Pohyby Zeme

V najvzdialenejšom bode svojej dráhy, v aféliu (odslní), je Zem od Slnka vzdialená 152 098 704 km a vtedy sa pohybuje najpomalšie – rýchlosťou 29,291 km/s. V najbližšom bode svojej dráhy, v perihéliu (príslní) je od Slnka vzdialená 147 097 149 km a jej obežná rýchlosť je 30,287 km/s. Medzi perihéliom a aféliom teda Zem na svojej dráhe nepatrne spomaľuje, medzi aféliom a perihéliom sa jej rýchlosť zvyšuje. V priebehu jedného roka rýchlosť Zeme kolíše asi o 1 km/s. Zmeny rotačnej rýchlosti v priebehu roka sú naproti tomu oveľa menšie, ale na rozdiel od zmien obežnej rýchlosti nezvratné.

Zmena vzdialenosti od Slnka však nie je príčinou striedania sa ročných období. Zem prechádza perihéliom okolo 4. januára[1], dva týždne po zimnom slnovrate, kedy paradoxne na severnej pologuli vrcholí zima. Aféliom zase Zem prechádza dva týždne po letnom slnovrate,[2] kedy je na severnej pologuli leto. Oveľa väčší vplyv na teploty ako okamžitá vzdialenosť od Slnka má totiž uhol, pod ktorým slnečné lúče dopadajú. Kvôli pomalšiemu pohybu Zeme v okolí afélia (v lete) trvá leto na severnej pologuli o niečo dlhšie ako zima.

Doba obehu Zeme okolo Slnka sa stala jednou zo základných jednotiek času. Nazývame ju rok. Obeh Zeme okolo Slnka sa však môže vzťahovať na rôzne body alebo telesá, podľa čoho rozlišujeme niekoľko typov obehov, ktorých dĺžky sa od seba nepatrne líšia. Poznáme rok siderický, tropický a anomalistický. Tropický rok, ktorý je základom kalendárneho roku, má dĺžku 365 dní, 5 hodín, 48 minút a 45,4 sekúnd. Siderický rok je obeh Zeme voči hviezdam, čiže časový okamih, ktorý pri pozorovaní zo Zeme uplynie medzi dvoma najväčšími uhlovými priblíženiami Slnka k určitej hviezde, pričom predpokladáme, že poloha hviezd na nebeskej sfére je stála a nemenná. Anomalistický rok je zase doba, ktorá uplynie od prechodu Zeme aféliom (alebo perihéliom) do najbližšieho prechodu. Táto perióda nie je totožná so siderickým rokom, pretože obežná dráha Zeme sa otáča v priestore (stáčanie perihélia) a afélium a perihélium sa pomaly pohybujú v smere obehu Zeme. Stáčanie perihélia je pohyb vyplývajúci z Einsteinovej teórie relativity. Po prvýkrát bolo toto stáčanie objavené pri planéte Merkúr. Počas jedného siderického obehu Zeme sa tieto dva body posunú na svojej dráhe o 11,6 oblúkových sekúnd dopredu. Tropický rok je čas, za ktorý prejde Zem (alebo zdanlivo Slnko) na svojej dráhe dvakrát po sebe jarným bodom. Pretože aj jarný bod je v pohybe, má tropický rok inú hodnotu ako siderický a anomalistický rok.

Zemská os nie je rovnobežná s kolmicou na ekliptiku, ale odkláňa sa od nej v uhle, ktorý v súčasnosti dosahuje hodnotu približne 23,5°. Tento sklon zemskej osi spolu s obehom Zeme okolo Slnka má za následok striedanie ročných období. Pri obehu je striedavo severná a južná pologuľa v rôznych dobách privrátená k Slnku. Na privrátenej pologuli slnečné lúče prechádzajú cez podstatne tenšiu vrstvu atmosféry, ktorá ich pohlcuje. Čím hrubšiu vrstvu atmosféry musí slnečné žiarenie prekonávať, tým viac je pohlcované a menej ho dopadne na povrch. Preto sú na privrátenej pologuli, kde slnečné žiarenie prechádza cez tenšiu vrstvu, vyššie teploty ako na odvrátenej. Na privrátenej pologuli je práve leto a na odvrátenej zima. Keď sú obidve pologule obrátené k Slnku približne rovnomerne, nastáva jedno z prechodných období medzi letom a zimou a to buď jar alebo jeseň.

Odklon zemskej osi od kolmice na ekliptiku spôsobuje tiež vznik polárnych dní a nocí.

Pod vplyvom slapových síl Mesiaca sa rotácia Zeme pomaly spomaľuje. Dĺžka dňa na Zemi sa zväčšuje asi o tisícinu sekundy za 100 rokov. V čase svojho vzniku teda Zem rotovala omnoho rýchlejšie a súčasná 24-hodinová perióda sa dosiahla miliardami rokov slapového spomaľovania Mesiacom. Podobne Zem pôsobila aj na rotáciu Mesiaca, ktorá sa časom zmenila na viazanú. Teoreticky sa bude rotácia Zeme spomaľovať až do okamihu, kedy sa zmení na viazanú rotáciu voči Mesiacu. Takúto vzájomnú viazanú rotáciu dvoch telies nazývame stacionárna rotácia. V skutočnosti však k tomuto okamihu nestihne dôjsť, pretože slnečná sústava medzičasom zanikne.