Και όμως η Γη ...κινείται - Του Κωνσταντίνου Δ. Καρπούζα, Καθηγητού Φυσικής-Χημείας

Στις 22 Ιουνίου του 1633, αναγκάζεται από την Αγία Έδρα της Ρωμαιοκαθολικής Εκκλησίας να αποκηρύξει ενώπιον της Ιεράς Εξέτασης της θεωρία του. Παρά το ότι ο Γαλιλαίος αποκήρυξε δημόσια τις πεποιθήσεις του, εξακολουθούσε να πιστεύει στην ηλιοκεντρική θεωρία του χωρίς ποτέ να αλλάξει γνώμη. Κατά την παράδοση, ο Γαλιλαίος τελειώνοντας την απολογία του, καθώς εξερχόταν της αίθουσας πρόσθεσε, «Και όμως κινείται», κάτι που όμως μάλλον δεν ειπώθηκε ποτέ, αφού μια τέτοια ...αιρετική δήλωση θα επέφερε τη θανατική του καταδίκη στην πυρά.

Η Καθολική Εκκλησία αναγνώρισε το σφάλμα της σχετικά με τον Γαλιλαίο, τρεισήμισι αιώνες αργότερα, όταν ο Πάπας Ιωάννης Παύλος ο Β’ ζήτησε συγγνώμη για την αδικία που υπέστη ο σπουδαίος αυτός επιστήμονας.

Το κλίμα πάνω στη Γη καθορίζεται από την ηλιακή ακτινοβολία που προσπίπτει σε αυτή. Η ημέρα και η νύχτα, οι εποχές του έτους και ο υπολογισμός του χρόνου καθορίζονται από τις κινήσεις που κάνει η Γη στον ουράνιο χώρο. Η παλίρροια ( η άμπωτη και η πλημμυρίδα ), όπως είδαμε σε άλλη δημοσίευση εξηγούνται από τις ελκτικές δυνάμεις που ασκούνται από τον Ήλιο και τη Σελήνη.

Ας δούμε λοιπόν τι συμβαίνει με τις κινήσεις που κάνει η Γη μας.

Η Γη μας γνωρίζουμε ότι κάνει δυο κινήσεις. Μία ημερήσια γύρω από τον άξονα της, την περιστροφή, και μια ετήσια γύρω από τον Ήλιο, την περιφορά.

Περιστροφή της Γης.

Από τον Κοπέρνικο (1473-1543) γνωρίζουμε ότι η Γη κινείται γύρω από τον Ήλιο. Ο άξονας γύρω από τον οποίο περιστρέφεται η Γη λέγεται άξονας περιστροφής. Η περιστροφή γίνεται από δυτικά προς τα ανατολικά, αλλά δεν μπορούμε να την αντιληφθούμε, γιατί και όλα τα αντικείμενα που βρίσκονται γύρω μας συμμετέχουν σ' αυτή την κίνηση.

Η ταχύτητα περιστροφής ενός σημείου της επιφάνειας της Γης εξαρτάται από το γεωγραφικό του πλάτος. Έτσι στον ισημερινό η ταχύτητα περιστροφής είναι 465 m/sec, σε γεωγραφικό πλάτος 50° είναι 312 m/sec, και στους πόλους Ο m/sec, δηλαδή δεν υπάρχει περιστροφή.

