Terra

Felice Anno Nuovo 2019! ... ma cos'è esattamente un 'anno'?

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[Nota: un altro circuito attorno al Sole, un altro repost: l'articolo qui sotto è una versione aggiornata di uno che ho pubblicato il 1° gennaio semi-casuale, perché se la Terra può riutilizzare la stessa orbita ogni anno, allora posso riutilizzare questo. Tieni presente che l'influenza della gravità degli altri pianeti cambia leggermente l'orbita della Terra nel tempo, quindi ogni orbita è leggermente diversa dall'ultima. Quindi sento anche di poter colpire e pungolare la strana parola o due qui in questo articolo, alterando il suo corso solo un po' anche mentre la traiettoria complessiva rimane la stessa. Prendi una lezione dall'Universo! È un buon proposito per il nuovo anno.]


Sìì! È un nuovo anno!

episodi dei cartoni dei guardiani della galassia

Ma cosa significa esattamente?



L'anno, ovviamente, è il tempo che impiega la Terra per girare intorno al Sole, giusto? Beh, non esattamente. Dipende da cosa intendi per 'anno' e da come lo misuri. Questo richiede un po' di spiegazioni, quindi se non stai nutrendo una sbornia del 2018 troppo grande (che sia indotta dall'alcol o da, sai,), allora inizia il tuo 2019 con le cose migliori della vita: astronomia e matematica.

Giro e giro lei va

Diamo uno sguardo alla Terra da lontano. Dal nostro punto immaginario nello spazio, in alto sopra il piano orbitale della Terra, guardiamo in basso e vediamo il nostro bel pianeta e il Sole. La Terra si sta muovendo, orbita attorno al Sole. Certo che lo è, pensi a te stesso (a meno che tu non sia un geocentrista , nel qual caso questa roba funziona ancora, al contrario... e consiglio gratuito: probabilmente dovresti anche aprire la mente ad altri quadri di riferimento). Ma come fai? misurare Quello? Perché qualcosa si muova, deve muoversi rispetto a qualcos'altro. Cosa possiamo usare come metro di paragone per misurare il moto della Terra?

Bene, potremmo notare mentre galleggiamo nello spazio che siamo circondati da miliardi di belle stelle. Possiamo usarli! Quindi segniamo la posizione della Terra e del Sole usando le stelle come punti di riferimento, quindi guardiamo e aspettiamo. Qualche tempo dopo, la Terra si è mossa in un grande cerchio (OK, ellisse, ma sono abbastanza vicini in questo caso) ed è tornata al punto di partenza in riferimento a quelle stelle. Si chiama 'anno siderale' ( coerente è la parola latina per stella). Quindi quanto tempo ci è voluto?

Diciamo che abbiamo usato un cronometro per misurare il tempo trascorso. Scoprirai che alla Terra ci sono voluti 31.558.149 secondi (ad alcune persone (me!) piace approssimare questo come π x 10 milioni = 31.415.926 secondi, che è un modo semplice per essere abbastanza vicino, meglio di mezzo punto percentuale di precisione ). Questo è un numero scomodo di secondi, però. Penso che preferiremmo tutti usare i giorni invece. Quindi quanti giorni è questo?

Mmmmm, pi. Ora abbiamo solo bisogno di altri 9.999.998. Credito: AmitP su FlickrIngrandire

Mmmmm, pi. Ora abbiamo solo bisogno di altri 9.999.998. Se vuoi secondi Credito: AmitP su Flickr

Bene, questa è una seconda complicazione. Un 'giorno' è quanto tempo impiega la Terra per ruotare una volta, ma siamo tornati di nuovo a quel problema di misurazione. Ma ehi, abbiamo usato le stelle una volta, quindi facciamolo di nuovo! Ti trovi sulla Terra e definisci un giorno come il tempo impiegato da una stella per passare da direttamente sopra la tua testa a direttamente sopra la tua testa: un giorno siderale. Ci vogliono 23 ore 56 minuti 4 secondi = 86.164 secondi. Ma aspetta un secondo (siderale) - non dovrebbe essere? Esattamente pari a 24 ore? Cosa è successo a quei 3 minuti e 56 secondi?

Avevo paura che me lo chiedessi. Ma questo si rivela importante.

