ויקיפדיה

סיבוב כדור הארץ

סיבוב כדור הארץ סביב צירו

סיבוב כדור הארץ הוא מושג המתייחס לסיבוב של כדור הארץ מסביב לצירו, ולשינויים בכיוון הציר ביחס למרחב. כדור הארץ מסתובב מזרחה, ובמבט מכוכב הצפון, הוא מסתובב נגד כיוון השעון.

אנימציה של סיבוב כדור הארץ סביב צירו
צילום בחשיפה ארוכה של שמי הלילה הצפוניים מעל הרי ההימלאיה הנפאליים מציג את הנתיבים הנראים של הכוכבים בזמן סיבוב כדור הארץ.

הקוטב הצפוני הגאוגרפי הוא הנקודה בחצי כדור הארץ הצפוני, שבה ציר הסיבוב של כדור הארץ ניצב לפני השטח שלו. נקודה זו נבדלת מהקוטב הצפוני המגנטי. באופן דומה, הקוטב הדרומי הוא הנקודה השנייה שבה ציר הסיבוב של כדור הארץ ניצב לפני השטח שלו, והוא נמצא באנטארקטיקה.[1]

ביחס לכוכבים רחוקים כדור הארץ משלים סיבוב אחד כל 23 שעות, 56 דקות ו-4 שניות (בערך). סיבוב זה בשילוב עם סיבוב כדור הארץ סביב השמש גורם לכך שמנקודת מבט של אדם העומד על כדור הארץ, השמש סובבת את כדור הארץ ומשלימה סיבוב אחד ב-24 שעות בערך. מחזור סיבוב זה נקרא יממה שמשית.

מהירות הסיבוב של כדור הארץ קטנה עם הזמן, ובהתאם היממה הייתה קצרה יותר בעבר והיא צפויה להתארך בעתיד. ההאטה נובעת מהשפעות הגאות והשפל של הירח על סיבוב כדור הארץ. שעונים אטומיים מראים שהיממה המודרנית ארוכה יותר בכ-1.7 מילישניות מאורך היממה לפני מאה שנים.[2] בהתאם לכך, מבוצעות התאמות במדד UTC באמצעות שימוש בשניות מעוברות. לפי רישומים אסטרונומיים היסטוריים, מאז המאה ה-8 לפני הספירה אורכה של היממה גדל בכ-2.3 מילישניות בכל מאה.[3] מדענים דיווחו כי בשנת 2020 כדור הארץ התחיל להסתובב מהר יותר, לאחר האטה עקבית בעשורים שלפני כן.[4]

היסטוריה

עריכה

בתקופת יוון העתיקה, חלק מהאסכולות הפיתגוראיות האמינו בסיבוב כדור הארץ ולא בסיבוב של השמים בשעות היום. דומה כי הראשון מביניהם היא פילולאוס (385–470 לפנה"ס), אך גישתו הייתה סבוכה וכללה סיבוב יומי המנוגד לתנועת כדור הארץ, סביב "אש מרכזית".[5]

תמונה קונבנציונלית יותר הוצעה על ידי היקטס, הרלדיקס ואקפנטוס במאה ה-4 לפנה"ס. הם הניחו כי כדור הארץ מסתובב אבל לא טענו כי הוא מסתובב מסביב לשמש. במאה ה-3 לפנה"ס, אריסטרכוס מסאמוס דן במקומה המרכזי של השמש.[6]

אולם, במאה ה-4 לפנה"ס ביקר אריסטו את רעיונותיו של פילולאוס, בהיותם מבוססים על תאוריה ולא על תצפית. אריסטו מיסד את הרעיון שלפיו קיימת ספירה של כוכבי שבת המסתובבים סביב כדור הארץ.[7] רעיון זה היה מקובל על דעת רוב המשכילים בדורות הבאים, בפרט על ידי תלמי (המאה ה-2), אשר חשב כי כדור הארץ היה נהרס בידי סופות לו הסתובב בעצמו.[8]

בשנת 499, האסטרונום ההודי אריאבהטה כתב כי הארץ הכדורית מסתובבת סביב הציר היומי שלה, וכי תנועת הכוכבים היא תנועה יחסית הנגרמת על ידי סיבוב הארץ. הוא טען לאנלוגיה הבאה: "כשם שאדם בסירה המתקדמת לכיוון אחד רואה את העצמים הדוממים על הגדה כאילו הם נעים לכיוון ההפוך, כך אדם בלנקה רואה את כוכבי השבת כאילו הם מתקדמים מערבה".[9]

במאה ה-10, כמה אסטרונומים מוסלמים הסכימו לרעיון שלפיו כדור הארץ סובב סביב צירו. לפי אל-בירוני, היה זה אבו סייד אל-סיג'זי (נפטר בסביבות שנת 1020) שהמציא אצטרולב שנקרא "א-זוראקי", והיה מבוסס על הרעיון שרווח בקרב כמה מבני דורו שלפיו "התנועה שאנו רואים היא בגלל תנועת כדור הארץ ולא בגלל זו של השמים". על החדשנות של תפיסתו זו ניתן ללמוד מציטוט מהמאה ה-13: "לפי הגאומטריקנים [או המהנדסים] ("מוהנדיסין" במקור), הארץ מצויה בתנועה מעגלית קבועה, ומה שנראה לנו כתנועה של השמים הוא למעשה תנועה של הארץ ולא של הכוכבים".[10]

