Вращение Земли, одно из движений Земли. Вращением Земли объясняется смена дня и ночи, видимое суточное движение небесных тел, а также некоторые явления, происходящие на поверхности Земли: поворот плоскости качаний груза, подвешенного на нити (см. Фуко маятник), отклонение падающих тел к востоку и другие. Вследствие вращения Земли на тела, движущиеся по её поверхности, действует Кориолиса сила; её влияние проявляется в подмывании правых берегов рек в Северном полушарии Земли и левых — в Южном (см. Бэра закон) и в некоторых особенностях циркуляции атмосферы. Центробежной силой, порождаемой вращением Земли, частично объясняются и различия в ускорении силы тяжести на экваторе и полюсах Земли.
Для исследования закономерностей вращения Земли вводят (см. рис.) две системы осей координат с общим началом в центре масс Земли О: одну — движущуюся вместе с Землёй (X1Y1Z1), а другую — неподвижную (XYZ). Плоскость XOY неподвижной системы совмещают с плоскостью эклиптики в начальную эпоху (некоторый момент, принятый за начальный); ось ОХ направляют в точку весеннего равноденствия этой эпохи. В качестве осей X1Y1Z1 движущейся системы удобно брать главные оси инерции Земли, хотя, в зависимости от конкретной задачи исследования, возможен и другой выбор осей. Положение системы X1Y1Z1 относительно системы XYZ принято определять тремя эйлеровыми углами: ψ, ϑ, φ.
Вращение Земли. Рис.
Основные сведения о вращение Земли доставляют наблюдения суточного движения небесных тел. Из наблюдений установлено, что по отношению к точке весеннего равноденствия Земля совершает один оборот за 1 звёздные сутки (около 23 ч 56 мин 4 сек среднего солнечного времени; см. Время). Вращение Земли происходит с запада на восток, то есть против часовой стрелки, если смотреть с Северного полюса Земли. Ось вращения Земли не сохраняет неизменным своего направления в пространстве. Она перемещается так, что средний наклон (ϑ) экватора к эклиптике начальной эпохи почти постоянен (в 1900 году он был равен 23° 27′8, 26″ и в течение 20 века увеличится менее чем на 0,1″). Линия же пересечения экватора Земли и эклиптики начальной эпохи (линия узлов) медленно движется по эклиптике с востока на запад, перемещаясь на 1° 13′ 57,08″ в столетие, вследствие чего угол ψ изменяется на 360° за 25 700 лет. Таким образом, ось ОР описывает коническую поверхность вокруг перпендикуляра к плоскости эклиптики (см. Прецессия). Кроме этого, ось ОР совершает в пространстве ряд колебаний с периодами от нескольких суток до 18,6 года (см. Нутация). Относительно оси вращения Земли само тело Земли совершает небольшие колебания (см. Движение полюсов Земли). Мгновенная ось вращения ОР всегда почти совпадает с наименьшей осью эллипсоида инерции Земли OZ1: угол между этими осями по наблюдениям, выполненным с конца 19 века, не превосходит 0,4″.
До начала 20 века считалось, что Земля вращается равномерно, и период её вращения использовался как естественная единица времени. Промежуток времени между двумя последовательными совпадениями оси OX1 с линией узлов Оγ, в течение которого угол φ возрастает на 360°, был назван звёздными сутками. Вследствие вращения самой линии Оγ звёздные сутки на 0,0084 секунд короче периода вращения Земли. Однако из точного анализа позиционных наблюдений Солнца, Луны и планет выяснилось, что вращение Земли происходит неравномерно и продолжительность звёздных суток меняется. Приливное трение (см. Приливы и отливы.) замедляет вращение Земли, вследствие чего продолжительность суток постепенно возрастает: за последние 2,5 тыс. лет она увеличивалась в среднем на 0,0024 секунд в столетие. Происходят также периодические колебания скорости вращения Земли: годовые и полугодовые, связанные с сезонными метеорологическими явлениями; месячные и полумесячные, возникающие из-за приливных деформаций Земли под влиянием притяжения Луны. Вследствие годовых изменений скорости вращения Земли продолжительность суток в январе приблизительно на 0,001 секунды больше, чем в июле. Обнаружены также «скачкообразные» изменения скорости вращения Земли, когда продолжительность суток за 1—3 года уменьшается или возрастает на несколько тысячных долей секунды. Наиболее значительные из них произошли в 1864, 1876, 1898 и 1920 годах. Их причина окончательно не установлена.
Притяжение Солнца и Луны на экваториальный избыток масс Земли (результат сплюснутости Земли) создаёт момент внешних сил, влияющий на вращение Земли. Его влиянием И. Ньютон впервые объяснил явление прецессии, а Ж. Л. Д’Аламбер дал его строгую теорию. Л. Эйлер показал, что ось вращения Земли должна в общем случае перемещаться и относительно самой Земли с периодом 305 суток. Теория вращения Земли, развитая упомянутыми учёными, была основана на допущении, что Земля — абсолютно твёрдое тело; однако от этого допущения пришлось отказаться после того, как в конце 19 века обнаружились некоторые расхождения теоретических выводов с наблюдениями. Позже в теории вращения Земли были рассмотрены другие модели Земли: идеально упругий сфероид и сфероидальная оболочка с жидким ядром при различных предположениях о зависимости плотности и упругих свойств веществ от глубины. Теория вращения Земли, в которой наиболее полно использованы современные данные о внутреннем строении Земли, развита советским геофизиком М. С. Молоденским.
Молоденский М. С., Крамер М. В., Земные приливы и нутация Земли (djvu). [Сб. ст.], М., 1961; Вулард Э., Теория вращения Земли вокруг центра масс, пер. с англ., М., 1963; Манк У., Макдональд Г., Вращение Земли (djvu), пер. с англ., М., 1964; Загребин Д. В., Введение в астрометрию, М. — Л., 1966.
