Den rotasjon av jorden er bevegelse av jorden på seg rundt aksen av de geografiske polene som forbinder Nordpolen til Sydpolen . Det ble uttalt for første gang av astronomen greske Philolaus , det V th århundre f.Kr.. J.-C.
I tillegg kretser jorden, som alle planeter i solsystemet , rundt solen , i en bevegelse som kalles revolusjon . Når det gjelder jorden, er det denne bevegelsens periode, det vil si varigheten av en fullstendig revolusjon rundt solen, som definerer et år. I himmelmekanikken og mer generelt i fysikken er revolusjonen definert som "en rotasjon rundt et fjernt objekt", jordens rotasjonsbevegelse rundt solen kalles ofte " oversettelse ", men dette utgjør et misbruk av språk: en translasjonsbevegelse beveger alle punktene til et geometrisk objekt med samme avstand , i samme retning og i samme retning, noe som ikke er tilfelle for jorden. Denne orbitale bevegelsen er veldig forskjellig fra jordens rotasjon, som vil bli diskutert.
Jordens rotasjon rundt sin akse er en kompleks bevegelse hvis hovedkomponent er en rotasjon utført i gjennomsnitt på 23 timer 56 minutter 4,1 s . Rotasjonsaksen er tilbøyelig til ekliptikken med et gjennomsnitt på 23 ° 26 ′ ; denne tilbøyeligheten er årsaken til årstidene .
Hvis man ved tanken ser på jorden fra et veldig fjernt punkt i retning nord, gjøres jordens rotasjon mot øst, i direkte retning, det vil si i motsatt retning med klokken. Fra samme synspunkt utføres også revolusjonsbevegelsen rundt solen mot klokken.
Hypotesen som ofte aksepteres av kosmologer og planetologer, er at stjernesystemer, som består av en stjerne (eller en gruppe på flere stjerner) som planeter kretser rundt, ble dannet av kondens og tilvekst av en sky av gass og støv under påvirkning av tyngdekraft . Modellene til stjernesystemene begynner derfor med dannelsen av en sentral stjerne - eller til og med to eller flere - under en kollaps, deretter med tilveksten til planeter av gasser og støv fra den gjenværende sirkelformede skiven.
På grunn av prinsippet om bevaring av vinkelmomentet fordeles den fra urskyen mellom solens rotasjonsbevegelse på seg selv, planetenes rotasjonsbevegelser rundt solen og planetenes rotasjonsbevegelser på dem - samme (som må legges til bevegelser av revolusjon og rotasjon av alle de små kroppene: planetesimaler og satellitter på planetene).
Under tilvinning av urskyen ble friksjonen mellom partikler forvandlet til varme. Dette økte soltemperaturen nok til å starte den kjernefysiske reaksjonen som gir drivstoff til den og for å gi jorden sin indre temperatur (som også drives av kjerneforfall).
Jordens bevegelse kan brytes ned i to deler: dens rotasjon rundt massesenteret og bevegelsen til den sistnevnte. Hver av disse to delene kan i sin tur brytes ned i flere komponenter med forskjellige egenskaper. Således rotasjonsbevegelsen av jorden omfatter rotasjon rundt sin øyeblikkelige rotasjonsakse, og bevegelsen av denne akse, som kan identifiseres enten i rommet eller i forhold til jordskorpen (se infra, Movement pol). På samme måte er bevegelsen av dens massesenter et resultat av bevegelsen rundt solen og bevegelsen av solen i galaksen (jf. GALAXY).
Betraktet på astronomiske tids- og avstandsskalaer, har jorden en konsistens som ikke er solid, men plastisk. Rotasjonen på seg selv ga den formen til en ellipsoid av revolusjon : av effekten av sentrifugalakselerasjon er dens radius på polene (6357 km ) mindre enn sin radius ved ekvator (6.378 km ).
Jorden er ikke et enkelt fast stoff, det er nødvendig å definere sin form nøyaktig for å studere rotasjonen.
Landmassers bevegelse studeres av platetektonikk . Vi vet hvordan vi skal måle bevegelsene til jordskorpen, for eksempel med GPS . Med den såkalte Tisserand- konvensjonen gjør dette det mulig å fryse en teoretisk modell av kloden, kalt ITRS ( International Terrestrial Reference System ).
Det gjenstår å ta hensyn til de andre faktorene, som griper inn i de forskjellige terrestriske miljøene og grensesnittene, som modulerer formen:
Jorden ble dermed "størknet" av disse forskjellige "reduksjoner", og vi kan studere stjernenes virkning på dette faste stoffet (se Euler-vinkler og synkron rotasjon ).
