1

4_2: EARTH’S PLACE IN THE SOLAR SYSTEM AND ITS MOTIONS

GEOCENTRIC AND HELIOCENTRIC MODELS

GEOCENTRIC MODEL• ge = Earth (in Latin); words such as geography, 

geology, & geographic come from this root• Earth‐centered model of the solar system• Earth is stationary and most objects revolve around it• Problems explaining planetary motion• Planets move in circular patterns called “epicycles”• Accepted until 16th century

HELIOCENTRIC MODEL

• Helios = Greek god of Sun• Sun‐centered model• Current model today• Was able to explain planetary motions well 

and the motion of the Foucault Pendulum

2

HOW DO PLANETS MOVE?

• Rotation – planets spin on an axis• Revolution – movement of an object around 

another object (orbit)• Planets revolve around the Sun in an oval shape 

called an ellipse

EARTH’S ROTATION: CAUSES DAILY CHANGES

• The spinning of earth on its AXIS

• AXIS tilted 23.5°

MEMORIZE!!!

EARTH’S ROTATIONRotation from west to east

Counterclockwise

15°/hour

AXIS always points to Polaris

MEMORIZE!!!

**The Earth’s velocity of rotation is greatest at the equator and least at the poles.

NP

*1.Foucault Pendulum2.Coriolis Effect3.Daily Apparent Motions of Celestial

Objects (star trails, sunrise, sunset, moon rise/set)

*The path of the sun is covered in 4_3*

MEMORIZE!!!

3

*1. Foucault Pendulum – freely swinging pendulum that changes angle by 15 degrees per hour

NO FORCE THAT MAKES PENDULUM ROTATE – MUST BE EARTH THAT IS ROTATING!!!

Foucault Pendulum

EVIDENCE FOR ROTATION2. CORIOLIS EFFECT

• Objects moving over the earth (air, water, planes, projectiles) will be deflected (curve away) from a straight line path 

‐DUE TO EARTH’S ROTATION

Northern Hemisphere – right curveSouthern Hemisphere – left curve

EVIDENCE OF EARTH ROTATIONThe Coriolis Effect – deflection of matter at Earth’s 

surface due to the Earth’s rotationN. Hemisphere – deflection to rightS. Hemisphere – deflection to left

4

CELESTIAL SPHERE

But in reality the celestial sphere is stationary and the Earth is rotating counterclockwise.

ALL MOTION = 15°/HR

A huge imaginary sphere around the Earth to which the stars appear to be attached.

3. DAILY APPARENT MOTIONS OF CELESTIAL OBJECTS

Daily apparent motions: motions that appear to occur each day

Ex: sunrise, sunset, circumpolar stars 

However, the apparent motion is caused by Earth’s rotation west to east 15 °per hour (counterclockwise)

For example, the stars appear to move from east to west.  The paths are circular or parts of a circle called an arc. 

5

CIRCUMPOLAR STARS AROUND POLARIS CIRCUMPOLAR STARSThe complete circular path can be seen for stars in the northern part of the sky around Polaris

Circumpolar constellations never set.

Circumpolar constellations change with latitude

EARTH’S REVOLUTION AROUND SUN

Revolution: Elliptical orbit around the sun 

It takes Earth 365.25 days  (1 year)

It moves approximately 1° per day. 

DIFFERENT FROM ROTATION!!!!‐SEASONAL CHANGES

23.5O TILTDuring Revolution - Tilt of the axis always stays the same – 23.5°

EVIDENCE OF EARTH’S REVOLUTION1. Seasonal Constellations (not daily star trails)

2. Seasons (Covered in 4_4)3. Seasonal Changes in Shadow Length

4. Parallax Shift

MEMORIZE!!!

6

EVIDENCE OF EARTH’S REVOLUTION1. CONSTELLATIONS: A group of stars that form an image.

The constellations that are visible in the night sky change from season to season, due to the Earth’s position relative to the sun (revolution).

Constellations are visible when the dark side of Earth (away from sun) faces toward the constellation

CONSTELLATIONS

Big Dipper

Stars in constellations are often very far from one another but we see them in the same direction in the sky.

CONSTELLATIONSStars appear to be moving from east to west. Stars rising in the east.

NORTHERN PART OF THE SKY AROUND POLARIS

Moving west to east

THE 13 CONSTELLATIONS THE SUN APPEARS TO TRAVEL THROUGH DURING THE  YEAR

August, at night, you see Sagittarius and Capricornusbut the sun appears by Cancer

7

2. SEASONS• E a r t h  o r b i t s   a r o u n d   t h e   s u n ,  ma i n t a i n i n g   i t s  

2 3 . 5 o t i l t .• B e i n g   c l o s e r   t o   t h e   S u n  d o e s  NOT   c a u s e   t h e  

s e a s o n s ,   i t   i s   t h e   T I LT  o f   t h e   E a r t h   t h a t  d o e s .• D e p e n d i n g  o n   t h e   l o c a t i o n  o f   E a r t h  d u r i n g   i t s  

r e v o l u t i o n ,   s e a s o n s  w i l l   c h a n g e .• S e a s o n s   c o v e r e d   i nTo p i c   4 _ 4  &   6 .

3. CHANGING LENGTH OF SHADOW

The angle of Sun is greater during Summer and least during Winter.  

When is a person’s shadow longer?Why is it longer or shorter?

SHADOW LENGTH DURING DAYShadow is shortest when Sun at highest angle –Solar Noon

Shadow is longest when Sun Lowest in Sky –Near Sunrise and Sunset

8

SHADOW LENGTH DURING THE YEARShadow is longer during Winter:Sun’s lower angle

Shadow is shorter during Summer:Sun’s higher angle

What do you think shadows are like during the Spring and Fall?

Shadows are averageduring Spring and Fall

EVIDENCE OF REVOLUTION: 4. PARALLAX SHIFT

Because of Earth’s revolution about the sun, near stars seem to shift their position against the farther stars (closer star – greater the shift)

If you observe the same star while earth is at 2 different points during its orbit around the sun, the star’s position relative to the more distant background stars will appear to change.

PARALLAX SHIFT OTHER TERMS TO KNOW

Inertia – object in motion will retain the same direction and speed unless an opposing force affects it (object at rest remains at rest)

Gravitation – attractive force that exists between two objects

• Closer an object the greater the gravitational attraction

• Larger an object is the greater the gravitational attraction