סיבוב כדור הארץ

ממוזער|צילום בחשיפה ארוכה של שמי הלילה הצפוניים מעל הרי ההימלאיה הנפאליים מציג את הנתיבים הנראים של הכוכבים בזמן סיבוב כדור הארץ.
סיבוב כדור הארץ הוא מושג המתייחס לסיבוב של כדור הארץ מסביב לצירו, ולשינויים בכיוון הציר ביחס למרחב. כדור הארץ מסתובב מזרחה, ובמבט מכוכב הצפון, הוא מסתובב נגד כיוון השעון.

הקוטב הצפוני הגאוגרפי הוא הנקודה בחצי כדור הארץ הצפוני, שבה ציר הסיבוב של כדור הארץ ניצב לפני השטח שלו. נקודה זו נבדלת מהקוטב הצפוני המגנטי. באופן דומה, הקוטב הדרומי הוא הנקודה השנייה שבה ציר הסיבוב של כדור הארץ ניצב לפני השטח שלו, והוא נמצא באנטארקטיקה.

ביחס לכוכבים רחוקים כדור הארץ משלים סיבוב אחד כל 23 שעות, 56 דקות ו-4 שניות (בערך). סיבוב זה בשילוב עם סיבוב כדור הארץ סביב השמש גורם לכך שמנקודת מבט של אדם העומד על כדור הארץ, השמש סובבת את כדור הארץ ומשלימה סיבוב אחד ב-24 שעות בערך. מחזור סיבוב זה נקרא יממה שמשית.

מהירות הסיבוב של כדור הארץ קטנה עם הזמן, ובהתאם היממה הייתה קצרה יותר בעבר והיא צפויה להתארך בעתיד. ההאטה נובעת מהשפעות הגאות והשפל של הירח על סיבוב כדור הארץ. שעונים אטומיים מראים שהיממה המודרנית ארוכה יותר בכ-1.7 מילישניות מאורך היממה לפני מאה שנים. בהתאם לכך, מבוצעות התאמות במדד UTC באמצעות שימוש בשניות מעוברות. לפי רישומים אסטרונומיים היסטוריים, מאז המאה ה-8 לפני הספירה אורכה של היממה גדל בכ-2.3 מילישניות בכל מאה. מדענים דיווחו כי בשנת 2020 כדור הארץ התחיל להסתובב מהר יותר, לאחר האטה עקבית בעשורים שלפני כן.

 היסטוריה 

בתקופת יוון העתיקה, חלק מהאסכולות הפיתגוראיות האמינו בסיבוב כדור הארץ ולא בסיבוב של השמים בשעות היום. דומה כי הראשון מביניהם היא פילולאוס (385–470 לפנה"ס), אך גישתו הייתה סבוכה וכללה סיבוב יומי המנוגד לתנועת כדור הארץ, סביב "אש מרכזית".

תמונה קונבנציונלית יותר הוצעה על ידי היקטס, הרקלידס ואקפנטוס במאה ה-4 לפנה"ס. הם הניחו כי כדור הארץ מסתובב אבל לא טענו כי הוא מסתובב מסביב לשמש. במאה ה-3 לפנה"ס, אריסטרכוס מסאמוס דן במקומה המרכזי של השמש.

אולם, במאה ה-4 לפנה"ס ביקר אריסטו את רעיונותיו של פילולאוס, בהיותם מבוססים על תאוריה ולא על תצפית. אריסטו מיסד את הרעיון שלפיו קיימת ספירה של כוכבי שבת המסתובבים סביב כדור הארץ. 

המודל של תלמי
שמאל|ממוזער|250px|המודל הגאוצנטרי של תלמי
רעיון זה היה מקובל על דעת רוב המשכילים בדורות הבאים, בפרט על ידי תלמי שהיה אסטרונום מהולל ממוצא יווני בן המאה ה-2 לספירה ממצרים העתיקה. דעתו בנושא זה התבססה על כך שכוכבים חייבים להסתובב סביב כוכבים אחרים במעגלים מושלמים. נוסף על כך, הוסיף תלמי לפי חכמי יוון העתיקה שהארץ היא מרכז היקום. ההנחה באותה התקופה הייתה שאלגנטיות בשרטוטים ובדרכי הוכחה מתמטיות היא זאת המובילה אל האמת (מה שלא תמיד נכון, למשל במקרה הזה). באותה התקופה היו ידועים רק 5 כוכבי לכת והם: חמה, נוגה, מאדים, שבתאי וצדק לצד השמש, הירח והכוכבים שבשמיים), שבאותה התקופה נחשבו כ"פשוט" מקיפים את כדור הארץ במעגלים עגולים ולא תו יותר. שיטה זאת הייתה מאוד בעייתית, מפני שלא תאמה כלל את החישובים שנערכו. תלמי כאסטרונום בכיר באותה התקופה היה צריך להציע פתרון לבעיה.

ההצעה של תלמי כוללת כמה תיקונים:
 תיקון ראשון לתפיסה המקובלת (עד אז התבססה על מקורות עתיקי יומין כבר בתקופת תלמי) – כוכבי הלכת עצמם חגו סביב נקודה אחרת (שנקרא לה Om, ראו שרטוט) שחגה בעצמה במעגל מושלם סביב כדור הארץ (ראו שרטוט – נקודה בשם 'ארץ'). בנוסף תלמי הוסיף מעגל חדש (מעין מעגל בתוך גלגל, ראו נקודה O) שמקיפה גם היא את הארץ – נקרא בשם אפיציקל (Epicycle).
 תיקון נוסף שכנראה תלמי בעצמו פיתח מאד היה שספרות הבדולח הגדולות (כאן, בדולח = "בלתי נראה"), שהם המעגלים שמהווים את מקור האנרגיה שמסובבת את כל שאר המעגלים המושלמים, לא חגים סביב כדור הארץ עצמו אלא סביב 2 נקודות הקרובות יחסית לכדור הארץ בשם "נקודות אקוונט" (equant = נקודת מִשְׁוֵה). המעגל הסובב סביב נקודות האקוונט נקרא בשם דפרנט (deferent).
 בנוסף אמר תלמי שהמהירות הזוויתית תישאר גם היא קבועה ביחס לנקודת האקוונט. תוספת זו שיפרה באופן משמעותי את ההתאמה של המודל אל הנתונים.
כדי להסביר את תופעת הליקוי של כוכבי הלכת, הוא הניח שהגלגל הראשי של כל כוכב לכת סובב באופן שהמעגל הגדול שהוא מתאר שוכן במישור, המצוי בזווית קטנה מסוימת למישור המילקה (שבו נעה השמש). הגלגל המשני, לעומת זאת, נע במישור הנטוי בזווית הפוכה, כך שמישור התנועה שלו מקביל למישור המילקה. תלמי גם חשב כי כדור הארץ היה נהרס בידי סופות לו הסתובב בעצמו.

