Następstwa ruchu obiegowego Ziemi

Obieg Ziemi wokół Słońca odbywa się po eliptycznej orbicie oddalonej od Słońca średnio 150 mln km  (wielkość tę nazywamy  jednostką astronomiczną, AU). Z racji eliptycznego kształtu orbity, dystans między Ziemią a Słońcem zmienia się regularnie w ciągu roku. Latem północna półkula znajduje najdalej od Słońca (152 mln km), natomiast zimą stosunek odległości wynosi najmniej (147 mln km). Ponadto ziemska oś utrzymuje stałe nachylenie ( 66°33’) względem płaszczyzny orbity, co przekłada się na zmianę oświetlenia Ziemi w ciągu roku.

Zanim przejdziemy do konsekwencji wynikających z ruchu obiegowego ziemi, wskażmy na najbardziej oczywiste dowody świadczące o tym, że taki ruch w ogóle ma miejsce:

• paralaksa bliskich gwiazd: ziemski obserwator jest w stanie zauważyć jedynie nieznaczne zmiany położenia gwiazd znajdujących się najbliżej Ziemi, natomiast bardziej oddalone ciała niebieskie pozostają dla niego
• efekt Dopplera: jest to zjawisko oparte na zmianie częstotliwości fal świetlnych, które docierają do obserwatora na Ziemi; w praktyce wiążę się to ze zmienioną barwą odbieranego światła. Kiedy Ziemia porusza się po części orbity zbliżonej do Słońca, wówczas widzimy światło o wyższej częstotliwości, natomiast gdy wchodzi w części oddaloną – dociera do nas światło o niższej częstotliwości.

Skoro już udowodniliśmy, że ruch obiegowy istnieje, omówmy następstwa z niego wynikające:

• rok przestępny: ruch obiegowy odbywa się w przeciwnym kierunku do wskazówek zegara, a cały cykl obiegu zajmuje ok. 365 dni 6 godzin.
• astronomiczne pory roku: wyznaczane są na podstawie rocznego cyklu zmian oświetlenia ziemi. Na całej kuli ziemskiej występują w jednakowych cyklach.

Ważne jest, aby odróżniać astronomiczne od kalendarzowych pór roku, te pierwsze bezpośrednio związane są z ilością energii słonecznej, która dociera do powierzchni Ziemi. Półkula północna posiada zsynchronizowane pory roku – kalendarzowe pokrywają się z astronomicznymi. Natomiast na półkuli południowej pory roku kalendarzowe są przesunięte względem astronomicznych o pół roku – lato rozpoczyna się 22 grudnia, zaś wiosna 22 września.

• zmienne poziomy oświetlenia Ziemi: niektóre szerokości geograficzne przyjmują większą porcję promieni słonecznych, co w konsekwencji wpływa na różnice pod względem klimatu,
• zmienna wysokość Słońca nad horyzontem: na różnych szerokościach geograficznych Słońce osiąga odmienne wysokości w cyklu rocznym,
• występowanie dni i nocy polarnych: zjawisko obecne w strefie podbiegunowej (za tę sferę przyjmuje się tern od kół biegunowych do biegunów). Jedną z przyczyn występowania dni oraz nocy polarnych jest nachylenie osi ziemskiej do płaszczyzny orbity, i tak:

– dzień polarny: słońce pozostaje na horyzoncie ponad 24 godziny i  nie schodzi z firmamentu na biegunie polarnym przez kolejne pół roku. Im dalej na południe od bieguna polarnego, tym krótsze dni polarne: na kole podbiegunowym dzień polarny trwa jedynie 24 godziny w skali roku.

– noc polarna: słońce nie pojawia się nad horyzontem. Na biegunie polarnym noc polarna trwa pół roku, natomiast na kole podbiegunowym ok. 24 godziny.

• zmiany w  długości trwania dnia i nocy na Ziemi: występowanie zmian w długości dnia i nocy jest tym większe, im dalej znajdujemy się od strefy międzyzwrotnikowej. W samej strefie międzyzwrotnikowej długość dnia i nocy niemal nie zmieniają się w perspektywie całego roku – noc trwa tam tyle samo co dzień przez cały rok. Ekstremalne różnice występują w strefie najbardziej oddalonej od zwrotnika, czyli na biegunach – tam przez pół roku panuje noc, natomiast druga część roku to dzień.