Země jako vesmírné těleso

Země (lat. Terra, řec. Gaia) je v pořadí třetí planetou sluneční soustavy směrem od Slunce. Podle současných vědeckých poznatků se jedná o jedinou planetu, na které lze najít život.

Země ve Sluneční soustavě

Patří mezi planety tzv. terestrického (zemského) typu, které mají pevný povrch a někdy se označují jako planety kamenné nebo planety vnitřní. V porovnání s ostatními terestrickými planetami (Merkur, Venuše, Mars) je Země největší.

Od Slunce je vzdálená průměrně 150 mil. km, což odpovídá 1 astronomické jednotce (AU). Kolem Slunce obíhá po oběžné dráze označované jako ekliptika. Oproti rovině ekliptiky je osa Země nakloněná asi o 66,5°, a to prakticky pořád ve stejném směru. To umožňuje na některých místech planety střídání ročních období. Země má jediný přirozený satelit – Měsíc.

Tvar a rozměry Země

Pro zjednodušení se tvar Země často přirovnává ke kouli, která je na pólech zploštělá. Reálný tvar však nejlépe vystihuje geoid – fyzikální model zemského povrchu vytvořený podle střední klidné hladiny oceánů probíhajícími myšleně i pod kontinenty.

Vzdálenost od středu Země k jejímu povrchu je na rovníku 6 378 km (lze si zapamatovat díky známé mnemotechnické pomůcce „šetři se osle“ – šest, tři, sedm, osm). Vzdálenost od středu Země k pólům (polární poloměr) je 6 357 km, což dokazuje mírnou zploštělost zemského tělesa. „Nahromadění“ hmoty v oblasti rovníků a nepatrné zploštění tělesa na pólech způsobuje odstředivá síla, která na Zemi působí v důsledku rotace kolem Slunce.

Země se skládá z několika vnitřních vrstev, jenž mají každá jiné vlastnosti – zemské kůry, zemského pláště a zemského jádra.

Otáčení kolem zemské osy

Planeta Země se otáčí kolem své osy, což je myšlená přímka spojující jižní a severní pól procházející skrz zemské těleso. Zemská osa je vzhledem k oběžné dráze Země kolem Slunce (ta se nazývá ekliptika) nakloněné zhruba o 23,5°, a směřuje ve vesmíru víceméně stále stejným směrem – k hvězdě Polárce.

Rotace Země kolem osy způsobuje střídání dne a noci. Země se otáčí proti směru hodinových ručiček, tedy od západu k východu. To způsobuje, že při pohledu na oblohu se Slunce, Měsíc a hvězdy zdánlivě pohybují naopak – z východu na západ. Na neosvětlené polokouli nastává noc a na osvětlené polokouli den.

Otáčení kolem Slunce

Jedno otočení Země kolem Slunce trvá přibližně 365,25 dne, tedy jeden rok. Běžný kalendářní rok má 365 dní, a jednou za 4 roky nastává rok přestupný, který má 366 dní. Země se pohybuje kolem Slunce po mírně eliptické dráze (proti směru hodinových ručiček), tudíž je ke Slunci v určitých částech roku blíže (přísluní, odborně perihelium = 147,1 mil. km, nastává v lednu), jindy dále (odsluní, odborně afelium, 152,1 mil. km, nastává v červenci). Střední vzdálenost Země od Slunce je 150 mil. km.

Pohyb Země po oběžné dráze kolem Slunce je nerovnoměrný, zákonitosti pohybu Země kolem Slunce popisují Keplerovy zákony.

Pohyb kolem těžiště soustavy Země–Měsíc

Měsíc je jediná přirozená družice Země, která je oproti Zemi zhruba 4× menší. Stále však má svou gravitaci, kterou působí na Zemi, stejně jako Země svou gravitací působí na Měsíc. Měsíc tak se Zemí vytváří soustavu – obíhají kolem společného těžiště (barycentra), které se nachází asi 1700 km pod povrchem Země. Jejich vzájemné silové působení způsobuje slapové jevy.

