Zem ako vesmírne teleso

Země – součást vesmíru:
Vesmír je soubor všech kosmických těles, které na sebe navzájem působí. Zatímco stáří Země je určeno poměrně přesně na 4,55 mld. roků, stáří vesmíru je odhadováno na dobu nepoměrně delší, tj. 15 – 18 miliard let. V této době nastal výbuch, který označujeme jako tzv. „velký třesk“ a začaly se tvořit základy budoucích kosmických těles: hvězdy, planety, planetky, měsíce, komety a meteroidy.

Pro velké vzdálenosti ve vesmíru se používají zvláštní délkové jednotky:
1. Astronomická jednotka (AU), střední vzdálenost Země od Slunce = 149,6 mil. km
2. Parsek (pc): vzdálenost, ze které je astronomická jednotka vidět pod úhlem 1 vteřiny = 20 600 astron. jednotky
3. světelný rok (ly), vzdálenost , kterou urazí světelná paprsek za jeden rok

Pojmy a/:
Galaxie – jsou hvězdné soustavy obsahující miliardy hvězd
Hvězdy – jsou kulová gravitačně vázaná tělesa složená z plazmy. Probíhají v nich termojaderné reakce, vytvářejí vysokou teplotu a světlo. Jsou základními stavebními prvky vesmíru
Planety – jsou větší tělesa obíhající kolem hvězd. Nemají vlastní zdroj záření, svítí pouze světlem odraženým od hvězd
Měsíce – pevná tělesa obíhající kolem planet
Meteoroidy- malá tělesa meziplanetární hmoty
Meteority – zbytek meteoroidu, který dopadl na zemi. Na místě dopadu vzniká kráter. Meteority se rozdělují na železné a kamenné. Největší nalezený železný meteorit je Hoba West v již. Africe - má asi 60 tun.

Pojmy b/:
- dosud známý vesmír představuje jen část celku, o jehož rozměru toho vědci dnes moc nevědí
- supergalaxie jsou největší vesmírné útvary, do nichž se sdružují kupy galaxií. Největší skupinou v supergalaxii je shluk galaxií v souhvězdí Panny.
- naše Galaxie tvoří skupinu galaxií. Jednou z galaxií blízkých Zemi je Mlhovina v Andromedě
- Mléčná dráha představuje galaxii, je tedy tvořena z mnoha miliard hvězd. Ve vzdálenosti asi 31 000 světelných let od jejího středu obíhá i planeta Země.
- sousedé Slunce vyplňují vesmírný prostor asi 20 světelných let. Slunce jako hvězda má asi 20 nejbližších sousedů. Nejjasnější hvězda severní hvězdné oblohy se jmenuje Sírius a nejbližší je trojhvězdí alfa Centauri ve vzdálenosti 4,3 světelných let.
- Sluneční soustavu tvoří všechna tělesa v oblasti trvalého vlivu gravitačního pole Slunce. Začala se formovat asi před 4,7mld. let. Kromě Sluce ji tvoří planety, měsíce planet, planetky, komety, meteroidy, asteroidy, meziplanetární plyn a prach. Slunce představuje 99,866% její hmotnosti.

Veškeré objekty se tu pohybují podle tzv. zákonů nebeské mechaniky.


Planety sluneční soustavy tvoří dvě skupiny:
- Terestrické planety (planety zemského typu): Merkur, Venuše, Země, Mars. Jedná se o planety stejného složení a srovnatelných rozměrů.
- Velké planety: Jupiter, Saturn, Uran a Neptun. Jsou tvořeny zkapalněnými plyny a pravděpodobně pevným jádrem. Kolem všech velkých planet jsou tzv. prstence tvořené meteorickým prachem a balvany.
Poslední planeta Pluto nepatří do žádné z obou skupin.

