Что такое день? Хотя это может показаться очевидным вопросом с очевидным ответом, это становится немного сложнее, когда мы начинаем рассматривать что-либо другое, кроме Земли.
Давайте обсудим планетарную механику, которая определяет то, что мы считаем днем, исследуем, на что похож день на каждой из других планет нашей солнечной системы, и обсудим некоторые причины текущей продолжительности дня и влияние более длинных или коротких дней на планетах.
Определения понятия “День” и планетарной механики
Мы довольно рано знакомимся с понятием дня и ночи. Новый день начинается с восходом солнца, а когда оно заходит, наступает ночь, пока солнце не взойдет снова на следующее утро, принося новый день. Мы используем эти разграничения для планирования таких мероприятий, как питание и работа.
Мы даже быстро узнаем, что день состоит из 24 часов. Это не означает, что солнце встает или заходит на отметке 24 часа или 0:00. Вместо этого восход и заход солнца происходят в течение 24-часового периода с моментами дня, сумерек и ночи. Каждое место на Земле получает в среднем около 12 часов солнечного света каждый день, но его количество варьируется в зависимости от местоположения и времени года.
Мы видим, как солнце поднимается над восточным горизонтом, потому что Земля поворачивается вокруг своей оси. Представьте земной шар с палочкой, проходящей через его центр, так что палочка выходит из каждого полюса, отмечая ось. Если вы крутите палочку между пальцами, земной шар вращается.
Когда ваша конкретная точка на Земле вращается, она перемещается от точки, обращенной к Солнцу, к точке, обращенной от него, что означает, что она совершает полный оборот (от восхода до восхода солнца) примерно за 23,9 часа, округлено до 24. Наклон нашей оси также очень важен - около 23,5 градусов, потому что это означает, что в определенное время года некоторые планеты будут обращены к Солнцу более прямо, чем другие, создавая сезоны.
В местах на экваторе всегда 12 часов дневного света, но в местах за Арктическим и Антарктическим кругами (66,5 градуса широты) фактически 24 часа дневного света в течение соответствующего лета и 24 часа ночи в течение соответствующей зимы в течение пары месяцев.
При сравнении земных суток с днями на других планетах важно помнить несколько моментов. Расстояние вокруг экватора Земли (экваториальная окружность) составляет 40 030,2 км. Скорость ее вращения определяется тем, сколько времени требуется точке, чтобы пройти полный круг до своей начальной точки.
Следовательно, как ее скорость, так и ее размер определяют период ее вращения или ее сутки. Кроме того, Земля также обращается вокруг Солнца на расстоянии около 150 миллионов километров, или 1 астрономической единицы (ае), за 365,25 дней, которые известны как год.
Дни на других планетах
Итак, теперь, когда мы понимаем, почему наш день длится 24 часа, соответствует ли эта скорость вращения другим планетам нашей солнечной системы? Давайте выясним!
Меркурианские дни
Меркурий небольшой, его экваториальная окружность составляет
15 329,1 км, что составляет чуть более 1/3 ширины Земли. Это ближайшая планета к нашему Солнцу, находящаяся в среднем на расстоянии 58 миллионов километров или 0,4 а.е. Ось Меркурия наклонена всего на 2 градуса, что означает практически полное отсутствие сезонных колебаний.
По сравнению с довольно круглой орбитой Земли, орбита Меркурия сильно эксцентрична и имеет яйцевидную форму, что означает, что, хотя его средняя орбита находится в 36 миллионах миль от Солнца, в ближайшей точке орбиты оно находится на расстоянии 47 миллионов километров, а в самой удаленной - 70 миллионов километров. Совершая оборот вокруг Солнца каждые 88 дней, планета медленно вращается вокруг своей оси, совершая оборот каждые 59 земных дней.
Однако, когда Меркурий движется по своей орбите быстрее всех и находится ближе всего к Солнцу, движения Солнца становятся немного неустойчивыми, и каждое вращение не сопровождается восходом и заходом солнца. Утреннее Солнце, по-видимому, ненадолго восходит, заходит и снова восходит над частями поверхности планеты, и то же самое происходит в обратном порядке на закате для других частей поверхности.