Další pohyby Země

Mezi další pohyby Země patří:

• precese – Vzhledem ke gravitačnímu působení Slunce a Měsíce na Zemi dochází k vychylování a naklonění zemské osy. Zemská osa tak pomyslně opisuje kružnici, jedno její otočení po kružnici se označuje jako platónský rok a trvá 26 000 let.
• nutace – Drobné vlnkovité kmity precesní dráhy zemské osy.
• pohyb kolem středu Galaxie – Celá Sluneční soustava včetně Země se otáčí kolem středu naší Galaxie.
• pohyb v rámci rozpínání celého vesmíru

Střídání ročních období je důsledkem pohybů zemského tělesa. Mnoho lidí stále předpokládá, že roční období se mění kvůli různé vzdálenosti Země od Slunce v průběhu roku. To však není úplně pravda, hlavní příčinou je relativně stálý sklon zemské osy vůči hvězdám v souvislosti s pohybem Země kolem Slunce.

Sklon zemské osy je vůči rovině oběžné dráhy Země kolem Slunce (ekliptice) téměř pořád stejný, a to 66,5°. Často je však uvádí hodnota 23,5°, což je úhel mezi rovinou zemského rovníku a rovinou oběžné dráhy Země kolem Slunce. Vzhledem ke stálému náklonu osy vůči hvězdám (směřuje k Polárce) se tak během roku planeta jednou částí od Slunce odklání a druhou částí se ke Slunci přiklání.

Sluneční paprsky a zemský povrch

Příklon zemské osy se v průběhu roku mění, a tak se mění i úhel, pod kterým dopadají na povrch Země sluneční paprsky. To na mnoha místech planety ovlivňuje i množství energie, která se ze Slunce na Zemi dostává.

Roční období na rovníku

Na oblast rovníku dopadá v rámci celého roku téměř stále stejné množství sluneční energie a roční období se zde nemění.

Roční období v mírném pásu (na severní polokouli)

V mírném pásu (kde leží Česko) nastávají 4 roční období:

• jaro – Začíná v den jarní rovnodennosti, tedy 20. března. Délka dne a délka noci je v tento den shodná – zhruba 12 hodin, od tohoto dne se délka dne začíná na severní polokouli prodlužovat.
• léto – Začíná v den letního slunovratu, tedy 20. nebo 21. června, severní polokoule je přikloněna ke Slunci. Délka dne je z celého roku nejdelší a nastává nejkratší noc (v naší zeměpisné šířce je den dlouhý 16 hodin a noc dlouhá 8 hodin).
• podzim – Nastává s podzimní rovnodenností, tedy 22. nebo 23. září. V den rovnodennosti je délka dne a noci všude na zemi shodná, a to zhruba 12 hodin. Od tohoto okamžiku se den začíná na severní polokouli zkracovat.
• zima – Nastává v den zimního slunovratu, tedy 21. nebo 22. prosince. Severní polokoule je od Slunce odkloněna a sluneční paprsky na ní dopadají pod menším úhlem.

Na jižní polokouli jsou roční období vzhledem k severní polokouli obráceně – léto tedy nastává tehdy, když je na severní polokouli zima.

Roční období na zemských pólech

Na pólech lze pozorovat polární den, kdy Slunce nezapadá za obzor a po celý den je světlo. Naopak v průběhu polární noci Slunce nad obzor vůbec nevychází. Polární den i polární noc trvají půl roku.

Měsíc (b) je jediným přirozeným satelitem (družicí) planety Země (a, c). Obíhá v průměrné vzdálenosti 384 000 km. Během svého oběhu se Měsíc dostává do tzv. přízemí (perigea), kde je Zemi nejblíže (vzdálenost 356 000 km), a do tzv. odzemí (apogea), kdy je od Země vzdálen 407 000 km.

a – Měsíc ze Země

b – Měsíc

c – Země z Měsíce

Měsíc je přibližně 4× menší než Země, jeho poloměr je 1 737 km (poloměr Země činí 6 378 km). Po Slunci se jedná o druhé nejzářivější těleso na obloze. Světlo ale neprodukuje, pouze odráží sluneční záření. Měsíc se kolem své osy otočí jednou za 27,3 dne (siderický měsíc), což je doba shodná s časem potřebným k oběhu Měsíce kolem Země. Tento fenomén se označuje jako vázaná rotace a způsobuje, že ze Země je vždy viditelná pouze jedna strana Měsíce.