È perché la giornata di 24 ore si basa sul moto del Sole nel cielo e non sulle stelle. Nel corso di quella giornata di quasi 24 ore, la Terra era alacremente in orbita attorno al Sole, quindi si è spostata un po' intorno alla sua orbita (circa un grado: 360 ° / 365 (o giù di lì) giorni è di circa 1° al giorno). Se misuri il tempo impiegato dal Sole per fare il giro del cielo una volta - un giorno solare - Quello richiede 24 ore o 86.400 secondi. È più lungo di un giorno siderale perché la Terra si è spostata un po' intorno al Sole durante quel giorno, e ci vogliono alcuni minuti in più perché la Terra ruoti un po' di più per 'recuperare' la posizione del Sole nel cielo.

Un giorno siderale (il tempo impiegato dalla Terra per ruotare una volta) viene misurato utilizzando le stelle, ma poiché la Terra orbita attorno al Sole deve ruotare un po' di più per completare un giorno solare. Credito: Nick Strobel, dalle sue note di astronomia

Un giorno siderale (il tempo impiegato dalla Terra per ruotare una volta) viene misurato utilizzando le stelle, ma poiché la Terra orbita attorno al Sole deve ruotare un po' di più per completare un giorno solare. Credito: Nick Strobel, dalle sue Note di Astronomia

Un diagramma da Il bel sito di Nick Strobel Astronomy Notes (sopra) aiuta a spiegarlo. Vedi come la Terra deve girare un po' di più per portare il Sole nella stessa parte del cielo? Quei 3 minuti e 56 secondi in più fanno la differenza tra un giorno solare e uno siderale.

OK, quindi abbiamo un anno siderale di 31.558.149 secondi. Se lo dividiamo per 86.164 secondi/giorno siderale otteniamo 366.256 giorni all'anno.

Ehi, aspetta, non suona bene. Hai sempre letto che è 36 5 .25 giorni all'anno, giusto? Bene, quel primo numero, 366.256, è un anno in siderale giorni. Nel solare giorni, dividi i secondi in un anno per 86.400 secondi in un giorno solare per ottenere 365.256 giorni in un anno.

uff! Quel numero suona bene. Ma veramente, entrambi i numeri sono giusti. Dipende solo dall'unità che usi. È come dire che qualcosa è lungo 1 pollice ed è anche lungo 2,54 centimetri. Sono corretti entrambi.

Ma aspetta! Ti ho mentito!

Beh, un po'. Quella 365.25 il numero non è, ehm, in realtà corretto. È un imbroglio. Questo è il numero che ottieni usando 24 ore al giorno, ma è la lunghezza di un media (o quello che gli astronomi chiamano il significare ) giorno solare. La Terra orbita attorno al Sole su un'ellisse, e quando è più vicina al Sole si muove più velocemente, e quando è più lontana si muove più lentamente. Ciò cambia la velocità con cui il Sole sembra muoversi nel cielo, quindi in realtà ogni giorno solare ha una lunghezza leggermente diversa! Ecco perché usiamo un giorno solare medio, calcolando la media di tutti i giorni solari leggermente diversi nel corso di un anno. Questa roba è già abbastanza difficile senza dover definire 365 (e una frazione) giorni solari individuali.

Corso accelerato di astronomia: 'Cicli nel cielo'

La rosa del sole con qualsiasi altro nome

Confuso ancora? Sì, lo capisco. È difficile mantenere tutto questo dritto. Tuttavia, torniamo all'anno: quell'anno che abbiamo misurato era un anno siderale. Ma si scopre non è l'unico modo per misurare un anno.

Potresti, ad esempio, misurarlo dal momento esatto dell'equinozio di marzo (anche emisferico settentrionale a volte chiamato il equinozio di primavera, un periodo specifico dell'anno in cui, se ti trovi sull'equatore terrestre, il Sole passa direttamente sopra la testa) in un anno fino allo stesso momento equinottale di marzo nel successivo. Si chiama a anno tropicale (che è lungo 31.556.941 secondi). Ma perché diamine vorresti usarlo? Ah, per un problema interessante! Ecco un suggerimento:

Quando una trottola gira, il suo asse compie anche un movimento ciclico molto più lento chiamato precessione. Anche la Terra fa questo, con l'asse che compie un ciclo ogni 26.000 anni. Credito: LucasVB / wikipedia

Quando una trottola gira, il suo asse compie anche un movimento ciclico molto più lento chiamato precessione. Anche la Terra fa questo, con l'asse che compie un ciclo ogni 26.000 anni. Credito: LucasVB / wikipedia

Un oggetto rotante come un giroscopio oscillerà se applichi una forza fuori asse su di esso (come l'attrito con la superficie su cui si trova). Questa oscillazione ciclica si chiama precessione , e anche la Terra lo fa! Nel nostro caso la forza è la gravità della Luna e del Sole, che tirano la Terra. La precessione della Terra impiega circa 26.000 anni per completare un ciclo, quindi la direzione dell'asse terrestre nello spazio cambia lentamente nel tempo. In questo momento, l'asse terrestre punta abbastanza vicino alla stella Polaris , ma in poche centinaia di anni si allontanerà notevolmente da Polaris.

