Zemská osa
Obsah boxu
Šablona:Infobox astronomický jev
Zemská osa je pomyslná přímka, která prochází středem planety Země a protíná její povrch v dvou bodech – na severním a jižním geografickém pólu. Kolem této osy se Země otáčí, což způsobuje střídání dne a noci. Sklon zemské osy vůči rovině její oběžné dráhy kolem Slunce je hlavní příčinou střídání ročních období.
Zemská osa není v vesmíru pevně fixována, ale vykonává několik složitých pohybů, z nichž nejvýznamnější jsou precese a nutace. Tyto pohyby jsou způsobeny gravitačním působením Slunce, Měsíce a v menší míře i ostatních planet na nesymetrické těleso Země (konkrétně na její rovníkovou výduť).
⚙️ Charakteristika a vlastnosti
Zemská osa je základním referenčním prvkem pro definování geografické souřadnicové sítě. Její průsečíky se zemským povrchem definují geografické póly, od kterých se odvozují zeměpisná šířka a zeměpisná délka.
📐 Sklon zemské osy
Nejvýznamnější vlastností zemské osy je její sklon, známý také jako inklinace. Osa rotace Země není kolmá k rovině její oběžné dráhy kolem Slunce (rovině ekliptiky), ale je od této kolmice odkloněna o úhel, který se v současnosti pohybuje kolem 23,44° (23°26').
Tento sklon je příčinou existence ročních období. Když je severní polokoule přikloněna ke Slunci, dopadají sluneční paprsky na její povrch pod strmějším úhlem a po delší dobu, což způsobuje léto. O půl roku později, když je severní polokoule od Slunce odkloněna, nastává zima. V oblastech kolem pólů způsobuje tento sklon jevy známé jako polární den a polární noc.
Sklon zemské osy není konstantní, ale v cyklech trvajících přibližně 41 000 let se mění v rozmezí od 22,1° do 24,5°. Tyto změny jsou součástí tzv. Milankovičových cyklů a mají významný vliv na dlouhodobé klimatické změny a střídání dob ledových a meziledových.
⭐ Orientace v prostoru
V současné době směřuje severní konec zemské osy přibližně ke hvězdě Polárka (Alpha Ursae Minoris) v souhvězdí Malého medvěda. Díky tomu se Polárka na noční obloze jeví jako téměř nehybná a slouží jako spolehlivý orientační bod pro určení severu na severní polokouli. Jižní konec osy nemíří k žádné výrazné hvězdě; nejblíže je slabá hvězda Sigma Octantis.
Vlivem precese se však směr, kterým osa míří, v průběhu tisíciletí mění.
🌌 Pohyby zemské osy
Zemská osa není v prostoru stabilní. Vykonává několik periodických i neperiodických pohybů, které jsou výsledkem složitých gravitačních interakcí.
💫 Precese
Precese zemské osy (také precese rovnodennosti) je pomalý, kuželovitý pohyb zemské osy, podobný pohybu roztočené káči, která se začíná naklánět. Osa opíše ve vesmíru plášť dvojkužele s vrcholem ve středu Země. Jeden kompletní cyklus tohoto pohybu trvá přibližně 25 772 let a nazývá se platónský rok.
Příčinou precese je gravitační působení Slunce a Měsíce na rovníkovou výduť Země. Protože je Země na rovníku mírně širší než na pólech, snaží se gravitační síly těchto těles "narovnat" sklon zemské osy a srovnat rovinu rovníku s rovinou ekliptiky. V důsledku gyroskopického efektu rotující Země však osa tomuto působení "uhýbá" a začne se stáčet.
Důsledky precese:
- Střídání polárních hvězd: Za přibližně 12 000 let bude severní pól směřovat k hvězdě Vega v souhvězdí Lyry.
- Posun jarního bodu: Jarní bod, tedy bod, kde Slunce přechází přes světový rovník z jižní na severní polokouli, se posouvá vstříc zdánlivému pohybu Slunce po ekliptice. To způsobuje, že tropický rok (doba mezi dvěma průchody Slunce jarním bodem) je o cca 20 minut kratší než siderický rok (skutečná doba oběhu Země kolem Slunce). Na tomto rozdílu je založen náš kalendář.
