Wydrukuj Zapisz jako PDF Dodaj do ulubionych Udostępnij materiał

Ziemia jest jedną z ośmiu planet krążących wokół Słońca – naszej najbliższej gwiazdy. W galaktyce nazywanej Drogą Mleczną, w której znajduje się nasz Układ Słoneczny, zaobserwowano kilkaset miliardów innych gwiazd. Wokół wielu z nich krążą planety. W dostępnej naszym obserwacjom części Wszechświata jest prawdopodobnie kilkaset miliardów innych galaktyk.

R1UV4jOUimQOX1
Animacja przedstawia schemat Układu Słonecznego. Duże Słońce w środku. Wokół Słońca na eliptycznych, niebieskich orbitach krążą różnej wielkości planety. Zbliżenie na żółte, rozświetlone Słońce. Pojawia się napis Słońce. Zbliżenie na Merkurego. Pojawia się napis Merkury. Zbliżenie na Wenus. Pojawia się napis Wenus. Zbliżenie na Ziemię. Pojawia się napis Ziemia. Zbliżenie na Marsa. Pojawia się napis Mars. Zbliżenie na Merkurego. Pojawia się napis Merkury. Zbliżenie na Jowisza. Pojawia się napis Jowisz. Zbliżenie na Saturna. Pojawia się napis Saturn. Zbliżenie na Urana. Pojawia się napis Uran. Zbliżenie na Neptuna. Pojawia się napis Neptun.
Już wiesz
  • jakie ciała niebieskie znajdują się w pobliżu Ziemi;

  • że Ziemia ma kształt zbliżony do kuli;

  • że Ziemia w ciągu jednego roku obiega Słońce, choć pozornie wydaje się, że to Słońce wędruje codziennie wokół naszej planety.

Nauczysz się
  • przedstawiać historię zmian poglądu na kształt Ziemi i jej miejsca we Wszechświecie;

  • podawać najważniejsze informacje o kształcie i rozmiarach Ziemi;

  • wskazywać miejsce i opisywać znaczenie Ziemi w Układzie Słonecznym, w Galaktyce i w całym Wszechświecie.

iqvbeJEdxx_d5e191

1. Historyczne poglądy na kształt Ziemi

Ludzi od dawna nurtowały pytania dotyczące otaczającego ich świata. Zastanawiali się: czym jest Ziemia, jaki ma kształt i rozmiary? Swoją prawdę o świecie początkowo opierali nie na naukowych badaniach, ale na obserwacji za pomocą zmysłów, co często prowadziło do błędnych wniosków. Twierdzili, że powierzchnia Ziemi jest płaska albo prawie płaska, ponieważ nie potrafili dostrzec kulistego kształtu naszej planety. Ludzie mieli wrażenie, że Słońce jest mniejsze od Ziemi. Nie byli w stanie ocenić, jak bardzo jest ono oddalone od naszej planety, i dlatego nie umieli określić jego prawdziwych rozmiarów. To, co nasi przodkowie widzieli nad głowami w ciągu dnia i nocy, uznawali za część sfery, czyli powierzchnię połowy kuli widzianą od środka z płaskiej Ziemi.

Nawet w całkiem niedawnej przeszłości ludzie nie potrafili sobie wyobrazić, że Ziemia ma kształt zbliżony do kuli. Dopiero obserwacje kształtu widnokręgu, zaćmień Księżyca, statków oddalających się od portu na spokojnym morzu, obserwacje wysokości Gwiazdy PolarnejGwiazda PolarnaGwiazdy Polarnej nad horyzontem i wreszcie podróże dookoła świata oraz podróże w kosmos dowiodły, że Ziemia jest kulą lub bryłą bardzo do kuli zbliżoną.

Polecenie 1

Położenie Gwiazdy Polarnej na niebie

  • Znajdź na nocnym niebie fragment gwiazdozbioru Wielkiej Niedźwiedzicy zwany Wielkim Wozem.

  • Poprowadź linię pomiędzy tzw. tylnymi kołami Wielkiego Wozu, a następnie wyznacz jej długość i pięciokrotnie ją wydłuż. Rysunek poniżej pokazuje, jak to zrobić.

