BEWEGUNGEN DES MONDES UND DER ERDE: ROTATION UND TRANSLATION - WISSENSCHAFT - 2025

Die Bewegungen der Erde und des Mondes haben ihren Ursprung einerseits in der Anziehungskraft des einen auf der anderen Seite und andererseits in der Anziehungskraft, die die Sonne wiederum auf alle Körper des Sonnensystems ausübt.

Sowohl die Erde als auch der Mond haben Rotationsbewegungen um ihre eigene Achse und der Translation, wobei diese die wichtigsten sind. Sie erfahren aber auch andere sekundäre Bewegungen von Gleichgewichten und Schwingungen, da sie keine Punktobjekte sind, sondern nennenswerte Dimensionen haben und auch nicht perfekt kugelförmig sind.

Abbildung 1. Orbitalebenen der Erde und des Mondes mit den Neigungen der jeweiligen Achsen und dem Abstand zwischen den Zentren und dem Schwerpunkt. Quelle: Wikimedia Commons. Erdbild von der NASA; Arrangement von Brews_ohare

Erde und Mond werden als isoliertes System von Objekten messbarer Größe betrachtet, die sich um ihren Massenschwerpunkt drehen und sich auf der Linie befinden, die die jeweiligen Zentren verbindet.

Dieser Punkt ist näher an der Erde als am Mond und hat die erste größere Masse. Es liegt ungefähr 4641 km vom Erdmittelpunkt entfernt und wird als Schwerpunkt bezeichnet.

Rechtsvorschriften

Die Bewegungen des Mondes unterliegen den Gesetzen von Cassini, die 1693 von Giovanni Cassini (1625-1712) ausgesprochen wurden:

-Der Mond hat eine synchrone Rotation mit der Erde, da er dieselbe Rotations- und Translationsperiode hat. Auf diese Weise zeigt er terrestrischen Beobachtern immer das gleiche Gesicht.

-Die Neigung der Mondäquatorebene und der Ekliptik ist konstant.

- Die Mondrotationsachse, die Normale zur Ekliptik - die Umlaufbahn der Erde - und die Normale zur Umlaufbahn des Mondes sind koplanar.

Rotation und Translation des Mondes

Der Mond macht in ungefähr 27,32 Tagen eine Rotationsbewegung um seine eigene Achse. Diese Rotationsperiode wird als Sternmonat bezeichnet. Nach Cassinis erstem Gesetz ist dies auch die Zeit, die der Mond benötigt, um die Erde zu umkreisen.

Abbildung 2. Animation, die die Bewegung des Erde-Mond-Systems um den Schwerpunkt zeigt. Quelle: Wikimedia Commons

Die synchrone Rotation ist dafür verantwortlich, dass Erdbeobachter immer dieselbe Seite des Mondes sehen.

Der synodische Monat ist seinerseits die Zeit, die zwischen zwei identischen und aufeinanderfolgenden Mondphasen vergeht.

Der synodische Monat dauert 29,53 Tage und das liegt daran, dass die Erde nicht still ist, während der Mond sie umkreist. Damit die relativen Positionen Erde-Sonne-Mond wieder gleich sind, muss die Erde in ihrer Translationsbewegung um die Sonne um 27 ° vorrücken.

Der Mond bewegt sich auch um die Erde und folgt einer elliptischen Umlaufbahn mit einer sehr kleinen Exzentrizität. Die Exzentrizität einer Ellipse ist ein Maß für ihre Abflachung. Dieser kleine Wert bedeutet, dass die Flugbahn des Mondes fast kreisförmig ist und sich mit einer Geschwindigkeit von 1 km / s bewegt.

Die Umlaufbahnen von Erde und Mond schneiden sich an Punkten, die als Knoten bezeichnet werden und Finsternisse ermöglichen, da die scheinbaren Größen von Sonne und Mond von der Erde aus gesehen sehr ähnlich sind.

Andere Bewegungen des Mondes

Aufgrund der elliptischen Umlaufbahn, der der Mond um die Erde folgt und deren Rotationsachse gegenüber der Senkrechten der Orbitalebene um 6,60 ° geneigt ist (siehe Abbildung 1), gibt es Bewegungen, die als Librationen bezeichnet werden. Dank ihnen können wir einen kleinen Prozentsatz der anderen Seite des Mondes sehen, ungefähr 9%.

Die bemerkenswertesten Schwebeflüge sind in Längen- und Breitengraden. Die Librationen in der Länge sind auf die Tatsache zurückzuführen, dass als elliptische Umlaufbahn die Translationsgeschwindigkeit am Perigäum - näher an der Erde - größer ist als am Apogäum - weiter von der Erde entfernt.

Auf diese Weise wird ein kleiner Teil der Oberfläche in der Nähe des Randmeridians sichtbar, der sich östlich des Meridians befindet, wenn sich der Mond zwischen Perigäum und Apogäum befindet.

Ebenso wird der Teil der Oberfläche, der sich etwas westlich befindet, sichtbar, wenn sich der Mond zwischen Apogäum und Perigäum befindet.