Για μια πλήρη περιστροφή γύρω από τον άξονα της, η Γη χρειάζεται 23 ώρες, 56 πρώτα λεπτά και 4 δευτερόλεπτα. Αυτή είναι η χρονική διάρκεια που απαιτείται για δύο διαδοχικές μεσουρανήσεις του ίδιου άστρου στον ουρανό, και γι' αυτό το λόγο ο χρόνος αυτός λέγεται και αστρική ημέρα. Στην καθημερινή ζωή ο άνθρωπος όμως χρησιμοποιεί την ηλιακή ημέρα, της οποίας η διάρκεια είναι 3 πρώτα λεπτά και 56 δευτερόλεπτα μεγαλύτερη από την αστρική. Αληθή ηλιακή ημέρα ονομάζουμε το χρόνο που χρειάζεται το κέντρο του δίσκου του Ήλιου, για να κάνει δύο διαδοχικές μεσουρανήσεις (12 το μεσημέρι). Η χρονική διαφορά ανάμεσα στην αστρική και την ηλιακή ημέρα οφείλεται στο ότι η Γη, ταυτόχρονα με την ημερήσια κίνηση της, κινείται συνέχεια κατά 1° και πάνω στην εκλειπτική της, με αποτέλεσμα να μετατοπίζονται χρονικά οι μεσουρανήσεις του Ήλιου.

Ποια είναι τα αποτελέσματα της περιστροφής της Γης;

Στην περιστροφή της Γης οφείλονται:

α) H εναλλαγή ανάμεσα στην ημέρα και τη νύχτα κατά το 24ωρο. Κατά τη διάρκεια όμως του έτους η χρονική διάρκεια της ημέρας και της νύχτας που παρατηρείται στους τόπους της ζώνης μεταξύ του ισημερινού και του πολικού κύκλου, οφείλεται στην ετήσια περιφορά της Γης γύρω από τον Ήλιο.

β) Στον ισημερινό ο πλανήτης μας έχει μεγαλύτερη γωνιακή ταχύτητα παρά σε μεγαλύτερα γεωγραφικά πλάτη, και γι αυτό είναι διογκωμένος σε αυτόν και έχει πλάτυνση στους πόλους.

γ) Η απόκλιση που παρατηρείται στα θαλάσσια ρεύματα αλλά και στους ανέμους. Πρόκειται για τη γνωστή δύναμη Coriolis. Στο Β. ημισφαίριο οι άνεμοι αποκλίνουν προς τα δεξιά και στο Ν. ημισφαίριο προς τα αριστερά, εξαιτίας της περιστροφής . Αν η Γη ήταν ακίνητη δεν θα είχαμε απόκλιση.

δ) Οι παλίρροιες, σε συνδυασμό με την ελκτική δύναμη που ασκεί η Σελήνη στη Γη και η ελκτική δύναμη που ασκεί και ο Ήλιος.

Αποδείξεις για την περιστροφή της Γης.

α) Όλα τα σώματα που πέφτουν προς τη Γη από μεγάλο ύψος δεν πέφτουν κατακόρυφα ακριβώς από κάτω, αλλά λίγο ανατολικότερα. Γιατί συμβαίνει αυτό; Το σημείο από το οποίο ρίξαμε το σώμα έχει μεγαλύτερη ταχύτητα περιστροφής από το κατώτερο σημείο πάνω στην επιφάνεια και για αυτό το σώμα πέφτει ανατολικότερα, αφού η Γη περιστρέφεται από τα δυτικά προς τα ανατολικά.

β) Από τη Φυσική γνωρίζουμε ότι, ο Φουκώ απέδειξε με το εκκρεμές την περιστροφή της Γης. Οι αιωρήσεις του εκκρεμούς, εάν δεν υπάρχουν εξωτερικές δυνάμεις, γίνονται πάντοτε στο ίδιο επίπεδο. Αυτός λοιπόν κρέμασε ένα εκκρεμές στο θόλο του Πάνθεου του Παρισιού και παρατήρησε τις αιωρήσεις του. Είδε λοιπόν ότι το επίπεδο των αιωρήσεων του εκκρεμούς φαινόταν να στρέφεται από ανατολικά της τα δυτικά. Αφού, το επίπεδο αιωρήσεων παραμένει αμετάβλητο, ο Φουκώ έβγαλε το συμπέρασμα ότι η Γη περιστρέφεται γύρω από τον άξονα της από τα δυτικά προς τα ανατολικά.

Περιφορά της Γης γύρω από τον Ήλιο.