Jordens rotasjon er en kompleks bevegelse som følge av superposisjonen til tre bevegelser:
Et bilde av den komplekse rotasjonsbevegelsen på jorden er gitt av en topp når den bremser på grunn av friksjon: toppens akse begynner å rotere, og denne rotasjonen påvirkes i seg selv av svingninger.
Jordens rotasjonsbevegelse rundt sin akseI et galilensk koordinatsystem, knyttet til den faste sfæren , roterer jorden rundt sin akse fra vest til øst i direkte retning, det vil si i retning mot klokken sett fra en fjern avstand i nordretningen. I denne målestokken skjer en fullstendig rotasjon i gjennomsnitt på litt mindre enn 86 164,1 s , eller 23 timer 56 min 4,1 s ( stjernedag ). Det er fordi jorden dreier seg rundt solen samtidig som den dreier seg om seg selv at soldagen varer noen minutter lenger, eller 24 timer. Jordens rotasjon på aksen tilsvarer en vinkelhastighet på 7,292 115 × 10 −5 rad / s og har en lineær overflatehastighet på 465,1 m / s ved ekvator.
Siden Jorden ikke er et stivt fast stoff, må rotasjonshastigheten defineres nøye av geodesians og astronomer. Målingen er utført av International Earth Rotation and Reference Systems Service ( International Earth Rotation and Reference Systems Service , IERS ), som lanserer resultatene; spesielt Earth Orientation Center til IERS, basert på Paris Observatory, gir variasjoner i lengden på dagen på nettstedet.
Denne rotasjonshastigheten varierer. I tillegg til de harmoniske variasjonene forårsaket av zonevann (perioder mellom noen få dager og 18,6 år), er det uregelmessige endringer i rotasjonsperioden (lengden på dagen), hovedsakelig en sesongvariasjon på rundt 1 ms og endringer i dekadal. ( fra 10 til 70 år) på omtrent 5 ms . Hvis sesong- og delsesongvariasjonene er veldig godt forklart av effekten av vinden, forblir den dekadale svingningen dårlig forstått, og ser ut til å komme fra samspillet mellom kjernen og kappen. På grunn av dekadale variasjoner har Jorden akselerert kraftig siden 2016, slik at daglengden har et sesongmessig gjennomsnitt som er mindre enn dagen på 86400 s SI siden 2021. I tillegg, på lang sikt, solens og månens handlinger ved tidevannets løft produserer et forsinkende dreiemoment som induserer en økning i lengden på dagen på ca. 1,3 ms per århundre og en avstand fra Månen på 3,84 cm per år (se Synkron rotasjon ).
Rotasjonspolen er skjæringspunktet mellom rotasjonsaksen og overflaten på den nordlige halvkule. Retningen til polen i rommet som på jorden måles med en nøyaktighet i størrelsesorden 0,1 bues millisekunder.
Jevndøgnens presesjonJordens rotasjonsakse gir med vinkelrett på ekliptikkens plan en konstant vinkel på 23 ° 26 ′ . De equinoxes finne sted når den plan vinkelrett på jordens bane (ecliptic) og inneholdende rotasjonsaksen passerer gjennom solen hver sjette måned. Denne planen er imidlertid omtrent 28 500 år gammel. Man kaller polody skjæringspunktet for jordens rotasjonsakse med fixesfæren i retning nord og herpolody kurven beskrevet av dette punktet på fixesfæren . Det var den greske astronomen Hipparchus som oppdaget og beskrev jevndøgnens nedgang i 130 f.Kr. J.-C.
ErnæringDen nutasjon er en hurtig oscillerende bevegelse og liten amplitude av aksen av jorden rundt rotasjonsaksen av kjeglen. Denne bevegelsen blir i seg selv beskrevet som en kombinasjon av flere mutasjoner. Den viktigste er Bradley-mutasjonen som har en periode på 18,6 år og en amplitude på 9,2 ″ .
Årsaker til presesjon og mutasjonJordens form er ikke akkurat sfærisk, men den til en litt avblåst ellipsoid av revolusjon , og dens diameter ved ekvator er litt større enn den som går gjennom polene. Dens rotasjonsakse er tilbøyelig i forhold til ekliptikken, og jorden opplever i gjennomsnitt større tidevannskrefter på ekvator enn på resten av planeten, på grunn av en større konsentrasjon av materie. Dette forårsaker et dreiemoment som har en tendens til å bringe ekvator mot ekliptikkens plan. Ettersom aksen til dette paret er omtrent vinkelrett på jordens rotasjonsakse, gjennomgår denne aksen en presesjon , på samme måte som en topp. Disse bevegelsene ville ikke eksistere hvis jorden var perfekt sfærisk.