תלמי עיצב את המודל הגאוצנטרי לפרטיו, והעניק לו בסיס מתמטי. את עבודתו סיכם תלמי בספרו "אלמגסט" ("הגדול ביותר"). בכרך הראשון של "אלמגסט" תיאר תלמי את המודל, והציג כמה נימוקים לזכות העובדה שהארץ, כמרכז היקום, אינה יכולה לנוע. למשל, "ידוע" שכל הגופים נופלים אל מרכז היקום. אילו הייתה הארץ מרוחקת מן המרכז, היו הגופים נופלים הצידה במקום הישר אל מרכז הארץ – ומכאן שהארץ שוכנת לבטח במרכז. תלמי גם הראה (בצורה שגויה) שהארץ אינה יכולה להסתובב על צירה אחת ל-24 שעות: אם זו הייתה האמת, גופים שהושלכו אל-על היו נופלים במרחק רב, כאשר הארץ הייתה ממהרת במרוצתה ומתרחקת מהם. שאר הכרכים עסקו, כל אחד, בהיבט אסטרונומי אחר של מערכת השמש.

אף על פי שהמודל שלו היה מסובך עד מאוד, ההתאמה המצוינת בין תחזיות המודל למציאות העניקה לו כוח ניבוי ושכנעה את קוראיו של תלמי שתנועת הגלגלים תואמת את העקרונות האפלטוניים של תנועה בלתי משתנה. בגלל אופייה האנציקלופדי של העבודה, השפעתה הייתה מהירה ומכרעת. המודל של תלמי התקבל על דעת כל המלומדים בני דורו, והפך לתיאור המדעי של מערכת השמש עבור המאות הבאות. נדרשו מכשירי מדידה מדויקים הרבה יותר על מנת לחשוף את הפגמים במודל של תלמי, מכשירי מדידה שייבנו רק אחרי למעלה מאלף שנה.

הוגים נוספים
בשנת 499, האסטרונום ההודי אריאבהטה כתב כי הארץ הכדורית מסתובבת סביב הציר היומי שלה, וכי תנועת כוכבי השבת בשמיים היא תנועה יחסית הנגרמת על ידי סיבוב הארץ. הוא טען לאנלוגיה הבאה: "כשם שאדם בסירה המתקדמת לכיוון אחד רואה את העצמים הדוממים על הגדה כאילו הם נעים לכיוון ההפוך, כך אדם בלנקה רואה את כוכבי השבת כאילו הם מתקדמים מערבה".

במאה ה-10, כמה אסטרונומים מוסלמים הסכימו לרעיון שלפיו כדור הארץ סובב סביב צירו. לפי אל-בירוני, היה זה אבו סייד אל-סיג'זי (נפטר בסביבות שנת 1020) שהמציא אצטרולב שנקרא "א-זוראקי", והיה מבוסס על הרעיון שרווח בקרב כמה מבני דורו שלפיו "התנועה שאנו רואים היא בגלל תנועת כדור הארץ ולא בגלל זו של השמים". על החדשנות של תפיסתו זו ניתן ללמוד מציטוט מהמאה ה-13: "לפי הגאומטריקנים [או המהנדסים] ("מוהנדיסין" במקור), הארץ מצויה בתנועה מעגלית קבועה, ומה שנראה לנו כתנועה של השמים הוא למעשה תנועה של הארץ ולא של הכוכבים".

אי אילו חיבורים נכתבו על מנת לדון בהיתכנות תפיסה זו, כניסיונות להפריך או להביע ספקות בטיעוניו של תלמי כנגדה. במצפי הכוכבים במראגה ובסמרקנד, סיבוב כדור הארץ נידון בידי טוסי (נולד ב-1201) וקושג'י (נולד ב-1403). הטיעונים שבהם השתמשו, וההוכחות שהביאו, דומים לאלו שהובאו לימים על ידי קופרניקוס.

תומאס אקווינס
באירופה של ימי הביניים קיבל תומאס אקווינס את השקפתו של אריסטו. אקווינס היה תומך נלהב של המודל האסטרונמי של תלמי, וסייע למזג אותה עם התאולוגיה הכנסייתית. 

אקווינס אימץ גם פרשנות חדשה של העקרונות שקבע אפלטון: השמים הם נצחיים, בעוד שהחטא והשינוי מוגבלים לארץ. "המניע הראשוני", הגלגל המניע את כל הגלגלים, הוא מעתה האל הנוצרי; ומחוץ לגלגל זה ממוקם גן העדן. המודל של תלמי היה נחשב קשה להבנה ומסובך, אבל מכיוון שהוא נתמך באופן מוחלט על ידי המוסדות הכנסייתיים, איש לא העלה בדעתו לערער עליו. תמיכה דומה הביעו במודל הגאוצנטרי הביעו גם ז'אן בורידן וניקול אוראם במאה ה-14, אם כי לא בהתלהבות יתרה.