- Měsíc je přirozená družice Země. Poloměr má 3x menší. Je to dosud jediné vesmírné těleso, na kterém stanul člověk (Neil Armstrong s Aldrinem – 20.7.1969).
1959 – 1. sonda na měsíci



Historické názory na Zemi a její postavení ve vesmíru:
Prvotní představy lidí o Zemi byly různé. Staří Indové tvrdili, že Zemi nesou na hřbetech 4 sloni, Řekové si mysleli, že ji drží na ramenech obr Atlas. Staří Egypťané se domnívali, že Země je ležící bůh, kterému z těla vyrůstají stromy a jiné rostliny. Oblohu považovali za obrovskou bohyni ležící nad ním a hvězdy za klenoty na jejím oděvu. Lidé po dlouhé věky věřili, že Země je plochá a že námořníci by mohli na jejím konci doplout do chřtánu oblud. Někteří byli přesvědčeni, že kdyby chtěli obeplout svět, museli by projet místem, kde moře vře a země hoří. Až později bylo dokázáno, že země je kulatá. V 16. stol. dokázal Koperník, že středem sluneční soustavy je Slunce. Důkaz o kulatosti Země podal Portugalec Fernando Magalhaes (1519-1522), když vykonal první cestu kolem světa. Další důkazy potom podávali astrologové, datuje se to po objevení dalekohledu, kdy pozorováním jiných planet podobných Zemi usoudilo, že Země má tvar koule.
Postavení země ve vesmíru:
- Geocentrická teorie (ve středověku ji prosazovala církev) - středem vesmíru je země a kolem obíhají všechny planety i Slunce.
- Heliocentrická teorie (v 16.stol. zveřejnil Mikuláš Koperník) - středem vesmíru je Slunce a kolem něj obíhají všechny planety.
Studiem hvězd se zabývali: Mikuláš Koperník, Galileo Galilei, Giordano Bruno, Isaac Newton a další…

Tvar a rozměry Země
Působením odstředivé síly, vznikající otáčením Země kolem zemské osy došlo v oblasti pólů ke zploštění. V rovníkové oblasti se naopak nahromadil přebytek hmoty. Těleso, které ve fyzikálním slova smyslu nejlépe vystihuje tvar a velikost Země se nazývá geoid. Je to těleso omezené střední hladinou světového oceánu probíhající smyšleně i pod kontinenty, je však matematicky nedefinovatelné.

Je nahrazován geometricky pravidelným tělesem, které se označuje jako rotační elipsoid. První dospěl k názoru, že Země je rot. elipsoid, Isaac Newton v 17.stol. Zidealizované těleso, které celé nebo jen částí přiléhá ke geoidu se nazývá referenční elipsoid. Tj. matematické těleso, jehož plocha je výpočetní plochou pro tvorbu map. Nejnovější a nejpřesnější je elipsoid vypočten na základě družicových měření. U nás se používá elipsoid Krasovského (od r.1952, před ním se používal elipsoid Besselův), podle něj jsou nejdůležitější míry zemského tělesa:
- Délka rovníku = 40 075 km
- Délka poledníku = 40 008 km
- Plocha povrchu = 510 mil. km2
- Objem Země = 1 083 mld. km3
- Hmotnost Země = 6 x 1021tun
- Zploštění = 1 : 298,3
- Rovníková poloměr = 6 378 km
- Poloměr poledníkovým směrem = 6 356 km
- Střední hodnota 1 stupně zem. šířky = 111,1 km

Kulatý tvar Země způsobuje, že jednotlivé části Země nedostávají stejné množství slunečního záření. Nejvíce slunečních paprsků dopadá na rovník. Čím dále od rovníku, tím méně slunečního záření a tepla. Vzdálenost Země od slunce je asi 150 mil. km., proto uvažujeme, že sluneční paprsky dopadají na Zemi rovnoběžně.




Tím vznikají podnebné pásy podle zeměpisné šířky (šířkové) = zonálnost – podmiňují vznik vegetačních pásů
Zeměpisná šířka : Je to úhel mezi rovinou rovníku o spojnicí určeného bodu se středem Země. Spojnice všech bodů se stejnou zeměpisnou šířkou se nazývají rovnoběžky.
S.Z.Š + sever. polokoule
J.Z.Š - již. polokoule
+ 23,5º = obratník raka obratníky jsou rovnoběžky, na které v poledne nejdelšího dne v roce dopadají slun. paprsky kolmo
- 23,5º = obratník kozoroh
+ 66,5º = severní polární kruh pol. kruhy jsou rovnoběžky, na které v poledne
nejkratšího dne v roce dopadají paprsky vodorovně
- 66,5º =jižní polární kruh
90º = severní a jižní pól

Zeměpisná délka :J e to úhel, který svírá rovina základního poledníku s rovinou místního poledníku (to je poledníku, na kterém měříme). Pojem poledník vyjadřuje skutečnost, že se jedná o čáru, na níž nastává všude současně poledne.
Z.Z.D záp. polokoule
V.Z.D vých. polokoule
0º = Greenwichská (dříve Ferrský)poledník = základní poledník od r.

