Země jako vesmírné těleso

Vesmír je soubor všech kosmických těles, které na sebe vzájemně působí. Vznikem vesmíru se zabývají kosmologické hypotézy (řec. kosmos = vesmír, logos = slovo). Podle nejznámější hypotézy velkého třesku asi před 15 miliardami let existovala látka o vysoké teplotě v superhustém stavu. V této látce nastal výbuch tzv. velký třesk (big - bang), látka se začala rozpínat a začaly se tvořit struktury, základy budoucích kosmických těles : hvězdy, planety, planetky, měsíce, komety a meteoroidy.
Pro velké vzdálenosti ve vesmíru se používají zvláštní délkové jednotky :

1/Astronomická jednotka (AU) = střední vzdálenost Země od Slunce = 149,6 mil.km.
2/Paprsek (pc) = vzdálenost, ze které je astronomická jednotka vidět pod úhlem 1 vteřiny = 206000 astronomických jednotek.
3/Světelný rok (ly) = vzdálenost, kterou urazí světelný paprsek za 1 rok ( např. ze Slunce letí světelný paprsek na Zemi 8 minut a 20 sekund).


Galaxie = jsou hvězdné soustavy obsahující miliardy hvězd. Naše Galaxie zvaná "Mléčná dráha" (řec. galaktikos = mléčný) má tvar spirálového disku a obsahuje asi 150 miliard hvězd(průměr naší Galaxie je 100 000 světelných let).

Hvězdy = jsou kulová, gravitačně vázaná tělesa složená z plazmy (ionizované částice). Probíhají v nich termojaderné reakce, které vytvářejí vysokou teplotu a světlo. Hvězdy jsou základními stavebními prvky vesmíru.

Planety (oběžnice) = (rec. planetés = bloudící), jsou vetší tělesa obíhající kolem hvězdy. Planety nemají vlastní zdroj záření, svítí pouze světlem odraženým od hvězdy. Menší planety se nazývají planetky.

Měsíce = pevná tělesa obíhající kolem planet.

Komety = vlasatice. (rec. kometes = dlouhovlasý), menší tělesa obíhající kolem hvězdy po protáhlých drahách (jádro komety tvoří prach a led, kolem jádra je plynoprachový obal přecházející v ohon, který je protáhlý vždy směrem od hvězdy - je odpuzován tlakem jejího záření).

Meteoroidy = malá tělesa meziplanetární hmoty, s velikostí řádově v metrech.

Meteor = záblesk záření meteoroidu při průletu zemskou atmosférou.

Meteorit = zbytek meteoroidu, který dopadl na Zemi. Na místě dopadu meteoritu vzniká meteoritový kráter. Meteority se rozdělují na železné a kamenné (podle chemického složení a podle průměrné hustoty). Největší nalezený meteorit Hoba West v jižní Africe má asi 60 tun.

Sluneční soustavu tvoří Slunce, tělesa, která kolem něho obíhají a prostředí, kde se tento pohyb uskutečňuje. Vznikem sluneční soustavy se zabývají kosmogonické hypotézy\" (řec. goné = vznik). Stáří sluneční soustavy se odhaduje na 4,7 miliard let, kdy se z mezihvězdné hmoty vytvořil diskový útvar, který začal rotovat. Uprostřed diskového tělesa se zvyšovala hustota i teplota a formoval se zárodek budoucího Slunce. Z prachových částic mimo střed se seskupovala hmotná tělesa a z nich se tvořily planety a měsíce. Vznik Země byl dokončen asi před 4,6 mld.let.

V 16. století zveřejnil Mikuláš Koperník svůj heliocentrický názor (řec. Helios = Slunce). Podle Koperníka Země a ostatní planety obíhají kolem Slunce po kruhových drahách. V 17. století Johanes Kepler stanovil zákony pohybu planet a kruhové dráhy nahradil eliptickými.