אי אילו חיבורים נכתבו על מנת לדון בהיתכנות תפיסה זו, כניסיונות להפריך או להביע ספקות בטיעוניו של תלמי כנגדה. במצפי הכוכבים במראגה ובסמרקנד, סיבוב כדור הארץ נידון בידי טוסי (נולד ב-1201) וקושג'י (נולד ב-1403). הטיעונים שבהם השתמשו, וההוכחות שהביאו, דומים לאלו שהובאו לימים על ידי קופרניקוס.[11]

באירופה של ימי הביניים, תומאס אקווינס קיבל את השקפתו של אריסטו.[12] כך גם ז'אן בורידן וניקול אוראם במאה ה-14, אם כי לא בהתלהבות יתרה. עם זאת, רק כאשר אימץ ניקולאוס קופרניקוס את המודל ההליוצנטרי ב-1543, החלה להתבסס ההבנה של סיבוב כדור הארץ. קופרניקוס הראה כי אם תנועת כדור הארץ היא חדה ומשמעותית, הרי שגם תנועת הכוכבים היא כזו במידה רבה. הוא הוקיר את תרומתם של הפיתגוראים והציג דוגמאות של תנועה יחסית. עבור קופרניקוס, היה זה הצעד הראשון בבנייתה של תבנית פשוטה שבה כוכבי לכת סובבים סביב שמש מרכזית.[13]

טיכו ברהה, אשר השיג תצפיות מדויקות (שעליהן ביסס קפלר את חוקי התנועה הפלנטרית), השתמש בעבודתו של קופרניקוס כבסיס למערכת המניחה קיומו של כדור ארץ סטציונרי. בשנת 1600, ויליאם גילברט תמך בחוזקה ברעיון של סיבוב כדור הארץ במסגרת חיבורו על המגנטיות של כדור הארץ, ובכך השפיע על רבים מבני דורו.[14] אלה שלא תמכו במוצהר או דחו את הרעיון של תנועת הארץ מסביב לשמש, כונו בשם "סמי-קופרניאנים". כמאה שנים לאחר קופרניקוס, ריצ'יולי הטיל ספק במודל הארץ המסתובבת לאור מחסור בתצפיות ניסיוניות של הטיות מזרחה עבור גופים נופלים.[15] הטיות שכאלה יכונו לימים כוח קוריוליס. ואמנם, תרומותיהם של קפלר, גלילאו וניוטון סייעו לצבירת תמיכה בתאוריה של סיבוב כדור הארץ.

בחינות אמפיריות

עריכה

סיבוב כדור הארץ מצביע על כך שקו המשווה בולט בעוד שהקטבים הגאוגרפיים פחוסים. בחיבורו פרינקיפיה מתמטיקה חזה ניוטון שפחיסות זו תהיה ביחס של 1:230, כשהוא מסתמך על מדידות מטוטלת שבוצעו על ידי ריצ'ר ב-1673 כאישוש לשינוי בכבידה, אף כי מדידות ראשוניות של אורכי מרידיאן על ידי פיקאר וקאסיני בסוף המאה ה-17 הוכיחו בדיוק את ההפך.[16] עם זאת, מדידות שביצעו מופרטואה והמשלחת הגאודזית הצרפתית בשנות ה-30 של המאה ה-18, הוכיחו כי כדור הארץ פחוס, ובכך אוששו תפיסותיהם של ניוטון וקופרניקוס.[17]

אם נצמיד מערכת ייחוס מסתובבת ומאיצה לכדור הארץ, נראה כי גוף המבצע תנועה חופשית ינוע לאורך מסלול החורג מזה המצופה במקרה של מערכת יחוס מקובעת. הדבר מיוחס לאפקט קוריוליס, הגורם להסטה מזרחה של גופים נופלים ביחס לאנך הנפרש מתחת לנקודת תחילת התנועה שלהם.[18] מאותה הסיבה, קליעים הנורים לכיוון דרום יסטו ימינה ביחס לכיוון שיגורם וקליעים הנורים לכיוון צפון יסטו שמאלה.[19] אפקט קוריוליס נצפה לרוב בקנה מידה מטאורולוגי, שבו הוא אחראי על הכיוונים ההפוכים של סופות טורנדו בחצי הכדור הצפוני או הדרומי (נגד כיוון השעון ועם כיוון השעון, בהתאמה).[20]

רוברט הוק ניסה אף הוא לאשש את הסטייה מזרחה של גוף הנופל מגובה של 8.2 מטרים, וכשל בכך. זאת בעקבות הצעתו של ניוטון משנת 1679. רק בסוף המאה ה-18 ובתחילת המאה ה-19 התקבלו תוצאות חד משמעיות במסגרת מדידות שערכו ג'ובאני בטיסטה גולילמיני בבולוניה, פרידריך בנצנברג בהמבורג ופרדיננד רייך בפרייבורג. השלושה השתמשו במגדלים גבוהים יותר שמהם הפילו את הגופים, ושחררו אותם בזהירות רבה יותר. כך למשל הם מדדו כי כדור שנפל מגובה 158.5 מטרים חרג בשיעור של 27.4 מילימטר מהאנך, בהשוואה לתוצאה מחושבת של 28.1 מילימטר - כלומר, בדיוק גבוה למדי.[21]