Lengden på dagen avhenger av referanserammen som brukes til å måle den:
Den årlige rotasjonsperioden på jorden avhenger av referanseindeksen som brukes:
Den gregorianske kalenderen ble etablert for å sikre stabiliteten i forhold til årstidene, det vil si vårjevndøgn finner alltid sted på samme dato. Denne kalenderen er derfor en tilnærming i hele brøkdeler av det tropiske året (i hele brøker fordi vi ikke kan legge til eller trekke fra fraksjoner av dager for å justere kalenderårets lengde).
Metoden han bruker er å legge til en hel dag hvert 4. år ( skuddår ) og trekke fra tre dager hvert 400. år (ikke-sprang sekulære år), nemlig:
Gjennomsnittlig gregoriansk år i dager =Det gregorianske året skiller seg fra det tropiske året med 0,000 310 2 d hvert år, og det vil ta 3224 år for vårjevndøgn å skille seg i gjennomsnitt med en dag fra kalenderjevndøgn som er satt til 21. mars. I praksis fører det til at en hel dag hvert fjerde år fører til at den astronomiske vårjevndøgn faller syklisk den 20., 21. eller 22. mars, men gjennomsnittsdatoen er fast innenfor ovennevnte tilnærming.
Den gigantiske innvirkningen for 4,4 milliarder år siden ville være ansvarlig for å vippe jordas rotasjonsakse og akselerere jordens rotasjon (den gang ser det ut til at en dag varte i ti timer).
Hvis jordens bane hadde vært den samme som den er nå, ville et år ha vært 880 dager.
Den synkrone rotasjonen av Månen skyldes tidevannskrefter som utøves av Jorden, hvis friksjon forårsaket at månens rotasjon bremset til synkroniseringen av rotasjonen og revolusjonen av Månen rundt jorden. Det gir oss derfor alltid den samme synlige siden (derav den skjulte siden).
Omvendt reduserer tidevannskreftene mellom jorden og månen også jordens rotasjon på seg selv, slik at når man teller antall synlige daglige vekstringer i de årlige vekstringene til fossile koraller i Devon (380 Ma siden ) det avsløres at året hadde 400 dager, men en dag som bare varte i 22 timer.
Dette bremser og legger til en time per daglig rotasjon hvert 200 millioner år (eller to millioner århundrer) er omtrent noen få millisekunder per århundre.
Når to kropper kretser rundt hverandre, har tyngdekraften en tendens til å synkronisere rotasjonen av de to kroppene med sin revolusjon, slik at de to kroppene på lang sikt virker faste på himmelen sett fra den ene siden. Effekten avhenger av masseforholdet og avstanden mellom de to kroppene. Imidlertid er jorden en satellitt fra solen og har månen som en satellitt. Rotasjonen er derfor påvirket av disse to stjernene.
Det viktigste forholdet mellom masser og avstander er jordens på månen: Månens rotasjon på seg selv er synkronisert med dens revolusjon rundt jorden, og den gir alltid det samme ansiktet.Som et medlem av Earth-Moon-paret vil Jorden snu seg og saktere for til slutt å oppnå synkronisering med månemåneden som igjen øker så sakte som Månen beveger seg bort fra Jorden. Jordens rotasjonshastighet er større enn Månens i sin bane, den har en tendens til å bremse og lengden på dagen forlenger uunngåelig. På grunn av prinsippet om bevaring av vinkelmoment, oppnås vinkelmomentet for rotasjon av jorden som dermed går tapt nøyaktig av Månen i sin baneoverføring, noe som resulterer i sistnevntes avstand fra jorden. Den kinetiske rotasjonsenergien som jorden mistet, forvandles til varme ved tidevannets friksjon. Månen mister også langsomt sin kinetiske energi, Ec , (en alltid positiv styrke), fordi banehastigheten bremses jo lenger den beveger seg bort (den avtar i sin forlengende bane); men, som med en hvilken som helst satellitt, dens potensielle energi E p og total kretsenergi E er negativ (E = E p + E c = -E c = ( Anmeldelse for 1. / 2 ) E p , fordi den virialteoremet : E p = - 2 E c ). Dermed blir E mindre negativ og øker derfor. Foreløpig er det totale tapet av "mekanisk" energi i jorden-månesystemet i størrelsesorden -3,2 TW, det vil si -3,321 TW tapt av jorden som bremser og +0,211 TW oppnådd av månen som beveger seg bort.Effekten av månen på jorden er nesten en halv million ganger større enn solens. Jorden vil alltid presentere det samme ansiktet til Månen lenge før det presenterer det samme ansiktet til Solen. Beregninger antyder at det vil ta flere milliarder år for den jordiske dagen og månemåneden å være 47 i vår tid og enda mer før det blir synkronisering av de tre stjernene, noe som er mer enn den estimerte levetiden til solsystemet. Pluto-Charon-systemet har allerede nådd denne tilstanden med en synkron rotasjon på 6 dager 9 timer og 17 minutter.