Из-за этой странной механики один ночной цикл продолжительностью в целый день или солнечный день фактически равен 176 земным суткам, что при 88 днях на орбиту вокруг Солнца означает, что технически на Меркурии это более 2 лет.
Краткие сведения:
- 1 Оборот вокруг оси Меркурия: около 59 земных дней
- 1 Солнечный день (полный цикл день-ночь): около 176 земных суток
- 1 год: 88 дней
Венерианские сутки
Венера примерно такая же большая, как Земля, - 38 024,6 километра в экваториальной окружности, по сравнению с 40 030,2 километра у Земли, и ближе к Солнцу в среднем на 108 209,475 км, но медленно вращается вокруг своей оси. Венере требуется 243 земных дня, чтобы вращаться вокруг своей оси, но только 225 земных дней, чтобы вращаться вокруг Солнца, что означает, что ее сутки длиннее, чем ее год. Фактически, от восхода до захода солнца потребуется 117 земных дней.
В дополнение к своему медленному вращению, Венера вращается в обратном направлении по сравнению с Землей, что означает, что Солнце восходит на Западе и заходит на Востоке. Вот почему вы можете видеть период вращения или сутки, обозначенные отрицательным значением. Наклон оси Венеры очень мал, всего около 3 градусов, что означает, что на ней действительно бывают сезоны, но они намного мягче, менее резкие изменения, чем на Земле, которые затем еще больше ослабляются парниковым эффектом от плотной кислотной атмосферы, что делает ее самой жаркой планетой в нашей Солнечной системе.
Краткие сведения:
- 1 День: 243 земных дня
- 1 год: 225 земных суток
Марсианские сутки (сол)
Марс примерно вдвое меньше Земли, но совершает полный оборот за 24,6 часа. При среднем расстоянии от Солнца в 228 миллионов километров Марс находится на расстоянии 1,5 а.е. от Солнца, и ему требуется 687 земных дней или 669,6 марсианских, называемых сол, для завершения своей орбиты.
Однако стоит отметить, что орбита Марса является одной из самых эксцентричных в Солнечной системе: его расстояние от Солнца варьируется от 1,38 до 1,67 а.е. на протяжении всей его орбиты вокруг Солнца. Наклон ее оси немного больше, чем у Земли, что создает более экстремальные сезонные изменения, чем мы наблюдаем здесь, на Земле.
Краткие сведения:
- 1 День: 24,6 часа
- 1 год: 687 земных дней (669,6 солнечных / марсианских дней)
Дни Юпитера
Создает ли массивность Юпитера более длинные дни? Создает ли его расстояние в 5,1 а.е. от Солнца более долгие годы?
На самом деле, Юпитер вращается очень быстро, его сутки составляют всего 9,93 часа, и для завершения одного оборота вокруг Солнца требуется 11,86 земных года (1 юпитерианский год). Ось Юпитера наклонена всего на 3 градуса (как у Венеры), поэтому изменение продолжительности дня и ночи на Юпитере, а также смены времен года намного менее экстремальны, чем на Земле.
Краткие сведения:
- 1 День: 9,93 часа
- 1 Год: 11,86 земных лет
Сатурнианские сутки
Сатурн примерно в 9 раз шире Земли с экваториальной окружностью
365 882,4 километра и обращается по орбите на среднем расстоянии
1,4 миллиарда километров или более 9 а.е.
Однако, подобно Юпитеру, Сатурн вращается чрезвычайно быстро, за 10,7 часа, и, по понятным причинам, его оборот по большей орбите составляет 29 земных лет. Наклон оси Сатурна составляет почти 27 градусов, то есть немного больше, чем у Марса.
Краткие сведения:
- Сутки: 10,7 часов
- Год: 29 земных лет
Уранианские сутки
Уран вращается почти на 97 градусов от своей плоскости орбиты, что означает, что он вращается боком, вращаясь вокруг Солнца подобно катящемуся шару, в отличие от других планет, которые больше похожи на волчки с различной степенью наклона.
