Země a Měsíc
Základní charakteristika
ZeměZemě – největší z planet zemského typu. Je jedinou planetou v celém vesmíru, o které víme, že na ní existuje život. Má dostatečně hustou atmosféru, dostatek kapalné vody v povrchových oceánech. Kolem Země obíhá jediný měsíc s vázanou rotací. Při pozorování Země z kosmu vidíme hlavně modrou barvu oceánů. 70 % povrchu Země je pokryto oceány, 30 % tvoří kontinenty. Země sestává z těchto vrstev: jádro, plášť, kůra, troposféra, stratosféra, mezosféra, termosféra. Plášť a kůra jsou odděleny tzv. Mohorovičiæovým rozhraním. Kůra se posouvá a „plave“ na polotekutém plášti. Teplota v centru Země je 5 100 °C, tlak 360 GPa. Magnetické pole Země má přibližně dipólový charakter, je deformováno slunečním větrem do typického tvaru. je třetí planetou v pořadí od Slunce. Je největší z planet zemského typuTerestrické planety – planety podobné Zemi, vyznačují se pevným povrchem a malými rozměry oproti obřím planetám podobným Jupiteru. Mezi terestrické planety řadíme Merkur, Venuši, Zemi a Mars.. Je jedinou planetou v celém vesmíru, o které víme, že na ní existuje život. Má dostatečně hustou atmosféru, dostatek kapalné vody v povrchových oceánech. Kolem Země obíhá jediný měsíc s vázanou rotací. Země spolu s MěsícemMěsíc – přirozený satelit Země, rotuje tzv. vázanou rotací (doba oběhu a rotace je shodná). Díky tomu stále vidíme přibližně jen přivrácenou polokouli Měsíce. Měsíc je prvním cizím tělesem, na kterém stanul člověk (Neil Armstrong, 1969, Apollo 11). Voda na Měsíci byla objevena v stinných částech kráterů a pod povrchem (Lunar Prospektor, 1998). Povrch Měsíce je pokryt regolitem (drobná drť s vysokým obsahem skla). Malé pevné jádro je obklopené plastickou vrstvou (v hloubce 1 000 km pod povrchem). Velké množství kráterů má rozměry od milimetrů po stovky kilometrů. Několik z nich je pojmenováno i po českých osobnostech (například kráter Anděl). tvoří v podstatě dvojplanetu obíhající kolem společného těžiště. Výměna momentu hybnosti mezi oběma tělesy vede k postupnému vzdalování Měsíce zhruba o 4 centimetry za rok. Není vyloučeno, že Země v budoucnosti o svůj jediný měsíc přijde. Pravděpodobnější ale je, že dříve obě tělesa zničí samotné Slunce v období, kdy se bude měnit na červeného obra. V současnosti žijeme v období, kdy je úhlový rozměr Měsíce na obloze totožný s úhlovým rozměrem Slunce, což umožňuje to, že tu a tam probíhá úplné zatmění Slunce. Budoucí gernerace o tento výjimečný jev přijdou. Při pozorování Země z kosmu vidíme hlavně modrou barvu oceánů. 70 % povrchu Země je pokryto oceány, 30 % tvoří kontinenty. Země sestává z těchto vrstev: jádro, plášť, kůra, troposféraTroposféra – nejnižší vrstva atmosféry, ve které se tvoří počasí. Troposféra sahá od povrchu Země až do výšky 7 km v polárních oblastech a 17 km okolo rovníku. Teplota troposféry klesá s nadmořskou výškou průměrně o 6,5 °C., stratosféraStratosféra – vrstva atmosféry nad troposférou. Sahá přibližně do 50 km. Součástí stratosféry je ozónová vrstva, která pohlcuje škodlivé ultrafialové záření přicházející ze Slunce. Ve stratosféře nedochází k turbulentnímu proudění, neboť teplota vzduchu s výškou roste (růst způsobuje pohlcování UV záření)., mezosféraMezosféra – vrstva atmosféry nad stratosférou, sahá přibližně do 80 až 85 km. Teplota v mezosféře s nadmořskou výškou klesá až na −100 °C. V mezosféře shoří většina meteoroidů. Zmrzlá vodní pára zde vytváří noční svítící oblaka., termosféraTermosféra – horní vrstva atmosféry, sahá od konce mezosféry (ve výšce 80 km) přibližně do vzdálenosti 700 km od povrchu. Teplota s nadmořskou výškou stoupá, nejde ale o skutečnou teplotu látky, neboť střední volná dráha částic je mnoho kilometrů. Součástí termosféry je ionosféra. Ve 100 kilometrech se nachází Karmánova hranice, nad kterou jsou provozovány družice.. Plášť a kůra jsou odděleny tzv. Mohorovičovým rozhraním. Kůra se posouvá a „plave“ na polotekutém plášti. Teplota v centru Země je 5 100 °C, tlak 360 GPa.