Andererseits entsteht die Libration im Breitengrad aufgrund der Neigung der Rotationsachse. So können je nach Moment einige Teile des Mondes, die etwas nördlich oder südlich liegen, von der Erde aus gesehen werden. Der Zeitraum dieses Schwebens beträgt einen drakonischen Monat und dauert ungefähr 27 Tage und 5 Stunden.

Die folgende Animation zeigt simulierte Ansichten des Mondes für einen Monat:

Rotation der Erde

Die Erde führt eine Rotation um die Erdachse in West-Ost-Richtung aus, deren Zeitraum 1 Tag oder genauer 23 Stunden, 56 Minuten und 3,5 Sekunden beträgt.

Die Rotationsgeschwindigkeit der Erde beträgt am Äquator 1600 km / h und nimmt ab, bis sie genau an den Polen verschwindet, an denen die Rotationsachse verläuft, die um 23,44 ° gegenüber der Umlaufbahn der Erde geneigt ist die Ekliptik (siehe Abbildung 1).

Diese Bewegung ist verantwortlich für das Erscheinen von Tag und Nacht, die das Leben der Menschen bestimmen. Etwa 12 Stunden lang (je nach Breitengrad und Jahreszeit unterschiedlich) erhält eine Erdhalbkugel Sonnenlicht und hat eine höhere Temperatur, während die andere im Dunkeln liegt und die Temperatur sinkt.

Die Erdrotation ist auf die Art und Weise zurückzuführen, wie sich die Erde gebildet hat. Die Materiewolke, aus der das Sonnensystem entstand, musste sich drehen, um die Materie zu verdichten. Der Rotation ist jedoch ein Drehimpuls zugeordnet, der ohne äußere Drehmomente erhalten bleibt.

Die Sonne, die Planeten und andere Mitglieder des Sonnensystems, die als isoliertes System betrachtet werden, haben diesen Drehimpuls, der unter ihren Mitgliedern verteilt ist.

Deshalb hat jeder Planet seine eigene Rotationsbewegung von West nach Ost, mit Ausnahme von Venus und Uranus, die das Gegenteil bewirken, möglicherweise aufgrund einer Kollision mit einem anderen großen Körper.

Übersetzung der Erde

Die Erde macht auch eine Rotationsbewegung um die Sonne, deren Zeitraum etwas mehr als 1 Jahr beträgt. Der Ursprung dieser Bewegung liegt in der Anziehungskraft, die die Sonne ausübt.

In dieser Bewegung beschreibt die Erde eine elliptische Umlaufbahn, immer in Übereinstimmung mit Keplers Gesetzen der Planetenbewegung. Für einen Beobachter am Nordpol erfolgt diese Bewegung gegen den Uhrzeigersinn.

Wie beim Mond ist die Exzentrizität der Ellipse, die die Erde beschreibt, ziemlich gering. Dann nähert sich die Erdumlaufbahn einem Umfang mit einem Radius von 150 x 10 ⁶ km. Dieser Wert wird in der Astronomie verwendet, um eine Entfernungseinheit zu definieren, die als Astronomische Einheit oder AU bezeichnet wird und häufig zum Ausdrücken von Entfernungen innerhalb des Sonnensystems verwendet wird.

Abbildung 3. Bewegung der Erdübersetzung um die Sonne. Quelle: Wikimedia Commons.

Die Gesamtlänge dieser Ellipse beträgt 930 Millionen Kilometer, die die Erde mit einer Geschwindigkeit von 30 km / s zurücklegt.

Die Rotationsachse der Erde ist gegenüber der Normalen zur Ekliptik um 23,44 ° geneigt. Aus diesem Grund ist eine seiner Hemisphären, wenn unser Planet seine Umlaufbahn um die Sonne bewegt, stärker den Sonnenstrahlen ausgesetzt, wodurch Sommer erzeugt wird, während in der anderen die Exposition geringer ist und der Winter entsteht.

Andere Bewegungen der Erde

Die Erde ist keine perfekte Kugel, sondern ein an den Polen abgeflachtes Ellipsoid. Die äquatoriale Ausbuchtung verursacht also eine langsame Rollbewegung auf der Erde, die als Präzession bezeichnet wird.

Bei dieser Bewegung dreht sich die Erdachse um den Pol der Ekliptik und zeichnet einen imaginären Kegel nach, wie in der folgenden Abbildung zu sehen ist:

Zahl. Präzessions- und Nutationsbewegungen der Erde. Quelle: Wikimedia Commons. https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/c3/Precession-sphere-ES.svg.

Die Erde braucht 25.767 Jahre, um diesen Kegel aufzuspüren. Der Präzession überlagert ist eine weitere Hin- und Herbewegung der Achse, die als Nutation bezeichnet wird und durch die Anziehungskraft des Mondes auf die äquatoriale Ausbuchtung verursacht wird. Sie hat einen Zeitraum von 18,6 Jahren.

Verweise

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