| 词条 | 公转 |
| 释义 | § 定义 一个天体围绕着另一个天体转动叫做公转。 太阳系里的行星绕着太阳转动，或者各行星的卫星绕着行星而转动，都叫做公转。 地球公转 公转是一件物体以另一件物体为中心所作的循环运动，一般用来形容行星环绕恒星或者卫星环绕行星的活动。所沿著的轨道可以为圆、椭圆、双曲线或抛物线。 § 地球公转 地球公转周期地球公转的周期，笼统地说是一年。但是，由于参考点的不同，天文上的年的长度有四种：恒星年、回归年、近点年和交点年（食年），它们分别以恒星、春分点、近日点和黄白交点为度量年长的参考点。公转周期对比恒星年就是太阳沿黄道运行一周天所需的时间。除恒星年外，其它各种年都不是地球公转的真正周期，因为用来度量地球公转周期的参考点，虽然它们都超然于地球公转，却不是天球上的定点。回归年的度量以春分点为参考点，太阳沿黄道连续二次经过春分点所需的时间为回归年，其长度为365.2422日，即 365日5时48分46秒。[1] 地球公转的地理意义 1．太阳直射点的回归运动 2．昼夜长短变化 3．正午太阳高度的变化 4．四季和五带划分 § 特性 像地球的自转具有其独特规律性一样，地球的公转也有其自身的规律。这些规律从地球轨道、地球轨道面、黄赤交角、地球公转的周期和地球公转速度和地球公转的效应等几个方面表现出来。 § 轨道 地球在公转中所形成的封闭轨迹，称为地球轨道。其在天球上的投影，称为黄道。 参数 公转地球轨道是一个椭圆，太阳位于其中的一个焦点上，具体参数如下： 半长轴：149，600，000千米 半短轴：149，580，000千米 半焦距：2，500，000千米 周长：940，000，000千米 偏心率：0.0167 扁率：1:7000 重要的点 近日点和远日点：在地球的公转轨道上，有一点距离太阳最近，称为近日点，有一点离太阳最远，称为远日点。如：1982年，地球经过近日点的时间是1月4日19时，经过远日点的时间是7月4日22时。由于近点年比回归年长25分7秒，所以地球经过近日点和远日点的日期，每57年要推迟一日。 中距点：即轨道椭圆短轴的两端。如：1982年4月3日和10月5日时地球经过中距点。 § 周期及岁差 周期 公转周期为一个恒星年，需时365日6时9分10秒或365.2564日。 地球绕太阳公转一周所需要的时间，就是地球公转周期。笼统地说，地球公转周期是一“年”。因为太阳周年视运动 公转的周期与地球公转周期是相同的，所以地球公转的周期可以用太阳周年视运动来测得。地球上的观测者，观测到太阳在黄道上连续经过某一点的时间间隔，就是一“年”。由于所选取的参考点不同，则“年”的长度也不同。常用的周期单位有恒星年、回归年和近点年。 地球公转的恒星周期就是恒星年。这个周期单位是以恒星为参考点而得到的。在一个恒星年期间，从太阳中心上看，地球中心从以恒星为背景的某一点出发，环绕太阳运行一周，然后回到天空中的同一点；从地球中心上看，太阳中心从黄道上某点出发，这一点相对于恒星是固定的，运行一周，然后回到黄道上的同一点。因此，从地心天球的角度来讲，一个恒星年的长度就是视太阳中心，在黄道上，连续两次通过同一恒星的时间间隔。 恒星年是以恒定不动的恒星为参考点而得到的，所以，它是地球公转360°的时间，是地球公转的真正周期。用日的单位表示，其长度为365.2564日，即365日6小时9分10秒。 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。 春分点是黄道和天赤道的一个交点，它在黄道上的位置不是固定不变的，每年西移50″.29，也就是说春分点在以“年”为单位的时间里，是个动点，移动的方向是自东向西的，即顺时针方向。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360°—50″.29即359°59′9″.71，这就是在一个回归年期间地球公转的角度。