Slunce = ústřední hvězda sluneční soustavy. Má tvar koule o průměru 1,4 mil.km. Slunce vykonává dva základní pohyby :
a/ Rotace kolem vlastní osy = vzhledem k tomu, ze Slunce není tuhé těleso, rychlost rotace není na povrchu Slunce stejná ( na rovníku trvá 25 dní a v pólových oblastech 34 dní).
b/ Rotace okolo středu Galaxie = s celou sluneční soustavou (jednou za 250 mil.let). Slunce je tvořeno plazmou ( horký ionizovaný plyn). Chemické složení Slunce - 73% vodíku, 25% helia a 2% ostatních prvků. Zdrojem energie vyzařované ze Slunce jsou jaderné reakce, které probíhají v nitru Slunce (při nich se mění vodík na helium). Elektromagnetické záření z povrchové vrstvy vnímáme na Zemi jako teplo a světlo.
Slunce tvoří 99,86% hmotnosti celé sluneční soustavy. Gravitační silou ovládá všechna tělesa sluneční soustavy.

Planety sluneční soustavy tvoří dvě skupiny :
1/ Terestrické planety = (planety zemského typu) Merkur, Venuše, Země, Mars. Jedná se o planety stejného složení a srovnatelných rozměrů.
2/ Velké planety = Jupiter, Saturn, Uran a Neptun jsou tvořeny zkapalněnými plyny a pravděpodobně pevným jádrem. Kolem všech velkých planet jsou tzv. prstence - prstencovité útvary tvořené meteorickým prachem a balvany. Poslední velká planeta Pluto nepatří do žádné z obou skupin. Pluto je nejméně známou planetou. Díky výstřednosti své oběžné dráhy je Pluto v letech 1979 - 1999 blíže Slunci než Neptun.

Všechny planety obíhají kolem Slunce po eliptických drahách přibližně ve stejné rovině s výjimkou Pluta. Jejich vzdálenost od Slunce se pohybuje od 0,4 do 50 astronomických jednotek. ObĚŽná dráha je od 0,25 do 250 let. Všechny planety také rotují kolem své osy. Všechny planety kromě Merkuru mají atmosféru. Většina planet má své měsíce. Největší počet měsíců mají Jupiter a Saturn.

Měsíc = přirozená družice Země - má poloměr čtyřikrát menší než Zeme. Měsíc je dosud jediné vesmírné těleso, na kterém stanul člověk. První dosáhl povrchu Měsíce americký kosmonaut Neil Armstrong - 20.07.1969.

Měsíc obíhá kolem Země po eliptické dráze, jejíž střední vzdálenost je 384000 km. Měsíc se otočí kolem své osy za stejnou dobu jako je doba oběhu kolem Země, proto se přivrací stále stejnou stranou k Zemi, a proto nelze ze Země spatřit odvrácenou stranu Měsíce.


Základní fáze Měsíce jsou :

Nov (novoluní) = Měsíc je mezi Zemí a Sluncem (ozářená polokoule Měsíce je odvrácená od Země) Měsíc ze Země není vidět.
1. čtvrt = Měsíc dorůstá (tvar písmene D). Je vidět polovina přivrácené strany.
Úplněk = Měsíc je na opačné straně než je Slunce. Je vidět celá přivrácená strana Měsíce.
3.čtvrt = Měsíc couvá (tvar písmene C). Je vidět polovina přivracené strany. Doba mezi dvěma následujícími úplňky činí asi 29,5 dne.


Zatmění = je jev, při kterém jedno vesmírné těleso vstoupí do stínu jiného vesmírného tělesa.
1/ Zatmění Slunce = nastane, když se Měsíc dostane mezi Slunce a Zemi a vrhá na ni stín. Při úplném zatmění je zakryto celé Slunce. Zatmění je viditelné jen na malé části Země. Stín se rychle posunuje - na jednom místě trvá v nejpříznivějším případě pouze 7 minut.

2/ Zatmění Měsíce = nastává, když Měsíc vstoupí do stínu Země (Měsíc musí být v úplňku). Zatmění Měsíce trvají déle než zatmění Slunce, mohou trvat až 1 hod.
45 minut a jsou vidět na celé neosvětlené zemské polokouli.



