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地球在自轉的同時還圍繞太陽轉動。地球環繞太陽的運動稱為地球公轉。因為同地球一起環繞太陽的還有太陽系的其他天體,太陽是它們共有的中心天體。公轉的方向也是自西向東的,公轉一周的時間是一年。

1 公轉 -定義

一個天體圍繞著另一個天體轉動叫做公轉。

太陽系裡的行星繞著太陽轉動,或者各行星的衛星繞著行星而轉動,都叫做公轉。
公轉地球公轉
 

公轉是一件物體以另一件物體為中心所作的循環運動,一般用來形容行星環繞恆星或者衛星環繞行星的活動。所沿著的軌道可以為圓、橢圓、雙曲線或拋物線。

2 公轉 -地球公轉

地球公轉周期
地球公轉的周期,籠統地說是一年。但是,由於參考點的不同,天文上的年的長度有四種:恆星年、回歸年、近點年和交點年(食年),它們分別以恆星、春分點、近日點和黃白交點為度量年長的參考點。
公轉公轉周期對比
恆星年就是太陽沿黃道運行一周天所需的時間。除恆星年外,其它各種年都不是地球公轉的真正周期,因為用來度量地球公轉周期的參考點,雖然它們都超然於地球公轉,卻不是天球上的定點。回歸年的度量以春分點為參考點,太陽沿黃道連續二次經過春分點所需的時間為回歸年,其長度為365.2422日,即 365日5時48分46秒。

地球公轉的地理意義
1.太陽直射點的回歸運動
2.晝夜長短變化
3.正午太陽高度的變化
4.四季和五帶劃分

3 公轉 -特性

像地球的自轉具有其獨特規律性一樣,地球的公轉也有其自身的規律。這些規律從地球軌道、地球軌道面、黃赤交角、地球公轉的周期和地球公轉速度和地球公轉的效應等幾個方面表現出來。

4 公轉 -軌道

地球在公轉中所形成的封閉軌跡,稱為地球軌道。其在天球上的投影,稱為黃道。
參數
公轉公轉
地球軌道是一個橢圓,太陽位於其中的一個焦點上,具體參數如下:

半長軸:149,600,000千米
半短軸:149,580,000千米
半焦距:2,500,000千米
周長:940,000,000千米
偏心率:0.0167
扁率:1:7000
重要的點

近日點和遠日點:在地球的公轉軌道上,有一點距離太陽最近,稱為近日點,有一點離太陽最遠,稱為遠日點。如:1982年,地球經過近日點的時間是1月4日19時,經過遠日點的時間是7月4日22時。由於近點年比回歸年長25分7秒,所以地球經過近日點和遠日點的日期,每57年要推遲一日。

中距點:即軌道橢圓短軸的兩端。如:1982年4月3日和10月5日時地球經過中距點。

5 公轉 -周期及歲差

周期
公轉周期為一個恆星年,需時365日6時9分10秒或365.2564日。
 
地球繞太陽公轉一周所需要的時間,就是地球公轉周期。籠統地說,地球公轉周期是一「年」。因為太陽周年視運動
公轉公轉
的周期與地球公轉周期是相同的,所以地球公轉的周期可以用太陽周年視運動來測得。地球上的觀測者,觀測到太陽在黃道上連續經過某一點的時間間隔,就是一「年」。由於所選取的參考點不同,則「年」的長度也不同。常用的周期單位有恆星年、回歸年和近點年。
  
地球公轉的恆星周期就是恆星年。這個周期單位是以恆星為參考點而得到的。在一個恆星年期間,從太陽中心上看,地球中心從以恆星為背景的某一點出發,環繞太陽運行一周,然後回到天空中的同一點;從地球中心上看,太陽中心從黃道上某點出發,這一點相對於恆星是固定的,運行一周,然後回到黃道上的同一點。因此,從地心天球的角度來講,一個恆星年的長度就是視太陽中心,在黃道上,連續兩次通過同一恆星的時間間隔。
  
恆星年是以恆定不動的恆星為參考點而得到的,所以,它是地球公轉360°的時間,是地球公轉的真正周期。用日的單位表示,其長度為365.2564日,即365日6小時9分10秒。
  
地球公轉的春分點周期就是回歸年。這種周期單位是以春分點為參考點得到的。在一個回歸年期間,從太陽中心上看,地球中心連續兩次過春分點;從地球中心上看,太陽中心連續兩次過春分點。從地心天球的角度來講,一個回歸年的長度就是視太陽中心在黃道上,連續兩次通過春分點的時間間隔。
  