因此，回归年不是地球公转的真正周期，只表示地球公转了359°59′9″.71的角度所需要的时间，用日的单位表示，其长度为365.2422日，即365日5小时48分46秒。 地球公转的近日点周期就是近点年。这种周期单位是以地球轨道的近日点为参考点而得到的。在一个近点年期间，地球中心（或视太阳中心）连续两次过地球轨道的近日点。由于近日点是一个动点，它在黄道上的移动方向是自西向东的，即与地球公转方向（或太阳周年视运动的方向）相同，移动的量为每年11″，所以，近点年也不是地球公转的真正周期，一个近点年地球公转的角度为360°+11″，即360°0′11″，用日的单位来表示，其长度365.2596日，即365日6小时13分53秒。 只有恒星年才是地球公转的真正周期。在下面章节中，我们将学习到回归年是地球寒暑变化周期，即四季变化的周期，它与人类的生活生产关系极为密切。回归年略短于恒星年，每年短20分24秒，在天文学上称为岁差。 为什么春分点每年西移50″.29而造成岁差现象呢？这是地轴进动的结果。 地轴的进动同地球的自转、地球的形状、黄赤交角的存在以及月球绕地球公转轨道的特征，有着密切的联系。 地轴的进动类似于陀螺的旋转轴环绕铅垂线的摆动。当急转的陀螺倾斜时，旋转轴就绕着与地面垂直的轴线，画圆锥面，陀螺轴发生缓慢的晃动。这是因为地球引力有使它倾倒的趋势，而陀螺本身旋转运动的惯性作用，又使它维持不倒，于是便在引力作用下发生缓慢的晃动。这就是陀螺的进动。 地球的自转，就好像是一个不停地旋转着的庞大无比的大“陀螺”，由于惯性作用，地球始终在不停地自转着。地球自身的形状类似于一个椭球体，赤道部分是凸出的，即有一个赤道隆起带。同时，由于黄赤交角的存在，太阳中心与地球中心的连线，不是经常通过赤道隆起带的。所以，太阳对地球的吸引力，尤其是对于赤道隆起带的吸引力，是不平衡的。另外，月球绕地球公转的轨道平面，与黄道面和天赤道面都不重合，与黄道面呈5°9′的夹角，也就是说，地球中心与月球中心的连线，也不是经常通过赤道隆起带。所以，月球对地球的吸引力，尤其是对赤道隆起带的吸引力，也是不平衡的。据万有引力定律,F1＞F2。 日月的这种不平衡吸引力，力图使赤道面与地球轨道面相重合，达到平衡状态。但是，地球自转的惯性作用，使其维持这种倾斜状态。于是，地球就在月球和太阳的不平衡的吸引力共同作用下产生了摆动，这种摆动表现为地轴以黄轴为轴做周期性的圆锥运动，圆锥的半径为23°26′，即等于黄赤交角。地轴的这种运动， 称为地轴进动。地轴进动方向为自东向西，即同地球自转和公转方向相反，而陀螺的进动方向与自转方向是一致的。 这是因为陀螺有“倾倒”的趋势，而地轴有“直立”的趋势。 地轴进动的速度非常缓慢，每年进动50″.29，进动的周期是25800年。 由于地轴的进动，造成地球赤道面在空间的倾斜方向发生了改变，引起天赤道相应的变化，致使天赤道与黄道的交点——春分点和秋分点，在黄道上相应地移动。移动的方向是自东向西的，即与地球公转方向相反，每年移动的角度为50″.29。因此，年的长度，以春分点为参考点周期单位要比以恒定不动的恒星为参考点的周期单位略短，这就是产生岁差的原因。 由于地轴的进动，造成地球的南北两极的空间指向发生改变，使天极以25800年为周期绕黄极运动。所以，天北极和天南极在天球上的位置也是在缓慢地移动着。北极星在公元前3000年曾是天龙座α星，目前的北极星在小熊座α星附近，到了公元7000年，移到仙王座α星附近，到公元14000年，织女星将成为北极星。 由于地轴进动造成天极和春分点在天球上的移动，以其为依据而建立起来的天球坐标系也必然相应地变化。对赤道坐标系来说，恒星的赤经和赤纬要发生变化，对黄道坐标系来说，恒星的黄经要发生改变。但是，地轴的进动不改变黄赤交角，即地轴在进动时，地轴与地球轨道面的夹角始终是66°34′。 由于地轴进动而造成的天极、春分点的移动角度相对来讲是很微小的，在较长的时间里不会有很大的移动。