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地球繞太陽公轉(zhuǎn)
地球繞太陽做周期性轉(zhuǎn)動
基本信息
| 中文名 | 地球繞太陽公轉(zhuǎn) |
| 類型 | 天文現(xiàn)象 |
| 平均線速度 | 每年940，000，000 公里 |
| 角速度 | 每年360度 |
簡介
公轉(zhuǎn)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(jié)變化，在能量守恒的前提下，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。在角動量守恒的前提下，即在相等長度的時間內(nèi)，地球、太陽連線所掃過的面積是恒定的。
公轉(zhuǎn)夾角
地球的自轉(zhuǎn)軸與其公轉(zhuǎn)的軌道面成66°34′的傾斜。這個角度同人們拿鉛筆書寫時筆桿與桌面的傾斜相仿。人們有時形象地比喻為地球“斜著身體”繞太陽公轉(zhuǎn)。
地球的自轉(zhuǎn)同它公轉(zhuǎn)之間的這種關(guān)系，天文學(xué)和地理學(xué)上通常用它的余角（23°26′），即赤道面與軌道面的交角來表示；而在地心天球上，則表現(xiàn)為黃道與天赤道的交角，并被稱為黃赤交角，又稱"黃赤大距"。黃道與天赤道的兩個交點(diǎn)，叫白羊?qū)m（白羊座）第一點(diǎn)和天秤宮（天秤座）第一點(diǎn)，在北半球分別稱為春分點(diǎn)和秋分點(diǎn)，合稱二分點(diǎn)。黃道上距天赤道最遠(yuǎn)的兩點(diǎn)，叫巨蟹宮（巨蟹座）第一點(diǎn)和摩羯宮（摩羯座）第一點(diǎn)，即北半球的夏至點(diǎn)和冬至點(diǎn)，合稱二至點(diǎn)。二至點(diǎn)距天赤道23°26′，稱黃赤大距，是黃角交角在地心天球上的表現(xiàn)。
黃赤交角的存在，具有重要的天文和地理意義。前已述及，黃赤交角是地軸進(jìn)動的成因之一；它還是視太陽日長度周年變化的主要原因。下節(jié)還將要說明，黃赤交角是地球上四季變化和五帶區(qū)分的根本原因。
軌道直徑
開普勒的行星運(yùn)動定律，讓17世紀(jì)初天文學(xué)家眼中的太陽系與其真實(shí)面貌達(dá)到了空前的一致。太陽位于中心；當(dāng)時已知的六顆行星——水星、金星、地球、火星、木星還有土星由內(nèi)到外依次在各自的橢圓軌道上圍繞著太陽運(yùn)動。然而這幅太陽系的“全家福”之中還有一個重大的缺憾，它是沒有比例尺的，因?yàn)楫?dāng)時的天文學(xué)家不知道任何一顆行星到太陽的距離，他們所知道的只是這些行星與太陽之間的距離的比值，其中地球與太陽之間的平均距離被定為一個天文單位，以此類推最內(nèi)側(cè)的水星與太陽的距離便為0.3871個天文單位，而最外側(cè)的土星則在距離太陽9.5388的軌道上緩慢運(yùn)行。
由于“天文單位”是天文學(xué)，特別是天文測量學(xué)中一個非常重要的一個天文數(shù)值，因此準(zhǔn)確的測量地球與太陽之間的距離便成為了“最為崇高的天文問題”之一。
但是這并不是一件容易的事情，太陽高高地掛在空中、遙不可及，顯然不能像測量你家房間大小那樣直接用皮尺去量，而只能通過間接的方法去測定。天文學(xué)家們很快便想到了“視差”，所謂的“視差”是指在兩個不同的點(diǎn)上觀察同一個目標(biāo)時所產(chǎn)生的方向差異，這種方向差異可以通過目標(biāo)在遙遠(yuǎn)背景上的移動計(jì)算出來，如果兩點(diǎn)之間的距離是已知的，利用中學(xué)所學(xué)的幾何學(xué)知識就能夠計(jì)算出目標(biāo)到觀測點(diǎn)的距離。我們很容易想到，目標(biāo)的距離越遠(yuǎn)，它的視差就越小，當(dāng)物體的距離非常遙遠(yuǎn)的時候，它的視差便可以忽略不計(jì)了，而被當(dāng)作觀測的背景。日常生活中最為常見的視差，便是當(dāng)你分別用左右眼看同一個物體時，它在你的眼中相對于其他物體所發(fā)生的移動。
但是要測定太陽的視差卻同樣也是一件非常困難的事。首先它的距離太遠(yuǎn)，即使分別在地球的兩端來測量，它的視差還是很小，這就需要非常精密的儀器；更為糟糕的是太陽實(shí)在是太亮了，它把可以作為背景的星空完全淹沒了，因此我們也就沒有了標(biāo)尺，這使得直接測量它的視差幾乎成為了一件不可能完成的任務(wù)。這幅沒有比例尺的太陽系地圖也就一直使用到了18世紀(jì)初。