  • Na przedłużeniu tego odcinka znajdziesz bardzo jasną gwiazdę. Jest to Gwiazda Polarna, najjaśniejsza gwiazda na końcu dyszla Małego Wozu w gwiazdozbiorze Małej Niedźwiedzicy.

    RLVDrjXwhmve21
    Krótki film animowany przedstawia położenie Gwiazdy Polarnej na niebie. Noc. Po lewej stronie czarny domek. Po prawej czarne drzewa iglaste. Na środku szafirowego nieba pojawiają się żółte gwiazdy. Biały napis po lewej: Wielki Wóz. Układ gwiazd z prawej strony przypomina drewniany wóz. Dyszel wychodzi z wozu po lewej stronie. Wóz w kształcie trapezu położony jest równolegle do powierzchni Ziemi. Górny poziomy bok jest dłuższy od dolnego. Cztery gwiazdy rozmieszczono w rogach wozu w kształcie trapezu. Na lewo od górnego rogu trapezu ułożone są w jednej linii trzy gwiazdy dyszla. Dyszel Wielkiego Wozu skierowany jest w lewo. Po prawej stronie wozu pojawia się prosta czerwona linia, która najpierw łączy dwie gwiazdy będące wierzchołkami trapezu Wielkiego Wozu, a potem dalej się wydłuża w górę nieba. Czerwona linia od końcowej gwiazdy wydłuża się o 5 odcinków równych odległości pomiędzy gwiazdami, które wcześniej połączyła. Na końcu tej wydłużonej linii pojawia się duża żółta gwiazda, czyli Gwiazda Polarna. Na lewo od czerwonej linii zakończonej u góry Gwiazdą Polarną, powyżej Wielkiego Wozu, na środku nieba pojawia się napis Mały Wóz. Następnie na lewo od Gwiazdy Polarnej pojawia się sześć gwiazd, które tworzą Mały Wóz, który kształtem również przypomina trapez. Koniec dyszla Małego Wozu to Gwiazda Polarna. Dyszel skierowany jest na prawo, a na jego lewym końcu znajduje się trapezowaty wóz.
    Źródło: Michał Szymczak, Andrzej Bogusz, licencja: CC BY 3.0.

Polecenie 2

Wysokość Gwiazdy Polarnej na niebie
Podróżując w kierunku północnym lub w kierunku południowym, można zaobserwować, że wysokość Gwiazdy Polarnej nad horyzontem się zmienia. Im bliżej jesteśmy równika, tym bliżej horyzontu znajduje się Gwiazda Polarna. Gdy będziemy na równiku, Gwiazda Polarna schowa się za horyzontem. Im bliżej jesteśmy bieguna północnego, tym bardziej jej położenie zbliża się do zenitu. Obserwacja położenia Gwiazdy Polarnej dowodzi kulistości Ziemi.

  • Odszukaj Gwiazdę Polarną na niebie.

  • Ustal kąt pomiędzy linią prowadzącą od twojego oka do Gwiazdy Polarnej a płaszczyzną poziomą.

  • W ten sposób uzyskasz kąt położenia Gwiazdy Polarnej nad horyzontem.

Do wykonania ćwiczenia wykorzystaj dołączoną ilustrację.
Pamiętaj, że kiedy stanęlibyśmy idealnie na biegunie północnym, Gwiazda Polarna znalazłaby się dokładnie nad nami. To oznacza, że kąt, pod jakim znalazłaby się Gwiazda Polarna względem płaszczyzny poziomej, wynosiłby 90°.

RC9TMMz3n3sMy1
Gwiazda Polarna widziana jest z półkuli północnej Ziemi pod różnymi kątami w zależności od pozycji obserwatora, co świadczy o kulistości naszej planety
Polecenie 3

Zastanów się, czy Gwiazda Polarna byłaby widoczna z różnych miejsc pod różnym kątem, gdyby Ziemia była płaska. Czy byłaby widoczna na linii horyzontu z okolic równikowych? Czy mogłyby istnieć miejsca (takie jak cała półkula południowa), skąd Gwiazdy Polarnej w ogóle nie widać?