1922
180º = datová hranice
Zeměpisná síť: Je tvořena rovnoběžkami a poledníky, slouží k určování polohy bodu na zemském povrchu a umožňuje tak orientaci.

Pohyby Země
Precese a nutace
Precese je výkyvný pohyb zemské osy, která opisuje plášť rotačního dvoukužele vlivem nahromadění hmoty v oblasti rovníku – jsou přitahovány ostatními planetami, Měsícem.
Perioda 1 dvoukužele je 26 000let.
Nutace. Zemská osa opisuje zvlněný plášť rotačního dvoukužele, vychyluje se vně a dovnitř kužele. Příčinou jsou nerovnoměrnosti oběžných drah Země a Měsíce. Perioda pohybu je 18 let.







Rotační pohyb
Země se otáčí od západu na východ kolem své osy rotace. Ve stejném směru Země obíhá i kolem Slunce. Doba jedné otočky země kolem osy rotace se označuje jako perioda rotace a trvá asi 23h 56min 4,1s. Tento časový interval představuje délku tzv. hvězdného dne. Sluneční den pravý je doba mezi dvěma po sobě následujícími vyvrcholeními Slunce na místním poledníku. Tato doba se mění, protož se mění rychlost oběhu Země. U rotačního pohybu rozlišujeme dva druhy rychlosti:
Úhlová rychlost rotace – je stálá, všechny body na zemském povrchu se točí za 24 hodin o 360º = za 1 hodinu o 15º.
Obvodová rychlost – mění se v závislosti na vzdálenosti od osy rotace. Nejvyšší obvod. rychlost je na rovníku 465,1 m/s, na 50 s.z.š. je 290m/s a na pólech je nulová. Rychlost rotace nevnímáme, dokazujeme ji nepřímo.
Hlavními důsledky zemské rotace jsou:
- Vychylování pohybujících e předmětů od původního směru – Corriolisova síla
- Střídání dne a noci
- Slapové jevy
- Skutečný tvar Země
- Zdánlivý pohyb hvězdné sféry


Corriolisova síla : Je to síla, která působí na tělesa nebo hmoty pohybující se na otáčejícím tělese přibližně poledníkovým směrem. Proto se všechny vzduchové, sypké a vodní hmoty, které splňují tuto podmínku, uchylují na severní polokouli vpravo a na jižní vlevo. Corriolisova síla působí jako uchylující síla zemské rotace. Odchylka je větší směrem od rovníku k pólům.

Důsledky:
– astronomické – svítání a soumrak
- fyzikální – pokusy - dopad do vykopané šachty kamenem
- zeměpisné - vzdušné hmoty - odchylka
- sypké hmoty - ukládání písku v poušti – duny
- vodní hmoty - mořské proudy
- vymílání břehů řek, které tečou poledníkovým směrem



Oběžný pohyb = revoluční pohyb
Země obíhá kolem Slunce proti směru hodinových ručiček po dráze, která je mírně eliptická a nazývá se orbita. Slunce se nachází v jednom z ohnisek této elipsy. Celková délka orbity činí 932,2 mil. km. A Země se po této dráze pohybuje průměrnou rychlostí 29,8km/hod. Uzavřenou elipsu proto opíše za 365 dní 5 hodin a 45,7 minut. Tato doba se označuje jako tropický rok. Je o necelých 6 hodin delší než rok občanský. Proto každý čtvrtý rok tzv. přestupný, má 366dní. Zdánlivý pohyb slunce se promítá na nebeskou sféru do pomyslné kružnice – ekliptiky.

Vzdálenost Země od Sluce není stálá. V nejbližším bodě - přísluní (perihélium) začátkem ledna činí vzdálenost 147,1mil. km. V nejvzdálenějším bodě - odsluní (afelium ) začátkem července vzdálenost činí 152,1 mil. km. Střední vzdálenost = 1AU.

Rychlost pohybu: v perihéliu = 30,3km/s
v afeliu = 29,3km/s
(průměrná rychlost je 29,8 km/s na oběžnou dráhu 939 mil. Km.)

