地球概论第三章

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1、第三章 地球的运动,第六节 地球的自转 地球自转及证明 傅科摆 特征：摆长，锤重，持续时间长 偏转方向：北半球右偏，南半球左偏 偏转速度：因纬度而异， d/dt15sin/时,傅科摆的特点是绳长、锤重，使摆动能持续较长时间，并在沙盘上留下摆动的轨迹。,图 3-1 傅科摆示意图,图 3-2 傅科摆偏转速度,图 3-3 在两极，傅科摆偏转最快（与地球自转角速度相同）；在赤道，偏转速度为零。,地球自转的规律性 一、 地轴和极移,极移是地极的移动，不涉及天极在天球上位置的变化；进动造成天极的移动，不涉及地极在地面上的位置的变化,图3-4 极移与进动的比较,二、 地轴进动 地轴的一种圆锥运动 圆锥轴垂直

2、于轨道平面，指向黄极； 圆锥半径23（黄赤交角）； 方向向西（与地球自转和公转方向相反）； 速度每年50； 周期25 800年。,图 3-5 左：陀螺的进动（向东） 右：地球的进动（向西）,地轴进动的原因 地球形状； 黄赤交角； 地球自转。,图 3-6 力矩 M1M2，合力矩使地轴趋近黄轴,地轴进动的表现 天极周期性运动； 北极星变迁； 赤道面（和天赤道）的系统的变化； 二分点沿黄道西移（交点退行） ；,使回归年小于恒星年（我国古称“岁差”）太阳巡天一周，有别于季节上的一周岁，差值为20 ； 春分点西移： 赤道坐标系中：恒星赤经和赤纬都缓慢而持续变化； 黄道坐标系中：春分点沿黄道西移，恒星黄经

3、持续变化，黄纬不变。,三、 地球自转的周期 恒星日：同一恒星连续两次在同地中天的时间，地球自转的真正周期（有细微差别），23小时56 分 恒星日是同恒星时（春分点的时角）相联系的； 天文学以春分点定义恒星日；,太阳日：太阳连续两次在同地中天时间 24小时00 分 太阴日：月球连续两次在同地中天时间 24小时50 分 太阳日和太阴日不同，二者具有不同的速度,在一个恒星日内，地球自转360，在一个太阳日内，地球公转59，自转36059。这59的差值是地球公转造成的，使太阳日比恒星日约长4分。,图 3-9(A)恒星日与太阳日比较,在一个恒星日内，地球自转360，在一个太阴日内，月球公转3138，地球

4、自转37338，这1338的差值是月球公转造成的，使太阴日比恒星日长约54分。,图3-9(B) 恒星日与太阴日比较,四、 真（视）太阳日与平太阳日 视太阳日长度的季节变化 太阳每日赤经差 真（视）太阳日：太阳日不同于恒星日，在于太阳每日赤经差因季节而变化； 平太阳日：真太阳日的全年平均值（作为时间单位）；,太阳周年运动向东，赤经逐日递增，中天时刻逐减推迟，连续两次中天的时间间隔增长， 因而太阳日大于恒星日 ； 太阳每日赤经差因季节而异，视太阳长 度有季节变化。,太阳每日赤经差季节变化的主要原因是黄赤交角 同样的黄经差造成不同的赤经差；第二赤道坐标系与黄道坐标系有共同原点（春分点），因基圈不同，

5、黄经不同于赤经； 冬夏二至（黄赤二道平行）赤经差最大，视太阳日最长； 春秋二分（二道交角最大）赤经差最小，视太阳日最短。,赤经差变化的次要原因是椭圆轨道 造成太阳每日黄经差本身的变化；由于日地距离的变化，地球公转速度的不等； 近日点变化最快，视太阳日较长 ； 远日点变化最慢，视太阳日较短。,真太阳日长度受到黄赤交角和椭圆轨道两个因素的作用和干扰 真太阳日长度变化：二至最长，二分最短； 冬至略长于夏至（最长的视太阳日在冬至后） ； 秋分短于春分（最短的视太阳日在秋分前）。,地球自转速度演示,五、 地球自转速度 角速度：15/h 线速度： V02R/T=465m/s V V0 cos V0为赤道上

6、的线速度 V为纬度上的线速度 T/s为地球自转周期 R/m为赤道半径,地球自转的后果,一、 不同天体的周日运动 恒星周日运动的路线（周日圈），即各自所在的赤纬圈，都以南北天极为不动的中心 天和地的关系，犹如球面和球心的关系，周日运动的方向应同地球自转方向相反 恒星周日运动的周期和速度，如实反映了地球自转的周期和它的角速度,二、 不同纬度的周日运动 恒显星、恒显区和恒显圈 恒显星：在北半球看来，天北极周围恒星永不落地平，这部分周日圈全部位于地平以上的恒星； 恒隐星：天南极周围恒星永不升起南方地平，这部分周日圈全部位于地平以下的恒星； 出没星：介于上述两部分星区之间的恒星，有东升西落，这部分周日圈