המהפכה הקופרניקאית

ממוזער|טקסט=ניקולאוס קופרניקוס|ניקולאוס קופרניקוס
בשנת 1514 פרסם ניקולאוס קופרניקוס שהיה עוזר כומר פולני עם השכלה שרכש באיטליה, את החוברת קומנטריולוס  זו הוא חוברת קצרה כתובה בכתב יד, בה תיאר גרסה מוקדמת של התיאוריה ההליוצנטרית המהפכנית שלו על היקום - השלב הראשון במהפכה הקופרניקאית. לאחר היסוסים רבים, ועם עזרתו של גיאורג יואכים רטיקוס ופיתוח ארוך נוסף של התיאוריה, פרסם קופרניקוס את הגרסה המעובדת והשלמה יותר בשנת 1543 ביצירתו הבולטת והמפורסמת על הקפות כיפות השמיים. לפי פרופסור צבי מזא"ה קופרנירוס ניסה להתאים את המודל של תלמי לשני עקרונות יסוד שתיאר אריסטו - תנועה בקצב קבוע של גרמי השמיים וכן תנועה מסביב למרכז קבוע. ובכך בעצם סלל את הדרך לתאוריות והסברים שהרסו את המודל הגאוצנרטי של אריסטו, וכן גרמו בהמשך לדחיית היבטים נוספים בתאוריות של אריסטו כמו הפיזיקה האריסטורטלית ושיטת ההנמקות שלו ביחס למדע.

כתבי קופרניקוס היו מהפכניים במספר צורות מבחינה אסטרונומית וקוסמולוגית:
 למסלולים של גופים אסטרונומיים אין מרכז אחד ששייך לכולם.
 מרכז הארץ אינו מרכז היקום, אלא רק המרכז של מסת הארץ ושל מסלול הירח.
 כל כוכבי הלכת מסתובבים במסלול סביב השמש, ולכן השמש היא "מרכז היקום" (קופרניקוס לא היה בטוח האם השמש נעה או לא, כשהוא טוען כי מרכז היקום הוא "בשמש, או לידה", כמובן כיום ברור שקביעה זו אינה נכונה שכן כל מערכת השמש נעה סביב מרכז גלקסיית שביל החלב שנעה בעצמה אל עבר גלקסיות אחרות).
 המרחק בין הארץ לשמש, ביחס למרחק בין הארץ לכוכבי השבת, הוא קטן מאד.
 התנועה היומית של השמש היא למראית עין בלבד, והיא נראית כנעה בגלל הסיבוב של כדור הארץ סביב צירו.
 הארץ סובבת סביב השמש, כמו שאר כוכבי הלכת, כך שכל התנועות-לכאורה של השמש במהלך השנה הן למעשה תנועה של הארץ. היבט חשוב נוסף הוא שינוי ההגדרה של מהו כוכב לכת - זהו כוכב שנע סביב השמש (לא סביב כדור הארץ), וכדור הארץ בעצמו הוא אחד מאותם כוכבי לכת. 
 התנועה לאחור לכאורה של כוכבי הלכת היא אשליה אופטית, שנובעת מתנועת כדור הארץ ביחס לתנועת כוכבי הלכת, כפי שהיא נתפסת מנקודת מבטו של הצופה. 

כתבי קופרניקוס הם מהפכניים גם מבחינת משמעות המדע והדת. הכתבים הפכו את כל הידע האנושי שהיה קיים בנושא מאז ימי אריסטו במשך מאות שנים, והסבירו שהכל היה שגוי. הכתבים היו מהפכניים גם מבחינת משמעות האדם. המסקנה העולה מהם היא שבני האדם, לכאורה היצורים הנבחרים, כבר לא במרכז. כדור הארץ הוא רק אחד מתוך שישה כוכבי לכת שהיו ידועים באותו זמן.

ככל הנראה קופרניקוס ומפיקי הספר חששו מתגובת הכנסייה. קופרינקוס עצמו דחה את הוצאה הספר במשך עשרות שנים, והוא פורסם רק כאשר קופרניקוס היה על ערש דוואי. אנדריאס אוסיאנדר, תאולוג לותרני שפיקח על הוצאתו, פרסם הקדמה מזויפת שנועדה להגן על הספר מפני תגובת הכנסייה. היות הקדמה זו זיוף התגלה ופורסם בידי קפלר ב-1609.

קופרניקוס טען כי כל המסלולים במערכת השמש הם מעגליים, דבר שאינו מדויק, שכן הם אליפטיים, ולפיכך המודל שלו היה לא מדויק ולא יכול היה לחזות אירועים אסטרונומיים בצורה טובה מזה של תלמי, שהיה מקובל אז. הוא גם סבר שמערכת השמש קטנה בהרבה מגודלה הממשי, כמו שחשבו רוב האסטרונומים בתקופתו. ובכל זאת, למודל שלו הייתה השפעה מכרעת על מדענים רבים שבאו בעקבותיו דוגמת גליליי, טיכו ברהה ויוהאנס קפלר, אשר אימצו ושיפרו אותו.

טיכו ברהה, אשר השיג תצפיות מדויקות (שעליהן ביסס קפלר את חוקי התנועה הפלנטרית), השתמש בעבודתו של קופרניקוס כבסיס למערכת המניחה קיומו של כדור ארץ סטציונרי. בשנת 1600, ויליאם גילברט תמך בחוזקה ברעיון של סיבוב כדור הארץ במסגרת חיבורו על המגנטיות של כדור הארץ, ובכך השפיע על רבים מבני דורו. אלה שלא תמכו במוצהר או דחו את הרעיון של תנועת הארץ מסביב לשמש, כונו בשם "סמי-קופרניאנים". כמאה שנים לאחר קופרניקוס, ריצ'יולי הטיל ספק במודל הארץ המסתובבת לאור מחסור בתצפיות ניסיוניות של הטיות מזרחה עבור גופים נופלים. הטיות שכאלה יכונו לימים כוח קוריוליס. ואמנם, תרומותיהם של קפלר, גלילאו וניוטון סייעו לצבירת תמיכה בתאוריה של סיבוב כדור הארץ.