春分點是黃道和天赤道的一個交點,它在黃道上的位置不是固定不變的,每年西移50″.29,也就是說春分點在以「年」為單位的時間裡,是個動點,移動的方向是自東向西的,即順時針方向。而視太陽在黃道上的運行方向是自西向東的,即逆時針的。這兩個方向是相反的,所以,視太陽中心連續兩次春分點所走的角度不足360°,而是360°—50″.29即359°59′9″.71,這就是在一個回歸年期間地球公轉的角度。因此,回歸年不是地球公轉的真正周期,只表示地球公轉了359°59′9″.71的角度所需要的時間,用日的單位表示,其長度為365.2422日,即365日5小時48分46秒。
  
地球公轉的近日點周期就是近點年。這種周期單位是以地球軌道的近日點為參考點而得到的。在一個近點年期間,地球中心(或視太陽中心)連續兩次過地球軌道的近日點。由於近日點是一個動點,它在黃道上的移動方向是自西向東的,即與地球公轉方向(或太陽周年視運動的方向)相同,移動的量為每年11″,所以,近點年也不是地球公轉的真正周期,一個近點年地球公轉的角度為360°+11″,即360°0′11″,用日的單位來表示,其長度365.2596日,即365日6小時13分53秒。
  
只有恆星年才是地球公轉的真正周期。在下面章節中,我們將學習到回歸年是地球寒暑變化周期,即四季變化的周期,它與人類的生活生產關係極為密切。回歸年略短於恆星年,每年短20分24秒,在天文學上稱為歲差。
  
為什麼春分點每年西移50″.29而造成歲差現象呢?這是地軸進動的結果。
  
地軸的進動同地球的自轉、地球的形狀、黃赤交角的存在以及月球繞地球公轉軌道的特徵,有著密切的聯繫。
  
地軸的進動類似於陀螺的旋轉軸環繞鉛垂線的擺動。當急轉的陀螺傾斜時,旋轉軸就繞著與地面垂直的軸線,畫圓錐面,陀螺軸發生緩慢的晃動。這是因為地球引力有使它傾倒的趨勢,而陀螺本身旋轉運動的慣性作用,又使它維持不倒,於是便在引力作用下發生緩慢的晃動。這就是陀螺的進動。
  
地球的自轉,就好像是一個不停地旋轉著的龐大無比的大「陀螺」,由於慣性作用,地球始終在不停地自轉著。地球自身的形狀類似於一個橢球體,赤道部分是凸出的,即有一個赤道隆起帶。同時,由於黃赤交角的存在,太陽中心與地球中心的連線,不是經常通過赤道隆起帶的。所以,太陽對地球的吸引力,尤其是對於赤道隆起帶的吸引力,是不平衡的。另外,月球繞地球公轉的軌道平面,與黃道面和天赤道面都不重合,與黃道面呈5°9′的夾角,也就是說,地球中心與月球中心的連線,也不是經常通過赤道隆起帶。所以,月球對地球的吸引力,尤其是對赤道隆起帶的吸引力,也是不平衡的。據萬有引力定律,F1>F2。
  
日月的這種不平衡吸引力,力圖使赤道面與地球軌道面相重合,達到平衡狀態。但是,地球自轉的慣性作用,使其維持這種傾斜狀態。於是,地球就在月球和太陽的不平衡的吸引力共同作用下產生了擺動,這種擺動表現為地軸以黃軸為軸做周期性的圓錐運動,圓錐的半徑為23°26′,即等於黃赤交角。地軸的這種運動, 稱為地軸進動。地軸進動方向為自東向西,即同地球自轉和公轉方向相反,而陀螺的進動方向與自轉方向是一致的。
  
這是因為陀螺有「傾倒」的趨勢,而地軸有「直立」的趨勢。
  
地軸進動的速度非常緩慢,每年進動50″.29,進動的周期是25800年。
  
由於地軸的進動,造成地球赤道面在空間的傾斜方向發生了改變,引起天赤道相應的變化,致使天赤道與黃道的交點——春分點和秋分點,在黃道上相應地移動。移動的方向是自東向西的,即與地球公轉方向相反,每年移動的角度為50″.29。因此,年的長度,以春分點為參考點周期單位要比以恆定不動的恆星為參考點的周期單位略短,這就是產生歲差的原因。
  
由於地軸的進動,造成地球的南北兩極的空間指向發生改變,使天極以25800年為周期繞黃極運動。所以,天北極和天南極在天球上的位置也是在緩慢地移動著。北極星在公元前3000年曾是天龍座α星,目前的北極星在小熊座α星附近,到了公元7000年,移到仙王座α星附近,到公元14000年,織女星將成為北極星。
  