Ricorda anche che le nostre stagioni dipendono dall'inclinazione della Terra . A causa di questa lenta oscillazione, l'anno tropicale (di stagione in stagione) non corrisponde esattamente all'anno siderale (usando le stelle). L'anno tropicale è un pochino più corto, di circa 21 minuti. Se non teniamo conto di questo, ogni anno le stagioni arriverebbero 21 minuti prima. Non sembra molto, ma si aggiunge! Se non avessimo compensato, alla fine avremmo avuto l'inverno ad agosto e l'estate a dicembre. Va bene se sei in Australia, ma nell'emisfero settentrionale ciò causerebbe panico, sommosse, commenti sarcastici su Twitter e forse peggio.

Quindi come spieghi questa differenza e non lasci che il tempo delle stagioni vaghi per tutto il calendario? Facile: adotti l'anno tropicale come anno standard. Fatto! Devi scegliere un modo per misurare un anno, quindi perché non quello che mantiene le stagioni più o meno dove sono ora? Ciò significa che i tempi apparenti del sorgere e del tramontare delle stelle cambiano nel tempo, ma in realtà gli astronomi sono gli unici a cui interessa e, per non esaltarsi troppo, sono un gruppo intelligente. Sanno come compensare.

Ok, allora dove eravamo? Oh sì, il nostro anno standard (chiamato anche un anno gregoriano ) è l'anno tropicale, ed è composto da 365,25 giorni solari medi (la maggior parte delle volte, in realtà), ognuno dei quali è lungo 86.400 secondi, più o meno come ti è sempre stato insegnato. E in questo modo, l'equinozio di marzo si verifica sempre intorno al 21 marzo di ogni anno.

Godzilla (serie televisiva 1978)

Ovviamente, devi occasionalmente modificare il calendario con i giorni bisestili (ea volte lasciarli fuori per farlo funzionare ancora meglio), ma questo è un argomento per un altro post.

Prestami il tuo anno

Ma ci sono anche altri 'anni'. La Terra orbita attorno al Sole in un'ellisse, ricorda. Quando è più vicino al Sole lo chiamiamo perielio (il punto più lontano si chiama afelio ). Se misuri l'anno da perielio a perielio (chiamato an anomalo anno, un vecchio termine usato per descrivere la forma di un'orbita), ottieni ancora un numero diverso! Questo perché l'orientamento dell'ellisse orbitale della Terra (pensalo come la direzione nello spazio lungo cui punta l'asse lungo dell'ellisse) cambia a causa degli strattoni di gravità degli altri pianeti, impiegando circa 100.000 anni affinché l'ellisse ruoti una volta relativa alle stelle. Inoltre, non è un effetto uniforme, poiché le posizioni dei pianeti cambiano, a volte tirandoci più forte, a volte meno. La durata media dell'anno anomalistico è di 31.558.432 secondi, ovvero 365,26 giorni. Sono circa 283 secondi (4 minuti e 43 secondi) in più di un anno siderale.

Vediamo, cos'altro? Bene, c'è una pila di anni basata anche sulla Luna e sulla posizione del Sole rispetto ad essa. Ci sono anni ideali, usando la matematica pura con input semplificati (come un pianeta senza massa senza altri pianeti nel sistema solare che lo spingono). C'è anche l'anno giuliano , che è un anno idealmente definito di 365,25 giorni (quelli sarebbero i giorni solari di 86.400 secondi). Gli astronomi lo usano effettivamente perché rende più facile calcolare i tempi tra due eventi separati da molti anni. Li ho usati nel mio dottorato di ricerca. ricerca perché stavo guardando un oggetto svanire nel corso di diversi anni e mi ha reso la vita molto più semplice. La ricerca di dottorato è faticosamente difficile, sorprendentemente, quindi impari a trarre tutti i vantaggi che puoi trovare.