Dráha Země leží v rovině ekliptiky. Světový rovník je průsečnice roviny zemského rovníku s nebeskou sférou. Sklon roviny rovníku k rovině ekliptiky je 23,5º, stejný úhel svírají na nebeské sféře i obě kružnice – ekliptika se světovým rovníkem. Průsečíky světového rovníku s ekliptikou se nazývají jarní a podzimní bod. Do těchto bodů se pro pozorovatele ze Země promítá jednou ročně Slunce.
Dne 20. - 21. března (nepravidelnost díky přestupným rokům) nastává den jarní rovnodennosti. Rovnodennost tzn. Den a noc trvají stejné dlouho tj. 12 hodin. Tento den sluneční paprsky dopadají kolmo na rovník a Slunce zdánlivě překračuje ze severní polokoule na jižní.
Dne 22. – 32. září nastává den podzimní rovnodennosti.
Zemská osa svírá stále stejný úhel k ekliptice a to 66,5º - základní příčina střídání ročních období. Severní konec zemské osy je nejvíce přikloněn ke Slunci 21. – 23. června – letní slunovrat. Sluneční paprsky dopadají v poledne kolmo na obratník Raka, na severní polokouli je nejdelší den a nejkratší noc. Od letního slunovratu se dny začínají zkracovat. Slunce se zdánlivě vrací k rovníku. Dnem podzimní rovnodennosti léto na severní polokouli končí a začíná podzim.
Dne 21. – 22. prosince dopadají sluneční paprsky v poledne na obratník Kozoroha. Je zimní slunovrat a začíná zima. Na severní polokouli je nejkratší den a nejdelší noc. Po zimním slunovratu se opět Slunce zdánlivě vrací k rovníku. Dny se prodlužují a noci zkracují. Zima končí v den jarní rovnodennosti a začíná jaro.
Nestejnoměrné je teda osvícena severní a jižní polokoule. Tím dochází ke změnám ročních období (díky sklonu a rychlosti Země). Když je na severní polokouli zima, na jižní polokouli je léto. Když je na severní polokouli jaro, je na jižní polokouli podzim.
Pro tepelné podmínky na Zemi je rozhodující úhel dopadu slunečních paprsků. Povrch Země lze rozdělit podle zeměpisné šířky do základních teplotních pásů:
- teplý pás – je mezi obratníky Raka a Kozoroha (je to oblast s největším přídělem slunečního tepla a světla).
- mírné pásy – jsou vymezeny obratníky a polárními kruhy příslušných polokoulí.

Polední výška Sluce zde během roku kolísá od 0º do 90º.
- polární pásy – zabírají kruhové vrchlíky vymezené polárními kruhy obou polokoulí. Charakteristickým rysem je výskyt polárních dnů a nocí s trváním od jednoho dne na polárních kruzích do půl roku na pólech. Polární den na severní polokouli trvá 189 dní a na jižní 179. To je způsobeno pomalejší rychlosti pohybu v afeliu








Pásmový čas, datová hranice
Protože Slunce nevrcholí na Zemi všude stejně, je velmi obtížné změřit čas. Proto byl v r. 1884 vytvořen a zaveden tzv. pásmový čas. Rotační pohyb Země od západu k východu způsobuje, že když Slunce vrcholí na nultém poledníku ve 12 hod, na 15º v.z.d. Slunce vyvrcholilo o jednu hodinu dříve stejně jako na 15º z.z.d. bude vrcholit o jednu hodinu později. Tato skutečnost je podstatou definování 24 časových pásem. Každé pásmo má 15,1º jsou 4 časové minuty. V časovém pásmu se všude používá stejného pásmového času, který se řídí podle času poledníku, jež prochází středem, a která se liší o hodinu od času sousedního pásma. Základním pásmem je pásmo, kterým prochází nultý poledník – greenwichský = základní. Čas tohoto pásma se nazývá Světový čas – Universal Time (UT), neboli též západoevropský, Greenwich Mean Time (GMT), nebo také Universal Time Coordinated (UTC) - řídí se jím navigace – světový obchod, mezinárodní doprava,…
Čas dalšího pásma – směrem na východ 1 hodina +
- směrem na západ 1 hodina -
Čas směrem na východ je středoevropský čas (SEČ), prochází střední Evropou a je shodný s místním časem 15º v.z.d. V evropských zemích se od jara do podzimu zavádí tzv. letní čas. Má o jednu hodinu víc než čas pásmový, umožňuje tak lepší využití světla během pracovního dne.
Smluvený čas (moskevský čas) je posunutý oproti světovému o 3 hodiny, ale správné by měl být posunutý jen o 2 (VEČ).
Protilehlý poledník (180º) je tzv. datová hranice (v oblasti Tichého oceánu). Při jejím překročení ze západní polokoule na východní přidáme jeden den k datu. Při cestě z východu na západ ponecháme datum stejné.
Hranice časových pásem respektují administrativní dělení států. Datová hranice prochází nejméně obydleným územím tj. Tichomoří, přičemž respektuje státní útvary. Velké státní celky mají časových pásem několik např. USA, Kanada, Rusko (deset časových pásem), Čína (čtyři pásma , ale na celém území platí jeden čas). Další státy využívají tzv.