הבחינה המפורסמת ביותר של סיבוב כדור הארץ היא בניסוי מטוטלת פוקו, שיזם לראשונה הפיזיקאי לאון פוקו ב-1851. מערכת הניסוי הורכבה מכדור פליז ממולא בעופרת שנתלה מהגג של הפנתאון של פריז. לנוכח סיבוב כדור הארץ מתחת למטוטלת המתנודדת, מישור התנודות של המטוטלת משתנה בעצמו בקצב שתלוי בתורו בקו הרוחב שבו הניסוי מתרחש. כך למשל, בקו הרוחב של פריז נחזה ונצפה כי שיעור ההסטה עומד על 11 מעלות (עם סיבוב השעון) לשעה. מטוטלות פוקו שכאלה מוצבות גם במוזיאונים ברחבי העולם.[22]

מחזורי סיבוב

עריכה

יממה שמשית

עריכה
  ערך מורחב – יממה שמשית
 
סיבוב כדור הארץ כפי שצולם על ידי לוויין המחקר האמריקאי Deep Space Climate Observatory ב-29 במאי 2016, מספר שבועות לפני נקודת ההיפוך.

יממה שמשית נמדדת על פי זמן הסיבוב העצמי של כדור הארץ ביחס לשמש, כלומר הזמן שעובר בין שתי צהירות רצופות של השמש.[23][24] מדידת הזמן תלויה במסלול התנועה של כדור הארץ ולכן מושפעת משינויים באקסצנטריות המסלול ובנטייתו. שני הפרמטרים הללו משתנים בתקופות זמן של אלפי שנים, וכתוצאה מכך קיים גם שינוי שנתי ביממה השמשית.[25]

בדרך כלל, יממה שמשית ארוכה יותר מהיממה השמשית הממוצעת בשתי תקופות בשנה, וקצרה יותר בשתי התקופות הנותרות. היממה השמשית נוטה להיות ארוכה יותר כאשר השמש נמצאת בפריהליון, ונעה לאורך מישור המילקה בזווית גדולה מהרגיל. בתקופה הזו היממה השמשית מתארכת בכ-10 שניות. לעומת זאת, כאשר השמש נמצאת באפהליון, היממה השמשית מתקצרת בכ-10 שניות. נקודות ההיפוך הן נקודות הזמן שבהן היממה היא הארוכה ביותר, כאשר השמש נעה בזווית גדולה מהרגיל ביחס לקו המשווה השמימי. לעומת זאת, בזמן נקודת השוויון, היממה השמשית קצרה בכ-20 שניות.[26]

שילוב של כמה מן הגורמים המצוינים מעלה גורם לכך שבתקופות שונות של השנה אורך היממה השמשית משתנה. ב-22 בדצמבר, השילוב של מיקום השמש בפריהליון עם נקודת ההיפוך גורם להתארכות היממה בכ-30 שניות במצטבר. בנקודת ההיפוך השנייה - בסביבות 19 ביוני, השמש נמצאת באפהליון, ולכן האפקט מתבטל חלקית והיממה ארוכה ב-13 שניות בלבד. ההשפעה של נקודות השוויון באה לידי ביטוי ב-26 במרץ וב-16 בספטמבר, כאשר היממה השמשית מתקצרת בכ-20 שניות.[27]

יממה שמשית ממוצעת

עריכה

יממה שמשית ממוצעת מוגדרת לפי האורך הממוצע של היממה השמשית האמיתית במהלך שנה שלמה, והיא שווה ל-86400 שניות שמש. כל שניית שמש ארוכה במקצת משניית SI, מכיוון שבעקבות תופעות גאות ושפל יממת השמש הממוצעת הנוכחית ארוכה יותר מאורכה של יממת שמש במהלך המאה ה-19 - שבה נקבע גודלן של יחידות המידה הסטנדרטיות. בשנת 1972 הוצע השימוש בשניות מעוברות לקביעת אורכה של יממה שמשית, ומאז אורכה של היממה השמשית ארוך בכ-2 מילישניות מ-86400 שניות SI.[28][29][30]

בשנת 1895 בחר סיימון ניוקומב (אנ') את אורך השנייה השמשית הממוצעת בין 1750 ל-1892 להיות יחידת הזמן שבה השתמש בטבלאות השמש שלו. הטבלאות הללו שימשו לחישוב האפמרידים בעולם בין השנים 1900 ו-1983, ולכן השנייה הזו נודעה גם בשם "שניית האפמריס". בשנת 1967 שניית ה-SI השתוותה לשניית האפמריס.[31]

יממה כוכבית ויממה צדדית

עריכה
 
בכדור הארץ, היממה הכוכבית קצרה יותר מהיממה השמשית. בזמן המסומן בתרשים ב-1, השמש נמצאת מעל לראשו של אדם העומד בנקודה האדומה. בזמן 2, כוכב הלכת הספיק להסתובב ב-360° והושלמה יממה כוכבית, אך השמש לא נמצאת מעל לנקודה האדומה, ולא הושלמה יממה שמשית. רק מעט מאוחר יותר, בזמן 3, השמש שוב תימצא מעל לנקודה האדומה, ותושלם יממה שמשית.