První shrnul doklady o kulovitém tvaru Země Aristoteles. V 17. století I. Newton dospěl k názoru, ze Země není přesnou koulí, ale že má tvar rotačního elipsoidu se zploštěním v oblastech pólů.
V 19.století byl zaveden název geoid - tj. těleso nejpřesněji vystihující tvar Země. Geoid je těleso omezené střední hladinou světového oceánu probíhající myšleně i pod kontinenty. Pro potřeby kartografie se tento matematický nedefinovatelný tvar nahrazuje zploštělým rotačním elipsoidem označovaným pojmem referenční elipsoid - tj. elipsoid, na který se vztahují výpočty.
Nejdůležitější míry zemského tělesa :

Zploštění země (WGS 84) elipsoid geodetického systému 1 : 298,26 km
Rovníkový průměr Země 12 756 km
Poledníkový průměr Země 12 713 km
Obvod rovníku 40 075 695 metrů
Obvod poledníkové elipsy 40 008 552 metrů
Střední hodnota 1°zeměpisné šířky 111 135 metrů
Povrch Země 510 083 059 mil.km2
Objem Země 1083 miliard km3
Hmotnost Země 5977.1024 kg


Poloha bodu na zemském povrchu se určuje pomocí zeměpisných souřadnic - zeměpisné šířky a zeměpisné délky.
Zemské póly jsou průsečíky rotační osy Země se zemským povrchem.
Rovník je průsečnice zemského povrchu s rovinou procházející středem Země a kolmou k zemské ose.
Zeměpisná šířka (f) je úhel mezi rovinou rovníku a spojnicí určovaného bodu se středem Země.
Rovnoběžky jsou spojnice všech bodů stejné zeměpisné šířky. Rovnoběžky se číslují od 0° do 90° - od rovníku k pólům. Na severní polokouli se určuje severní zeměpisná šířka (s.š.) a na jižní se určuje jižní zeměpisná šířka (j.š.).

f = 90° = póly, f = 0° = rovník, f = 23°27\' = obratníky. s.š. = obratník Raka, j.š. = obratník Kozoroha. Obratníky jsou rovnoběžky, na které v poledne nejdelšího dne v roce dopadají sluneční paprsky kolmo (pod uhlem 90°). f = 66°33\' = polární kruhy, s.š. = severní polární kruh, j.š. = jižní polární kruh. Polární kruhy jsou rovnoběžky, na které v poledne nejkratšího dne v roce dopadají sluneční paprsky vodorovně (pod uhlem 0°).

Zeměpisná délka (?) je úhel, který svírá rovina základního poledníku s rovinou místního poledníku.

Poledníky jsou spojnice všech bodů stejné zeměpisné délky.


Jako základní poledník byl v roce 1883 stanoven mezinárodní dohodou poledník greenwichský - poledník, který prochází greenwichskou hvězdárnou v Londýne. Pojem poledník vyjadřuje skutečnost, ze se jedna o čáru, na níž nastává všude současně poledne. Poledníky na východ od greenwichského poledníku do 180° mají východní zeměpisnou délku (v.d.) a na západ mají západní zeměpisnou šířku (z.d.).

Zeměpisná síť je tvořena rovnoběžkami a poledníky, slouží k určování polohy bodu na zemském povrchu a umožňuje tak orientaci.




Pohyby Země a jejich důsledky

A/ ROTACNÍ POHYB ZEMĚ

Země se otáčí kolem své osy ve směru pohybu hodinových ručiček - od západu k východu. Jedno otočení kolem osy trvá necelých 24 hod. - přesně 23 hod.56min. a 4 sec. - to je tzv. hvězdný den.
Uhlová rychlost rotace je stálá - 15° za hodinu, tj. 360° za 24 hod.
Obvodová rychlost se mění v závislosti na zeměpisné šířce ( na rovníku činí 465m/sec, na 50°s.š. činí 290m/sec a na pólech je nulová).
Důkazy rotace : 1/ Padající tělesa se odchylují od svislice k východu (tj. ve směru pohybu Země).
2/ Působení Coriolisovy síly.

Coriolisova síla působí na tělesa, která se pohybují v otáčející soustavě. Tělesa na zemském povrchu pohybující se v poledníkovém směru se na severní polokouli odchylují napravo a na jižní polokouli nalevo - Coriolisova síla působí jako uchylující síla zemské rotace. Na Zemi má Coriolisova síla značný význam, poněvadž mění původní směr vzdušných i vodních proudících mas (např. pasáty a mořské proudy). V důsledku této síly dochází ke vzniku nesouměrnosti říčních koryt a údolí (na řeky tekoucí poledníkovým směrem).
Vlivem rotace Země dochází ke střídání dne a noci. Slunce, hvězdy a planety se zdánlivě pohybují po obloze a známým důsledkem rotace je zploštění Země.



