🌍 Tvar a pohyby Země

Od koule k geoidu

O čem to je

Na glóbu je Země dokonalá koule. Jenže když GPS v mobilu určuje polohu na metry přesně, „koule“ už nestačí – chyba by byla v kilometrech. Proto geografové používají přesnější modely tvaru Země.

Zároveň se Země pořád pohybuje – otáčí se a obíhá Slunce. Z těchto pohybů plyne den a noc, roční období i časová pásma.

Nové pojmy

ModelZjednodušená náhrada skutečnosti, se kterou se dá dobře počítat.Glóbus je model Země.
Poloměr (R)Vzdálenost ze středu koule na její povrch.Průměrný poloměr Země je asi 6 371 km.
Rotační elipsoidTěleso, které vznikne otáčením elipsy (zploštělého kruhu) kolem její kratší osy. Vypadá jako koule mírně „zmáčknutá“ shora a zdola.Země je na pólech zploštělá – poloměr k pólu je asi o 21 km kratší než k rovníku.
GeoidPlocha, kterou by tvořila klidná hladina moří, kdybychom ji pomyslně protáhli i pod pevninami. Je mírně zvlněná, protože gravitace není všude stejná.Od geoidu se měří nadmořská výška.

Krok 1: Tři modely

ModelPopisPoužití
kouleR ≈ 6 371 kmmalá měřítka, glóbus
rotační elipsoidzploštělý na pólech (asi o 21 km)mapování, GPS (elipsoid WGS 84)
geoidplocha střední hladiny mořívýšky (nadmořská výška)

Geoid je skutečný fyzikální tvar, ale je nepravidelný a špatně se s ním počítá. Elipsoid je jeho matematická náhrada. Systém WGS 84, který používá GPS, je právě takový elipsoid.

Krok 2: Proč je Země zploštělá

Odstředivá sílaSíla, která při otáčení „odhání“ věci od osy otáčení ven.Na kolotoči tě to táhne ven z kruhu.
Země se otáčí kolem své osy.
Body na rovníku opisují největší kruh – jsou nejrychlejší.
Odstředivá síla je proto největší na rovníku.
Hmota se na rovníku mírně „vyboulila“ a na pólech zploštila.

Krok 3: Země se pohybuje

Rotace a revoluceRotace = otáčení Země kolem vlastní osy (asi za den). Revoluce = oběh Země kolem Slunce (za rok).Rotace dává den a noc, revoluce spolu se sklonem osy roční období.
  • Rotace: střídání dne a noci, časová pásma, zploštění, Coriolisova síla (stáčí větry a proudy – na severní polokouli doprava, na jižní doleva).
  • Revoluce: osa je skloněná asi o 23,5° od kolmice k rovině oběhu, proto vznikají roční období, polární den a noc (za polárními kruhy, 66,5°) a mění se délka dne.
  • Země je Slunci nejblíž začátkem ledna (perihélium) – roční období tedy vzdálenost nezpůsobuje.

Řešené příklady

Rovníkový poloměr je asi 6 378 km, polární asi 6 357 km. O kolik je Země zploštělá?
6 378 − 6 357 = 21 km. To je jen asi 0,3 % – na glóbu okem nepoznáš.
Nadmořská výška Sněžky je 1 603 m. Od jaké plochy se měří?
Od geoidu – od pomyslné střední hladiny moře (v ČR se vztahuje k hladině Baltského moře).
✗Geoid a elipsoid jsou totéž, jen jiný název.
✓Geoid je skutečná nepravidelná plocha hladiny moří, elipsoid je pravidelné matematické těleso, které ho co nejlépe nahrazuje.

Rozdíl mezi nimi je až kolem 100 m. Proto GPS výšku nad elipsoidem přepočítává na nadmořskou výšku nad geoidem.

Geoid = skutečný fyzikální tvar (hladina moří), elipsoid = matematická náhrada (GPS, WGS 84), koule = nejjednodušší model (R ≈ 6 371 km). Země je zploštělá rotací.