מחזור הסיבוב של כדור הארץ ביחס למערכת הייחוס השמימית הבינלאומית, ששמו הוא "היממה הכוכבית" של כדור הארץ, עומד על 86164.098903691 שניות של המחזור השמשי הממוצע (UT1) (שהוא 23 שעות, 56 דקות, 4.098903691 שניות = 0.99726966323716 יממה שמשית ממוצעת).[32] מחזור הסיבוב של כדור הארץ ביחס לנקודת השוויון האביבית הנוקפת, ששמו הוא "היממה הצדדית", עומד על 86164.09053083288 שניות של המחזור השמשי הממוצע (UT1) (שהוא 23 שעות, 56 דקות, 4.09053083288 שניות = 0.99726956632908 יממה שמשית ממוצעת). אשר על כן, יממה צדדית קצרה בכ-8.4 מילי-שניות מיממה כוכבית.[33]

הן היממה הכוכבית הן היממה הצדדית קצרות מיממה שמשית ממוצעת ב-3 דקות ו-56 שניות. הדבר נובע מסיבוב "עודף" של כדור הארץ סביב השמש (ביחס למערכת הייחוס השמימית; בסך הכל ישנם 366.25 סיבובים בשנה). תיעוד משכי היממה השמשית הממוצעת בשניות SI, זמינים עבור התקופות 1623–2005 ו-1962–2005.[34][35]

בין השנים 1999 ל-2010, הפער בין יממה שמשית ממוצעת לבין 86400 שניות סטנדרטיות הצטבר לכדי 0.25 מילי-שניות עד שנייה אחת בשנה. את הפער הזה יש להוסיף הן ליממה הכוכבית הן ליממה הצדדית במונחי הזמן השמשי הממוצע, על מנת לקבל את אורכיהן במערכת היחידות הבינלאומית.[36]

מהירות זוויתית

עריכה
 
תרשים של קו רוחב ביחס למהירות המשיקית. הקו המקווקו מציג את מיקומו של מרכז החלל קנדי. הקו המנוקד מציין את מהירות השיוט הטיפוסית של מטוסי נוסעים.
 
השוואה בין הנקודה הגבוהה ביותר על פני כדור הארץ (בירוק) עם הנקודה הרחוקה ביותר מציר הסיבוב שלו (ורוד), ועם הנקודה הרחוקה ביותר ממרכז כדור הארץ (בסגול). התרשים לא בקנה מידה.

מהירותו הזוויתית של סיבוב כדור הארץ ביחס לחלל האינרציאלי היא 10−5×(0.0000001 ± 7.2921150) רדיאנים לשנייה סטנדרטית אחת. כפל ב-180 מעלות לפאי רדיאנים וב-86,400 שניות ליממה, מניב תוצאה של 360.9856 מעלות ליממה. משמע, שכדור הארץ מסתובב על פני יותר מ-360 מעלות ביחס לכוכבי השבת, במהלך יממה שמשית אחת.[32]

הכפלת ערך זה (במונחי רדיאנים לשנייה) ברדיוס המשווני של כדור הארץ, העומד על 6,378,137 מטרים, מניבה ערך של 465.10 מטרים לשנייה (1674.4 קמ"ש) עבור המהירות המשוונית. מקורות שונים טוענים כי מהירות כדור הארץ מעט קטנה יותר, ועומדת על 1669.8 קמ"ש.[37] הדבר מתקבל מחלוקה של היקף כדור הארץ (בקו המשווה) ל-24 שעות. אולם, השימוש ביממה שמשית הוא מוטעה. זו חייבת להיות היממה הצדדית, כך שיחידת הזמן המתאימה תהיה שעה צדדית. ניתן לאמת זאת על ידי הכפלה של מספר היממות הצדדיות במשך יממה שמשית ממוצעת אחת, שאורכו 1.002737909350795, והתוצאה במונחי שעות שמשיות ממוצעות היא מהירות משוונית של 1674.4 קמ"ש.[38]

המהירות המשיקית של כדור הארץ בנקודה מסוימת ניתנת לקירוב על ידי כפל של המהירות בקו המשווה, בקוסינוס של קו הרוחב. כך לדוגמה, מרכז החלל קנדי ממוקם בקו רוחב 28.59° צפ', מה שמניב מהירות של 1470.2 קמ"ש בחישוב זה. מסיבה זו, קו רוחב הוא שיקול מהותי בבחירת מיקומו של מרכז החלל.[39]

הפסגה של הר הגעש קאיאמבה באקוודור, היא הנקודה שבה פני השטח של כדור הארץ הם הרחוקים ביותר מצירו. לכן, זו גם הנקודה המהירה ביותר בעת סיבוב כדור הארץ.[40][41]

שינויים

עריכה
 
הטיית צירו של כדור הארץ עומדת כיום על כ-23.4°. היא נעה בין 22.1° לבין 24.5° במחזור של 41,000 שנה, וכעת מצויה בירידה.

בציר הסיבוב

עריכה
  ערך מורחב – נטיית ציר הסיבוב

ציר הסיבוב של כדור הארץ נע ביחס לכוכבי שבת (החלל האינרציאלי). רכיבי התנועה שלו מכונים פרצסיה ונוטציה. ציר זה נע גם ביחס לקרום כדור הארץ, מה שמכונה תנועה קוטבית.[42]

פרצסיה היא הסיבוב של ציר הסיבוב, הנגרם בעיקרו בגלל מומנטי כוח חיצוניים שמקורם בכבידה של השמש, הירח וגופים נוספים. תנועה קוטבית מתרחשת בעיקר לאור נוטציות חופשיות של גלעין כדור הארץ ותופעת התנודדות צ'נדלר.[43]