časových mezipásem, ale je tam vždy uvedeno, o kolik se liší oproti světovému času (Indie, Irán, Afganistan…).













Slapové jevy
Periodické deformace tvarů zemského tělesa se označují pojmem slapové jevy. Jsou vyvolány jednak gravitačním působením Měsíce a Slunce a také odstředivou silou, která vzniká pohybem Země kolem společného těžiště gravitačně spjaté soustavy Země – Měsíc (společné těžiště tzv. barycentrum leží asi 1 700 km pod povrchem Země). Vlivem těchto sil dochází v některých částech zemského tělesa ke zdvihu a hromadění hmot. Země a v jiných částech k jejich poklesu a úbytku (příliv a odliv). Podle prostředí rozlišujeme slapy:
- mořské – dmutí
- slapy zemské kůry
- slapy atmosféry
Nejlépe pozorovatelné jsou slapy mořské.

Měsíc nemá svůj vlastní zdroj světelného záření, odráží záření Slunce. Měsíc obíhá kolem Země, vznikají čtyři fáze:
- nov - novoluní - Měsíc je v konjukci (tj. mezi Zemí a Sluncem), o půlnoci je na severu, není vidět.
- 1. čtvrť - Měsíc dorůstá (má tvar "D"), o půlnoci je na západě, vidět je půlka přivrácené strany.
- úplněk - Měsíc je v opozici, o půlnoci je na jihu, viditelná je celá přivrácená strana
- 4. čtvrť - Měsíc couvá (tvar "C"), o půlnoci je na východě, vidět je půlka přivrácené strany.
Vzhledem k tomu, že doba jednoho otočení měsíce kolem své osy je stejná jako doba oběhu kolem Země , je k nám přivrácena stále stejná strana Měsíce. Doba jedné otočky je 29 dní a 5 hodin. Geografický vliv měsíce se projevuje deformací Země = slapové jevy







K přílivu dochází na přivrácené straně Země a na odvrácené straně – na straně přivrácené k Měsíci převládá přitažlivá síla Měsíce nad odstředivou silou soustavy Země - Měsíc a příliv na straně odvrácené od Měsíce se vysvětluje převahou odstředivé síly.










Příliv a odliv se pravidelně střídají při každé kulminace Měsíce. Příliv se opakuje vždy po 12 hodinách 25 min. je to tzv. půldenní přiliv , který každý následující den vrcholí o 50 min. později. Doba, kdy se Země otočí vůči Měsíci o 360º se nazývá lunární den – 24hod. 50min. Jestliže se Země, Měsíc a Slunce nacházejí v jedné rovině kolmé k ekliptice (Měsíc v úplňku nebo v novu), pak se následné síly působením Měsíce a Slunce sčítají a nastává největší tzv. skočný příliv.
Jestliže spojnice Země s Měsícem a spojnice Země se Sluncem svírají pravý úhel, potom se výsledné síly působením Měsíce a Slunce vzájemně odečítají a nastává tzv.

hluchý příliv.
Příklady skočného přílivu:
- na otevřeném oceáně je dmutí malé
- v zálivech velké – JZ irsko – i 7-8 m vysoké vlny
- SZ Francie -11,7 m = klasické využití mořského dmutí pro přílivové elektrárny
- JV Kanada – Fundský záliv – až 18 m
Na mnoha řekách ústících do moře se silným dmutím postupuje přiliv mnoho set km proti proudu, např. Londýn leží 64 km od ústí Temže, díky vysokému přílivu je přístavem. Na řece Amazonce se při přílivu vytváří vysoká vlna tzv. proroka, která přepadává s rachotem a pohybuje se proti proudu.