 בחינות אמפיריות 
סיבוב כדור הארץ הוא אחת הסיבות לכך לכך כדור הארץ אינו כדור גאומטרי מושלם, שכן הוא גורם לכך שקו המשווה בולט בעוד שהקטבים הגאוגרפיים פחוסים. בחיבורו פרינקיפיה מתמטיקה חזה ניוטון שפחיסות זו תהיה ביחס של 1:230, כשהוא מסתמך על מדידות מטוטלת שבוצעו על ידי ריצ'ר ב-1673 כאישוש לשינוי בכבידה, אף כי מדידות ראשוניות של אורכי מרידיאן על ידי פיקאר וקאסיני בסוף המאה ה-17 הצביעו לכאורה בדיוק את הדבר ההפוך. עם זאת, מדידות שביצעו מופרטואי והמשלחת הגאודזית הצרפתית בשנות ה-30 של המאה ה-18, הוכיחו כי כדור הארץ פחוס, ובכך אוששו תפיסותיהם של ניוטון וקופרניקוס.

אם נצמיד מערכת ייחוס מסתובבת ומאיצה לכדור הארץ, נראה כי גוף המבצע תנועה חופשית ינוע לאורך מסלול החורג מזה המצופה במקרה של מערכת יחוס מקובעת. הדבר מיוחס לאפקט קוריוליס, הגורם להסטה מזרחה של גופים נופלים ביחס לאנך הנפרש מתחת לנקודת תחילת התנועה שלהם. מאותה הסיבה, קליעים הנורים לכיוון דרום יסטו ימינה ביחס לכיוון שיגורם וקליעים הנורים לכיוון צפון יסטו שמאלה. אפקט קוריוליס נצפה לרוב בקנה מידה מטאורולוגי, שבו הוא אחראי על הכיוונים ההפוכים של סופות טורנדו בחצי הכדור הצפוני או הדרומי (נגד כיוון השעון ועם כיוון השעון, בהתאמה).

רוברט הוק ניסה אף הוא לאשש את הסטייה מזרחה של גוף הנופל מגובה של 8.2 מטרים, וכשל בכך. זאת בעקבות הצעתו של ניוטון משנת 1679. רק בסוף המאה ה-18 ובתחילת המאה ה-19 התקבלו תוצאות חד משמעיות במסגרת מדידות שערכו ג'ובאני בטיסטה גולילמיני בבולוניה, פרידריך בנצנברג בהמבורג ופרדיננד רייך בפרייבורג. השלושה השתמשו במגדלים גבוהים יותר שמהם הפילו את הגופים, ושחררו אותם בזהירות רבה יותר. כך למשל הם מדדו כי כדור שנפל מגובה 158.5 מטרים חרג בשיעור של 27.4 מילימטר מהאנך, בהשוואה לתוצאה מחושבת של 28.1 מילימטר - כלומר, בדיוק גבוה למדי.

הבחינה המפורסמת ביותר של סיבוב כדור הארץ היא בניסוי מטוטלת פוקו, שיזם לראשונה הפיזיקאי לאון פוקו ב-1851. מערכת הניסוי הורכבה מכדור פליז ממולא בעופרת שנתלה מהגג של הפנתאון של פריז. לנוכח סיבוב כדור הארץ מתחת למטוטלת המתנודדת, מישור התנודות של המטוטלת משתנה בעצמו בקצב שתלוי בתורו בקו הרוחב שבו הניסוי מתרחש. כך למשל, בקו הרוחב של פריז נחזה ונצפה כי שיעור ההסטה עומד על 11 מעלות (עם סיבוב השעון) לשעה. מטוטלות פוקו שכאלה מוצבות גם במוזיאונים ברחבי העולם.

 מחזורי סיבוב 
 יממה שמשית 

ממוזער|סיבוב כדור הארץ כפי שצולם על ידי לוויין המחקר האמריקאי Deep Space Climate Observatory ב-29 במאי 2016, מספר שבועות לפני נקודת ההיפוך.
יממה שמשית נמדדת על פי זמן הסיבוב העצמי של כדור הארץ ביחס לשמש, כלומר הזמן שעובר בין שתי צהירות רצופות של השמש. מדידת הזמן תלויה במסלול התנועה של כדור הארץ ולכן מושפעת משינויים באקסצנטריות המסלול ובנטייתו. שני הפרמטרים הללו משתנים בתקופות זמן של אלפי שנים, וכתוצאה מכך קיים גם שינוי שנתי ביממה השמשית.

בדרך כלל, יממה שמשית ארוכה יותר מהיממה השמשית הממוצעת בשתי תקופות בשנה, וקצרה יותר בשתי התקופות הנותרות. היממה השמשית נוטה להיות ארוכה יותר כאשר השמש נמצאת בפריהליון, ונעה לאורך מישור המילקה בזווית גדולה מהרגיל. בתקופה הזו היממה השמשית מתארכת בכ-10 שניות. לעומת זאת, כאשר השמש נמצאת באפהליון, היממה השמשית מתקצרת בכ-10 שניות. נקודות ההיפוך הן נקודות הזמן שבהן היממה היא הארוכה ביותר, כאשר השמש נעה בזווית גדולה מהרגיל ביחס לקו המשווה השמימי. לעומת זאת, בזמן נקודת השוויון, היממה השמשית קצרה בכ-20 שניות.

שילוב של כמה מן הגורמים המצוינים מעלה גורם לכך שבתקופות שונות של השנה אורך היממה השמשית משתנה. ב-22 בדצמבר, השילוב של מיקום השמש בפריהליון עם נקודת ההיפוך גורם להתארכות היממה בכ-30 שניות במצטבר. בנקודת ההיפוך השנייה - בסביבות 19 ביוני, השמש נמצאת באפהליון, ולכן האפקט מתבטל חלקית והיממה ארוכה ב-13 שניות בלבד. ההשפעה של נקודות השוויון באה לידי ביטוי ב-26 במרץ וב-16 בספטמבר, כאשר היממה השמשית מתקצרת בכ-20 שניות.