Этот экстремальный наклон означает, что, когда северный полюс направлен на Солнце во время северного полярного лета, южный полюс находится в полной темноте, и наоборот для северной полярной зимы. Когда ее ось перпендикулярна солнечному свету (также известному как весна и осень), на ней происходят полные циклы день-ночь.
Имея экваториальную окружность в 159 354,1 километра, Уран в 4 раза шире Земли и находится в среднем в 2,9 миллиарда километров от Солнца (около 19,8 а.е.). Один день на Уране или время, необходимое для полного оборота, составляет чуть более 17 часов, а на один оборот вокруг Солнца уходит около 84 земных лет.
Подобно Венере, Уран также вращается в обратном направлении, когда Солнце встает на Западе и садится на Востоке, и период вращения или сутки могут быть обозначены как отрицательное значение.
Краткие сведения:
- Сутки: 17 часов 14 минут
- Год: 84 земных года
Нептуновские сутки
Самая удаленная от Солнца планета также примерно в четыре раза шире Земли, похожа на своего близнеца Урана, но немного меньше и медленнее. Ее экваториальная окружность составляет 154 704,6 километра, а среднее расстояние от Солнца составляет 4,5 миллиарда километров или 30 а.е. от Солнца. Для сравнения, солнечному свету требуется 4 часа, чтобы достичь Нептуна, по сравнению с 8 минутами, чтобы достичь Земли.
Нептуну требуется около 16 часов, чтобы совершить полный оборот вокруг своей оси, и около 60 193 земных дней или 165 земных лет, чтобы совершить оборот вокруг Солнца (1 год на Нептуне). Ось Нептуна наклонена на 28 градусов, но его большое расстояние от Солнца означает, что сезонные колебания относительно невелики.
Краткие сведения:
- Сутки: 16 часов
- Год: 165 земных лет
Рейтинг продолжительности дней
Как они ранжируются? В порядке от самого короткого дня к самому длинному мы имеем:
- Юпитер в 9,93 часа или 9 часов 55,8 минуты
- Сатурн в 10,7 часа или 10 часов 42 минуты
- Нептун в 16 часов
- Уран в 17,23 часа или 17 часов 14 минут
- На Земле около 24 часов
- Марсианское время составляет 24,6 часа
- Меркурию требуется около 59 земных дней, чтобы один раз обернуться вокруг своей оси, и около 176 земных дней для 1 полного цикла день-ночь
- Продолжительность Венеры 243 земных дня
Причины и следствия различной планетарной механики
Размер планеты, а также расстояние до Солнца влияют на период вращения и орбиту, но почему некоторые планеты вращаются быстрее других? Какое влияние эта скорость оказывает на планету?
Пояснения к скорости вращения
Хотя причины, по которым некоторые планеты вращаются быстрее, все еще ставят ученых-планетологов в тупик, известно, что на это влияет множество факторов.
Скорость, с которой планета вращается вокруг своей оси, в первую очередь определялась двумя факторами на заре Солнечной системы, когда формировались планеты. Чем больше масса развивающейся планеты, тем быстрее она будет вращаться, вот почему внешние планеты вращаются быстрее, чем внутренние. Во-вторых, вещество, из которого формировались различные планеты в ранней Солнечной системе, двигалось с разной скоростью и иными способами, чем другие. Эволюция планеты от ее раннего формирования до сегодняшнего дня также могла оказывать некоторое влияние на вращение. Например, мы знаем, что ось Урана сильно наклонена, вероятно, из-за столкновения, которое могло также повлиять на его вращение.
Реальность такова, что мы все еще узнаем о том, как формируются ранние звездные и планетные системы. Хотя наше понимание этого процесса и наши симуляции улучшились за десятилетия, мы все еще не все понимаем. Кроме того, может быть трудно точно восстановить, что произошло, когда большая часть истории планет происходила задолго до появления людей, и у нас недостаточно доказательств, чтобы выяснить все, поскольку мы все еще собираем данные о каждой планете, и различные процессы стерли большую часть этих данных за миллиарды лет.