במהירות הסיבובית

עריכה
  ערך מורחב – אורך היממה

במשך מיליוני שנים, סיבוב כדור הארץ הואט בצורה משמעותית על ידי תאוצה שנגרמה מגאות ושפל דרך אינטראקציות כבידתיות עם הירח. לכן, תנע זוויתי הועבר בצורה איטית לירח בקצב שפרופורציונלי ל- , כאשר   הוא רדיוס המסלול הירחי. תהליך זה הגדיל מאוד את אורך היממה עד שהגיע לערכו הנוכחי, וכמו כן הוביל לנעילת גאות בין הירח לבין כדור הארץ.[44]

ההאטה הסיבובית האיטית מתועדת בצורה אמפירית על ידי הערכה של אורכי היממות באמצעות תצפיות מריתמיטים (אנ') ומסטרומטוליטים. איסוף התצפיות הללו יחד הראה כי היממה התארכה באופן הדרגתי מ-21 שעות (לפני כ-600 מיליון שנים) עד לערך הנוכחי של 24 שעות. על ידי ספירה של השכבות המיקרוסקופיות הנוצרות בשעת גאות, ניתן להעריך את תדירות הגאות (וכן את אורכי היממות), בדומה לספירת טבעות בגזעי עצים.[45]

 
סימולציה של תולדות אורך היממה, המציגה את אירוע הייצוב התהודתי לאורך תקופת הפרקמבריון.

ייצוב תהודתי

עריכה

הקצב הנוכחי של ההאטה על ידי גאות ושפל גבוה בצורה אנומלית. הדבר מצביע על כך שמהירותו הסיבובית של כדור הארץ ירדה בצורה איטית יותר בעבר. ממצאים אמפיריים מראים בצורה משוערת ירידה חדה בהאטה הסיבובית לפני כ-600 מיליון שנים. מודלים שונים גורסים כי יממה ארצית ארכה 21 שעות לאורך מרבית תקופת הפרקמבריון.[46] אורך יממה זה מתאים למחצית משך התהודה היומית של גאות ושפל המונעת מסיבות תרמיות. עבור אורך יממה זה, מומנט הכוח הירחי שגורם להאטה ניתן לקיזוז עם מומנט הכוח המאיץ שנגרם על ידי גאות אטמוספירית, כך שבסך הכל אין מומנט כוח חיצוני ונשמר מחזור סיבוב קבוע. אפקט הייצוב הזה היה יכול להישבר באמצעות שינוי פתאומי בטמפרטורה הגלובלית. סימולציות חישוביות מהעת האחרונה תומכות בהיפותזה הזו, ומציעות כי עידן הקרח המרינואני או הסטורטיאני שברו את הקונפיגורציה היציבה הזו לפני כ-600 מיליון שנים. התוצאות מהסימולציה מתאימות בצורה טובה למדי לנתונים פלאו-רוטציוניים קיימים.[47]

 
חריגות של אורך היממה ביחס לאורך היממה הנגזר ממערכת היחידות הבינלאומית

אירועים גלובליים

עריכה

אירועים בקנה מידה גדול בדורנו, כגון רעידת האדמה באוקיינוס ההודי ב-2004, גרמו לאורך היממה להתקצר ב-3 מיקרו-שניות בכך שהם הקטינו את מומנט ההתמד של כדור הארץ. התקופה שלאחר עידן הקרח האחרון משנה אף היא את התפלגות המסה של כדור הארץ, ולכן משפיעה על מומנט ההתמד שלו כמו גם על שימור התנע הזוויתי וזמן המחזור של סיבוב הכדור.[48]

אורך היממה עשוי להיות מושפע גם על ידי מבנים שיצר המין האנושי. למשל, מדעני נאס"א חישבו כי המים שנאגרו על שפת סכר שלושת הערוצים הגדילו את משך היממה ב-0.06 מיקרו-שניות כתוצאה מהסטה של מסה לאזור הסכר.[49]

מדידה

עריכה
  ערך מורחב – זמן אוניברסלי

הניטור העיקרי של סיבוב כדור הארץ מתבצע באמצעות אינטרפרומטר המתואם עם מערכות GPS, SLR וטכניקות לווייניות גאודזיות נוספות. אלה, מספקים נקודת ייחוס מדויקת ומוחלטת עבור קביעת הזמן האוניברסלי, הנקיפה והנוטציה.[50] הערך המוחלט של סיבוב כדור הארץ, כולל הזמן האוניברסלי והנוטציה, ניתן למדידה מתוך תצפיות חלל גאודטיות, כגון האינטרפרומטר ומערכת ניווט הלייזר הירחית, שנגזרותיהן (המכונות יתרת אורך היממה וקצבי הנוטציה) ניתנות לקבלה מתוך תצפיות לווייניות.[51]

תצפיות עתיקות

עריכה

ישנן תצפיות של ליקויי חמה וירח אשר תועדו על ידי אסטרונומים בבליים וסינים החל מהמאה ה-8 לפנה"ס, כמו גם מהתקופה המוסלמית בימי הביניים. ניתן להשתמש בתצפיות אלה על מנת לקבוע שינויים בסיבוב כדור הארץ במהלך 27 המאות האחרונות באופן הבא: באמצעות מדידות עכשוויות של גרמי השמיים אפשר לחשב בדיוק גבוהה את הזמן האבסולוטי של הליקויים בעבר הרחוק. אם אורך היממה היה קבוע, היה ניתן להסיק מזמן זה את המקום והשעה ביממה בה התרחשו הליקויים. אולם כיון שאורך היממה מתקצר הליקויים התרחשו בפועל בזמן ובמקום שונה מהתחזית של חישוב כזה. שינוי באורך היממה העומד על מספר מילי-שניות במאה שנים מתבטא בשינוי של מספר מאיות השנייה לאורך אלפי שנים. שינוי זה בתורו גורם להזזה של היממה במספר שניות כל שנה. מה שמתבטא בהזזה של מספר שעות במשך אלפי שנים. הזזה זו גורמת גם להזזה במקום של אלפי קילומטרים. ההזזה בזמן ובמקום תואמת את המדידות העתיקות. התאמה זו מספקת אישוש נוסף לטענה שכדור הארץ הסתובב מהר יותר בעבר, ואף מאפשרת להעריך את קצב הסיבוב שלו לאורך השנים.[52][53]