Unikátní záběry přechodu Měsíce přes Zemi byly pořízeny sondou DSCO (Deep Space Climate Observatory) dne 6. srpna 2015 ze vzdálenosti 1,6 milionu kilometrů od Země. Na snímcích je vidět odvrácená strana Měsíce zalitá slunečním svitem. Zdroj: NASA/NOAA (mp4/h264, 2 MB).
Magnetické pole Země má v blízkosti povrchu přibližně dipólový charakter, ve větší vzdálenosti je deformováno slunečním větremSluneční vítr – proud nabitých částic ze Slunce, které zaplavují celou Sluneční soustavu. Zejména jde o protony, elektrony a alfa částice (jádra hélia). Typická rychlost částic u Země je kolem 500 km/s (rychlost zvuku v tomto prostředí je 50 km/s), teplota 3 eV (30 000 K) a koncentrace několik protonů v cm3. Částice vylétávající podél otevřených siločar mají vyšší rychlost (přibližně 750 km/s) a nazýváme je rychlý sluneční vítr. Sluneční vítr objevil anglický astronom Richard Carrington v roce 1859, kdy bylo za půl dne po slunečním vzplanutí narušeno magnetické pole Země. Pojmenování sluneční vítr pochází od amerického astronoma Eugena Parkera. do charakteristického protáhlého tvaru s rázovou vlnou na denní straně a ohonem na noční straně. Nabité částice slunečního větru a plazmoidůPlazmoid – kompaktní plazmový útvar, někdy nazývaný plazmový oblak, zhustek, shluk, cluster. Plazmoid s sebou může unášet tzv. vmrznuté magnetické pole. ze Slunce pronikají do horních vrstev atmosféry nálevkovitými oblastmi, kterým říkáme polární kaspy (z anglického cusp). Při interakci s atmosférou dochází k excitaci atomů a molekul a ke vzniku polárních září, které formují v polárních oblastech aurorální ovál. Část nabitých částic je zachycena ve Van Allenových pásechVan Allenovy pásy – jsou tvořeny nabitými částicemi (elektrony, protony a ionty O+, He+) zachycenými magnetickým polem Země ve vzdálenosti 1,2 až 7 RZ. V polárních oblastech se odrážejí efektem magnetického zrcadla. Pásy existují dva, vnější složený především z elektronů a vnitřní obsahující kromě elektronů i hmotnější částice, především protony s vysokou energií. Částice v pásech pronikavě září. Jejich energie je od 1 keV do 100 MeV. Nejenergetičtější elektrony se nazývají zabijácké elektrony (killer electrones) a mechanizmus jejich vzniku není zcela jasný. Vnitřní pás objevil James Van Allen z Univerzity v Iowě na základě měření družic Explorer 1 a 3, vnější detekovala sonda Luna 1. Oba pásy jsou mimořádným nebezpečím jak pro kosmické sondy, tak pro člověka., kde intenzivně září především v radiovém oboru. Magnetické pole má původ v tekutinovém dynamuMHD dynamo – magnetohydrodynamické dynamo, tekutinová varianta klasického dynama. Elektrické proudy vznikají při pohybu plazmatu nebo tekutého kovu a generují magnetické pole. Dipólová složka se mění na azimutální tzv. omega efektem a azimutální na dipólovou tzv. alfa efektem. Tekutinové dynamo nemůže být stacionární, jeho základní vlastností je překlápění magnetických pólů. fungujícím na periferii zemského jádra. Pole mění polaritu, k poslednímu přepólování došlo před 700 000 lety.
