地球概论-地球的运动4

1第三章地球的运动2第六节地球的自转3.1地球自转及其证明3.2地球自转的规律性3.3地球自转的结果第七节地球的公转3.4地球公转及其证明3.5地球公转的规律性3.6地球公转的后果33.2.5地球自转的速度地球自转的速度分角速度和线速度。地球各部分有相同的自转角速度，平均值为每小时15º，或每分15，每秒15。这里的时、分、秒均指恒星时。地球自转的线速度因纬度和高度而不同：（1）同一高度，地球自转线速度随纬度增大而减小。（2）同一纬度，自转线速度高度增加而增大。地球自转速度有长期变化、季节变化和不规则变化。43.3.1不同天体的周日运动恒星的周日运动是地球自转的单纯反映，表现为：（1）恒星的周日运动真实地反映了地球的自转轴。（2）恒星的周日运动真实地反映了地球自转方向。（3）恒星的周日运动真实地反映了地球自转周期。5太阳和月球的周日运动表现为：太阳和月球不仅随地球自转而产生周日运动，它们还有自身的巡天运动。一个太阳日，它比恒星日长约4分钟；一个太阴日，其长度比恒星日长约54分钟。日常生活中以一个太阳日为基础，一个太阳日长度定为24小时，这样恒星日为23时56分04秒，太阴日为24时50分。63.3.2不同纬度的周日运动天体的周日运动是以天极(仰极)为中心的绕轴运动，对于一个特定地点，仰极高度等于地理纬度。恒显星就是周日圈始终位于地平圈以上，终日可见的恒星。恒隐星就是周日圈始终在地平圈以下的，终日不可见的恒星。出没星则是周日圈与地平圈相交，每日东升西落的恒星。7（1）北极，只有恒显星和恒隐星，没有出没星。（2）赤道，没有恒显星和恒隐星，只有出没星。那里能看到全天恒星。周日圈垂直于地平，且都被地平圈等分。（3）北半球的任意纬度，北天极周围有恒显星；南天极附近是恒隐星；天赤道两侧是出没星。恒星升起在地平以上的时间，随其赤纬大小而定：赤纬愈大、即愈近天北极，它升起在地平上的时间愈长；赤纬愈小，即愈近天南极，其升起在地平上的时间愈短。唯天赤道总是被地平圈等分。83.3.3水平运动的偏转水平运动的偏转规律是：北半球右偏，南半球左偏，赤道上无偏转。这里的“右”偏和“左”偏，是指观测者面向物体运动方向时的偏向而言。地转偏向力只能改变物体运动的方向，而不能改变其速率。并且纬度愈高，运动速度愈大，地转偏向力就愈大。93.4.1恒星周年视差从不同地点观测同一目标，这个目标就会有不同的方向，即在它的背景上有不同的位置。不同方向之间的夹角称为视差。这种由于观测者的位移，而使目标方向发生改变的现象，叫做视差位移。地球绕太阳公转，势必引起恒星相对于无限遥远的天球背景的视差位移。地球公转以一年为周期，恒星的视差位移也以一年为周期，并且被称为周年视差。1秒差距等于206,265天文单位或3.26光年。10椭圆的偏心率因黄纬而不同：黄极是正圆；黄道是一直线；其余都是椭圆，并被称为周年视差椭圆：愈近黄极，椭圆的扁率愈小；愈近黄道，扁率愈大。113.4.2光行差在南北黄极，光行差轨道是半径为20“的圆（与地球的轨道形状相同）；在黄道上，它变成长度为20“×2的一段直线。在其它黄纬，光行差轨道都是半长轴为20“的椭圆，愈近黄极，椭圆的扁率愈小；愈近黄道，椭圆的扁率愈大。123.5地球公转的规律性3.5.1地球轨道3.5.2黄赤交角3.5.3地球公转的周期3.5.4地球公转的速度133.5.1地球轨道地球是绕日地共同质心绕转的，地球在公转过程中所走的路线是封闭的曲线，叫地球公转轨道。地球的每一质点，都有它自己的轨道。所有质点的轨道的形状和大小完全相同，只是位置各异。与日地距离相比，地球的半径是微不足道的。在讨论地球公转时，地球往往被看成质点，不考虑地球半径的存在。实际上地球轨道是指地心轨道。141．轨道形状和大小地球公转轨道为椭圆，太阳位于其中的一个焦点上。半长轴（a）——149600000km半短轴（b）——149580000km半焦距（c）——2500000km周长（l）——940000000km15椭圆的形状可用它的扁率或偏心率表示。