Ciekawostka

Położenie Układu SłonecznegoUkład SłonecznyUkładu Słonecznego w naszej GalaktycegalaktykaGalaktyce – Drodze Mlecznej – nie jest centralne. Nasz układ planetarny leży na skraju jednego z ramion (Ramię Oriona) tej spiralnej galaktyki. Droga Mleczna ma ok. 100 tys. lat świetlnych średnicy. To znaczy, że promień światła biegnie z jednego do drugiego skraju tej galaktyki przez 100 tys. lat. Słońce oddalone jest od środka galaktyki o 28 tys. lat świetlnych. Przyjmując, że światło porusza się z prędkością ok. 300 tys. km/s, zaś rok trwa 365 dni, można określić orientacyjnie długość roku świetlnego, czyli odległość, jaką pokona światło w ciągu roku. Przy tych danych wynosi ona 9 460 800 000 000 km (ok. 9,5 biliona km). Astronomowie uwzględniają bardziej szczegółowe dane, stąd ich obliczenia długości roku świetlnego różnią się od podanej wartości.  

Ry825TvqbOGBq1
Położenie Układu Słonecznego w naszej Galaktyce nie jest centralne
iqvbeJEdxx_d5e299

2. Kształt i rozmiary kuli ziemskiej

Po tysiącach lat postrzegania Ziemi jako obiektu płaskiego zwyciężył (na skutek różnych obserwacji, obliczeń i wnioskowania) pogląd, że nasza planeta jest kulą albo bryłą zbliżoną kształtem do kuli. Pierwszą udaną próbę określenia rozmiarów Ziemi przeprowadził EratostenesEratostenes (gr. Eratosthenes)Eratostenes, mieszkający przez większość życia w Egipcie filozof, geograf, astronom i matematyk greckiego pochodzenia. Badacz ten porównał długość cieni rzucanych w południe w czasie letniego przesilenia w dwóch egipskich miastach, które – jak przypuszczał – leżały na tym samym południku: Syene (dzisiejszy Asuan leżący w południowej części kraju) i Aleksandrii (położonej na wybrzeżu Morza Śródziemnego). Kiedy w Asuanie promienie słoneczne oświetlały dno głębokiej studni (a więc były skierowane prostopadle do powierzchni Ziemi), w Aleksandrii padały one pod kątem 7,2 stopnia (co stanowi 7,2/360, czyli 1/50 część kąta pełnego). Eratostenes zmierzył, że odległość pomiędzy tymi miastami wynosi ok. 800 km (w przeliczeniu na współczesne jednostki miar). Obwód Ziemi powinien być według niego 50 razy większy i liczyć ok. 40 tys. km. Jest to wynik szokująco bliski obecnym wynikom pomiaru obwodu Ziemi, według których obwód naszej planety wynosi 40 075,017 km, a średni promień 6 371,0 km.

R1afPh597Axnt1
Sposób wyliczenia przez Eratostenesa obwodu Ziemi

Ziemia nie jest idealną kulą. Obrót Ziemi dookoła osi ziemskiej powoduje powstanie siły odśrodkowej, która najmocniej działa na równiku i sprawia, że promień od środka Ziemi do równika (ok. 6 378 km) jest większy niż promień od środka Ziemi do bieguna (ok. 6 357 km). Bryłę taką nazywa się elipsoidą obrotowąelipsoida obrotowaelipsoidą obrotową. Ze względu na lądy wznoszące się ponad powierzchnię oceanów kształt Ziemi nie jest dokładnie ani kulą, ani nawet elipsoidą obrotową. Jest to kształt typowy wyłącznie dla naszej planety, niemający odpowiednika w bryłach geometrycznych, więc nazwany został geoidągeoidageoidą.

iqvbeJEdxx_d5e341

3. Miejsce Ziemi we Wszechświecie i w Układzie Słonecznym

Przez tysiące lat ludzie uważali, że Ziemia jest środkiem Wszechświata, a Słońce, Księżyc i inne ciała niebieskie krążą wokół niej. Pogląd taki został naukowo opracowany w II wieku n.e. przez pochodzącego z Grecji matematyka, astronoma i geografa Klaudiusza PtolemeuszaKlaudiusz Ptolemeusz (gr. Ptolemaíos Klaúdios, łac. Claudius Ptolemaeus)Klaudiusza Ptolemeusza i zapisany w dokumentach, które przetrwały do dziś. Przez kilkanaście wieków teoria geocentrycznateoria geocentrycznateoria geocentryczna Ptolemeusza była traktowana jako jedyny prawdziwy obraz Wszechświata.