仍然可以说天极和春分点在天球上的位置不变，恒星的赤经、赤纬和黄经也可以粗略地认为是不变的，以此为依据而建立的星表、星图仍是可以长期使用的 § 地球的轨道面 地球轨道所在的平面称为地球的轨道面，也称为黄道面。 黄赤交角 土星地球的赤道面与黄道面并不重合，而是有一个交角（二面角），就是黄赤交角。在2000年，这个交角为23°26′21″。 节气分点 春分点、秋分点、夏至点、冬至点 这些点是在地心天球上。黄道和天赤道的两个交点之一为白羊宫第一点，即春分点，第二个交点为天秤宫第一点，即秋分点，这两个点合称二分点。黄道上距天赤道最远的两点之一为巨蟹宫第一点，即夏至点，第二个交点为摩羯宫第一点，即冬至点，这两个点合称二至点。 黄赤大距 在地心天球上，二至点与天赤道的距离称为黄赤大距，它是黄赤交角在地心天球上的体现，其值等于黄赤交角。 § 公转速度 平均角速度是每年360度，即每日59分。平均线速度为每年940，000，000公里，即每秒29.78公里。即时角速度和即时线速度有季节变化，在能量守恒的前提下，离太阳越近，位能越小，动能则越大，即时线速度和即时角速度就越大。在角动量守恒的前提下，即在相等长度的时间内，地球、太阳连线所扫过的面积是恒定的。 地球公转是一种周期性的圆周运动，因此，地球公转速度包含着角速度和线速度两个方面。如果我们采用恒星年作地球公转周期的话，那么地球公转的平均角速度就是每年360°，也就是经过365.2564日地球公转360°，即每日约0°.986，亦即每日约59′8″。地球轨道总长度是940000000千米，因此，地球公转的平均线速度就是每年9.4亿千米，也就是经过365.2564日地球公转了9.4亿千米，即每秒钟29.8千米，约每秒30千米。 依据开普勒行星运动第二定律可知，地球公转速度与日地距离有关。地球公转的角速度和线速度都不是固定的值，随着日地距离的变化而改变。地球在过近日点时，公转的速度快，角速度和线速度都超过它们的平均值，角速度为1°1′11″/日，线速度为30.3千米/秒；地球在过远日点时，公转的速度慢，角速度和线速度都低于它们的平均值，角速度为57′11″/日，线速度为29.3千米/秒。地球于每年1月初经过近日点，7月初经过远日点，因此，从1月初到当年7月初，地球与太阳的距离逐渐加大，地球公转速度逐渐减慢；从7月初到来年1月初，地球与太阳的距离逐渐缩小，地球公转速度逐渐加快。 春分点和秋分点对黄道是等分的，如果地球公转速度是均匀的，则视太阳由春分点运行到秋分点所需要的时间，应该与视太阳由秋分点运行到春分点所需要的时间是等长的，各为全年的一半。但是，地球公转速度是不均匀的，则走过相等距离的时间必然是不等长的。视太阳由春分点经过夏至点到秋分点，地球公转速度较慢，需要186天多，长于全年的一半，此时是北半球的夏半年和南半球的冬半年；视太阳由秋分点经过冬至点到春分点，地球公转速度较快，需要179天，短于全年的一半，此时是北半球的冬半年和南半球的夏半年。由此可见，地球公转速度的变化，是造成地球上四季不等长的根本原因。 首先了解几个名词： 1，一光年：是指一年时间里面光走过的距离,注意，光年是长度单位。 2，地球公转：我们的地球以每秒29.79公里的速度，沿着一个偏心率很小的椭圆绕着太阳公转。走完大约约9.4亿公里的一圈路程要花365天又5小时48分46秒，即大约一年。 （日地平均距离是1.5亿公里） 可以理解为：光在一年时间里面走过的距离是地球公转的周长的多少倍？答案;由于1光年是光在一年时间里面走过的距离，地球公转周长是地球一年走过的弧长,时间都是一年。所以距离之比就是光速300000km/s和地球公转的速度29.79km/s之比：n＝300000/29.79＝10000倍。 § 产生的后果 恒星的周年视差位移 轨迹 地球的公转地球公转轨道是封闭曲线，恒星周年视差位移轨迹也是封闭曲线。在南北黄极，恒星周年视差位移轨迹是一正圆。