Εκτός από την ημερήσια περιστροφή γύρω από τον άξονα της, από δυτικά της τα ανατολικά, η Γη κάνει και μία ετήσια περιφορά γύρω από τον Ήλιο. Εδώ ισχύουν ο πρώτος και ο δεύτερος νόμος του Κέπλερ. Η Γη λοιπόν κινείται σε ελλειπτική τροχιά γύρω από τον Ήλιο και όχι σε κυκλική όπως λέμε συχνά, ενώ ο Ήλιος βρίσκεται σε μια από της εστίες της έλλειψης. Με τους παραπάνω νόμους εξηγείται γιατί οι αστρονομικές εποχές δεν έχουν την ίδια διάρκεια.

Αποτελέσματα της περιφοράς της Γης.

α) Η διαφορετική διάρκεια της ημέρας και της νύχτας οφείλεται στην ετήσια περιφορά της Γης γύρω από τον Ήλιο.

β) Η περιφορά της Γης καθορίζει τις διάφορες εποχές του έτους. Στα δικά μας γεωγραφικά πλάτη διακρίνουμε 4 εποχές, με σημαντική θερμική διαφοροποίηση η μια σε σχέση με την άλλη.

γ) Στην περιφορά της Γης οφείλεται το λεγόμενο ηλιακό κλίμα και η διαίρεση της Γης σε ηλιακές κλιματικές ζώνες.

δ) Σε συνδυασμό με τις κινήσεις της Σελήνης, η περιφορά της Γης προκαλεί τις εκλείψεις Σελήνης και Ήλιου, τις φάσεις της Σελήνης και τις παλίρροιες.

Τι συμβαίνει με τον άξονα της γης;

Εάν ο άξονας της Γης ήταν κάθετος προς το επίπεδο της τροχιάς της , τότε η διάρκεια της ημέρας και της νύχτας θα ήταν πάντοτε ίση. Εάν η Γη έστρεφε, κατά την περιφορά της προς τον Ήλιο, σταθερά τον ίδιο πόλο του άξονα της, τότε το ένα ημισφαίριο θα είχε συνέχεια ημέρα και το άλλο συνέχεια νύχτα. Όπως όμως αναφέραμε και σε προηγούμενη δημοσίευση κάτι τέτοιο δεν συμβαίνει. Ο άξονας περιστροφής της Γης σχηματίζει γωνία με το επίπεδο της εκλειπτικής και έτσι δεν έχουμε σταθερή διάρκεια ημέρας.

Γύρω στις 21 Μαρτίου για το βόρειο ημισφαίριο αρχίζει η άνοιξη, ενώ στο νότιο το φθινόπωρο. Στις 21 Ιουνίου αρχίζει το καλοκαίρι και στο νότιο ο χειμώνας . Στις 22 Σεπτεμβρίου αρχίζει το φθινόπωρο και αντίστοιχα η άνοιξη και στις 21 Δεκεμβρίου αρχίζουν ο χειμώνας και το καλοκαίρι αντίστοιχα.

Η περιφορά της Γης γύρω από τον Ήλιο προκαλεί τη διαίρεση της Γης σε κλιματικές ζώνες. Το ηλιακό κλίμα, σε μεμονωμένα τμήματα της επιφάνειας , επηρεάζεται από τους τοπικούς κλιματικούς παράγοντες. Όμως το κλίμα μεταβάλλεται με την αύξηση του γεωγραφικού πλάτους και χαρακτηρίζεται από την ποσότητα της δεσμευόμενης θερμότητας. Η δεσμευόμενη θερμότητα στην επιφάνεια της Γης εξαρτάται: 1) από τη γωνία πρόσπτωσης των ηλιακών ακτίνων και 2) από τη διάρκεια της ημέρας.

Η λόξωση της εκλειπτικής καθορίζει όχι μόνο την πορεία της θερμοκρασίας στην επιφάνεια της Γης, αλλά και την εναλλαγή των υγρών και ξηρών περιόδων του έτους.