השתנות ציקלית

עריכה

בכל 25–30 שנים, סיבוב כדור הארץ מאט באופן זמני במילי-שניות בודדות ליממה, והדבר קורה למשך כחמש שנים. 2017 הייתה השנה הרביעית ברציפות בה סיבוב כדור הארץ הואט. הסיבה להשתנות זו טרם התבררה.[54]

המקור

עריכה
 
עיבוד אמן של הדיסקה הקדם-פלנטרית.

הסיבוב הראשוני של כדור הארץ, מיד לאחר היווצרותו, היה שריד של התנע הזוויתי של הענן המולקולרי שהתלכד ליצירת מערכת השמש. הענן הקדמון היה מורכב ממימן ומהליום שנוצרו במפץ הגדול, וכן מיסודות כבדים יותר שנפלטו בסופרנובות. מכיוון שהאבק הבין-כוכבי הוא הטרוגני, כל אסימטריה שנוצרה בתהליך הצטברות החומר שינתה את התנע הזוויתי של כוכב הלכת בסופו של דבר.[55]

על פי השערת ההתנגשות הענקית, שגורסת כי הירח נוצר משברים שנוצרו בעת התנגשות בין כדור הארץ לבין גוף המכונה תיאה, קצב הסיבוב הראשוני המדובר היה אמור להשתנות באחת לפני מיליארד שנים, כתוצאה מההתנגשות. ככל הנראה, אורך היממה לאחר הפגיעה היה חמש שעות, ולא היה תלוי במהירות הסיבוב של כדור הארץ ובהטייתו לפני הפגיעה. לאחר מכן, השפעות גאות גרמו להאטה בקצב הסיבוב.[56]

השפעות

עריכה

סיבוב כדור הארץ גורם לכך שבמערכת היחוס של פני כדור הארץ (זאת אומרת מנקודת המבט של אדם העומד על כדור הארץ), כל גרמי השמיים נעים ממזרח למערב. תנועה זאת של השמש מכוללת את מחזור היממה שמשפיע באופן קריטי כמעט על כל התהליכים על פני כדור הארץ לרבות החיים והאקלים עליו. גם לתנועת הירח במערכת יחוס זאת יש השפעה מסוימת המתבטת בגאות ושפל. לתנועת יתר גרמי השמיים אין השפעה מוחשית אך היא משפיעה על הדרך שבה אנו צופים בהם. בני האדם שמו לב לתנוע זאת לפני שנים רבות וניתוח התנועה של כוכבי הלכת התבסס גם על הבנת תנועה זאת.

כל ההשפעות האלה קשורת לתנועה (הסיבובית) היחסית של כדור הארץ ויתר גרמי השמיים, והיו זהות גם אם כדור הארץ לא היה מסתובב סביב צירו ובמקום זה יתר גרמי השמיים היו מסותבבים סביבו. אולם יש גם השפעות עדינות יותר לעצם העובדה שכדור הארץ הוא זה שמסתובב ולא שאר העולם. באופן יותר מדויק יש השפעות לכך שמערכת היחוס של כדור הארץ אינה אנרציאלית.

אם עובדים במערכת היחוס של פני כדור הארץ, השפעות עלה זאת מתבטאות בכוח ד'לאמבר. ניתן לחלק כוח זה לשני חלקים:

הכוח הצטרפוגלי מתבטה בשינוי קל בתאוצת הכובד. שינוי זה מקטין את תאוצת הכובד על קו המשווה בכ-3 פרומיל אך לא משנה אותה בקטבים. הבדל זה גרם להתרחבות כדור הארץ באזור קו המשווה מה שמוביל לפחיסותו. פחיסות זאת מגדילה עוד יותר את ההבדל בין תאוצת הכובד בקו המשווה לבין תאוצת הכובד בקטבים כך שהוא עומד על כאחוז אחד. פחיסות כדור הארץ והכוח הצנטרפוגלי הם הגורמים העיקריים להבדלים בתאוצת הכובד במקומות שוניים על פני כדור הארץ (בגובה פני הים). פחיסות כדור הארץ היא גם הגורם לנקיפת ציר כדור הארץ.

כוח קוריוליס פועל רק על גופים נעים. הכוח נהיה משמעותי רק במהיריות גבוהות או במערכות מורכבות. ההשפעה המשמעותית ביותר של כוח קוריוליס היא תפקידו בצורת סופות טרופיות. אך לכוח זה השפעות רבות נוספת הן על מזג האוויר והן על תנועת פגזי ארטילריה, כלי טיס וחלליות.