由於地軸進動造成天極和春分點在天球上的移動,以其為依據而建立起來的天球坐標系也必然相應地變化。對赤道坐標系來說,恆星的赤經和赤緯要發生變化,對黃道坐標系來說,恆星的黃經要發生改變。但是,地軸的進動不改變黃赤交角,即地軸在進動時,地軸與地球軌道面的夾角始終是66°34′。
  
由於地軸進動而造成的天極、春分點的移動角度相對來講是很微小的,在較長的時間裡不會有很大的移動。仍然可以說天極和春分點在天球上的位置不變,恆星的赤經、赤緯和黃經也可以粗略地認為是不變的,以此為依據而建立的星表、星圖仍是可以長期使用的 

6 公轉 -地球的軌道面

地球軌道所在的平面稱為地球的軌道面,也稱為黃道面。
黃赤交角
公轉土星
地球的赤道面與黃道面並不重合,而是有一個交角(二面角),就是黃赤交角。在2000年,這個交角為23°26′21″。 
節氣分點
春分點、秋分點、夏至點、冬至點
這些點是在地心天球上。黃道和天赤道的兩個交點之一為白羊宮第一點,即春分點,第二個交點為天秤宮第一點,即秋分點,這兩個點合稱二分點。黃道上距天赤道最遠的兩點之一為巨蟹宮第一點,即夏至點,第二個交點為摩羯宮第一點,即冬至點,這兩個點合稱二至點。
黃赤大距

在地心天球上,二至點與天赤道的距離稱為黃赤大距,它是黃赤交角在地心天球上的體現,其值等於黃赤交角。

7 公轉 -公轉速度

平均角速度是每年360度,即每日59分。平均線速度為每年940,000,000公里,即每秒29.78公里。即時角速度和即時線速度有季節變化,在能量守恆的前提下,離太陽越近,位能越小,動能則越大,即時線速度和即時角速度就越大。在角動量守恆的前提下,即在相等長度的時間內,地球、太陽連線所掃過的面積是恆定的。

地球公轉是一種周期性的圓周運動,因此,地球公轉速度包含著角速度和線速度兩個方面。如果我們採用恆星年作地球公轉周期的話,那麼地球公轉的平均角速度就是每年360°,也就是經過365.2564日地球公轉360°,即每日約0°.986,亦即每日約59′8″。地球軌道總長度是940000000千米,因此,地球公轉的平均線速度就是每年9.4億千米,也就是經過365.2564日地球公轉了9.4億千米,即每秒鐘29.8千米,約每秒30千米。
  
依據開普勒行星運動第二定律可知,地球公轉速度與日地距離有關。地球公轉的角速度和線速度都不是固定的值,隨著日地距離的變化而改變。地球在過近日點時,公轉的速度快,角速度和線速度都超過它們的平均值,角速度為1°1′11″/日,線速度為30.3千米/秒;地球在過遠日點時,公轉的速度慢,角速度和線速度都低於它們的平均值,角速度為57′11″/日,線速度為29.3千米/秒。地球於每年1月初經過近日點,7月初經過遠日點,因此,從1月初到當年7月初,地球與太陽的距離逐漸加大,地球公轉速度逐漸減慢;從7月初到來年1月初,地球與太陽的距離逐漸縮小,地球公轉速度逐漸加快。
 
春分點和秋分點對黃道是等分的,如果地球公轉速度是均勻的,則視太陽由春分點運行到秋分點所需要的時間,應該與視太陽由秋分點運行到春分點所需要的時間是等長的,各為全年的一半。但是,地球公轉速度是不均勻的,則走過相等距離的時間必然是不等長的。視太陽由春分點經過夏至點到秋分點,地球公轉速度較慢,需要186天多,長於全年的一半,此時是北半球的夏半年和南半球的冬半年;視太陽由秋分點經過冬至點到春分點,地球公轉速度較快,需要179天,短於全年的一半,此時是北半球的冬半年和南半球的夏半年。由此可見,地球公轉速度的變化,是造成地球上四季不等長的根本原因。
  
首先了解幾個名詞:
1,一光年:是指一年時間裡面光走過的距離,注意,光年是長度單位。
2,地球公轉:我們的地球以每秒29.79公里的速度,沿著一個偏心率很小的橢圓繞著太陽公轉。走完大約約9.4億公里的一圈路程要花365天又5小時48分46秒,即大約一年。 (日地平均距離是1.5億公里)
 
可以理解為:光在一年時間裡面走過的距離是地球公轉的周長的多少倍?答案;由於1光年是光在一年時間裡面走過的距離,地球公轉周長是地球一年走過的弧長,時間都是一年。所以距離之比就是光速300000km/s和地球公轉的速度29.79km/s之比:n=300000/29.79=10000倍。

