Ruch obiegowy Ziemi

Cele:
Uczeń:
- zna czas obiegu Ziemi wokół Słońca;
- rozumie znaczenie pojęć: elipsa, ekliptyka, orbita, aphelium, peryhelium;
- potrafi wyjaśnić, w jaki sposób naukowcy dowiedli ruchu obiegowego Ziemi;
- dostrzega i wymienia następstwa ruchu obiegowego Ziemi.

Treści przedstawiane na lekcji:
Ziemia wykonuje ruch obiegowy wokół Słońca w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara. Okres jednego obiegu trwa jeden rok (dokładnie: 365 dni, 5 godzin, 48 minut i 46 sekund).
Jest to rok zwrotnikowy, czyli okres pomiędzy dwoma kolejnymi przejściami Słońca przez punkt równonocy wiosennej. Znane jest jeszcze pojęcie nieco dłuższego roku gwiazdowego, gdzie położenie Ziemi określa się względem gwiazd, a nie Słońca. Różnica długości trwania roku gwiazdowego i zwrotnikowego jest wywołana ruchem precesyjnym punktu równonocy wiosennej.
Orbita Ziemi jest elipsą, dlatego odległość Ziemi od Słońca zmienia się. Oś Ziemi jest nachylona do płaszczyzny orbity (ekliptyki) pod kątem 66034’. Następstwem tego są zmiany oświetlenia Ziemi w ciągu roku. W dniu 2 stycznia Ziemia znajduje się najbliżej Słońca, w odległości ok. 147 mln km. Jest wtedy w tzw. peryhelium, czyli punkcie na orbicie ciała niebieskiego krążącego wokół Słońca, znajdującego się w miejscu największego zbliżenia tego ciała do Słońca. Przeciwne miejsce do peryhelium, to aphelium. Ziemia znajduje się wtedy najdalej od Słońca, tj. w odległości ok. 152 mln km (5 lipca).
Dowody na ruch obiegowy Ziemi:
- Paralaksa gwiazd – W tym samym momencie występuje różnica pomiędzy kierunkami do danego ciała niebieskiego z różnych miejsc na Ziemi. Z uwagi na ogromne odległości do ciał niebieskich, możliwe jest ustalenie paralaksy jedynie w stosunku do Księżyca. Gdy jednak są rozpatrywane nie różne miejsca na Ziemi, a różne jej położenie w stosunku do Słońca (skrajnie przeciwne), można określić paralaksę, np. w stosunku do najbliższej gwiazdy.
- Aberracja światła – Polega ona na odchyleniu promienia świetlnego wywołanym ruchem obserwatora w kierunku poprzecznym do tego promienia. Promień świetlny wpada najpierw do soczewki obiektywu lunety astronomicznej. Zanim dotrze do okularu, to luneta zdąży się przesunąć wskutek postępowego ruchu Ziemi.
Podobne zjawisko można byłoby zaobserwować, gdyby ktoś strzelał do jadącego pociągu. Kula najpierw przebiłaby ścianę wagonu od strony strzelającego, a zanim dotarłaby do drugiej ściany, pociąg przemieściłby się do przodu. W obu przypadkach kierunki ulegną odchyleniu w kierunku poruszającej się Ziemi czy pociągu.
- Efekt Dopplera – fala świetlna wysyłana przez gwiazdę zmienia swoją barwę. Barwa jest zależna od jej długości. Im krótsza odległość, tym barwa zbliżona do odcienia fioletu im dłuższa odległość, tym barwa zbliżona bardziej do czerwieni.
Następstwa ruchu obiegowego:
- zmiana wysokości Słońca nad horyzontem w cyklu rocznym;
- zmiana ilości energii słonecznej docierającej do powierzchni Ziemi;
- występowanie stref oświetlenia;
- występowanie pór roku, gdyż te same miejsca na Ziemi otrzymują w ciągu roku zmienną ilość ciepła i światła;
- zmiany w ciągu roku wysokości Słońca nad horyzontem w momencie górowania;
- zmienna długość dnia i nocy w ciągu roku;
- zmienne w ciągu roku punkty wschodu i zachodu Słońca na horyzoncie;
- występowanie stref klimatycznych i podporządkowanych im stref roślinnych i glebowych;
- zmieniające się w ciągu roku widoczne gwiazdy (gwiazdozbiory letnie i zimowe).

Zadania i polecenia:
Minimum:
1. Co decyduje o porach roku na Ziemi?
2. Wymień i krótko scharakteryzuj następstwa ruchu obiegowego Ziemi.
3. Określ czas, kiedy Ziemia jest najdalej i najbliżej Słońca.
Na lepszą ocenę:
1. Wymień i objaśnij dowody na ruch obiegowy Ziemi.
2. Wyjaśnij pojęcie ekliptyki na przykładzie ruchu obiegowego Ziemi.