Dva pohyby

O čem to je

Proč je v Praze v prosinci tma už ve čtyři, a v červnu světlo do deseti? Proč je v New Yorku jiný čas než u nás? A proč za polárním kruhem slunce v létě vůbec nezapadá? Všechno má na svědomí to, jak se Země pohybuje.

Země dělá dva pohyby zároveň. Když je od sebe oddělíš, každý jev snadno přiřadíš ke správnému z nich.

Nové pojmy

Zemská osaPomyslná přímka, kolem které se Země otáčí. Prochází severním a jižním pólem.Jako špejle, na které se točí kulička.
RotaceOtáčení Země kolem vlastní osy. Jedna otočka trvá asi den.Jako když se točíš na místě.
Revoluce (oběh)Pohyb Země kolem Slunce. Jeden oběh trvá rok (asi 365,25 dne).Jako když obcházíš stůl, na kterém stojí lampa.
EkliptikaRovina, ve které Země obíhá Slunce. Ze Země ji vidíme jako zdánlivou dráhu Slunce po obloze během roku.Představ si stůl – Země i Slunce leží „na desce stolu“.
Coriolisova sílaZdánlivá síla, která kvůli rotaci Země stáčí pohybující se vzduch a vodu – na severní polokouli doprava, na jižní doleva.Proto se větry v tlakových nížích točí.

Připomenutí tvaru: Země není přesná koule. Rotací se na rovníku mírně vyboulila – je zploštělá asi o 21 km. Přesný tvar hladiny moří se jmenuje geoid, jeho matematická náhrada rotační elipsoid (GPS používá elipsoid WGS 84).

Krok 1: Sklon osy

Osa není kolmá k ekliptice. Je od kolmice skloněná asi o 23,5° a během oběhu míří pořád stejným směrem (k Polárce). Podívej se, jak velký je to úhel.

Ze sklonu plynou důležité rovnoběžky: obratníky (23,5° s. š. a j. š.) – nejdál od rovníku, kde je Slunce v poledne kolmo nad hlavou, a polární kruhy (66,5°) – odkud k pólu nastává polární den a noc.

Krok 2: Co způsobí který pohyb

Roztřiď jevy. Pomůcka: trvá ten jev den (rotace), nebo se mění během roku (revoluce)?

Krok 3: Jak vznikají roční období

Osa je skloněná a míří stále stejně.
V červnu je ke Slunci přikloněná severní polokoule.
Paprsky na ni dopadají strměji a den je delší – víc energie = léto.
V prosinci je přikloněná jižní polokoule – u nás je zima, v Austrálii léto.
Mezi tím jsou rovnodennosti (asi 21. 3. a 23. 9.) – den i noc trvají všude asi 12 h.

Krok 4: Přísluní a odsluní

Dráha Země je mírná elipsa. Perihélium (přísluní, nejblíž Slunci) je začátkem ledna, afélium (odsluní, nejdál) začátkem července. Rozdíl vzdálenosti je malý (asi 3 %), roční období neurčuje.

Řešené příklady

Proč je v lednu na severní polokouli zima, když je Země Slunci nejblíž?
Roční období nezpůsobuje vzdálenost, ale sklon osy. V lednu je severní polokoule od Slunce odkloněná: paprsky dopadají šikmo a den je krátký.
Siderický den (otočka vůči hvězdám) trvá asi 23 h 56 min. Proč je sluneční den 24 h?
Během jedné otočky Země zároveň kus oběhne kolem Slunce. Aby bylo Slunce znovu v poledne nejvýš, musí se otočit ještě asi o 1° navíc – to trvá asi 4 minuty.
✗V létě je tepleji, protože je Země blíž ke Slunci.
✓Léto je na polokouli, která je přikloněná ke Slunci – kvůli sklonu zemské osy.

Kdyby rozhodovala vzdálenost, bylo by léto na obou polokoulích zároveň. Ve skutečnosti je v lednu u nás zima a v Austrálii léto.

Rotace (den): den a noc, časová pásma, Coriolisova síla (sever doprava, jih doleva), zploštění. Revoluce (rok) spolu se sklonem osy 23,5°: roční období, polární den a noc, délka dne.
🗺️Kartografická zobrazení