7、与地平圈相交的恒星；,图3-14 不同纬度的天球周日运动,（左）：在北极，只有恒显星和恒隐星，而无出没星；周日圈平行于地平圈。（中）：在赤道，只有出没星，而无恒显星和恒隐星；周日圈垂直于地平圈。（右）：在北半球某纬度，南北天极周围有恒显星和恒隐星，天赤道南北是出没星。北天恒星在地平以上的时间较长，南天恒星反之。周日圈倾斜与地平圈，倾角为当地余纬（90-）。,恒显星区：恒显星在天球上的赤纬范围； 恒显圈：恒显星区的界线，即在北点与地平圈相切的赤纬圈。 纬度越高，恒显（隐）星区愈大，出没星区愈小：周日圈与地平的交角愈小； 纬度越低，恒显（隐）区愈小，出没区愈大：周日圈与地平的交角愈大。 恒显（隐）

8、圈的仰（俯）极距= 出没星区宽度=2(90 周日圈与地平交角=90,三、 水平运动偏转 偏转方向：北半球偏右，南半球偏左 科里奥利力（地转偏向力） F Vmsin 科里奥利力只改变运动方向，不改变速率 影响地球大气环流，对形成行星风带、天气系统和洋流有重要作用,第七节 地球的公转,地球公转及其证明 一、 恒星周年视差 恒星年视差 地球轨道位置对恒星视位置的影响； 当日地连线垂直星地连线时，视差位移达最大值（每年二次），为该恒星年视差大小；,恒星愈远，其年视差愈小（比邻星年视差为0.76 ） ； 恒星年视差的角秒值，与恒星距离的秒差距互为倒数：D,二、 光行差 光行差是地球轨道速度对于光速的影响

9、。地球向某一恒星接近，在相互关系上，也可以看作该恒星向地球接近 在地球上的观测者看来，来自恒星的光线，既以每秒300 000千米的速率投向地球，同时，又以每秒30千米的速率作平行于轨道面的运动。这样，地球上所看到的星光的视方向，实际上是这两种运动的合成方向，因而不同于星光的真方向。视方向与真方向之间存在着一定的偏离，这就是恒星的光行差位移,雨中奔跑的行人，跑得愈快，雨伞愈应向前方倾斜。与此类似的，地球的轨道速度： = 30 km/s 星光光速： V = 300 000 km/s 则： tan = 30/300 000 = 0.0001 = 20.47 这个角度为光行差常数。,图3-18 光行差

10、与雨行差示意图,图3-19 光行差椭圆,地球公转以一年为周期，恒星视位置绕转其真位置也以一年为周期，恒星视位置的绕转路线，被叫做光行差轨道，其形状则因恒星的黄纬而不同。在南北黄极，光行差轨道是半径为20“ 的椭圆 （与地球轨道形状相同）。在黄道上，变成长度为20“ 2的一段直线。在其他黄纬，光行差轨道都是半长轴为20的椭圆：愈近黄极，椭圆扁率愈小；愈近黄道，椭圆扁率愈大。,年视差和光行差比较 黄纬愈高，年视差椭圆的偏心率愈小； 恒星年视差沿轨道半径方向偏离其平均位置； 恒星光行差则沿轨道切线方向偏离其真位置。 多普勒效应 地球轨道速度对星光频率的影响。,图3-21 地球与地球共转轨道面的交角,

11、6634,地球公转的规律性 一、 地球轨道 轨道形状：椭圆 轨道半长轴（a）：149 600 000km； 轨道半短轴（b）：149 580 000km； 半焦距（c）：2 500 000km； 周长（l）：940 000 000km； 偏心率（e）：0.016； 扁 率 （f）：7 000。,太阳在轨道中的位置：两焦点之一 近日点（地球一月初经过） ： 147 100 000km； 远日点（地球七月初经过） ： 152 100 000km。,图3-22 地球的近日点和远日点,图3-23 地球的轨道面,二、 黄赤交角,三、 地球公转周期 恒星年：以恒星为参考点，无明显自行，365.256 4日

12、 回归年：以春分点为参考点，每年西移50 ，小于恒星年，365.242 2日 近点年：以近日点为参考点，每年东移11 ，大于恒星年，365.259 6日 交点年：以黄白交点为参考点，每年西移20 ，小于恒星年， 346.620 0日,四、 地球公转速度 角速度：平均每日59（因距离而变化） 线速度：平均每秒30km（因距离而变化） 面速度：不变（开普勒第二定律）,一、 恒星周年视差 二、 太阳周年运动 二十四气 十二宫 二分点、二至点,地球公转后果,三、 行星同太阳的会合运动 会合周期： 设E、P分别表示地球和行星的周期，S为会合周期。便有： 360S = 360 + 3- 360S = 3-

13、 代入(1)，消去 ，整理后，得： 1/S= 1/ P - 1/E 同理，地外行星则有： 1/S= 1/ E - 1/P,周期相差愈大，会合周期愈短；反之，则愈长。 行星同太阳相对位置的变化 地内行星：上合、下合和东西大距； 地外行星：合日、冲日和东西方照。 行星的逆行： 地内行星在下合前后逆行； 地外行星在冲日前后逆行。,行星相对于恒星的运动。通常行星在恒星间自西向东运行，叫顺行。当行星在其轨道上接近地球时，即下合前后的地内行星和冲日前后的地外行星，在天球上转变为向西运行，叫逆行；经短暂时间后又恢复顺行。,图3-29 行星的逆行,图3-30 恒星月与朔望月的比较,四、 月球同太阳的会合运动 类似于地外行星 同月相变化相联系 朔望（合和冲） 上下弦（东西方照） 始终向东 没有逆行 会合周期（朔望月）：1/S = 1/M-1/E,