偏心率（e）是椭圆的半焦距与半长轴的比率，即e＝c/a。扁率（f）则是椭圆的半长轴与半短轴的差值同半长轴的比率，即f＝（a-b）/a。地球轨道的偏心率和扁率分别是：偏心率（e）——0.016或1/60；扁率（f）——1/7000。16可见，地球轨道的偏心率和扁率是很小的。表明地球轨道形状虽是椭圆，却十分接近正圆。所有行星轨道的共同特征之一，是它们的“近圆性”。地球轨道有两个焦点和一个中心（长轴与短轴的交点）。太阳的位置不在地球轨道的中心，而是偏踞轨道的两个焦点之一。所谓偏心率，就是表示焦点（太阳）偏离轨道中心的程度。172．日地距离的变化由于椭圆轨道、太阳处于轨道内的焦点位置，使日地距离发生以一年为周期的变化。地球轨道上有一点离太阳最近，称为近日点；有一点离太阳最远，称为远日点。地球于每年1月初经过近日点，7月初经过远日点。由于地球经过近日点的周期（近点年）比回归年长25分7秒，因此，地球经过近日点和远日点的日期，每57年便要推迟1日。18近日点距太阳约147100000km远日点距太阳约152100000km焦距约为5000000km；日地平均值约为149600000km，在太阳系范畴内，它被天文学用作距离单位，并称为天文单位。地球轨道短轴的两端称为中距点。“中距”是指它们对太阳（焦点）的距离而言；对轨道中心来说，它们是近距点。相应地，地球于每年4月初和10月初，经过轨道的中距点。193.5.2黄赤交角地球有自转和公转。前者是旋转运动，后者是轨道运动。这两种运动之间，存在着如下的关系：地球的自转轴同它的轨道面成66°34'的交角。有时，人们形象地比喻为地球斜着身体绕太阳运动。20地球自转决定了它的赤道平面（垂直于地轴），地球公转决定了它的轨道平面。这二个平面之间成23°26‘的交角。在地心天球上，表现为天赤道和黄道两个天球大圆的交角，故称为黄赤交角。黄道和天赤道的两个交点为二分点。黄道对天赤道的两个大距点为二至点。黄赤大距为23°26'，这是赤道面和轨道面的交角在地心天球上的表现。21黄赤交角在天球上也表现为南北天极对于南北黄极的偏离。天轴垂直于赤道面，黄轴垂直于黄道面，既然黄赤交角是23°26′，那么，天极对于黄极的偏离，必然也是23°26′。黄赤交角的存在，具有重要的天文和地理意义。(1)是地轴进动的成因之一；(2)是视太阳日长度周年变化的主要原因。(3)是地球上四季变化和五带区分的根本原因。223.5.3地球公转的周期一般地说地球的公转周期为一年，但由于参考点的不同，天文学上年的长度有四种：恒星年、回归年、近点年、食年（交点年）。1．恒星年：把位于黄道面附近的恒星与太阳连线，这一连线称为日星连线，地球一年一度地通过日星连线与地球轨道的交点。地球相邻两次通过日星连线与地球轨道的交点所用的时间为恒星年。其长度为365.2564日，约合365日6时9分10秒。232．回归年：地球公转的春分点周期就是回归年。这种周期单位是以春分点为参考点得到的。在一个回归年期间，从太阳中心上看，地球中心连续两次过春分点；从地球中心上看，太阳中心连续两次过春分点。从地心天球的角度来讲，一个回归年的长度就是视太阳中心在黄道上，连续两次通过春分点的时间间隔。24春分点是黄道和天赤道的一个交点，它在黄道上的位置每年西移50″.29，移动的方向是自东向西。而视太阳在黄道上的运行方向是自西向东的，即逆时针的。这两个方向是相反的，所以，视太阳中心连续两次春分点所走的角度不足360°，而是359°59′9″.71。回归年不是地球公转的真正周期，其长度为365.2422日，即365日5小时48分46秒。253．近点年：是以近日点为参考点的，近日点也是一个动点，每年东移11，近点年比恒星年长4分43秒。264．食年（交点年）：食年是以黄白交点为参考点的，黄白交点也是一个动点，每年西移约20º，食年短于恒星年，约短18日15时16分17秒。