B/ OBĚH ZEMĚ KOLEM SLUNCE

Země obíhá po eliptické dráze kolem Slunce proti směru hodinových ručiček. Vzdálenost Země od Slunce není stálá. V nejbližším bodě přísluní (perihélium) začátkem ledna činí 147,1 mil.km., v nejvzdálenějším bode - odsluní (afelium) začátkem července vzdálenost činí 152,1 mil.km.
Pohyb Země na oběžné dráze je nepravidelný. Země se pohybuje průměrnou rychlostí 29,8 km/sec. Doba oběhu o 360° se nazývá tropický rok a činí 365 dní 5 hodin 48 minut a 45,7 sekundy, což je o necelých 6 hod. delší než je rok občanský, proto každý čtvrtý rok má 366 dní - přestupný rok.
Myšlena koule, na kterou se ze stanoviště pozorovatele promítají vesmírná tělesa, se nazývá nebeská sféra. Průsečnice roviny oběžné dráhy Země s nebeskou sférou se nazývá ekliptika. Dráha Země leží v rovině ekliptiky. Světový rovník je průsečnice roviny zemského rovníku s nebeskou sférou. Průsečníky světového rovníku s ekliptikou se nazývají jarní a podzimní bod.



Zařazením 29.února v přestupném roce dochází k posuvu a vznikají nepravidelnosti v datu. Dne (20. - 21. března) nastává den jarní rovnodennosti. Slunce se ze Země promítá do jarního bodu a dne (22. - 23. září) nastává den podzimní rovnodennosti. Slunce se ze Země promítá do podzimního bodu.


STRÍDÁNÍ ROČNÍCH OBDOBÍ

Základní příčinou střídání ročních dob je sklon zemské osy. Zemská osa svírá s rovinou ekliptiky stálý uhel - 66°33'.
Severní konec zemské osy je nejvíce přikloněn ke Slunci 21. - 22. června. Tento den se nazývá letní slunovrat - je začátkem léta. Sluneční paprsky dopadají v poledne kolmo na obratník Raka. Na severní polokouli je nejdelší den a nejkratší noc. Dnem podzimní rovnodennosti 22. - 23. září léto na severní polokouli končí a začíná podzim.
Dne 21. - 22. prosince dochází k tomu, ze severní konec zemské osy je nejvíce odkloněn od Slunce. Sluneční paprsky dopadají v poledne kolmo na obratník Kozoroha. Je zimní slunovrat - začíná zima. Na severní polokouli je nejkratší den a nejdelší noc. Zima končí 20. - 21. března, kdy je den jarní rovnodennosti - začíná jaro.
Pro tepelné podmínky na Zemi je rozhodující uhel dopadu slunečních paprsků. Povrch Země lze rozdělit podle zeměpisné šířky do základních teplotních pásu.
1/ Tepelný pás - je mezi obratníky Raka a Kozoroha (je to oblast s největším přídělem slunečního tepla a světla na Zemi).
2/ Mírné pásy severní a jižní polokoule - jsou vymezeny obratníky a polárními kruhy příslušných polokoulí. Polední výška Slunce zde během roku kolísá od 0° (polární kruh) do 90° (obratník).
3/ Polární pásy severní a jižní polokoule zabírají kruhové vrchlíky vymezené polárními kruhy obou polokoulí.

Lidé se v občanském živote řídí tzv. slunečním časem, který se určuje podle zdánlivého pohybu Slunce. Pravý slunečný den je doba, která uplyne mezi dvěma po sobe následujícími vrcholeními Slunce na místním poledníku. Tato doba se mění, protože se mění rychlost oběhu Země. Proto byl zaveden střední sluneční den, který se dělí na 24 hodin po 60 minutách, 1 minuta má 60 sekund. Protože Slunce kulminuje nad jednotlivými místy postupně od východu k západu, má každý poledník svůj místní čas. Celá Země byla rozdělena na 15° široké sférické dvojúhelníky - časová pásma.
Světový čas (UTC) = Universal Time Coordinated, neboli západoevropský (ZEC) platí v pásmu se středním poledníkem 0°, to znamená, ze hranice pásmo tvoří 7°30\' z.d. a 7°30\' v.d. a je shodný s místním časem nultého poledníku. U nás platí středoevropský pásmový čas (SEC) - má o hodinu víc než světový čas. V evropských zemích se od jara do podzimu zavádí tzv. letní čas (má o hodinu více, než čas pásmový).
Dohodou byla stanovená datová hranice, která probíhá přibližně kolem 180. poledníkem (v oblasti Tichého oceánu). Při překročení datové hranice ze západní polokoule na východní jeden den ztrácíme (přidáme jeden den k datu). Přestupujeme-li datovou hranici z východní polokoule na západní, získáváme jeden den (dva dny ponecháme stejné datum).