Měsíc s planetou Zemí vytváří soustavu – obíhají kolem společného těžiště (barycentra), které se nachází asi 1700 km pod povrchem Země. Jejich vzájemné silové působení způsobuje slapové jevy.

Fáze Měsíce

Jeden oběh Měsíce kolem Země trvá přibližně 29,5 dne. V závislosti na poloze Měsíce se určují čtyři hlavní fáze oběhu. Tento cyklus střídání měsíčních fází je označován jako lunace.

• nov – Měsíc je k Zemi přikloněn neosvětlenou stranou, též novoluní. Nachází se mezi Sluncem a Zemí.
• první čtvrť – Měsíc má tvar písmene „D“, hovorově se říká, že „dorůstá“.
• úplněk – Měsíc je k Zemi otočen přivrácenou stranou, je zcela osvětlen slunečním zářením. Tělesa jsou v pořadí Slunce – Země – Měsíc.
• poslední čtvrť – Měsíc má tvar písmene „C“, hovorově se říká, že „couvá“.

Vznik Měsíce

V současné době přijímaná teorie velkého impaktu tvrdí, že Měsíc vznikl po tom, co do planety Země před 4,4 mld. lety narazila planetka Theia (velká podobně jako Mars). Tento náraz způsobil vyvržení horninového materiálu, který se na oběžné dráze postupně zformoval v Měsíc. Tato teorie vysvětluje, proč je složení Měsíce velmi podobné složení zemského pláště.

Povrch měsíce

Na povrchu Měsíce se nachází různorodý nezpevněný horninový materiál nazývající se regolit. Pod ním se nachází celistvé horninové podloží. Na měsíčním povrchu lze vidět:

• „moře“ – Kruhové útvary na povrchu, které se vytvořily po dopadu velkých těles, a byly zality lávou – z tohoto důvodu jsou tmavší, než zbytek měsíčního povrchu. Na přivrácené straně tvoří přibližně 30 % povrchu.
• krátery – Sníženiny vzniklé dopadem menších těles, mají drsnější povrch než měsíční moře.
• pohoří – Valy ohraničující měsíční moře dosahující výšky až několika kilometrů.

Atmosféra na Měsíci

Na Měsíci je pouze velmi řídká atmosféra, která dle stavu poznání neumožňuje vznik života. Není zde tedy přítomná vrstva, která by udržovala stálou teplotu. Na ozářené části (strana přivrácená ke Slunci) teploty dosahují až 130 °C (při měsíčním dni), na straně odvrácené klesají k −170 °C (při měsíční noci). V trvale neozářených částech, jako jsou vnitřky kráterů, může teplota klesnou až k −250 °C.

Mise na Měsíc

Měsíc prozatím zůstává jediným vesmírným tělesem (mimo Zemi), které bylo navštíveno člověkem. Jako první se na měsíčním povrchu prošel astronaut Neil Armstrong (stalo se tak 20. července 1969), jenž byl součástí programu Apollo 11 společně s Edwinem „Buzzem“ Aldrinem (e) a pilotem Michaelem Collinsem. Astronauti Armstrong a Aldrin se na Měsíc dopravili v lunárním modulu (d). Pilot Collins zůstal ve velitelském modulu na oběžné dráze Měsíce. V programu Apollo se k pohybu po Měsíci používaly terénní průzkumná vozidla – lunární rovery (f).

Do dnešní doby na Měsíc vkročilo pouze 12 lidí, a to mezi lety 1969–1972. Stalo se tak v rámci programů Apollo 11, 12, 14, 15, 16 a 17. Od doby ukončení programu Apollo v 70. letech jsou na Měsíc vysílány pouze stroje.

V budoucnu má člověka na Měsíc vrátit program Artemis od NASA (amerického Národního úřadu pro letectví a vesmír), pojmenovaný po řecké bohyni lovu a Měsíce. Další přistání na Měsíci s lidskou posádkou je prozatím plánováno nejdříve na rok 2027.

d – lunární modul

e – Buzz Aldrin

f – lunární rover

Gravitační působení (kombinované s odstředivou silou) Měsíce na Zem vyvolává pravidelně opakující se deformace zemského tělesa. Tyto se označují jako tzv. slapové jevy. Nejsnadněji pozorovatelnými slapovými jevy jsou slapy hydrosféry, tedy příliv a odliv souhrnně označované jako dmutí. Slapové jevy však působí nejen na hydrosféru. Na planetě Zemi lze pozorovat i slapy atmosféry či slapy zemské kůry.