Dove iniziare?

Un'altra cosa. Abbiamo tutti questi anni diversi e abbiamo deciso di adottare l'anno tropicale per i nostri calendari, il che va tutto bene. Ma ecco un problema: Dove lo iniziamo?

Il primo gennaio è un giorno buono come un altro per decidere quale giorno decidere. Credito: Phil Plait / Steve JobsIngrandire

Il primo gennaio è un giorno buono come un altro per decidere quale giorno decidere. Attestazione: Phil Plait / Steve Jobs

Dopotutto, l'orbita della Terra è un'ellisse senza inizio né fine. Continua semplicemente a continuare. ma c'è sono alcuni punti dell'orbita che sono speciali e potremmo usarli. Ad esempio, come ho detto sopra, potremmo usare il perielio, quando la Terra è più vicina al Sole, o forse l'equinozio di primavera. Questi sono eventi fisici reali che hanno un significato e un tempo ben definiti.

Il problema, però, è che l'anno solare non si allinea bene con loro. La data del perielio cambia di anno in anno a causa di diversi fattori (tra cui, tra tutte, la Luna, e il fatto che dobbiamo aggiungere un giorno bisestile all'incirca ogni quattro anni). Nel 2019 il perielio è attivo 3 gennaio alle 05:19 UTC, ma nel 2020 sarà il 5 gennaio alle 07:47 UTC. Stessa cosa con l'equinozio: Può variare dal 19 marzo al 21 marzo. Ciò rende l'uso dei marker orbitali uno standard difficile.

Vari paesi hanno utilizzato date diverse per l'inizio dell'anno. Alcuni aveva già usato il 1 gennaio quando il calendario gregoriano (tropicale) fu decretato per la prima volta nel 1582, ma ci volle del tempo prima che altri si spostassero a quella data. L'Inghilterra non lo fece fino al 1752, quando passò l'atto del calendario . Non sorprende che ci fosse molta influenza religiosa su quando iniziare il nuovo anno; per molto tempo molti paesi hanno usato il 25 marzo come inizio del nuovo anno, chiamandolo giorno della signora , in base alla data presunta in cui l'arcangelo Gabriele disse a Maria che sarebbe stata la madre di Dio. Le date e le tradizioni di diverse festività cristiane sono in realtà basate su date di festività pagane più antiche, quindi il fatto che questo fosse presumibilmente il 25 marzo - così vicino alla data dell'equinozio, che i pagani celebravano - mi rende sospettoso.

Comunque, alla fine, la data di inizio del nuovo anno è una scelta arbitraria, e il 1 gennaio è un giorno buono come un altro (sebbene sia così vicino al perielio ha effetti strani sulla lunghezza della giornata ). E come un felice effetto collaterale aiuta a stabilire la regola delle nocche .

Risolvere il nuovo anno

Quindi ecco qua. Come al solito, gli astronomi hanno preso un concetto semplice come 'anni' e lo hanno trasformato in un orribile incubo di nerdery e matematica. Ma davvero, non è che ci siamo inventati tutta questa roba. La colpa è letteralmente delle stelle e non di noi stessi.

Il mio capodannoIngrandire

I miei propositi per il nuovo anno sono un po' bassi. Credito: Drew Saunders

Per inciso, dopo tutto questo parlare di durate e lunghezze, potresti essere curioso di sapere proprio quando la Terra raggiunge il perielio, o quando si verifica il momento esatto dell'equinozio di primavera. Se lo fai, dai un'occhiata l'Osservatorio Navale degli Stati Uniti e il Ora e data siti web. Hanno tonnellate di dettagli cruenti su questa roba.

E, infine, devo aggiungere un altro pizzico di genialità, perché amo l'astronomia e la matematica e parole. Durante le prime ricerche su tutto questo, ho imparato una nuova parola! È nychthemeron , che è il ciclo completo del giorno e della notte. Io e te, in generale, lo chiameremmo un 'giorno'. Questo sarebbe un grande nome da supereroe, anche se mi sfugge quale sarebbe il loro potere. Probabilmente procrastinazione.

Hmmmm, c'è qualcos'altro da dire qui? Vediamo... (contando sulle dita)... anni, giorni, secondi, sì, li ho presi. (borbottando) Nychthemeron, sì, gregoriano, tropicale, precessione, anomalistico...

Oh aspetta! So qualcosa che ho dimenticato di dire:

Buon Anno!



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