колебания Nutace
Nutace je menší, periodické kolísání ("vlnění"), které je superponováno na precesní pohyb. Je to jakési "chvění" zemské osy. Hlavní složka nutace má periodu 18,6 roku a je způsobena především gravitačním působením Měsíce a sklonem jeho oběžné dráhy vůči rovině ekliptiky. Amplituda této nutační elipsy je velmi malá, přibližně 9,2 úhlové vteřiny v zeměpisné délce a 6,9 úhlové vteřiny ve sklonu.
Nutaci objevil v 18. století britský astronom James Bradley při pokusu o změření paralaxy hvězd.
🌍 Polární pohyb
Zatímco precese a nutace jsou pohyby osy v prostoru, polární pohyb (nebo také polární variace) je pohyb osy vůči samotnému zemskému tělesu. To znamená, že se geografické póly mírně posouvají po povrchu Země. Tento pohyb je nepravidelný a skládá se z několika složek:
- Chandlerův ohyb: Volná nutace s periodou přibližně 433 dní (asi 14 měsíců). Je to přirozený ohyb rotační osy nedokonale tuhého tělesa, jakým je Země. Amplituda je několik metrů.
- Roční složka: Pohyb s periodou jednoho roku, způsobený sezónními přesuny hmoty na Zemi (např. tání ledovců, změny v atmosférické a oceánské cirkulaci).
- Sekulární drift: Dlouhodobý, jednosměrný posun pólu, pravděpodobně spojený s procesy v zemském plášti a jádře, jako je postglaciální vzestup.
Celkově se poloha pólů mění v kruhu o průměru několika metrů. Tento pohyb je pečlivě monitorován Mezinárodní službou pro rotaci Země a referenční systémy (IERS).
📜 Historie poznání
- Hipparchos (cca 150 př. n. l.): Řecký astronom jako první popsal jev precese rovnodennosti na základě porovnání svých měření poloh hvězd s údaji starších babylonských astronomů. Správně odhadl, že se jedná o velmi pomalý pohyb.
- Mikuláš Koperník (16. století): Ve svém heliocentrickém modelu přisoudil precesi pohybu zemské osy, nikoli pohybu celé nebeské sféry.
- Isaac Newton (17. století): V díle Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica jako první fyzikálně vysvětlil precesi jako důsledek gravitačního působení Slunce a Měsíce na zploštělou Zemi.
- James Bradley (18. století): Při svých pozorováních objevil nutaci, což potvrdilo Newtonovu teorii a dále ji zpřesnilo.
- Seth Carlo Chandler (19. století): Americký astronom objevil volný ohyb zemské osy, který byl po něm pojmenován Chandlerův ohyb.
💡 Pro laiky
Představte si zemskou osu jako tyč, která prochází středem Země od severního k jižnímu pólu.
- Rotace: Země se kolem této tyče otočí jednou za den. To je důvod, proč máme den a noc.
- Sklon osy: Tato tyč není ve vesmíru postavena rovně, ale je nakřivo, asi jako když držíte tužku mírně šikmo. Tento sklon způsobuje, že je v létě severní polokoule (kde je i Česko) přikloněna ke Slunci a dostává více tepla, zatímco v zimě je od něj odkloněna.
- Precese (voblování): Představte si dětskou hračku – káču. Když se točí, její osa se nejen otáčí, ale také pomalu opisuje ve vzduchu kruh. Zemská osa dělá totéž, jen mnohem pomaleji. Jeden takový kruh jí trvá skoro 26 000 let. Proto se za tisíce let změní hvězda, která je nad severním pólem (dnes Polárka, za 12 000 let Vega).
- Nutace (chvění): Na tomto pomalém kroužení (precesi) je ještě malé, rychlejší "chvění" nebo "třesení". To je nutace. Je to jako by se osa káči při svém pomalém voblování ještě mírně třásla.