Soustava Země–Měsíc–Slunce

Intenzita slapových jevů je závislá na vzdálenosti a hmotnosti daných vesmírných těles, která na sebe vzájemně působí. Na Zemi jsou slapy vyvolány gravitačním působením Měsíce (je k Zemi blízko) a Slunce (byť je od Země velmi daleko, má velkou hmotnost). Gravitační síla Měsíce působí nejsilněji v oblasti na povrchu Země, které je Měsíc nejblíže. Na této straně vzniká příliv. Ten je pozorovatelný i na opačné straně Země, ale díky odstředivé síle.

Země a Měsíc se vzhledem ke svým hmotnostem ovlivňují navzájem a obíhají kolem těžiště, tzv. barycentra, které je vzdálené zhruba 1 700 km od povrchu Země. Pohybem těles kolem barycentra pak vzniká odstředivá síla působící proti gravitační síle. Odstředivá síla působí na povrchu Země všude stejně. Na straně Země odvrácené od Měsíce převažuje odstředivá síla nad gravitačním působením Měsíce, a příliv je tak pozorovatelný na obou stranách Země.

Mořské dmutí

Vodní obal Země je ovlivňován slapovými jevy, které se projevují pravidelným střídáním přílivu (zdvihu) a odlivu (poklesu) vodní hladiny. Slapy působí kromě moře v omezené míře i na ostatní vodní plochy, např. na rozsáhlá jezera (např. Velká kanadsko-americká jezera v Severní Americe), avšak jejich projevy jsou často pozorovatelné jen velmi omezeně, nebo vůbec. Na volném oceánu je velikost přílivu zhruba 1 metr.

Nejvyšší úroveň hladiny při přílivu se nazývá velká voda, naopak nejnižší úroveň hladiny při odlivu se označuje jako malá voda. K nejvyššímu přílivu dochází zpravidla při úplňku a novu, kdy jsou Slunce, Země a Měsíc v jedné linii a jejich gravitační účinky se sčítají. Jedná se o skočný příliv. Jako hluchý příliv se označuje situace, kdy je Měsíc v první nebo poslední čtvrti a gravitační působení zmíněných těles je protichůdné.

Slapy atmosféry

Slapy atmosféry jsou způsobeny především působením Slunce nežli Měsíce. Díky nerovnoměrnému ohřívání atmosféry se projevují nejvíce kolísáním v atmosférickém tlaku, potažmo větru. Vzhledem k malé hustotě vzduchu jsou slapy atmosféry málo významné.

Slapy zemské kůry

Ke slapovým jevům působícím na zemskou kůru dochází v důsledku určité pružnosti pevného obalu Země. Projevují se zejména změnami v hodnotách tíhové síly či v jejím směru. K největším slapům zemské kůry dochází na rovníku.

Země je třetí planetou od Slunce. Vznikla asi před 4,54 miliardami let. Život je v současnosti známý pouze z ní. Z hlediska tvaru se jedná o geoid (je na pólech zploštělá), její poloměr na rovníku činí 6378 km. Součástí Země je:

• atmosféra – plynný obal
• hydrosféra – soubor vodstva
• biosféra – v rámci ní se vyskytují živé organismy
• pedosféra – půdní obal

Z hlediska geologie lze Země na průřezu rozčlenit na následující části (od povrchu do středu):

Magnetické pole chrání planetu před kosmickým zářením. To by jednak přímo ohrožovalo živé organismy, jednak by způsobovalo úbytek atmosféry.

Zemská kůra a nejsvrchnější část pláště tvoří litosféru (g), která je rozčleněná v litosférické desky. Ty se v dlouhodobém měřítku pohybují po astenosféře (rychlostí několika cm za rok). Z tohoto důvodu se v geologické minulosti mj. měnily (a stále se pomalu mění) pozice kontinentů.

Teplota stoupá směrem do středu Země, teplota jádra je asi 4400–6000 °C. Vnitřní teplo se udrželo od dob vzniku planety, také vzniká rozpadem radioaktivních izotopů.