1716年，英國著名的天文學(xué)家、哈雷彗星的發(fā)現(xiàn)者，埃德蒙多·哈雷提出了一種間接測定太陽視差的方法，這種方法需要利用一種罕見的天文現(xiàn)象——“金星凌日”，也就是金星制造的微小“日食”，當(dāng)這種現(xiàn)象發(fā)生的時候，在地球上可以看到有一個小黑點(diǎn)兒，也就是金星的影子，從太陽表面經(jīng)過。哈雷的方法就是通過測定不同觀測地點(diǎn)，這個小黑點(diǎn)經(jīng)過太陽表面的時間，然后再經(jīng)過一系列計(jì)算，就可以得到太陽的視差。
但是很遺憾的是哈雷沒有等到下次金星凌日的出現(xiàn)便去世了。德國天文學(xué)機(jī)恩克利用1761年和1769年的兩次金星凌日時的觀測結(jié)果，于1824年計(jì)算出了太陽與地球之間的距離為1.53億公里。后來的天文學(xué)家又利用隨后兩次發(fā)生在1874和1882年的金星凌日現(xiàn)象，把這個數(shù)字精確到了1.4934億±9.6萬公里，這已經(jīng)非常接近現(xiàn)代的數(shù)值1.49597870億公里。
當(dāng)然這個數(shù)值是太陽與地球之間的平均距離，也就是幾何學(xué)中橢圓的半長軸。不過地球軌道非常接近正圓，它目前的偏心率只有0.0174，也就是它與太陽之間最遠(yuǎn)的距離只比這個平均距離遠(yuǎn)1.74%，大約是260萬公里。
公轉(zhuǎn)周期
365天6小時9分9.5秒
24小時36分38秒
366天 閏年
36分38秒
恒星年是太陽在天球上連續(xù)兩次通過某一恒星所需的時間，長度為365.25636平太陽日。
回歸年是太陽在天球上連續(xù)兩次通過春分點(diǎn)所需的時間，長度為365.24220平太陽日。
地球公轉(zhuǎn)軌道和方向 地球在公轉(zhuǎn)過程中，所經(jīng)過的路線上的每一點(diǎn)，都在同一個平面上，而且構(gòu)成一個封閉曲線。這種地球在公轉(zhuǎn)過程中所走的封閉曲線，叫做地球軌道。如果我們把地球看成為一個質(zhì)點(diǎn)的話，那么地球軌道實(shí)際上是指地心的公轉(zhuǎn)軌道。嚴(yán)格地說，地球公轉(zhuǎn)的中位位置不是太陽中心，而是地球和太陽的公共質(zhì)量中心，不僅地球在繞該公共質(zhì)量中心在轉(zhuǎn)動，而且太陽也在繞該點(diǎn)在轉(zhuǎn)動。但是，太陽是太陽系的中心天體，地球只不過是太陽系中一顆普通的行星。太陽的質(zhì)量是地球質(zhì)量的33萬倍，日地的公共質(zhì)量中心離太陽中心僅450千米。這個距離與約為70萬千米的太陽半徑相比，實(shí)在是微不足道的，與日地1.5億千米的距離相比，就更小了。所以把地球公轉(zhuǎn)看成是地球繞太陽（中心）的運(yùn)動，與實(shí)際情況是十分接近的。地球軌道的形狀是一個接近正圓的橢圓，太陽位于橢圓的一個焦點(diǎn)上。橢圓有半長軸、半短軸和半焦距等要素，分別用a、b、c表示，其中a又是短軸兩端對于焦點(diǎn)（F1、F2）的距離。半焦距與半長軸和平短軸之間存在著這樣的關(guān)系：即 c2=a2-b2 半焦距c與半長軸a的比值c/a，是橢圓的偏心率，用e表示，即e=c/a，偏心率是橢圓形狀的一種定量表示，e的數(shù)值大于0而小于1。橢圓越接近于圓形，則e的數(shù)值就越小，即接近于0；反之，橢圓越扁，e的數(shù)值就越大。經(jīng)過測定，地球軌道的半長軸a為14960萬千米，半短軸b為14958萬千米。根據(jù)這個數(shù)據(jù)計(jì)算出地球軌道的偏心率為：可見，地球軌道非常接近于圓形。由于地球軌道是橢圓形的，隨著地球的繞日公轉(zhuǎn)，日地之間的距離就不斷變化。地球軌道上距太陽最近的一點(diǎn)，即橢圓軌道的長軸距太陽較近的一端，稱為近日點(diǎn)。在近代，地球過近日點(diǎn)的日期大約在每年一月初。此時地球距太陽約為14710萬千米，通常稱為近日距。地球軌道上距太陽最遠(yuǎn)的一點(diǎn)，即橢圓軌道的長軸距太陽較遠(yuǎn)的一端，稱為遠(yuǎn)日點(diǎn)。在近代，地球過遠(yuǎn)日點(diǎn)的日期大約在每年的7月初。此時地球距太陽約為15210萬千米，通常稱為遠(yuǎn)日距。近日距和遠(yuǎn)日距二者的平均值為14960萬千米，這就是日地平均距離，即1個天文單位。根據(jù)橢圓周長的計(jì)算公式： L=2πα（1-0.25×e2）計(jì)算出地球軌道的全長是94000萬千米。
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