地球概論3-2地球的公轉(zhuǎn)

1、第三章　地球的運(yùn)動(dòng),地球的自轉(zhuǎn),地球的公轉(zhuǎn),第二節(jié)　地球的公轉(zhuǎn),地球公轉(zhuǎn)及其證明,地球公轉(zhuǎn)的規(guī)律性,地球公轉(zhuǎn)的后果,,一、地球公轉(zhuǎn)及其證明,地球公轉(zhuǎn)就是地球?qū)μ?yáng)的繞轉(zhuǎn)。方向：逆時(shí)針（向東）繞轉(zhuǎn)中心：共同質(zhì)心 450km(70萬(wàn)km),恒星周年視差：地球在軌道上的位移對(duì)于恒星 視位置的影響。光行差：地球的軌道速度對(duì)于光行方向的影響。多普勒效

2、應(yīng)：地球的軌道速度對(duì)于星光頻率的 影響。,地球公轉(zhuǎn)的物理證據(jù),恒星的視差位移,由于地球在軌道上的位移而引起的恒星的視位置在天球上改變的現(xiàn)象,,（一）恒星周年視差,地球公轉(zhuǎn)以一年為周期，恒星的視差位移也以一年為周期，稱為周年視差。,視差位移路線,地球公轉(zhuǎn)軌道是封閉曲線，恒星在天球上視差位移的路線也是封閉曲線，具體形狀則因恒星的黃緯而不同。,關(guān)于周年視差的確定,當(dāng)日地連線同星地連線垂時(shí)，同一

3、恒星的視差位移達(dá)到極大值。這個(gè)極大值被稱為該恒星周年視差，簡(jiǎn)稱年視差。,關(guān)于周年視差的確定,假設(shè)在太陽(yáng)上觀測(cè)到的恒星在天球上的位置為平均位置。從地球上觀測(cè)到的恒星位置與平均位置存在一定的偏離。,恒星年視差?是地球軌道半徑對(duì)恒星的最大張角。,sin? = a/D sin? = ?(當(dāng)角很小時(shí)） ? = a/D1弧度=360°/2 ?=57.3°=206265″　?? = 206265a/D已知恒星年視差

4、，可測(cè)定恒星距離,已知半人馬座的a（比鄰星）的年視差是0.76″求它的距日距離是多少？,?? = 206265a/D　D= 206265a/?? D= 206265a/0.76=271401AU,D=206265a/??當(dāng)?? = 1時(shí)，Ｄ＝206265a該恒星的距離稱作1秒差距(PC)若D以秒差距為單位，206265a=1　D = 1/??恒星的秒差距與它的周年視差互為倒數(shù),1天文單位(AU)=1.496×

5、;108km1光年(l.y.)=9.5×1012km=6.324×104AU1秒差距(PC)=3×1013km=206265AU=3.262 l.y.,天文學(xué)上常見的距離單位,最先測(cè)定的恒星的周年視差,,白塞耳（1784-1846），德國(guó)著名的天文學(xué)家和數(shù)學(xué)家，1837年，白塞爾發(fā)現(xiàn)天鵝座61正在非常緩慢地改變位置，第二年，他宣布這顆星的視差是0.31弧秒，這是世界上最早測(cè)定的恒星視差之一。,（二） 光

6、行差光行差是地球軌道速度對(duì)于光速的影響。地球向某一恒星接近，在相互關(guān)系上，也可以看作該恒星向地球接近。,,光行差位移,光行差位移：由于地球軌道速度對(duì)星光方向的影響，使恒星的視方向和真方向之間存在一定偏差的現(xiàn)象。,,地球的軌道速度：V= 30 km/s星光光速：C = 300 000 km/s 則：tan? = 30/300 000 = 0.0001? = 20.47 ??：光行差常數(shù)位置：真位置的前方大?。号c恒星的距離

7、無關(guān),（二） 光行差地球上所看到的星光的視方向，不同于星光的真方向：是光速和地球公轉(zhuǎn)速度的合成反映。即：視方向與真方向之間存在著一定的偏離，這就是恒星的光行差位移。,光行差示意圖,,,V,C,?,,,,光行差橢圓,在南北黃極，光行差軌道是半徑為20″的橢圓 (與地球軌道形狀相同) 在黃道上，變成長(zhǎng)度為20″ ? 2的一段直線。 在其他黃緯，光行差軌道都是半長(zhǎng)軸為20″的橢圓.愈近黃極，橢圓扁率愈小。,地球公轉(zhuǎn)以一年為