|
Precese – obecně pohyb osy setrvačníku po kuželové ploše vlivem vnějších sil. V astronomii tak označujeme kuželový pohyb zemské osy s periodou 25 772 roků (tzv. Platonský rok) a úhlem mezi osou kužele a jeho povrchem 23,4°. Pohyb osy způsobují kombimované síly Slunce, Měsíce a planet. Díky tomuto pohybu byla Polárkou egyptské civilizace hvězda Thuban ze souhvězdí Draka. Nutace – periodické kolísání zemské osy s nejvýraznější periodou 18,61 roků, které se kombinuje s precesním pohybem. Příčinou jsou periodické změny gravitačních účinků Měsíce na rotující zemský elipsoid. Tyto změny jsou natolik krátkodobé, že na rozdíl od precese neovlivňují zemské podnebí. Nutace byla objevena Bradleym v 18. století. Chandlerova perioda – periodicita pohybu průsečíku zemské osy s povrchem Země. Amplituda je cca 9 metrů, perioda 433 dní. Toto kolísání zemské osy objevil americký astronom Seth Carlo Chandler v roce 1891. Z hlediska mechaniky jde o tzv. volnou nutaci, která souvisí s nesféričností rotujícího objektu. Existenci tohoto jevu pro naši Zemi předpověděli Isaac Newton a Leonhard Euler. |
Rotační osa Země je skloněná 23° vzhledem ke kolmici k oběžné dráze. Sklon zemské osy je zodpovědný za střídání ročních období. Léto je vždy na té polokouli, které je při oběhu Slunce právě přikloněna směrem ke Slunci. Rotační osa vykazuje řadu pohybů. Z nich nejvýznamnější jsou dvě skupiny. První je způsobena vlivem dalších těles, většinou Slunce a Měsíce. Nejvýznamnější jsou precesePrecese – obecně pohyb osy setrvačníku po kuželové ploše vlivem vnějších sil. V astronomii tak označujeme kuželový pohyb zemské osy s periodou 25 772 roků (tzv. Platonský rok) a úhlem mezi osou kužele a jeho povrchem 23,4°. Pohyb osy způsobují kombimované síly Slunce, Měsíce a planet. Díky tomuto pohybu byla Polárkou egyptské civilizace hvězda Thuban ze souhvězdí Draka. a nutaceNutace – periodické kolísání zemské osy s nejvýraznější periodou 18,61 roků, které se kombinuje s precesním pohybem. Příčinou jsou periodické změny gravitačních účinků Měsíce na rotující zemský elipsoid. Tyto změny jsou natolik krátkodobé, že na rozdíl od precese neovlivňují zemské podnebí. Nutace byla objevena Bradleym v 18. století. . Další skupina pohybů souvisí s nesféričností Země a s přesuny hmot uvnitř a na povrchu Země. K nejvýznamnějším patří Chandlerova periodaChandlerova perioda – periodicita pohybu průsečíku zemské osy s povrchem Země. Amplituda je cca 9 metrů, perioda 433 dní. Toto kolísání zemské osy objevil americký astronom Seth Carlo Chandler v roce 1891. Z hlediska mechaniky jde o tzv. volnou nutaci, která souvisí s nesféričností rotujícího objektu. Existenci tohoto jevu pro naši Zemi předpověděli Isaac Newton a Leonhard Euler., existují ale i mnohé další, například denní perioda souvisící s plastičností zemského jádra.
| Základní parametry Země | |
|---|---|
| hmotnost | 5,97×1024 kg |
| průměr | 12 742 km |
| průměrná hustota | 5,51 g/cm3 |
| teplota povrchu | −89 až 57 °C, průměr 15 °C |
| doba otočení kolem osy | 23h 56m 4s |
| doba oběhu kolem Slunce | 365,26 dne |
| střední vzdálenost od Slunce | 149,6×106 km |
| oběžná rychlost kolem Slunce | 29,78 km/s |
| excentricita dráhy | 0,017 |
| inklinace | 0° |
| počet měsíců | 1 |
| sklon rotační osy | 23,44° |
| složení atmosféry | N2 78 %, O2 21 %, H2O 1 %, Ar 1 % |
| tlak atmosféry | 101 kPa |
| magnetické pole na rovníku | 31 μT |
| magnetický dipólový moment | 7,9×1015 T·m3 |
| sluneční vítr u Země | n ~ 10 cm−3; v ~ 450
km/s; T ~ 50 eV; B ~ 10 nT |
Měsíc
Měsíc obíhá kolem Země a rotuje tzv. vázanou rotací (doba oběhu a rotace je shodná). Díky tomu stále vidíme přibližně jen přivrácenou polokouli Měsíce. Měsíc je prvním cizím tělesem, na kterém stanul člověk (Neil Armstrong, 1969, Apollo 11). Voda na Měsíci byla objevena ve stinných částech kráterů a pod povrchem (Lunar Prospektor, 1998). Povrch Měsíce je pokryt regolitem (drobná drť s vysokým obsahem skla). Měsíc má malé pevné jádro obklopené plastickou vrstvou (v hloubce 1 000 km pod povrchem). Je zde velké množství kráterů, které mají rozměry od milimetrů po stovky kilometrů. Několik z nich je pojmenováno i po českých osobnostech (například kráter Anděl). Původ Měsíce je pravděpodobně spojen s dopadem velkého impaktu na Zemi v krátké době po jejím zformování. Měsíc spolu se Sluncem pravidelně deformují zemské těleso. Důsledkem jsou přílivy a odlivy, přesuny vodních mas na velké vzdálenosti a některé další jevy.