Άλλες κινήσεις της Γης.

Εκτός από τις δύο αυτές γνωστές κινήσεις η Γη κάνει συγχρόνως και δυο άλλες κινήσεις που οφείλονται σε πολύπλοκη βαρυτική αλληλεπίδραση του συστήματος Ήλιος- Γη -Σελήνη. Έτσι εκτελεί μια γυροσκοπική κίνηση, δηλαδή μια κίνηση σβούρας, που χρειάζεται 25.795 έτη για να συμπληρωθεί. Η κίνηση αυτή ονομάζεται μετάπτωση του άξονα της Γης και την ανακάλυψε ο Ίππαρχος (2ος π.χ. αιώνας). Η μετάπτωση προκαλεί την αργή, αλλά σταθερή μετακίνηση του βόρειου πόλου του ουρανού, με αποτέλεσμα, μέσα στις χιλιετίες, να παίζουν τον ρόλο του πολικού αστέρα διαφορετικά αστέρια. Έτσι, ενώ σήμερα, και μέχρι το 3000 μ.Χ. περίπου, τον ρόλο του πολικού αστέρα παίζει το α της Μικρής Άρκτου, παλιά ήταν το α του Δράκοντα και αργότερα θα είναι το αστέρι α του Κηφέα.

Κλόνηση της Γης καλείται μία αργή λίκνιση (αριστερά και δεξιά κατά 3 περίπου χιλιοστά της μοίρας) του άξονα περιστροφής της σε σχέση με την αρχική του θέση. Η κλόνηση είναι περιοδική κίνηση με μέγεθος 18.6 έτη και ανακαλύφθηκε από τον Άγγλο αστρονόμο Bradley το 1728. Αποτέλεσμα της κλόνησης αποτελεί η περιοδική αυξομείωση της λόξωσης της εκλειπτικής κατά περίπου 10 δευτερόλεπτα.

Οι παραπάνω κινήσεις του άξονα της Γης ευθύνονται για τις μεταθέσεις των πόλων της Γης, οι οποίες είχαν σημασία για τις μετακινήσεις των ηπείρων και θαλασσών κατά τη διάρκεια της ιστορίας της. Επίσης, οι μεταθέσεις των πόλων είχαν ως αποτέλεσμα την αλλαγή της θέσης του ισημερινού και, κατά συνέπεια, τη μεταβολή του κλίματος που παρατηρήθηκε στο παρελθόν στα διάφορα τμήματα της επιφάνειας της Γης. Η εμφάνιση των παγετωδών περιόδων, στο γεωλογικό παρελθόν, συνδέεται εν μέρει με τις μεταθέσεις των πόλων.

Ο Ήλιος μας, το ηλιακό σύστημα και κατ' επέκταση και η Γη περιφέρονται γύρω από τον Γαλαξία μας ( που και αυτός κινείται) με ταχύτητα περίπου 220 km/ sec , ολοκληρώνοντας μία περιφορά σε περίπου 230 εκατομμύρια έτη. Η συγκεκριμένη κίνηση δεν είναι γραμμική αλλά ελικοειδής. Δηλαδή, το ηλιακό μας σύστημα κινείται πάνω κάτω στο γαλαξιακό επίπεδο και μέσα έξω από αυτό.

Ίσως στο μέλλον αποδειχτεί ότι η Γη εκτελεί και άλλες κινήσεις. Ας μείνουμε όμως στην τεράστια συνεισφορά του Γαλιλαίου που μέχρι το τέλος της ζωή του και παρά την αποκήρυξη των ιδεών του, φαινομενικά για να μείνει στη ζωή, συνέχισε να ερευνά με τα μέσα της εποχής του τα μεγαλεία του Σύμπαντος.

ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΟΣ Δ. ΚΑΡΠΟΥΖΑΣ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ ΦΥΣΙΚΗΣ – ΧΗΜΕΙΑΣ