Dopiero badania, obserwacje, pomiary i obliczenia prowadzone w XVI wieku przez Mikołaja KopernikaMikołaj Kopernik (łac. Nicolaus Copernicus)Mikołaja Kopernika (astronoma, matematyka, ekonomistę, prawnika, stratega wojskowego i lekarza), Polaka pochodzącego z Torunia, udowodniły, że Ziemia (wraz z innymi planetami i ich księżycami) obiega Słońce. Powszechnie akceptowana obecnie koncepcja Mikołaja Kopernika, zmodyfikowana przez późniejszych uczonych, znana jest jako teoria heliocentrycznateoria heliocentrycznaheliocentryczna. Uświadomiła ona ludzkości, że Ziemia nie jest jakimś szczególnym, centralnym miejscem, ale zaledwie drobną częścią ogromnego Kosmosu.

Ciekawostka

Mikołaj Kopernik w 1543 roku wydał swoje największe dzieło pod tytułem O obrotach sfer niebieskich (łac. De revolutionibus orbium coelestium) i niestety w tym samym roku zmarł.Teoria heliocentryczna była tak bardzo rewolucyjna, że w 1616 roku dzieło to zostało umieszczone przez Kościół katolicki na liście ksiąg zakazanych. Znajdowało się na niej aż do początku XIX wieku, chociaż papież Benedykt XIV zezwolił na publikację innych dzieł traktujących o teorii heliocentrycznej w połowie XVIII wieku.

Ciekawostka

W czasach starożytnych (a także w średniowieczu – w czasach Kopernika) znano tylko 5 planet pozaziemskich. Były to widoczne gołym okiem: Merkury, Wenus, Mars, Jowisz i Saturn. Pozostałe dwie planety naszego Układu Słonecznego, czyli Uran i Neptun, odkryto dopiero po udoskonaleniu przyrządów obserwacyjnych.

R1e9SsRh67OVu1
Źródło: Farry (http://commons.wikimedia.org/), Cmglee (http://commons.wikimedia.org/), Krzysztof Jaworski, public domain.
Ciekawostka

Ze względu na olbrzymie odległości trudno jest zaobserwować planety wokół bardzo oddalonych gwiazd. W latach 90. XX wieku polski astronom Aleksander WolszczanAleksander WolszczanAleksander Wolszczan wraz ze współpracownikami udowodnił istnienie trzech planet wokół gwiazdy PSR 1257+12. Do 2013 roku odkryto już ponad 1000 planet i ciągle odkrywane są następne.

R1bq1BRL8k7Oo1
Do 2013 roku odkryto ponad 1000 planet pozasłonecznych (tzw. egzoplanet)
iqvbeJEdxx_d5e395

Podsumowanie

  • Ziemia ma kształt zbliżony do kuli nieznacznie spłaszczonej na biegunach. Bryła taka nazywana jest elipsoidą obrotową.

  • Najbliższa kształtowi Ziemi jest nieregularna bryła zwana geoidą.

  • Obwód równika ziemskiego ma niemal dokładnie 40 tys. km, a promień średnio 6 371 km.

  • Naturalnym satelitą Ziemi jest krążący wokół niej Księżyc.

  • Ziemia (wraz z Księżycem) krąży dookoła Słońca podobnie jak inne planety naszego Układu Słonecznego.