 יממה שמשית ממוצעת 
יממה שמשית ממוצעת מוגדרת לפי האורך הממוצע של היממה השמשית האמיתית במהלך שנה שלמה, והיא שווה ל-86400 שניות שמש. כל שניית שמש ארוכה במקצת משניית SI, מכיוון שבעקבות תופעות גאות ושפל יממת השמש הממוצעת הנוכחית ארוכה יותר מאורכה של יממת שמש במהלך המאה ה-19 - שבה נקבע גודלן של יחידות המידה הסטנדרטיות. בשנת 1972 הוצע השימוש בשניות מעוברות לקביעת אורכה של יממה שמשית, ומאז אורכה של היממה השמשית ארוך בכ-2 מילישניות מ-86400 שניות SI.

בשנת 1895 בחר  את אורך השנייה השמשית הממוצעת בין 1750 ל-1892 להיות יחידת הזמן שבה השתמש בטבלאות השמש שלו. הטבלאות הללו שימשו לחישוב האפמרידים בעולם בין השנים 1900 ו-1983, ולכן השנייה הזו נודעה גם בשם "שניית האפמריס". בשנת 1967 שניית ה-SI השתוותה לשניית האפמריס.

 יממה כוכבית ויממה צדדית 
ממוזער|בכדור הארץ, היממה הכוכבית קצרה יותר מהיממה השמשית. בזמן המסומן בתרשים ב-1, השמש נמצאת מעל לראשו של אדם העומד בנקודה האדומה. בזמן 2, כוכב הלכת הספיק להסתובב ב-360° והושלמה יממה כוכבית, אך השמש לא נמצאת מעל לנקודה האדומה, ולא הושלמה יממה שמשית. רק מעט מאוחר יותר, בזמן 3, השמש שוב תימצא מעל לנקודה האדומה, ותושלם יממה שמשית.
מחזור הסיבוב של כדור הארץ ביחס למערכת הייחוס השמימית הבינלאומית, ששמו הוא "היממה הכוכבית" של כדור הארץ, עומד על 86164.098903691 שניות של המחזור השמשי הממוצע (UT1) (שהוא 23 שעות, 56 דקות, 4.098903691 שניות = 0.99726966323716 יממה שמשית ממוצעת). מחזור הסיבוב של כדור הארץ ביחס לנקודת השוויון האביבית הנוקפת, ששמו הוא "היממה הצדדית", עומד על 86164.09053083288 שניות של המחזור השמשי הממוצע (UT1) (שהוא 23 שעות, 56 דקות, 4.09053083288 שניות = 0.99726956632908 יממה שמשית ממוצעת). אשר על כן, יממה צדדית קצרה בכ-8.4 מילי-שניות מיממה כוכבית.

הן היממה הכוכבית הן היממה הצדדית קצרות מיממה שמשית ממוצעת ב-3 דקות ו-56 שניות. הדבר נובע מסיבוב "עודף" של כדור הארץ סביב השמש (ביחס למערכת הייחוס השמימית; בסך הכל ישנם 366.25 סיבובים בשנה). תיעוד משכי היממה השמשית הממוצעת בשניות SI, זמינים עבור התקופות 1623–2005 ו-1962–2005.

בין השנים 1999 ל-2010, הפער בין יממה שמשית ממוצעת לבין 86400 שניות סטנדרטיות הצטבר לכדי 0.25 מילי-שניות עד שנייה אחת בשנה. את הפער הזה יש להוסיף הן ליממה הכוכבית הן ליממה הצדדית במונחי הזמן השמשי הממוצע, על מנת לקבל את אורכיהן במערכת היחידות הבין-לאומית.

 מהירות זוויתית 
ממוזער|תרשים של קו רוחב ביחס למהירות המשיקית. הקו המקווקו מציג את מיקומו של מרכז החלל קנדי. הקו המנוקד מציין את מהירות השיוט הטיפוסית של מטוסי נוסעים.ממוזער|השוואה בין הנקודה הגבוהה ביותר על פני כדור הארץ (בירוק) עם הנקודה הרחוקה ביותר מציר הסיבוב שלו (ורוד), ועם הנקודה הרחוקה ביותר ממרכז כדור הארץ (בסגול). התרשים לא בקנה מידה.מהירותו הזוויתית של סיבוב כדור הארץ ביחס לחלל האינרציאלי היא 10−5×(0.0000001 ± 7.2921150) רדיאנים לשנייה סטנדרטית אחת. כפל ב-180 מעלות לפאי רדיאנים וב-86,400 שניות ליממה, מניב תוצאה של 360.9856 מעלות ליממה. משמע, שכדור הארץ מסתובב על פני יותר מ-360 מעלות ביחס לכוכבי השבת, במהלך יממה שמשית אחת.

הכפלת ערך זה (במונחי רדיאנים לשנייה) ברדיוס המשווני של כדור הארץ, העומד על 6,378,137 מטרים, מניבה ערך של 465.10 מטרים לשנייה (1674.4 קמ"ש) עבור המהירות המשוונית. מקורות שונים טוענים כי מהירות כדור הארץ מעט קטנה יותר, ועומדת על 1669.8 קמ"ש. הדבר מתקבל מחלוקה של היקף כדור הארץ (בקו המשווה) ל-24 שעות. אולם, השימוש ביממה שמשית הוא מוטעה. זו חייבת להיות היממה הצדדית, כך שיחידת הזמן המתאימה תהיה שעה צדדית. ניתן לאמת זאת על ידי הכפלה של מספר היממות הצדדיות במשך יממה שמשית ממוצעת אחת, שאורכו 1.002737909350795, והתוצאה במונחי שעות שמשיות ממוצעות היא מהירות משוונית של 1674.4 קמ"ש.

