)

Представим себе, что мы находимся в центре огромной сферы, на внутренней поверхности которой видны все небесные тела.

Эта сфера называется небесной сферой. Давайте построим ее схематически.

1 Небесный меридиан и горизонт:

Проведем вертикальную линию, представляющую отвес. Точки пересечения этой линии с небесной сферой:

• верхняя – зенит (Z),
• нижняя – надир (n).

Линия, соединяющая зенит и надир, называется отвесной линией.

Перпендикулярно отвесной линии проведем линию горизонта. Точки ее пересечения с небесной сферой:

• север (N)
• и юг (S).

Линия NS – это полуденная линия.

Плоскость, проходящая через горизонт, делит небесную сферу на две части:

• надгоризонтную (видимую);
• и подгоризонтную (невидимую).

2 Полюсы мира и ось мира:

Найдем на небесной сфере точку, соответствующую северному полюсу мира (PN). Угол между полуденной линией и направлением на северный полюс мира равен географической широте места наблюдения (φ).

Проведем ось мира через северный и южный полюсы мира. Вокруг этой оси вращается вся небесная сфера.

3 Небесный экватор:

Перпендикулярно оси мира проведем плоскость небесного экватора. Это большой круг, делящий небесную сферу на северное и южное полушария.

4 Другие важные линии и круги:

• Вертикал: Большой круг, проходящий через зенит, надир и точки востока и запада на горизонте.
• Небесная параллель: Малый круг, параллельный небесному экватору. По небесным параллелям движутся небесные светила.
• Альмукантарат: Малый круг, параллельный горизонту.

Основные точки, линии и плоскости ВНС

Для изучения движения небесных тел и определения их координат в астрономии используется система небесных координат. Основой этой системы являются различные плоскости, линии и точки, которые образуют небесную сферу. Данная таблица представляет собой краткий справочник, содержащий основные элементы этой системы и их обозначения.

Все указанные точки, линии и плоскости (таблица выше) занимают для данного наблюдателя совершенно определенное положение на ВНС и относительно которых можно наносить видимые места светил на сферу.

 
Таким образом, чтобы построить ВНС для конкретного наблюдателя ее нужно сориентировать по широте данного наблюдателя.

Астрономия, одна из древнейших наук, тесно переплетается с историей человечества. Ее изучение позволяет проследить эволюцию человеческого мышления, от мифологических представлений о небесных телах до современных научных теорий. Как отмечает Н. К. Фламмарион, астрономия отражает “всю душу и жизнь человечества“, демонстрируя как его могущество, так и бессилие, любопытство и стремление к познанию.

Предлагается к прочтению: Навигационная гидрометеорология

Несмотря на масштабность изучаемого объекта – Вселенной, именно человек, как подчеркивает Блез Паскаль, является главным действующим лицом в астрономии. Благодаря своим наблюдениям, исследованиям и технологическим достижениям, человек не только изучает космос, но и активно его осваивает.

Астрономические знания имеют широкий спектр применения. Одним из ярких примеров является мореходная астрономия, позволяющая определять местоположение судна по звездам. Использование вспомогательных моделей, таких как небесная сфера, упрощает понимание сложных астрономических явлений и облегчает расчеты.

Теория Большого Взрыва

Теория Большого Взрыва – это общепринятая космологическая модель, описывающая раннее развитие нашей Вселенной. Согласно этой теории, Вселенная возникла из чрезвычайно горячего и плотного состояния примерно 13,8 миллиарда лет назад.

Суть теории

Представьте себе, что вся материя и энергия Вселенной были сконцентрированы в одной невероятно маленькой точке. В какой-то момент произошел колоссальный взрыв, и эта точка начала стремительно расширяться. С расширением Вселенная охлаждалась, и из первоначальной плазмы стали образовываться элементарные частицы, а затем и атомы. Со временем из этих атомов сформировались звезды, галактики и все то разнообразие космических объектов, которое мы наблюдаем сегодня.

Доказательства теории Большого Взрыва

• Расширение Вселенной: Галактики удаляются друг от друга, что свидетельствует о продолжающемся расширении Вселенной.
• Реликтовое излучение: Это слабое микроволновое излучение, заполняющее всю Вселенную. Оно является своеобразным “эхом” Большого Взрыва.
• Изобилие легких элементов: Соотношение водорода, гелия и других легких элементов во Вселенной соответствует предсказаниям теории Большого Взрыва.

После эпохи рекомбинации начался процесс формирования первых звезд и галактик. Современная Вселенная продолжает расширяться, и ученые предполагают, что это расширение будет продолжаться вечно.