在黄道上，它是一直线。天球的其他位置的位移轨迹全是椭圆，称为周年视差椭圆。 周期 地球公转以一年为周期，恒星视差位移也以一年为周期，这种视差位移称为周年视差位移。 大小 π=a/D π：恒星年视差的大小，当日地连线同星地连星垂直时日星连线与地心连线的交角。 a：日地平均距离。 D：与恒星的距离。 太阳的周年运动 1.太阳周年视差椭圆即是黄道，反映地球轨道面在天球上的位置，春分点和秋分点说明地球公转轨道面和赤道面的相交线在天球上的位置。 2.太阳在黄道上的位置，反映地球在其轨道上的位置。如：太阳若位于春分点，地球则位于秋分点。 3.太阳在黄道上的视运动方向，反映地球公转的方向。 4.太阳周年视运动的周期，反映地球公转的周期（年）。 5.太阳周年视运动的角度，反映地球公转的角速度。 行星和太阳的会合运动 会合运动的概念 由于太阳和行星都以各自特定的周期在地心天球上运动，这样在太阳和各个行星之间存在着相对运动，这种相对运动称为行星对太阳的会合运动。这种运动是地球的公转后果之一。 合的概念 行星和太阳的黄经相等的现象称为行星同太阳相会合，简称合日或合。从黄极看，这时行星、太阳与地球位于同一条直线，且太阳和这个行星位于地球的同一侧。 会合周期 行星的会合周期：S 行星的公转周期：P 太阳周年运动周期（地球的公转周期）：E 地内行星：1/S=1/P-1/E 地外行星：1/S=1/E-1/P 地内行星和地外行星的合 1.地内行星与太阳的黄经差有一定的限度，称为大距，分为东大距和西大距。地外行星没有大距，但有东方照和西方照，方照是指行星和太阳黄经差90度的情况。 2.地内行星的合有上下合之分，上合的行星距地球最远，下合的行星离地球最近。地外行星有冲，冲是行星同太阳相距180度的情况，合日就是距地球最远，冲日就是距地球最近。 行星在天球的运动 1.表现：顺行-留-逆行-留-顺行依次出现。[1] 2.顺行最快时，则是内侧行星上合或外侧行星合日，逆行最快时，则是地内行星下合或地外行星冲日。 月球和太阳的会合运动 1.类似于地外行星相对于太阳的会合运动，而且直接与月相相联系。合即为朔，冲为望，东方照为上弦，西方照即为下弦。 2.因为月球在天球上运行的角速度大于太阳的周年运动，所以月球相对于太阳的运动始终向东，而地外行星则相反。 3.月球的运行只有顺行没有逆行。 4.会合周期，即朔望月。1/S=1/M-1/E=29.5406日。 § 原因的推测 所有较大的“星球”为什么会“自转”？所有的小“分子”为什么又会在做永不停息的“布朗运动”？所有的“电子”又为什么会在“原子核”周围“公转”？它们转来转去不“晕”吗？ 首先它们又不是“动物”当然是不会觉得“晕”了。而为什么它们会“自转”，其实根本原因还是要归根到“磁场”上！ 先来看一个现象就差不多知道怎么回事了。下面是一个“大风车”，只要旁边有一个“蜡烛”在“烧火”，“空气”的“密度”就会“不均匀”，从而使“空气”产生“对流”，因此大风车便“旋转”了起来！那么我们在看看无论是“星球”还是“磁铁”的“磁场”是“均匀”的吗？很明显是不均匀的，否则也不会把“磁铁”上的“纸”抖一抖就会让“磁粉”自然显现出“磁力线”来如下图。 也就是说，最先，电子因为“原子核”的磁场“不均匀”产生了“电子”的永不停息的“公转”，就像“空气的对流”；于是产生了“分子”永不停息的做“布朗运动”；由此所“拼合而成”每个“星球”的整体，也整合而成了大的“磁场”，而这个磁场也必然是不均匀的，于是，当“星球”足够大，磁场足够强的时候，在几乎没有“阻力”的“真空”里，就把“星球”自己也带动了，“公转”同理。 § 太阳公转 太阳绕银河系中心公转。银河系中心可能有巨大黑洞,但它周围布满了恒星,看上去象“银盘”。这些恒星都绕“银核”公转。与地球公转不同，这些恒星公转每绕一周离“银核”会更近。 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