Praca domowa
Polecenie 4.1

Przeanalizuj różne źródła wiedzy i w krótkim wypracowaniu spróbuj odpowiedzieć na poniższe pytania:

  1. Skoro we Wszechświecie jest tak wiele galaktyk, a w nich tak wiele gwiazd, a wokół wielu gwiazd z pewnością jest po kilka planet, to ile planet może być we Wszechświecie?

  2. Większość planet nie daje wystarczających warunków dla przetrwania znanych nam form życia. Zastanów się jednak, czy jest możliwe, żeby gdzieś w Kosmosie istniała jedna (lub więcej) planet o warunkach zbliżonych do tych, jakie panują na Ziemi.

Zobacz także

Zapoznaj się z następującymi hasłami ze słowniczka:

iqvbeJEdxx_d5e494

Słowniczek

elipsoida obrotowa
elipsoida obrotowa

bryła powstająca przez obrót elipsy wokół jednej z jej osi; elipsoida Ziemi powstaje w wyniku obrotu elipsy wokół krótszej osi, jaką jest oś ziemska

Eratostenes (gr. Eratosthenes)
RTvZmwNlA9PTA1
Źródło: Nordisk familjebok (http://commons.wikimedia.org), public domain.

Eratostenes (gr. Eratosthenes)

Grecki matematyk, astronom, filozof, geograf i poeta. Pierwszy obliczył obwód Ziemi. W trzytomowym dziele Geōgraphiká opisał podstawy geografii matematycznej i geografii fizycznej. Opracował sposób wyznaczania liczb pierwszych z zadanego przedziału (tzw. sito Eratostenesa). Od ok. 246 roku p.n.e. do ok. 197 roku p.n.e. zarządzał największą biblioteką świata starożytnego – Biblioteką Aleksandryjską.

galaktyka
galaktyka

układ setek miliardów gwiazd, okrążających je planet, księżyców, planetoid, komet, pyłu i niedostatecznie jeszcze poznanych innych obiektów kosmicznych; Ziemia znajduje się w galaktyce zwanej w wielu językach, także po polsku, Drogą Mleczną lub (rzadziej) Mlecznym Kręgiem (gr. galaxías kýklos, ang. Milky Way, łac. via lactea); określa się ją też po prostu Galaktyką; tylko w tym przypadku słowo galaktyka musi być pisane wielką literą, ponieważ jest nazwą własną

geoida
geoida

bryła obrazująca kształt Ziemi, niemająca odpowiednika w bryłach geometrycznych; jej powierzchnia w każdym miejscu jest prostopadła do kierunku działania siły ciężkości; kształt geoidy jest zbliżony do rzeczywistego kształtu Ziemi

Gwiazda Polarna
Gwiazda Polarna

gwiazda, która znajduje się najbliżej północnego bieguna niebieskiego, czyli miejsca, gdzie oś obrotu Ziemi „przebija” sferę niebieską; obecnie Gwiazda Polarna jest najjaśniejszą gwiazdą gwiazdozbioru Małej Niedźwiedzicy; prawie nie zmienia swego położenia w ciągu nocy, dzięki temu od wieków była wykorzystywana do precyzyjnego określania kierunków świata na półkuli północnej

Mikołaj Kopernik (łac. Nicolaus Copernicus)
Biogram Mikołaj Kopernik (łac. Nicolaus Copernicus) nie istnieje
R11IjPY63ccDO1
Źródło: nn. (http://commons.wikimedia.org), public domain.

Polski astronom, twórca teorii heliocentrycznejteoria heliocentrycznateorii heliocentrycznej zakładającej, że to Ziemia wraz z planetami obiega Słońce, a nie odwrotnie. Rewolucyjne dzieło Mikołaja Kopernika De revolutionibus orbium coelestium (O obrotach sfer niebieskich), dedykowane papieżowi Pawłowi III, ukazało się drukiem tuż przed śmiercią autora w 1543 roku.

Ferdynand Magellan
R1G5AH4mBp58D1
Źródło: Library of Congress, (http://commons.wikimedia.org), public domain.