המהירות המשיקית של כדור הארץ בנקודה מסוימת ניתנת לקירוב על ידי כפל של המהירות בקו המשווה, בקוסינוס של קו הרוחב. כך לדוגמה, מרכז החלל קנדי ממוקם בקו רוחב 28.59° צפ', מה שמניב מהירות של 1470.2 קמ"ש בחישוב זה. מסיבה זו, קו רוחב הוא שיקול מהותי בבחירת מיקומו של מרכז החלל.

הפסגה של הר הגעש קאיאמבה  באקוודור, היא הנקודה שבה פני השטח של כדור הארץ הם הרחוקים ביותר מצירו. לכן, זו גם הנקודה המהירה ביותר בעת סיבוב כדור הארץ.

 שינויים 
ממוזער|הטיית צירו של כדור הארץ עומדת כיום על כ-23.4°. היא נעה בין 22.1° לבין 24.5° במחזור של 41,000 שנה, וכעת מצויה בירידה.

 בציר הסיבוב 

ציר הסיבוב של כדור הארץ נע ביחס לכוכבי שבת (החלל האינרציאלי). רכיבי התנועה שלו מכונים פרצסיה ונוטציה. ציר זה נע גם ביחס לקרום כדור הארץ, מה שמכונה תנועה קוטבית.

פרצסיה היא הסיבוב של ציר הסיבוב, הנגרם בעיקרו בגלל מומנטי כוח חיצוניים שמקורם בכבידה של השמש, הירח וגופים נוספים. תנועה קוטבית מתרחשת בעיקר לאור נוטציות חופשיות של גלעין כדור הארץ ותופעת התנודדות צ'נדלר.

 במהירות הסיבובית 

במשך מיליוני שנים, סיבוב כדור הארץ הואט בצורה משמעותית על ידי תאוצה שנגרמה מגאות ושפל דרך אינטראקציות כבידתיות עם הירח. לכן, תנע זוויתי הועבר בצורה איטית לירח בקצב שפרופורציונלי ל-, כאשר  הוא רדיוס המסלול הירחי. תהליך זה הגדיל מאוד את אורך היממה עד שהגיע לערכו הנוכחי, וכמו כן הוביל לנעילת גאות בין הירח לבין כדור הארץ.

ההאטה הסיבובית האיטית מתועדת בצורה אמפירית על ידי הערכה של אורכי היממות באמצעות תצפיות מ ומסטרומטוליטים. איסוף התצפיות הללו יחד הראה כי היממה התארכה באופן הדרגתי מ-21 שעות (לפני כ-600 מיליון שנים) עד לערך הנוכחי של 24 שעות. על ידי ספירה של השכבות המיקרוסקופיות הנוצרות בשעת גאות, ניתן להעריך את תדירות הגאות (וכן את אורכי היממות), בדומה לספירת טבעות בגזעי עצים.
ממוזער|סימולציה של תולדות אורך היממה, המציגה את אירוע הייצוב התהודתי לאורך תקופת הפרקמבריון.

 ייצוב תהודתי 
הקצב הנוכחי של ההאטה על ידי גאות ושפל גבוה בצורה אנומלית. הדבר מצביע על כך שמהירותו הסיבובית של כדור הארץ ירדה בצורה איטית יותר בעבר. ממצאים אמפיריים מראים בצורה משוערת ירידה חדה בהאטה הסיבובית לפני כ-600 מיליון שנים. מודלים שונים גורסים כי יממה ארצית ארכה 21 שעות לאורך מרבית תקופת הפרקמבריון. אורך יממה זה מתאים למחצית משך התהודה היומית של גאות ושפל המונעת מסיבות תרמיות. עבור אורך יממה זה, מומנט הכוח הירחי שגורם להאטה ניתן לקיזוז עם מומנט הכוח המאיץ שנגרם על ידי גאות אטמוספירית, כך שבסך הכל אין מומנט כוח חיצוני ונשמר מחזור סיבוב קבוע. אפקט הייצוב הזה היה יכול להישבר באמצעות שינוי פתאומי בטמפרטורה הגלובלית. סימולציות חישוביות מהעת האחרונה תומכות בהיפותזה הזו, ומציעות כי עידן הקרח המרינואני או הסטורטיאני שברו את הקונפיגורציה היציבה הזו לפני כ-600 מיליון שנים. התוצאות מהסימולציה מתאימות בצורה טובה למדי לנתונים פלאו-רוטציוניים קיימים.
ממוזער|חריגות של אורך היממה ביחס לאורך היממה הנגזר ממערכת היחידות הבין-לאומית

 אירועים גלובליים 
אירועים בקנה מידה גדול בדורנו, כגון רעידת האדמה באוקיינוס ההודי ב-2004, גרמו לאורך היממה להתקצר ב-3 מיקרו-שניות בכך שהם הקטינו את מומנט ההתמד של כדור הארץ. התקופה שלאחר עידן הקרח האחרון משנה אף היא את התפלגות המסה של כדור הארץ, ולכן משפיעה על מומנט ההתמד שלו כמו גם על שימור התנע הזוויתי וזמן המחזור של סיבוב הכדור.

אורך היממה עשוי להיות מושפע גם על ידי מבנים שיצר המין האנושי. למשל, מדעני נאס"א חישבו כי המים שנאגרו על שפת סכר שלושת הערוצים הגדילו את משך היממה ב-0.06 מיקרו-שניות כתוצאה מהסטה של מסה לאזור הסכר.

 מדידה 

הניטור העיקרי של סיבוב כדור הארץ מתבצע באמצעות אינטרפרומטר המתואם עם מערכות GPS, SLR וטכניקות לווייניות גאודזיות נוספות. אלה, מספקים נקודת ייחוס מדויקת ומוחלטת עבור קביעת הזמן האוניברסלי, הנקיפה והנוטציה. הערך המוחלט של סיבוב כדור הארץ, כולל הזמן האוניברסלי והנוטציה, ניתן למדידה מתוך תצפיות חלל גאודטיות, כגון האינטרפרומטר ומערכת ניווט הלייזר הירחית, שנגזרותיהן (המכונות יתרת אורך היממה וקצבי הנוטציה) ניתנות לקבלה מתוך תצפיות לווייניות.