8、周期，恒星視位置繞轉(zhuǎn)其真位置也以一年為周期，恒星視位置的繞轉(zhuǎn)路線，被叫做光行差軌道，其形狀則因恒星的黃緯而不同。,（三）年視差和光行差比較愈近黃極，年視差和光行差橢圓的扁率愈??； 愈近黃道扁率愈大。恒星年視差沿軌道半徑方向偏離其平均位置； 恒星光行差則沿軌道切線方向偏離其真位置。二者的偏離方向有90?之差。,,,（四）多普勒效應(yīng)地球軌道速度對(duì)星光頻率的影響。,地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)，使地球與恒星發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。 使恒

9、星譜線以一年為周期，交互發(fā)生紫移（接近）和紅移（遠(yuǎn)離）。,二、地球公轉(zhuǎn)的規(guī)律,軌道和方向,周期,速度,,66?34′,（一） 地球軌道 1、軌道形狀：橢圓半長(zhǎng)軸（a）：1.496×108 km（天文單位）半短軸（b）：1.4958×108 km半焦距（c）：2.5×106 km周長(zhǎng)（l）：9.4×108 km偏心率（e=c/a）：0.016扁 率 （f=a-b/a）：??7 000

10、,,2、太陽(yáng)在軌道中的位置：兩焦點(diǎn)之一近日點(diǎn)（地球1月初經(jīng)過）：1.471×108 km；遠(yuǎn)日點(diǎn)（地球7月初經(jīng)過）：1.521×108 km。,圖3-22 地球的近日點(diǎn)和遠(yuǎn)日點(diǎn),近日點(diǎn)的東旋,近日點(diǎn)在軌道上不固定，東旋11″/年。,,黃赤交角與地軸的傾斜,,P,（二）黃赤交角,,,（三）地球公轉(zhuǎn)的周期1、恒星年：以恒星為參考點(diǎn)，無明顯自行，365.2564日2、回歸年：以春分點(diǎn)為參考點(diǎn)，每年西移50?，小于恒

11、星年，365.2422日3、交點(diǎn)年：以黃白交點(diǎn)為參考點(diǎn)，每年西移20°，小于恒星年，346.6200日4、近點(diǎn)年：以近日點(diǎn)為參考點(diǎn)，每年?yáng)|移11?，大于恒星年，365.2596日,黃赤交角,四種年的比較,恒星,360°,365.2564,春分點(diǎn),360°-50″,365.2422,近日點(diǎn),360°+11″,365.2596,黃白交點(diǎn),360°-20°,346.62,恒星年與

12、回歸年,,,3600,3600 －50.29",,,,,,,,,,,,恒星年是地球公轉(zhuǎn)的真正周期回歸年是地球上季節(jié)變化的周期,平均速度,角速度(ω)＝3600／Ｔ ＝360°／365.2564日=0.99°/日=59′/日,線速度（V）＝L/T=9.4×108/365.2564=29.78 km/s ≈ 30 km/s,速度的變化,（四） 地球公轉(zhuǎn)速度,（四） 地球公轉(zhuǎn)速度1、角速度： 0.9

13、9°/日=59′/日 （因距離而變化）2、線速度：29.78 km/s ≈ 30 km/s （因距離而變化）3、面速度：不變（開普勒第二定律）,面速度不變（開普勒第二定律）的幾何證明 ⊿ABS=⊿BCS(等底同高) ⊿ BCS=⊿BES(同底等高),——天體視位置的變化地球公轉(zhuǎn)的后果,太陽(yáng)的周年運(yùn)動(dòng),行星同太陽(yáng)的會(huì)合運(yùn)動(dòng),,恒星周年視差,（一）恒星周年視差（二）太陽(yáng)周年運(yùn)動(dòng),地球公轉(zhuǎn)的后果,太陽(yáng)周年運(yùn)動(dòng)是恒星

14、周年視差的一種特例,（二）太陽(yáng)周年運(yùn)動(dòng),太陽(yáng)以恒星年為周期在黃道上自西向東的視運(yùn)動(dòng),,方向周期路線,二十四氣與黃道十二宮,1、二十四氣春雨驚春清谷天夏滿芒夏暑相連秋處露秋寒霜降冬雪雪冬小大寒,2、十二星座寶瓶座(1.21-2.19) 雙魚座(2.20-3.20)白羊座(3.21-4.19) 金牛座(4.20-5.20)雙子座(5.21-6.21) 巨蟹座(6.22-7.21)獅子座(7.22-8.

