The Earth seen from Apollo 17Kretanje planete Zemlje poseduje dve komponente: Rotaciju oko sopstvene ose (ili „spin“ Zemlje) i kružno kretanje oko Sunca, tj. revolucija Zemlje.

Zemlja rotira od zapada prema istoku, međutim, vreme trajanja rotacije se određuje na osnovu zvezda a ne u odnosu na Sunce, tj. na osnovu zvezdanog dana („sidereal day“), gde je referenca položaj zvezda. Razlog je u samoj revoluciji Zemlje kada se svaki dan Zemlja zaokrene za oko 1o. Zvezdani dan traje 23h 56min i 4.09 s, pri črmu planeta Zemlja napravi 2π rad (posmatrano iz tačke prolećne ravnodnevice); ako se posmatra solarni dan („solar day“ – dužinu vremena koje protekne između trenutaka kada Sunce dostiže svoju najvišu tačku na nebu dva puta uzastopno; kraće se naziva dan ili kada Zemlja izvrši potpunu rotaciju u odnosu na Sunce kada se ono vrati na isti polazni meridijan) trajanje je 24h pri čemu Zemlja ugaono pređe 360.986o (razlog zašto nije samo 360 stepeni leži u kretanju planete Zemlje oko Sunca). Dakle, razlika je 3.93 min.


Čak se i trenutak prolećne ravnodnevice menja periodično, sa periodom oko 26000 god. Sama osa rotacije Zemlje nije u normali sa ravni po kojoj se kreće planeta Zemlja oko Sunca. Ova ravan spaja Sunčevo i Zemljino središte. „Kružnica“ po kojoj se Sunce prividno kreće oko Zemlje, posmatrano sa površine Zemlje i nalazi se u ovoj ravni, naziva se ekliptika, dok sama ravan ravan ekliptike. Na slici 1 mogu se videti položaji ekliptike i nebeskog ekvatora. Ugao ose rotacije Zemlje sa pravom normalnom na ravan koja sadrži orbitu Zemlje (ravan ekliptike) i kojoj su sunčevi zraci paralelni iznosi 23.45o, slika 2. Ovaj solarni ugao se zove Sunčeva deklinacija ili aksijalni ugao δo. Tokom godine, sa površine Zemlje posmatrano, ovaj ugao se menja prividno, što se manifestuje kroz promenu visine Sunca na horizontu, kao da se radi o ispisivanju kružnice osom rotacije, slika 3. Ovo je bitno jer se time može zaključiti zašto severna hemisfera leti dobija veći inenzitet svetlosti južna manje, a zimi manje dok južna više.

Slika 1. Položal ekliptike i nebeskog ekvatora u geocentričnom sistemu

Prividno kretanje i jeste uzrok vekovnog posmatranja planete Zemlje kao centra Vasione (geocentrični sistem sveta).  Interesantno je napomenuti da se ovaj ugao menja od 22.1o (u nekim izvorima figuriše cifra 21.5o, 21.8o) do 24.5o sa periodom od 41000 godina, i trenutno ima smer opadanja (drugi od tri ciklusa Milutina Milankovića), slika 4.

Aksijalni ugao

Slika 2. Aksijalni ugao

Dakle, leti severna hemisfera je bliža Suncu, ima više sati insolacije i intenzitet svetlosti je veći. Zimi je suprotno. Ova činjenica je bitna za položaj solarnog panela u toku godine (kada se radi o sistemima sa jednim ili dva stepena praćenja Sunca).

Prividno kretanje aksijalnog ugla

Slika 3. Prividno kretanje aksijalnog ugla

Zemlja promene ugla

Slika 4. Prikaz promene aksijalnog ugla u periodu od oko 41000 godina

U trenutku ravnodnevice („equinox”) sunčevi zraci (direktno sunčevo zračenje) padaju normalno na Ekvator tj. centar Sunca se nalazi u ekvatorijalnoj ravni, δo=0o silka 6. Kao polazna tačka uzima se prolećna ravnodnevica, za opis prividne promene δo koja se događa oko 81 dana u godinia a to je 20/21. Mart. Evo nekih opštih jednačina koje opisuju datu promenu i grafik te promene na slici 5:

Promena ugla solarne deklinacije

Slika 5. Promena ugla solarne deklinacije δo

Položaj δo u karakterističnim trenutcima u godini

Slika 6. Položaj δo u karakterističnim trenutcima u godini

Radi dobijanja celovite slike rotacije pomenimo i brzinu rotacije. Sama brzina rotacije tačke na Zemlji zavisi od geografske širine, a manifestuje kroz postojanje vremenskih zona po geografskoj dužini . Tačka na Ekvatoru gde je obim planete 40,075.036km za vreme zvezdanog dana 23h 56min 4. 09053s obiđe pun krug. Deljenjem ove dve vrednosti dobija se “brzina rotacije” Zemlje na Ekvatoru (posmatrano sa zvezdane reference, dok sa Zemlje trebalo bi podeliti sa 24h). Za bilo koju tačku potrebno je pomnožiti ovu brzinu sa cosinusom ugla geografske širine. Ona određuje brzinu privitnog kretanja Sunca a time i dinamiku praćenja solarnog panela.

Druga komponenta kretanja jeste revolucija Zemlje oko Sunca. U početku se smatralo da je orbita, putanja planete oko Sunca, kružnica sa konstantnim prečnikom. Međutim, detaljnim merenjima došlo se do saznanja da se radi o eliptičnoj putanji slika 6, što ima za posledicu da se rastojanje menja u toku godine.

Eliptična orbita Zemlje oko Sunca

Slika 6. Eliptična orbita Zemlje oko Sunca

Godišnja doba nisu posledica eliptičnog oblika, ali zato je posledica toga promena insolacije-solarne konstante koja na površini planete za 6%. Tri su glavne posledice revolucije i rotacije: Promena dužina obdanice i noći, postojanje klimatskih pojaseva, četiri godišnja doba. Sve tri jako utiču na solarnu energiju koju možemo dobiti u toku godine na postavljenom solarnom energetskom sistemu.

Nebesko kretanje Zemlje, revolucija, izvrši se za 365.256366 sunčevih dana (referenca Sunce), sa orbitalnom brzinom 107,218 km/h. Sama orbitalna ravan u odnosu na ekvatorijalnu ravan Sunca zaklapa ugao od 7.155o („inclination”). Tačka u kojoj je rastojanje Zemlje od Sunca najmanje zove se preihel (147,098,074 km), datum 3. Januar, a tačka sa najvećim rastojanjem afel (152,097,701 km), datum 4. Jul. Tada je intenzitet insolacije na površini planete najveći i najmanji, respektivno. Srednje rastojanje je 149,597,887.5 km. Pored prolećne ravnodnevice postoji i jesenja ravnodnevica 22/23. Septembra. Pored ovih datuma bitni su i vreme kada Sunce dostiže najveću visinu (posmatra se severna hemisfera) i počinje „spuštanje“ ka njemu, tačka letnjeg solsticija ili severna povratna tačka, datum 21/22. Jun. Kada Sunce dosegne najmanju visinu nad horizontom i počinje „podizanje“ ka ekvatoru, tačka je zimskog solsticija ili južna povratna tačka, datum 22/23. Decembar. Slika 7 jasno pokazuje položaj planete Zemlje za ova četiri datuma kao i položaj ose rotacije u odnosu na ravan ekliptike. Dakle, ugao δo ostaje isti ali se njegova položaj u odnosu na Sunce menja, što i rezultira prividnu njegovu promenu.

Radi informisanja napomenimo da se ekcentričnost orbite menja periodično od ekscentričnosti 0.005 (skoro kružnica) do ekscentričnosti 0.058, sa periodom od 100,000 godina (prvi ciklus Milutina Milankovića). Trenutna je 0.017. Čak i sam položaj ose rotacije Zemlje se periodično menja u odnosu na planete Polaris (zvezda Severnjača) i Vega sa periodom oko 23000 godina (ova cifra varira od 22000 do 26000 godina), treći ciklus Milutina Milankovića. To ima za posledicu promenu položaja afela i perihela.

Revolucija Zemlje i položaj ose rotacije za karakteristične datume

Slika 7. Revolucija Zemlje i položaj ose rotacije za karakteristične datume