Ferdynand Magellan

Portugalski żeglarz, który będąc na służbie u hiszpańskiego króla Karola I, wypłynął na czele floty pięciu okrętów w podróż morską. Kierował się na zachód Oceanu Atlantyckiego z nadzieją opłynięcia Ameryki i dotarcia do południowo‑wschodniej Azji, określanej jako Wyspy Korzenne (Moluki). Plan powiódł się, mimo że sam Magellan zginął w walce z ówczesnymi mieszkańcami Filipin. Jeden z okrętów dotarł do Hiszpanii po ponad trzech latach podróży. Wyprawa dowiodła kulistości Ziemi.

Klaudiusz Ptolemeusz (gr. Klaúdios Ptolemaíos, łac. Claudius Ptolemaeus)
Biogram Klaudiusz Ptolemeusz (gr. Klaúdios Ptolemaíos, łac. Claudius Ptolemaeus) nie istnieje
R19sYebllSkPZ1
Źródło: nn. (http://commons.wikimedia.org), public domain.

Astronom, matematyk i geograf pochodzenia greckiego. Twórca geocentrycznej teorii budowy Wszechświata. W dziele Almagest opisał całą ówczesną wiedzę astronomiczną, a w  Geōgraphikḗ hyphḗgēsis zawarł matematyczne zasady konstruowania map, spis nazw geograficznych i mapę świata.

teoria geocentryczna
teoria geocentryczna

teoria budowy Wszechświata zakładająca, że nieruchoma Ziemia znajduje się w centrum układu, a wokół niej krążą inne ciała niebieskie, takie jak Słońce, pozostałe planety, Księżyc i gwiazdy

teoria heliocentryczna
teoria heliocentryczna

teoria budowy Wszechświata zakładająca, że centrum naszej części kosmosu, czyli Układu SłonecznegoUkład SłonecznyUkładu Słonecznego, jest Słońce, a planety (w tym także Ziemia) okrążają je po eliptycznych orbitach

Układ Słoneczny
Układ Słoneczny

układ składający się ze Słońca i okrążających go ośmiu planet, przynajmniej kilku planet karłowatych, tysięcy planetoid, komet oraz pyłu i okruchów skalnych krążących w przestrzeni międzyplanetarnej

Aleksander Wolszczan
R1VQUWu2KzQjd1
Źródło: Jacek 767 (http://commons.wikimedia.org), public domain.

Aleksander Wolszczan

Astronom, astrofizyk, wykładowca akademicki, profesor University of Pennsylvania (Filadelfia, Stany Zjednoczone), związany także z Uniwersytetem Mikołaja Kopernika w Toruniu, członek PAN, odkrywca pierwszego pozasłonecznego układu planetarnego. W 1990 roku odkrył gwiazdę PSR B1257+12, a w latach 1992‑94 udowodnił, że istnieje wokół niej układ planetarny.

iqvbeJEdxx_d5e1031

Zadania

Ćwiczenie 1
RBxVJVwG9F2ZF1
Zadanie interaktywne
Źródło: Andrzej Boczarowski, licencja: CC BY 3.0.
Ćwiczenie 2
RSWfUTkE5OwRw1
Zadanie interaktywne
Źródło: Andrzej Boczarowski, licencja: CC BY 3.0.
Ćwiczenie 3
RWjGmQPlOMtxq1
zadanie interaktywne
Źródło: Andrzej Boczarowski, licencja: CC BY 3.0.
Ćwiczenie 4
R12a3RcGfrWCu1
zadanie interaktywne
Źródło: Andrzej Boczarowski, licencja: CC BY 3.0.
Ćwiczenie 5
R1YfHFB1lyCx51
zadanie interaktywne
Źródło: Andrzej Boczarowski, licencja: CC BY 3.0.
Ćwiczenie 6
R1H3nX91xKdYU1
zadanie interaktywne
Źródło: Andrzej Boczarowski, licencja: CC BY 3.0.
Ćwiczenie 7
R1YlR5izpcb311
zadanie interaktywne
Źródło: Andrzej Boczarowski, licencja: CC BY 3.0.
Ćwiczenie 8
RsPghCKgatkBA1
Zadanie interaktywne
Źródło: Andrzej Boczarowski, licencja: CC BY 3.0.