 תצפיות עתיקות 
ישנן תצפיות של ליקויי חמה וירח אשר תועדו על ידי אסטרונומים בבליים וסינים החל מהמאה ה-8 לפנה"ס, כמו גם מהתקופה המוסלמית בימי הביניים. ניתן להשתמש בתצפיות אלה על מנת לקבוע שינויים בסיבוב כדור הארץ במהלך 27 המאות האחרונות באופן הבא: באמצעות מדידות עכשוויות של גרמי השמיים אפשר לחשב בדיוק גבוהה את הזמן האבסולוטי של הליקויים בעבר הרחוק. אם אורך היממה היה קבוע, היה ניתן להסיק מזמן זה את המקום והשעה ביממה בה התרחשו הליקויים. אולם כיון שאורך היממה מתקצר הליקויים התרחשו בפועל בזמן ובמקום שונה מהתחזית של חישוב כזה. שינוי באורך היממה העומד על מספר מילי-שניות במאה שנים מתבטא בשינוי של מספר מאיות השנייה לאורך אלפי שנים. שינוי זה בתורו גורם להזזה של היממה במספר שניות כל שנה. מה שמתבטא בהזזה של מספר שעות במשך אלפי שנים. הזזה זו גורמת גם להזזה במקום של אלפי קילומטרים. ההזזה בזמן ובמקום תואמת את המדידות העתיקות. התאמה זו מספקת אישוש נוסף לטענה שכדור הארץ הסתובב מהר יותר בעבר, ואף מאפשרת להעריך את קצב הסיבוב שלו לאורך השנים.

 השתנות ציקלית 
בכל 25–30 שנים, סיבוב כדור הארץ מאט באופן זמני במילי-שניות בודדות ליממה, והדבר קורה למשך כחמש שנים. 2017 הייתה השנה הרביעית ברציפות בה סיבוב כדור הארץ הואט. הסיבה להשתנות זו טרם התבררה.

 מקור התנועה הסיבובית

שמאל|ממוזער|עיבוד אמן של הדיסקה הקדם-פלנטרית.
הסיבוב הראשוני של כדור הארץ, מיד לאחר היווצרותו, היה שריד של התנע הזוויתי של הענן המולקולרי שהתלכד ליצירת מערכת השמש. הענן הקדמון היה מורכב ממימן ומהליום שנוצרו במפץ הגדול, וכן מיסודות כבדים יותר שנוצרו בנוקליאוסינתזה ונפלטו בסופרנובות. מכיוון שהאבק הבין-כוכבי הוא הטרוגני, כל אסימטריה שנוצרה בתהליך הצטברות החומר שינתה את התנע הזוויתי של כוכב הלכת בסופו של דבר.

על פי השערת ההתנגשות הענקית, הירח נוצר משברים שנוצרו בעת התנגשות בין כדור הארץ לבין גוף המכונה תיאה לפני כ-4.5 מיליארד שנים. עקב התנגשות זו קצב הסיבוב הראשוני המדובר השתנה באחת כתוצאה מההתנגשות. ככל הנראה, אורך היממה לאחר הפגיעה היה חמש שעות, ולא היה תלוי במהירות הסיבוב של כדור הארץ ובהטייתו לפני הפגיעה. לאחר מכן, השפעות כוח גאות גרמו להאטה בקצב הסיבוב.

השפעות
סיבוב כדור הארץ גורם לכך שבמערכת הייחוס של פני כדור הארץ (זאת אומרת מנקודת המבט של אדם העומד על כדור הארץ), כל גרמי השמיים נעים ממזרח למערב. תנועה זאת של השמש מחוללת את מחזור היממה שמשפיע באופן קריטי כמעט על כל התהליכים על פני כדור הארץ לרבות החיים והאקלים עליו. גם לתנועת הירח במערכת ייחוס זאת יש השפעה מסוימת המתבטאת בגאות ושפל. לתנועת יתר גרמי השמיים אין השפעה מוחשית אך היא משפיעה על הדרך שבה אנו צופים בהם. בני האדם שמו לב לתנועה זאת לפני שנים רבות וניתוח התנועה של כוכבי הלכת התבסס גם על הבנת תנועה זאת.

כל ההשפעות האלה קשורת לתנועה (הסיבובית) היחסית של כדור הארץ ויתר גרמי השמיים, והיו זהות גם אם כדור הארץ לא היה מסתובב סביב צירו ובמקום זה יתר גרמי השמיים היו מסותבבים סביבו. אולם יש גם השפעות עדינות יותר לעצם העובדה שכדור הארץ הוא זה שמסתובב ולא שאר העולם. באופן יותר מדויק, יש השפעות לכך שמערכת הייחוס של כדור הארץ אינה אינרציאלית.
כוחות פיזיקאליים
במערכת הייחוס של פני כדור הארץ, השפעות אלה מתבטאות בכוח ד'אלמבר. ניתן לחלק כוח זה לשני חלקים:
 הכוח הצנטריפוגלי
 כוח קוריוליס
הכוח הצנטריפוגלי מתבטא בשינוי קל בתאוצת הכובד. שינוי זה מקטין את תאוצת הכובד על קו המשווה בכ-3 פרומיל אך לא משנה אותה בקטבים. הבדל זה גרם להתרחבות כדור הארץ באזור קו המשווה מה שמוביל לפחיסותו. פחיסות זאת מגדילה עוד יותר את ההבדל בין תאוצת הכובד בקו המשווה לבין תאוצת הכובד בקטבים כך שהוא עומד על כאחוז אחד. פחיסות כדור הארץ והכוח הצנטריפוגלי הם הגורמים העיקריים להבדלים בתאוצת הכובד במקומות שוניים על פני כדור הארץ (בגובה פני הים). פחיסות כדור הארץ היא גם הגורם לנקיפת ציר כדור הארץ.