SLAPOVÉ JEVY

Periodické deformace tvaru zemského tělesa se označují pojmem slapové jevy. 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 soustavy Země - Měsíc, zvané barycentrum, leží asi 1700 km pod povrchem Země.
Podle prostředí rozlišujeme slapy mořské (dmutí), slapy zemské kury a slapy atmosféry.


Příliv a odliv vodních hmot (mořské dmutí)

Příliv vzniká na straně přivrácené k Měsíci i na straně odvrácené od Měsíce. Rozdělení přílivu a odlivu na zemském povrchu je takové, že příliv má vždy dva protilehlé kulové vrchlíky v oblasti rovníkové a odliv má široký pás mezi nimi sahající do oblasti pólové.
Příliv a odliv se pravidelně střídají při každé kulminaci Měsíce. Příliv se opakuje vždy po 12 hod. 25 minutách je to tzv. půldenní příliv, který každý následující den vrcholí o 50 minut později.
Jestliže se Země, Měsíc a Slunce nacházejí v jedné rovině kolmé k ekliptice, pak se výsledné síly působení Měsíce a Slunce sčítají a nastává největší příliv tzv. skočný příliv.
Na řece Amazonce se při přílivu vytváří vysoká vlna, která přepadává s rachotem a pohybuje se proti proudu - nazývá se pororoka (indiánský jazyk - velký řev).
Mořského dmutí se využívá pro výrobu elektrické energie v přílivových elektrárnách - např. ve Francii.


Dálkovým průzkumem Země rozumíme získávání informací o zemském povrchu pomocí leteckého, nebo kosmického snímkování.


LETECKÉ SNÍMKOVÁNÍ

Letecké snímkování se provádí ze speciálně upravených letadel, které mají relativně malou rychlost do 350 km/hod. Do spodní strany letadel jsou zabudovány kamery, které ve svislém směru fotografují terén. Při pozorování takových snímků stereoskopem se vytváří trojrozměrný prostorový model zobrazované krajiny.


KOSMICKÉ SNÍMKOVÁNÍ

Kosmické snímkování se provádí z družic, kosmických lodí a kosmických laboratoří, které se pohybují po předem stanovených drahách.

a/ Stacionární družice - obíhají v rovině rovníku ve výši 36 000 km nad zemským povrchem. Jejich pohyb je synchronní s pohybem Země. Snímky jsou globální - na jediném snímku je zobrazena téměř celá polokoule.

b/ Kosmické lodě a laboratoře s lidskou posádkou - používají šikmé oběžné dráhy. Výška letu bývá 200 - 400 km.

c/ Meteorologické družice pro výzkum přírodních zdrojů obíhají po subpolárních oběžných drahách. Výška letu bývá 500 - 1000 km, doba oběhu asi 100 min.



Dálkový průzkum Země používá tyto druhy snímků:

a/ Panchromatické snímky - zaznamenávají viditelné světlo zobrazující terén v přirozených barvách.

b/ Infračervené snímky - nepřirozené barvy, těchto snímků se využívá pro zemědělské a ekologické účely.

c/ Multispektrální snímky - soubor několika snímků téhož území. Každý z nich registruje záření v jiném spektrálním pásmu.

d/ Tepelné snímky - registrují tepelné vyzařování zemského povrchu. Tyto snímky se využívají zvláště v klimatologii - umožňují sestavování aktuálních teplotních map různých území.

e/ Radarové snímky - radarem vysílané mikrovlnné záření dobře proniká atmosférou a vegetací.

Tento průzkum Země má velký význam - např. pro využívání přírodních zdrojů, pro studium životního prostředí, pro využití půdy v zemědělství, pro předpovídání počasí.