8 公轉 -產生的後果

恆星的周年視差位移

軌跡
公轉地球的公轉
地球公轉軌道是封閉曲線,恆星周年視差位移軌跡也是封閉曲線。在南北黃極,恆星周年視差位移軌跡是一正圓。在黃道上,它是一直線。天球的其他位置的位移軌跡全是橢圓,稱為周年視差橢圓。

周期
地球公轉以一年為周期,恆星視差位移也以一年為周期,這種視差位移稱為周年視差位移。 

大小
π=a/D
π:恆星年視差的大小,當日地連線同星地連星垂直時日星連線與地心連線的交角。
a:日地平均距離。
D:與恆星的距離。
太陽的周年運動
1.太陽周年視差橢圓即是黃道,反映地球軌道面在天球上的位置,春分點和秋分點說明地球公轉軌道面和赤道面的相交線在天球上的位置。
2.太陽在黃道上的位置,反映地球在其軌道上的位置。如:太陽若位於春分點,地球則位於秋分點。
3.太陽在黃道上的視運動方向,反映地球公轉的方向。
4.太陽周年視運動的周期,反映地球公轉的周期(年)。
5.太陽周年視運動的角度,反映地球公轉的角速度。
行星和太陽的會合運動

會合運動的概念
由於太陽和行星都以各自特定的周期在地心天球上運動,這樣在太陽和各個行星之間存在著相對運動,這種相對運動稱為行星對太陽的會合運動。這種運動是地球的公轉後果之一。

合的概念
行星和太陽的黃經相等的現象稱為行星同太陽相會合,簡稱合日或合。從黃極看,這時行星、太陽與地球位於同一條直線,且太陽和這個行星位於地球的同一側。

會合周期
行星的會合周期:S    行星的公轉周期:P
太陽周年運動周期(地球的公轉周期):E
地內行星:1/S=1/P-1/E
地外行星:1/S=1/E-1/P

地內行星和地外行星的合

1.地內行星與太陽的黃經差有一定的限度,稱為大距,分為東大距和西大距。地外行星沒有大距,但有東方照和西方照,方照是指行星和太陽黃經差90度的情況。
2.地內行星的合有上下合之分,上合的行星距地球最遠,下合的行星離地球最近。地外行星有沖,沖是行星同太陽相距180度的情況,合日就是距地球最遠,沖日就是距地球最近。

行星在天球的運動
1.表現:順行-留-逆行-留-順行依次出現。[1]
2.順行最快時,則是內側行星上合或外側行星合日,逆行最快時,則是地內行星下合或地外行星沖日。

月球和太陽的會合運動
1.類似於地外行星相對於太陽的會合運動,而且直接與月相相聯繫。合即為朔,沖為望,東方照為上弦,西方照即為下弦。

2.因為月球在天球上運行的角速度大於太陽的周年運動,所以月球相對於太陽的運動始終向東,而地外行星則相反。

3.月球的運行只有順行沒有逆行。

4.會合周期,即朔望月。1/S=1/M-1/E=29.5406日。

9 公轉 -原因的推測

所有較大的「星球」為什麼會「自轉」?所有的小「分子」為什麼又會在做永不停息的「布朗運動」?所有的「電子」又為什麼會在「原子核」周圍「公轉」?它們轉來轉去不「暈」嗎?
  
首先它們又不是「動物」當然是不會覺得「暈」了。而為什麼它們會「自轉」,其實根本原因還是要歸根到「磁場」上!
  
先來看一個現象就差不多知道怎麼回事了。下面是一個「大風車」,只要旁邊有一個「蠟燭」在「燒火」,「空氣」的「密度」就會「不均勻」,從而使「空氣」產生「對流」,因此大風車便「旋轉」了起來!那麼我們在看看無論是「星球」還是「磁鐵」的「磁場」是「均勻」的嗎?很明顯是不均勻的,否則也不會把「磁鐵」上的「紙」抖一抖就會讓「磁粉」自然顯現出「磁力線」來如下圖。
  
也就是說,最先,電子因為「原子核」的磁場「不均勻」產生了「電子」的永不停息的「公轉」,就像「空氣的對流」;於是產生了「分子」永不停息的做「布朗運動」;由此所「拼合而成」每個「星球」的整體,也整合而成了大的「磁場」,而這個磁場也必然是不均勻的,於是,當「星球」足夠大,磁場足夠強的時候,在幾乎沒有「阻力」的「真空」里,就把「星球」自己也帶動了,「公轉」同理。

10 公轉 -太陽公轉

          太陽繞銀河系中心公轉。銀河系中心可能有巨大黑洞,但它周圍布滿了恆星,看上去象「銀盤」。這些恆星都繞「銀核」公轉。與地球公轉不同,這些恆星公轉每繞一周離「銀核」會更近。
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