כוח קוריוליס פועל רק על גופים נעים. הכוח נהיה משמעותי רק במהיריות גבוהות או במערכות מורכבות. ההשפעה המשמעותית ביותר של כוח קוריוליס היא תפקידו בצורת סופות טרופיות. אך לכוח זה השפעות רבות נוספת הן על מזג האוויר והן על תנועת פגזי ארטילריה, כלי טיס וחלליות.

כאשר מנתחים את השפעת סיבוב כדור הארץ על חלליות, בדרך כלל נוח יותר לעשות זאת במערכת ייחוס אינרציאלית ולא במערכת הייחוס של כדור הארץ. כך שבמקום להתייחס לכוחות ד'אלמבר מתייחסים באופן ישיר לסיבוב כדור הארץ. כך למשל מסבירים את בחירת המקום והכיוון של שיגור לוויינים: כשמשגרים לווין מעדיפים לשגר אותו בקרבת קו המשווה ולכיוון מזרח כך שמהירות הסיבוב של כדור הארץ מתחברת למהירות שיגור הלווין וחוסכת מאנרגיית השיגור. לפי עיקרון השקילות, ניתן להסביר חיסכון זה גם במערכת הייחוס של כדור הארץ באמצעות כוחות ד'אלמבר.

השפעות ביולוגיות
סיבוב כדור הארץ על צירו יוצר מחזוריות של יום ולילה בת 24 שעות, שמשפיעה על רוב האורגניזמים החיים. ההשפעה מתרחשת דרך מנגוננים רבים כולל שינויים במטבוליזם, בפיזיולוגה ובהתנהגות של היצורים החיים. 

ברוב היצורים החיים התפתחו מקצבים צירקדיאניים - סוג של שעונים ביולוגיים פנימיים המסונכרנים עם מחזור היום והלילה. מנגנון כזה התפתח בקרב חיידקים, פטריות, צמחים ובעלי חיים. האורגניזמים לא רק מגיבים מגיבים לזריחת השמש, אלא צופים את עלות השחר ומתאימים את הביולוגיה שלהם בהתאם. בבעלי חיים מקצבים אלה מווסתים פעילויות פיזיולוגיות והתנהגותיות רבות כולל: מחזורי שינה-ערות, הפרשת הורמונים (כמו מלטונין וקורטיזול), טמפרטורת הגוף (ביונקים), לחץ דם, רמת תיאבון. בצמחים התפתחו מערכות תגובה למחזור האור והחושך: ויסות קצב הפוטוסינתזה, תנועת עלי הצמח בעקבות השמש (הליוטרופיזם), פתיחה וסגירה של עלים ופרחים בזמנים מסוימים. 

חלוקת היממה ליום ולילה יוצרת הבדלים בתאורה ובטמפרטורה וכך נוצרות נישות אקולוגיות שונות במקצת באותו אזור גאוגרפי. הדבר יוצר התמחות בקרב בעלי חיים - חיות יום (דיורנליות) הפעילות בשעות האור, חיות לילה (נוקטורנליות) הפעילות בשעות החושך, וחיות בין-ערביים (קרפוסקולריות) הפעילות בזמן הדמדומים. 

סיבוב כדור הארץ משפיע על תזמון נדידות עונתיות של בעלי חיים רבים, כולל ציפורים נודדות, דגים נודדים ופרפרים נודדים. בנוסף סיבוב כדור הארץ משפיע על התנהגות רבייתית- פריחה של צמחים רבים מתרחשת בזמנים מסוימים של היום, הטלת ביצים וחיזור אצל בעלי חיים רבים מתוזמנים לפי שעות היום.

סיבוב כדור הארץ בתרבות
סיבוב כדור הארץ על צירו, מוזכר תדיר ביצירות מודרניות והפך להיות נקודה ברורה מאליה, למרות שבעבר נחשב לנקודת השקפה לא שגרתית ולא מקובלת. 

שירים מודרניים רבים מתייחסים לסיבוב כדור הארץ על צירו כדי להביע רעיונות שונים  - כסמל להמשכיות החיים או הטבע למרות שינוי אישי גדול, ביטוי לכך שהזמן חולף וכי לא ניתן לעצור את הזמן, כדי לתאר שינוי פנימי חזק או כדי לתאר התפעמות מהטבע או אחדות אנושית או של כל תושבי הכדור יחד. דוגמאות לכך הן בשיר "טי שרט" של להקת ג'יין בורדו,  אני חיה לי מיום ליום שכתב חנוך לוין ושרה ריטה, Fireflies של  Owl City, "If the Earth is Spinning" של פריס הילטון ויצירות רבות נוספות. 

בספר מסביב לעולם בשמונים יום מ-1872 מתאר ז'ול ורן, את מסעם של הג'נטלמן הבריטי פֿילְיַאס פֿוֹג ומשרתו הצרפתי, זַ'אן פַּספַּרטוּ. העובדה כי הם מקיפים את העולם לכיוון מזרח, יחד עם עובדת סיבוב כדור הארץ על צירו, מתגלה בסופו של הסיפור כפרט חשוב מאד.

 ראו גם 
 התפתחות מערכת השמש
 היסטוריה של כדור הארץ
 מודל הארץ ככדור
 מטוטלת פוקו
 כוח קוריוליס
 נטיית ציר הסיבוב
 גאודזיה

 קישורים חיצוניים 

 Basics of Space Flight, באתר נאס"א 
 מדוע כוכבי לכת מסתובבים? באתר Ask an Astronomer 


 הערות שוליים 

קטגוריה:אסטרופיזיקה
קטגוריה:השמש
קטגוריה:זמן
קטגוריה:כדור הארץ
קטגוריה:מדעי כדור הארץ
קטגוריה:מכניקה
קטגוריה:מערכת השמש