Kompozitní snímek Měsíce složený z mnoha fotografií pořízených přístroji
Národní observatoře na KittPeaku. Zdroj: NOAO.
| Základní parametry Měsíce | |
|---|---|
| hmotnost | 7,3×1022 kg (1/81 MZ) |
| průměr | 3 474 km |
| průměrná hustota | 3,34 g/cm3 |
| teplota povrchu | 100 až 400 K |
| doba otočení kolem osy | 27,3 dní |
| doba oběhu kolem Země | 27,3 dní |
| střední vzdálenost od Země | 384 400 km |
| magnituda v úplňku | −12,7 |
| albedo | 0,14 |
Pohled na Zemi z oběžné dráhy Měsíce pořízený sondou LROLRO – Lunar Reconnaissance Orbiter, sonda NASA, která snímkuje Měsíc z oběžné dráhy. Start se konal 18. června 2009 a sondu LRO spolu se sondou LCROSS vynesla raketa ATLAS V. Hlavními úkoly LRO je mapování povrchu Měsíce s bezprecedentní přesností a hledání vhodného místa pro případnou stavbu lunární základny. v roce
2015. Obdobný
snímek byl pořízen z Apolla 17 v roce 1972. Zdroj: NASA.
| Důležitá data | |
|---|---|
| 1610 | Galileo Galilei poprvé pozoruje Měsíc dalekohledem. |
| 1645 | První mapa Měsíce (Michael Florent van Langren). |
| 1651 | Giovanni Battista Riccioli pojmenovává některé krátery po filosofech a astronomech |
| 1753 | Roger Joseph Boscovich dokázal, že Měsíc nemá atmosféru |
| 1824 | Franz von Gruithuisen vyslovuje impaktní hypotézu vzniku kráterů |
| 1959 | Sovětská sonda Luna 2 dopadá na Měsíc v blízkosti kráteru Autolycus. Luna 3 fotografuje v témže roce odvrácenou stranu Měsíce. |
| 1966 | Sonda Luna 9 měkce přistává na Měsíci. |
| 1969 | Přistání člověka na povrchu (Neil Armstrong, Apollo 11, USA) |
| 1998 | Nalezení vody na Měsíci (Lunar Prospektor, USA). |
| 2013 | Po Měsící se pohybuje čínské lunární vozítko dopravené sondou Čchang-e 3. Měsíc přestává být doménou Ruska a USA. |
Lunární vozítko na Měsíci při misi Apolla 15 v roce 1971. Zdroj: NASA.
Další zdroje
Tomáš Hála: Jak se tvořilo jádro Země; (AB 26/2003)
Tomáš Hála: Cesta do jádra Země; (AB 33/2003)
Václav Andrš, Petr Kulhánek: Pohyb zemského magnetického pólu; (AB 05/2006)
Jakub Haloda: Svědectví o pozdní vulkanické aktivitě na Měsíci; (AB 08/2007)
Filip Přibyl: AIM – pohled shůry na svítící oblaka; (AB 09/2007)
Jan Pacák: Vláček – soustava družic zkoumajících počasí; (AB 18/2007)
Petr Sobotka: Statický náboj na Měsíci se po 18 letech mění; (AB 21/2007)
Petr Kulhánek: Magnetosféra Země vydává svá tajemství; (AB 33/2007)
Petr Kulhánek: Konec druhohorních potvor; (AB 36/2007)
Petr Kulhánek: Červené přízraky, elfové a pozemské gama záblesky; (AB 39/2007)
Petr Kulhánek: Měsíc měl pravděpodobně kapalné jádro!; (AB 14/2009)
Petr Kulhánek: Země se vzdaluje od Slunce; (AB 24/2009)
Jiřina Scholtzová: LRO, rok poté; (AB 26/2010)
Petr Kulhánek: Gama záblesky a rentgenové záření při bouřkách; (AB 14/2011)
David Břeň: Čtení magnetické historie Země; (AB 17/2011)
Miroslav Horký: Nové výsledky ve výzkumu vzniku bleskových výbojů; (AB 17/2013)
Radek Beňo: Králík, který běhá po Měsíci; (AB 40/2013)
David Břeň: Spouští Slunce pozemské blesky?; (AB 21/2014)
Petr Kulhánek: Družice OCO-2 se stala lokomotivou vláčku; (AB 28/2014)
Jakub Rozehnal: O původu vody na Zemi; (AB 03/2015)
Petr Kulhánek: Akustický výzkum blesků a hromů; (AB 22/2015)
Petr Kulhánek: Zrnka magnetitu měří zemské pole; (AB 19/2016)