כאשר מנתחים את השפעת סיבוב כדור הארץ על חלליות, בדרך כלל נוח יותר לעשות זאת במערכת יחוס אנרציאלית ולא במערכת היחוס של כדור הארץ. כך שבמקום להתייחס לכוחות ד'לאמבר מיתיחסים באופן ישיר לסיבוב כדור הארץ. כך למשל מסבירים את בחירת המקום והכיוון של שיגור לוויינים: כשמשגרים לווין מעדיפים לשגר אות בקרבת קו המשווה ולכיוון מזרח כך שמהרות הסיבוב של כדור הארץ מתחברת למהירות שיגור הלווין וחוסכת מאנרגיית השיגור. לפי עיקרון השקילות, ניתן להסביר חיסכון זה גם במערכת היחוס של כדור הארץ באמצעות כוחות ד'לאמבר.[57][58]

ראו גם

עריכה

קישורים חיצוניים

עריכה
  מדיה וקבצים בנושא סיבוב כדור הארץ בוויקישיתוף

הערות שוליים

עריכה
  1. ^ National Geographic Society, North Pole, National Geographic Society, ‏2011-01-21 (באנגלית)
  2. ^ Dennis D. McCarthy, Kenneth P. Seidelmann, Time: From Earth Rotation to Atomic Physics, Wiley, 2009-09-18, ISBN 978-3-527-62795-0. (באנגלית)
  3. ^ F Richard Stephenson, Historical eclipses and Earth's rotation, Astronomy & Geophysics 44, 2003
  4. ^   Sarah Knapton, ‏The Earth is spinning faster now than at any time in the past half century, The Telegraph, 4 January 2021
  5. ^ George Bosworth Burch, The Counter-Earth, Osiris 11, 1954-01-01, עמ' 267–294 doi: 10.1086/368583
  6. ^ Planetary Motion: The History of an Idea That Launched the Scientific Revolution, earthobservatory.nasa.gov, ‏2009-07-07 (באנגלית)
  7. ^ The Internet Classics Archive | On the Heavens by Aristotle, classics.mit.edu
  8. ^ The Earth’s Rotation - The Muslim Observer | Muslim News | Muslim in America | TMO, The Muslim Observer | Muslim News | Muslim in America | TMO, ‏2014-06-19 (באנגלית אמריקאית)
  9. ^ Kim Plofker, Mathematics in India, Princeton University Press, 2009-01-18, ISBN 978-0-691-12067-6. (באנגלית)
  10. ^ M. J. L. Young, J. D. Latham, R. B. Serjeant, Religion, Learning and Science in the 'Abbasid Period, Cambridge University Press, 2006-11-02, ISBN 978-0-521-02887-5. (באנגלית)
  11. ^ F. Jamil Ragep, [Tdotuūsī and Copernicus: The Earth's Motion in Context], Science in Context 14, 2001-06, עמ' 145–163 doi: 10.1017/S0269889701000060
  12. ^ R. A. Markus, THE IMPACT OF ARISTOTLE ON MEDIEVAL THOUGHT, Blackfriars 42, 1961, עמ' 96–102
  13. ^ ניקולאוס קופרניקוס, 5–8, On the Revolutions of the Heavenly Spheres, כרך 1
  14. ^ International Union of the History and Philosophy of Science Nicolas Copernicus Committee Symposium, Colloquium Copernicanum 1973, Toruń Pologne, International Union of History and Philosophy of Sci, The Reception of Copernicus’ Heliocentric Theory, Springer Science & Business Media, 1972, ISBN 978-90-277-0311-8. (באנגלית)
  15. ^ Christopher M. Graney, 126 Arguments Concerning the Motion of the Earth, as presented by Giovanni Battista Riccioli in his 1651 Almagestum Novum, arXiv:1103.2057 [physics], 2011-03-14
  16. ^ Isaac Newton, Newton's Principia : the mathematical principles of natural philosophy / by Sir Isaac Newton ; translated into English by Andrew Motte ; to which is added Newton's system of the world ; with a portrait taken from the bust in the Royal Observatory at Greenwich, New-York : Published by Daniel Adee, [c1846]
  17. ^ J. B. Shank, The Newton Wars and the Beginning of the French Enlightenment, University of Chicago Press, 2008-09-15, ISBN 978-0-226-74947-1. (באנגלית)
  18. ^ What Is the Coriolis Effect? | NOAA SciJinks – All About Weather, scijinks.gov
  19. ^ Ballistics App Tips: The Coriolis effect, Lapua, ‏2020-07-24 (באנגלית אמריקאית)
  20. ^ Robynne Boyd, Fact or Fiction?: South of the Equator Toilets Flush and Tornadoes Spin in the Opposite Direction, Scientific American (באנגלית)
  21. ^ Germain Rousseaux, Pierre Coullet, Jean-Marc Gilli, Robert Hooke's conical pendulum from the modern viewpoint of amplitude equations and its optical analogues, Proceedings of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences 462, 2006-02-08, עמ' 531–540 doi: 10.1098/rspa.2005.1587
  22. ^ Foucault pendulum | physics | Britannica, www.britannica.com (באנגלית)
  23. ^ יממה, באתר סוכנות החלל הישראלית
  24. ^ What Is Solar Noon?, www.timeanddate.com (באנגלית)
  25. ^ Jean Meeus, J. M. A. Danby, Mathematical Astronomy Morsels, Willmann-Bell, 1997, עמ' 345-346, ISBN 978-0-943396-51-4. (באנגלית)
