地球自转公转与回归年恒星年详解
我们大家都知道,在太阳系中,地球的运行是绕着太阳转的,一年转一圈,称为公转。而且地球在围着太阳运行的同时,自己本身也在以自己的转轴为中心不停地转动,称为地球的自转。
当然地球本身是没有转轴的,不象地球仪那样有一个中心轴支撑着,但是古人通过天文观测到地球自转空间位置基本上是稳定的,地轴北端始终指向北极星附近。说明地球的中心相当于有一个地轴。
地球自转的方向是自西向东呈逆时针方向旋转,地球自转一周360°,所需要的时间为23时56分4秒,这叫作1恒星日。
地球绕太阳的运动,叫做地球的公转。同地球自转方向一致,地球公转的方向也为自西向东,沿逆时针方向绕太阳运转。地球公转一周360°,所需要的时间为365日6时9分10秒,这叫作1恒星年。
地球的运行有自转与公转,是同时进行的两种运动模式。地球自转的平面叫赤道平面;地球公转的平面叫黄道平面。
人们通过通过眼睛观察到的太阳是围绕地球转的。太阳每天东升西落,这便是地球自转引起的一种视觉效果,因为地球是自西向东逆时针旋转的,自然看到每天太阳是从东方出来而落于西方的。若依人们的视觉论,可以将此种现象称为“一天视太阳运动轨迹”。
而地球围绕太阳公转一周的运动轨迹才是黄道。也可以称其为"一年视太阳运动轨迹"。
地球自转和公转的关系,可以用赤道平面与黄道平面的关系来表示。过地心并与地轴垂直的平面叫为赤道平面;而地球公转轨道平面称为黄道平面。
因为地球自转轴与公转平面不垂直,所以赤道平面与黄道平面不重合,地轴与黄道平面的交角为66°34',赤道平面与黄道平面的交角为23°26'。
地球在公转的过程中,地轴的空间指向和黄道赤道交角的大小,在一定时期内可以看作是不变的。因此,地球在公转轨道的不同位置,地表接受太阳垂直照射的点(简称太阳直射点)是有变化的。如下图所示:
从冬至到第二年的夏至,太阳直射点自南纬23°26'向地球北部移动,到达北纬23°26';从夏至到冬至,太阳直射点自北纬23°26'向南部移动,到达南纬23°26'。太阳直射点在赤道的南部与北部的这种周期性往返运动,称为太阳直射点的回归运动。因此将太阳到达北部的直射点连线称为北回归线,将太阳到达南部的直射点连线称为南回归线。太阳直射点回归运动的周期为365日5时48分46秒,称为1回归年。也正是因为太阳直射点的这种回归运动,使地球各地正午太阳高度和昼夜长短不同,造成了温度差异,从而形成了四季。
在北半球,在每年的3月21日前后太阳直射赤道即春分时节;每年的9月23日前后太阳直射赤道即秋分时节;每年的6月22日前后太阳直射北回归线即夏至时节;每年的12月22日前后太阳直射南回归线即秋分时节。
黄道是地球绕太阳公转一周而形成的轨迹。但人们通过通过眼睛观察到的太阳是围绕地球转的。太阳每天东升西落,这是由于地球自转引起的一种视觉效果,因为地球是自西向东逆时针旋转的,自然看到太阳是从东方出来二落于西方的。这与地球围绕太阳公转一周是两码事。太阳在地球上的"视运动"分为两种情形,即”周日视运动"和"周年视运动"。
回归年与恒星年区别及原因
地球绕太阳公转一周的时间,称为一“年”。地球公转的一个周期时间,因为参考点不同,则其时间长度也不相同。即恒星年与回归年,其同样是一年,但其时间长度有差异。
一恒星年,即太阳在天球上连续两次通过同一恒星的时间间隔,365.2564日。即365日6时9分10秒。它是以相对不动的恒星作为参考点的,所以是地球绕太阳公转的真正周期。
一回归年,是太阳在天球上连续两次通过春分点的时间间隔,长度为365.2422日,即365日5时48分46秒。它是以春分点为参考点的。
为什么以春分点为参考点的回归年比以恒星为参考点的恒星年短20分24秒呢?这是由于春分点在黄道上每年要西退50.26"。
春分点的西移,是由于地轴的空间运动造成的。地轴的空间运动使地轴在天空中的指向发生变化,这种变化被称为地轴的进动。
促使地轴进动的原因,是地球在自转过程中受到月球和太阳吸引力的干扰。太阳和月球对地球赤道隆起带的吸引,试图将并不重合的地球赤道平面与黄道面重合,因地球自转有强大的惯性力,使两者根本重合不了,但这种引力的干扰,却引起了地轴和赤道平面的摆动,并使地轴的运动类似于陀螺旋转轴的摆动。
由于地轴所指方向及地球赤道平面方向发生了变化,天赤道平面的方向也跟着发生变动,这样,黄道平面与天赤道平面两交点的位置也随之发生变动。我们知道,春分点和秋分点就是黄道平面与天赤道平面的两个交点。黄赤交点的变动必然带来春分点沿黄道的移动。地轴进动的指向,同地球自转的方向相反(同时也与地球公转方向相反),从北半球地面上看,其进动的方向在天球上呈顺时针方向,这导致春分点的移动方向与地球公转方向相反,即西移。
地轴的进动是一种周期性运动,地轴转动一周约需要25800年,每71年又7个月运行1°,每年移动约50.26”。所以春分点就要在黄道上每年西退50.26"。
由于春分点的西移,则以春分点为参考点的太阳在天球上周年运动的周期(即回归年),和以恒星为参考点的的太阳沿黄道运行一周的时间(即恒星年)便有了差值,其值为20分24秒。由此可知,回归年实际上是地球在公转轨道上少走了50.26”的时间,它不是地球公转的真正周期;恒星年是转够360°的时间,它才是地球公转的真正周期。