Также важно отметить, что вращение планеты не обязательно является постоянным в течение ее жизни. Например, вращение Земли замедляется со скоростью примерно на 2 секунды каждые 100 000 лет, основываясь на записях окаменелых кораллов, которые показывают уменьшение числа суточных циклов в году между девонским периодом (380 миллионов лет назад) и пенсильванским периодом (290 миллионов лет назад), что означает, что продолжительность суток составляла около 21,8 часов в первом и около 22,4 часов во втором. Хотя мы не уверены, текущие исследования указывают на торможение Земли в результате приливных циклов, вызванных гравитационным притяжением Луны.
Влияние вращения планеты
Скорость вращения планеты влияет по целому ряду факторов, включая погоду, форму и поверхность. Количество часов на солнечном свете по сравнению с его отсутствием в сочетании с расстоянием от Солнца, эксцентриситетом орбиты и сезоном из-за наклона оси и времени года определяет, насколько горячей может стать поверхность планеты (или верхние слои для газовых гигантов) и насколько резким может быть изменение температуры от дня к ночи.
Кроме того, на планетах с высокой скоростью вращения и атмосферой эти газы могут разноситься по планете до огромных скоростей в отличие от планет с более низкими скоростями вращения. Здесь, на Земле, самые высокие из когда-либо зарегистрированных порывов ветра во время торнадо достигали около 483 км/ч. Более медленное вращение Венеры в дополнение к более плотной атмосфере означает, что самые высокие зарегистрированные скорости ветра составляют около 402 км/ч. В отличие от этого, скорость ветра на Марсе редко превышает 97 км/ч отчасти из-за его очень тонкой атмосферы.
Полюса Юпитера, самой быстро вращающейся планеты в нашей солнечной системе, слегка сплюснуты, а экватор выпуклый. В сочетании с плотной, турбулентной атмосферой быстрое вращение Юпитера создает драматические штормы, и не только знаменитое Большое Красное пятно, скорость ветра которого превышает 644 км/ч и, вероятно, бушует уже более 300 лет.
Самые быстрые ветры дуют вблизи полюсов, приближаясь примерно к 1448 км/ч. Однако скорость вращения планеты - не единственный фактор, влияющий на скорость ветра, а это означает, что, хотя Юпитер является самой быстро вращающейся планетой, он не побивает рекорд по скорости ветра, которым является Нептун со скоростью более 2000 км/ч в верхних слоях атмосферы.
Скорость вращения планеты помогает формировать поверхность. Более быстрые вращения могут означать более плоские поверхности из-за усиления ветровой эрозии, а также различного распределения любой жидкости. Например, если бы скорость вращения Земли удвоилась, создав 12-часовой рабочий день вместо 24, вода была бы оттянута центробежной силой от полюсов к экватору, и уровень воды на экваторе поднялся бы на 100 метров.Это радикально изменило бы ландшафты наших континентов, затопив Индонезию и большую часть северной части Южной Америки, а также разделив Африку на два острова (с торчащей из океана горой Килиманджаро).
Заключение
Хотя продолжительность нашего дня может казаться короче или длиннее в зависимости от множества факторов, она постоянна в нашей жизни. Наши 24-часовые сутки с продолжительностью светового дня в среднем 12 часов настолько постоянны, что часто отходят на задний план нормы.И все же это верно только для нашей планеты. Солнце встает утром, потому что наша планета поворачивается к нему, и заходит, потому что она отворачивается от него. Хотя скорость нашей планеты равна одному полному обороту каждые 24 часа, это не то же самое ни на одной другой планете, хотя Марс приближается довольно близко. Это суровое напоминание о том, что наше понимание нормы применимо только здесь, на Земле.Кроме того, то, что мы считаем простым разграничением времени, также влияет на другие аспекты нашей планеты, включая погоду, температуру, форму и поверхность. Наш мир сильно отличался бы от дней других планет нашей солнечной системы. Хотя мы знаем, что эта скорость, вероятно, не будет оставаться неизменной вечно, она влияет на мир, который мы видим сегодня.В целом, день - это намного больше, чем просто 24 часа.