我們大家都知道,在太陽系中,地球的運行是繞著太陽轉(zhuǎn)的,一年轉(zhuǎn)一圈,稱為公轉(zhuǎn)。而且地球在圍著太陽運行的同時,自己本身也在以自己的轉(zhuǎn)軸為中心不停地轉(zhuǎn)動,稱為地球的自轉(zhuǎn)。
當(dāng)然地球本身是沒有轉(zhuǎn)軸的,不象地球儀那樣有一個中心軸支撐著,但是古人通過天文觀測到地球自轉(zhuǎn)空間位置基本上是穩(wěn)定的,地軸北端始終指向北極星附近。說明地球的中心相當(dāng)于有一個地軸。
地球自轉(zhuǎn)的方向是自西向東呈逆時針方向旋轉(zhuǎn),地球自轉(zhuǎn)一周360°,所需要的時間為23時56分4秒,這叫作1恒星日。
地球繞太陽的運動,叫做地球的公轉(zhuǎn)。同地球自轉(zhuǎn)方向一致,地球公轉(zhuǎn)的方向也為自西向東,沿逆時針方向繞太陽運轉(zhuǎn)。地球公轉(zhuǎn)一周360°,所需要的時間為365日6時9分10秒,這叫作1恒星年。
地球的運行有自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn),是同時進行的兩種運動模式。地球自轉(zhuǎn)的平面叫赤道平面;地球公轉(zhuǎn)的平面叫黃道平面。
人們通過通過眼睛觀察到的太陽是圍繞地球轉(zhuǎn)的。太陽每天東升西落,這便是地球自轉(zhuǎn)引起的一種視覺效果,因為地球是自西向東逆時針旋轉(zhuǎn)的,自然看到每天太陽是從東方出來而落于西方的。若依人們的視覺論,可以將此種現(xiàn)象稱為“一天視太陽運動軌跡”。
而地球圍繞太陽公轉(zhuǎn)一周的運動軌跡才是黃道。也可以稱其為"一年視太陽運動軌跡"。
地球自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)的關(guān)系,可以用赤道平面與黃道平面的關(guān)系來表示。過地心并與地軸垂直的平面叫為赤道平面;而地球公轉(zhuǎn)軌道平面稱為黃道平面。
因為地球自轉(zhuǎn)軸與公轉(zhuǎn)平面不垂直,所以赤道平面與黃道平面不重合,地軸與黃道平面的交角為66°34',赤道平面與黃道平面的交角為23°26'。
地球在公轉(zhuǎn)的過程中,地軸的空間指向和黃道赤道交角的大小,在一定時期內(nèi)可以看作是不變的。因此,地球在公轉(zhuǎn)軌道的不同位置,地表接受太陽垂直照射的點(簡稱太陽直射點)是有變化的。如下圖所示:
從冬至到第二年的夏至,太陽直射點自南緯23°26'向地球北部移動,到達北緯23°26';從夏至到冬至,太陽直射點自北緯23°26'向南部移動,到達南緯23°26'。太陽直射點在赤道的南部與北部的這種周期性往返運動,稱為太陽直射點的回歸運動。因此將太陽到達北部的直射點連線稱為北回歸線,將太陽到達南部的直射點連線稱為南回歸線。太陽直射點回歸運動的周期為365日5時48分46秒,稱為1回歸年。也正是因為太陽直射點的這種回歸運動,使地球各地正午太陽高度和晝夜長短不同,造成了溫度差異,從而形成了四季。
在北半球,在每年的3月21日前后太陽直射赤道即春分時節(jié);每年的9月23日前后太陽直射赤道即秋分時節(jié);每年的6月22日前后太陽直射北回歸線即夏至?xí)r節(jié);每年的12月22日前后太陽直射南回歸線即秋分時節(jié)。
黃道是地球繞太陽公轉(zhuǎn)一周而形成的軌跡。但人們通過通過眼睛觀察到的太陽是圍繞地球轉(zhuǎn)的。太陽每天東升西落,這是由于地球自轉(zhuǎn)引起的一種視覺效果,因為地球是自西向東逆時針旋轉(zhuǎn)的,自然看到太陽是從東方出來二落于西方的。這與地球圍繞太陽公轉(zhuǎn)一周是兩碼事。太陽在地球上的"視運動"分為兩種情形,即”周日視運動"和"周年視運動"。
回歸年與恒星年區(qū)別及原因
地球繞太陽公轉(zhuǎn)一周的時間,稱為一“年”。地球公轉(zhuǎn)的一個周期時間,因為參考點不同,則其時間長度也不相同。即恒星年與回歸年,其同樣是一年,但其時間長度有差異。
一恒星年,即太陽在天球上連續(xù)兩次通過同一恒星的時間間隔,365.2564日。即365日6時9分10秒。它是以相對不動的恒星作為參考點的,所以是地球繞太陽公轉(zhuǎn)的真正周期。
一回歸年,是太陽在天球上連續(xù)兩次通過春分點的時間間隔,長度為365.2422日,即365日5時48分46秒。它是以春分點為參考點的。
為什么以春分點為參考點的回歸年比以恒星為參考點的恒星年短20分24秒呢?這是由于春分點在黃道上每年要西退50.26"。
春分點的西移,是由于地軸的空間運動造成的。地軸的空間運動使地軸在天空中的指向發(fā)生變化,這種變化被稱為地軸的進動。
促使地軸進動的原因,是地球在自轉(zhuǎn)過程中受到月球和太陽吸引力的干擾。太陽和月球?qū)Φ厍虺嗟缆∑饚У奈?,試圖將并不重合的地球赤道平面與黃道面重合,因地球自轉(zhuǎn)有強大的慣性力,使兩者根本重合不了,但這種引力的干擾,卻引起了地軸和赤道平面的擺動,并使地軸的運動類似于陀螺旋轉(zhuǎn)軸的擺動。
由于地軸所指方向及地球赤道平面方向發(fā)生了變化,天赤道平面的方向也跟著發(fā)生變動,這樣,黃道平面與天赤道平面兩交點的位置也隨之發(fā)生變動。我們知道,春分點和秋分點就是黃道平面與天赤道平面的兩個交點。黃赤交點的變動必然帶來春分點沿黃道的移動。地軸進動的指向,同地球自轉(zhuǎn)的方向相反(同時也與地球公轉(zhuǎn)方向相反),從北半球地面上看,其進動的方向在天球上呈順時針方向,這導(dǎo)致春分點的移動方向與地球公轉(zhuǎn)方向相反,即西移。
地軸的進動是一種周期性運動,地軸轉(zhuǎn)動一周約需要25800年,每71年又7個月運行1°,每年移動約50.26”。所以春分點就要在黃道上每年西退50.26"。
由于春分點的西移,則以春分點為參考點的太陽在天球上周年運動的周期(即回歸年),和以恒星為參考點的的太陽沿黃道運行一周的時間(即恒星年)便有了差值,其值為20分24秒。由此可知,回歸年實際上是地球在公轉(zhuǎn)軌道上少走了50.26”的時間,它不是地球公轉(zhuǎn)的真正周期;恒星年是轉(zhuǎn)夠360°的時間,它才是地球公轉(zhuǎn)的真正周期。
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