27如下表所示：年参考点点的移动与恒星年的比较年的长度恒星年恒星（无明显自行）——365.2564日回归年春分点每年西移5029恒星年365.2422日近点年近日点每年东移11恒星年365.2596日交点年黄白交点每年西移20º恒星年346.6200日283.5.4地球公转的速度1．公转方向地球公转方向自西向东。古人多生活在北半球，在确定地面方向时，以日出方向为东方，日落方向为西方，正午太阳所在的方向为南方，相反的方向为北方。在哥白尼的日心学说建立以后人们真正认识到日月星辰的东升西落源于地球的自转，并且是与其方向相反的。292．公转速度地球公转的平均角速度为360º/年，0.99º/日，即约59'/日。地球公转的线速度为9亿4千万公里/年，即29.79km/s，约为30km/s。303．地球公转速度的变化地球公转速度因日地距离的变化而变化，地球距离太阳越近，所受太阳引力越大，公转的线速度和角速度越大，反之则越小。这同样符合开普勒第二定律-面积定律。目前地球1月初通过近日点，角速度为61'10/日，线速度为30.3km/s，7月初通过远日点，角速度为57'10/日，线速度为29.3/km/s。313.6地球公转的后果3.6.1恒星周年视差3.6.2太阳周年运动3.6.3行星同太阳的会合运动3.6.4月球同太阳的会合运动323.6.2太阳周年运动居住在地球上的人类不能直接感觉到地球的公转，而是通过太阳的周年视运动来认识地球的公转的。由于白天太阳的光辉掩映了其余天体的光辉，因此太阳的周年运动也不是可以直接观测的，它是通过夜半中星更替推论出来的。3334夜半中星在天球上与太阳有180º的角距离，北半球人们在半夜时观测正南方天空，不同季节看到不同的星座：（1）春分日（3月21日）为狮子座、夏至日（6月22日）为天蝎座、秋分日（9月23日）为飞马座、冬至日（12月22日）为猎户座。（2）太阳在春分日时位于飞马座、夏至日时位于猎户座、秋分日时位于狮子座、冬至日位于天蝎座。35361．太阳周年视运动太阳周年视运动是地球公转最明显的后果，它从各个方面反映了地球绕太阳公转的具体细节。（1）太阳周年视运动路线——黄道，真实地反映了地球轨道面在天空中的位置。春分点和秋分点的位置说明了地球赤道面和地球轨道面在天空中交线有位置，夏至点、冬至点到天赤道的距离23º26'，反映了地球赤道面与地球轨道面有23º26'的交角。37（2）太阳在黄道上的位置真实地反映了地球在其轨道上的位置。太阳位于北至点，地球位于轨道上的最南点，太阳位于南至点地球位于轨道上的最北点。38（3）太阳在黄道上的运动方向，真实地反映了地球公转的方向。（4）太阳周年视运动周期真实地反映了地球公转周期。若以恒星为参考点，周期为恒星年，若以二分、二至点为参考点则为回归年。（5）太阳周年运动的角速度，真实地反映了地球公转的角速度，平均为59'/日，变化于57'-61'/日之间。392.中国的二十四气与西方的黄道十二宫太阳在黄道上的位置是用太阳黄经来表示的，春分点太阳黄经为0º，我国农历的二十四气就是根据太阳黄经来划分的，把太阳黄经等分成二十四份，每一份为一气，每气合黄经15º。二十四气中单数为节气、双数为中气，从节气到节气或从中气到中气为一个节月，其长度为30.44日。二十四气中最主要的是春分、夏至、秋分和冬至，简称二分和二至，它们分别对应黄道上的二分点和二至点。4041西方天文学家也注意到太阳的周年视运动，他们发现每个晚上一定时刻所见的星座，大约每隔一个月改变一次，即太阳每隔一个月，在天球上穿过一个令人注目的星座，一年刚好穿过12个星座。这12个星座分布在黄道南北两侧各8°宽的带内。于是，人们从春分点开始，将黄道带分为十二等份，每一份所占的范围叫做一宫，共计有十二宫，称为黄道十二宫。每宫的名称是根据其所在星座的名称而命名的，以不同的符号表示。4243十二宫中每宫跨黄经30º，是以春分点为起点的。由于地轴的进动，春分点每年都有西移现