 
В 2024 году появились новости о том, как космический телескоп Джеймса Уэбба обнаружил неожиданно древние галактики. Обсуждается возможность необходимости переписать теорию Большого Взрыва. Телескоп способен обнаруживать очень слабый инфракрасный свет, что позволяет ему видеть дальше в прошлое, чем когда-либо прежде. Это привело к открытию галактик, которые кажутся более зрелыми, чем ожидалось. Вполне возможно, что эти находки заставят ученых переосмыслить свое понимание Вселенной.

Влияние общей характеристики планеты Земля на судовую навигацию

Физические характеристики планеты Земля оказывают существенное влияние на судоходство. Форма Земли, ее гравитационное поле, магнитное поле и другие факторы определяют условия плавания и требуют учета при составлении морских карт. Рассмотрим основные аспекты этого влияния:

Форма и размеры Земли

Влияние формы Земли на прокладку курса обусловлено сферичностью нашей планеты, поэтому кратчайший путь между двумя точками на Земле не является прямой линией, а представляет собой дугу большого круга. Понимание размеров Земли необходимо для точного определения расстояний и планирования морских путешествий.

Вращение Земли

Судоходство тесно связано с вращением Земли. Смена дня и ночи, вызванная этим вращением, определяет возможности использования небесной навигации. Однако, помимо этого, вращение планеты создает силу Кориолиса, которая влияет на движение судов. Чтобы успешно преодолевать большие расстояния, морякам необходимо учитывать это явление при Планирование прокладки маршрутапланировании маршрута.

Гравитационное поле Земли

Притяжение Луны и Солнца к Земле приводит к периодическим колебаниям уровня воды в океанах и морях, известным как приливы и отливы. Эти колебания значительно меняют глубину воды в различных регионах, что моряки обязаны учитывать при планировании ТОП 10 самых больших морских портов в Мирезахода в порты и проходе мелководных районов. Кроме того, поверхность океана не является идеально гладкой сферой.

Неравномерное распределение массы внутри Земли приводит к отклонениям этой поверхности от теоретической формы, образуя так называемый геоид. Для точного определения местоположения судна необходимо учитывать эти отклонения.

Магнитное поле Земли

Магнитное поле Земли используется для ориентации судна с помощью компаса. Однако, магнитное поле не совпадает с географическим и подвержено вариациям, поэтому необходимо вносить поправки в показания компаса. Магнитные бури могут вызывать значительные отклонения Курсоуказатели и курсографмагнитной стрелки компаса, что представляет опасность для судоходства.

Атмосфера Земли

Ветер оказывает существенное влияние на движение судна, особенно на небольших судах. При планировании маршрута необходимо учитывать преобладающие ветры в данном районе. Волнение моря, вызванное ветром, затрудняет управление судном и может привести к его повреждению. Атмосферное давление влияет на высоту уровня моря и может вызывать Управление судном в штормовых условияхштормы и ураганы.

Гидросфера Земли

Морские течения оказывают значительное влияние на движение судна, изменяя его скорость и направление. Влияние течений на движение судна особенно заметно при длительных переходах и в узких проливах. Соленость воды также играет важную роль, влияя на плотность и осадку судна. Температура воды определяет скорость распространения звуковых волн, что необходимо учитывать при работе гидролокаторов.

Рельеф дна

Знание глубин позволяет избежать столкновения с подводными препятствиями. Подводные течения могут оказывать влияние на движение судна, особенно на малых глубинах.

Другие факторы

В полярных районах и некоторых морях ледовые условия существенно ограничивают судоходство. Мели, рифы, подводные скалы, айсберги, морские животные – все эти факторы представляют опасность для судоходства.

Читайте также: Мировой Океан и океанотехника. Характеристики морских льдов, течений и волн

Общая характеристика планеты Земля является основой для понимания процессов, происходящих в океанах и морях, и оказывает непосредственное влияние на все аспекты судоходства. Современные системы навигации позволяют учитывать все эти факторы и обеспечивать Безопасность судоходства: ключевые аспекты, правила, Конвенции и рекомендации для успешного плаваниябезопасность плавания.

Автор

Ольга Несветайлова

Фрилансер

Литература

1. Астрономический календарь. Постоянная часть. Изд. 7-е. М.: Наука, 1981, 704 с.
2. Бакулин П. И. и др. Курс общей астрономии. – М., Госфизматиздат, 1983 г., 558 с.
3. Морской астрономический ежегодник («МАЕ») текущего года. – ГУНиО МО (№ 9002), 320 с.
4. Морской энциклопедический словарь т. 3 Р-Я. СПб.: Судостроение, 1994, 488 с.
5. Генри Джи – Очень краткая история жизни на Земле: 4,6 миллиарда лет в 12 лаконичных главах, 2023.