  26. ^ If perihelion and aphelion refer to the nearest and farthest point from the sun, respectively, and according to physics, Earth orbits faster when it is nearer the sun than when it is farther. Does this affect the length of day on the earth? | Socratic, Socratic.org
  27. ^ www.pierpaoloricci.it/dati/giorno solare vero VERSIONE EN, www.pierpaoloricci.it
  28. ^ International Earth Rotation and Reference Systems Service: Earth Orientation Parameters, ‏22 בספטמבר 2018
  29. ^ Dennis D. McCarthy, Christine Hackman, and Robert A. Nelson, The Physical Basis of the Leap Second
  30. ^ Leap Seconds
  31. ^ 1907PA.....15..133B Page 133, adsabs.harvard.edu
  32. ^ 1 2 USEFUL CONSTANTS, hpiers.obspm.fr
  33. ^ P. Kenneth Seidelmann, United States Naval Observatory, Nautical Almanac Office, Great Britain, Explanatory supplement to the Astronomical almanac, Mill Valley, Calif.: University Science Books, 1992, ISBN 978-0-935702-68-2. (בenglish)
  34. ^ Excess to 86400s of the duration day, 1995-1997, web.archive.org, ‏2007-08-13
  35. ^ Excess of the Duration of the Day to 86400s and Angular Velocity of the Earth's Rotation Since 1623
  36. ^ Victor J. Slabinski, When Did the Mean Solar Day Equal 86,400 SI Seconds? 45, 2014-05-01, עמ' 300.02
  37. ^ Clabon Walter Allen, Arthur N. Cox, Allen's Astrophysical Quantities, Springer Science & Business Media, 2000, ISBN 978-0-387-98746-0. (באנגלית)
  38. ^ Michael E. Bakich, The Cambridge planetary handbook, Cambridge University Press, 1999, ISBN 978-0-521-63280-5
  39. ^ Karen Rowan, Live Science Staff, Why Do Rockets Launch from Florida?, livescience.com, ‏2020-05-30 (באנגלית)
  40. ^ Cayambe (volcano) explained, everything.explained.today
  41. ^ Distance to the Center of the Earth : Articles : SummitPost, www.summitpost.org
  42. ^ Earth Orientation - an overview | ScienceDirect Topics, www.sciencedirect.com
  43. ^ Sung-Ho Na, Kyoung-Min Roh, Jungho Cho, Sung-Moon Yoo, Chandler Wobble and Free Core Nutation: Theory and Features, Journal of Astronomy and Space Sciences 36, 2019, עמ' 11–20 doi: 10.5140/JASS.2019.36.1.11
  44. ^ Angular Momentum and Its Conservation | Physics, courses.lumenlearning.com
  45. ^ C. T. Scrutton, Periodic Growth Features in Fossil Organisms and the Length of the Day and Month, Berlin, Heidelberg: Springer, 1978, עמ' 154–196, ISBN 978-3-642-67097-8. (באנגלית)
  46. ^ Kevin Zahnle, James C. G Walker, A constant daylength during the precambrian era?, Precambrian Research 37, 1987-09-01, עמ' 95–105 doi: 10.1016/0301-9268(87)90073-8
  47. ^ Benjamin C. Bartlett, David J. Stevenson, Analysis of a Precambrian resonance-stabilized day length, Geophysical Research Letters 43, 2016, עמ' 5716–5724 doi: 10.1002/2016GL068912
  48. ^ Patrick Wu, W. R. Peltier, Pleistocene deglaciation and the Earth's rotation: a new analysis, Geophysical Journal International 76, 1984-03, עמ' 753–791 doi: 10.1111/j.1365-246x.1984.tb01920.x
  49. ^ https://jpl.nasa.gov, NASA Details Earthquake Effects on the Earth, NASA Jet Propulsion Laboratory (JPL) (באנגלית אמריקאית)
  50. ^ The Coordinated Use of Observing Techniques
  51. ^ K. Sośnica, G. Bury, R. Zajdel, Contribution of Multi-GNSS Constellation to SLR-Derived Terrestrial Reference Frame, Geophysical Research Letters 45, 2018, עמ' 2339–2348 doi: 10.1002/2017GL076850
  52. ^ Ancient eclipses show Earth's rotation is slowing, www.science.org (באנגלית)
  53. ^ F. R. Stephenson, L. V. Morrison, C. Y. Hohenkerk, Measurement of the Earth's rotation: 720 BC to AD 2015, Proceedings of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences 472, 2016-12-31, עמ' 20160404 doi: 10.1098/rspa.2016.0404
  54. ^ Trevor Nace, Earth's Rotation Is Mysteriously Slowing Down: Experts Predict Uptick In 2018 Earthquakes, Forbes (באנגלית)
  55. ^ Why do planets rotate? (Intermediate) - Curious About Astronomy? Ask an Astronomer, curious.astro.cornell.edu
  56. ^ D J Stevenson, Origin of the Moon-The Collision Hypothesis, Annual Review of Earth and Planetary Sciences 15, 1987-05-01, עמ' 271–315 doi: 10.1146/annurev.ea.15.050187.001415
  57. ^ סרטון של Veritasium המסביר את בחירת כיוון ומקום השיגור של לוויינים
  58. ^ סיבוב כדור הארץ אינו השיקול היחיד לבחירת אתר השיגור וכיונו. ולעיתים יש צורך לשגר לוינים בכוון המנוגד. זה המצב כשישראל משגרת לוויינים. ראו כתבה באתר סוכנות החלל הישראלית
אוחזר מתוך "https://he.wikipedia.org/w/index.php?title=סיבוב_כדור_הארץ&oldid=39963763"