15、21) 室女座(8.22-9.22)天秤座(9.23-10.22) 天蝎座(10.23-11.21)人馬座(11.22-12.21) 摩羯座(12.22-1.20),（三）行星與太陽(yáng)的會(huì)合運(yùn)動(dòng),行星軌道速度比較,會(huì)合運(yùn)動(dòng)周期,行星與太陽(yáng)相對(duì)位置的變化,行星的逆行,行星軌道速度比較,假設(shè)兩行星的公轉(zhuǎn)周期分別為Ta、Tb ，公轉(zhuǎn)速度分別為Va、Vb ，軌道半徑分別為a、b。則　 Va=2πa/ Ta　Vb=2πb/ Tb,

16、,距日越近，速度越大Ｖ地內(nèi)>Ｖ地>Ｖ地外,行星會(huì)合周期,行星合日：當(dāng)行星和太陽(yáng)的黃經(jīng)相等時(shí)，二者處在地球的同一側(cè)，就是行星與太陽(yáng)的會(huì)合，簡(jiǎn)稱合。行星會(huì)合周期：從這一次行星合日到下一次行星合日所經(jīng)歷的時(shí)間。,1、會(huì)合周期：設(shè)E、P分別表示地球和行星的周期，S為會(huì)合周期。便有： 360??? ×S = 360? + ???? ??? 360??? ×S

17、 = ? ??? ???代入(1)，消去 ?，整理后，得：1/S= 1/ P - 1/E 同理，地外行星則有：1/S= 1/ E - 1/P周期相差愈大，會(huì)合周期愈短；反之，則愈長(zhǎng)。,圖3-27 會(huì)合速度 角速度是周期的倒數(shù)。行星與地球的會(huì)合速度（1/S），就是二者的角速度（1/P和1/E）之差。 左

18、：地內(nèi)行星；右：地外行星,2、行星同太陽(yáng)相對(duì)位置的變化(1) 地內(nèi)行星：上合、下合和東西大距； 上合-東大距-下合-西大距-上合(2) 地外行星：合日、沖日和東西方照。 合-西方照-沖-東方照-合,圖3-28(A) 行星的會(huì)合運(yùn)動(dòng)(假定地球不動(dòng))左圖為地內(nèi)行星，右圖為地外行星。,行星與太陽(yáng)相對(duì)位置的變化,,,,昏星,晨星,合,

19、西方照,沖,東方照,,,地內(nèi)行星,地外行星,圖3-28(B) 行星的會(huì)合運(yùn)動(dòng)左圖為地內(nèi)行星，右圖為地外行星。在說明行星運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，還考慮到了地球的運(yùn)動(dòng)。,通常行星在恒星間自西向東運(yùn)行，叫順行。當(dāng)行星在其軌道上接近地球時(shí)，即下合前后的地內(nèi)行星和沖日前后的地外行星，在天球上轉(zhuǎn)變?yōu)橄蛭鬟\(yùn)行，叫逆行；經(jīng)短暫時(shí)間后又恢復(fù)順行。,圖3-29 行星的逆行,(3) 行星的逆行地內(nèi)行星在下合前后逆行；地外行星在沖日前后逆行。,地內(nèi)行星的逆行,,地內(nèi)行

20、星在下合前后逆行,,地外行星的逆行,,,地外行星在沖前后逆行,,圖 2-9 以地球和行星共同繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)來解釋行星的視行，這是哥白尼日心說的精髓,行星的運(yùn)動(dòng)令人眼花繚亂。都在黃道帶上運(yùn)動(dòng)，在通常情況下，向東順行。但是，在一段不長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，又會(huì)向西逆行。,(四) 月球同太陽(yáng)的會(huì)合運(yùn)動(dòng)1、類似于地外行星同太陽(yáng)的會(huì)合運(yùn)動(dòng)2、同月相變化相聯(lián)系 （1）朔望（合和沖） （2）上下弦（東西方照） 3、始終向東，沒有逆行4、會(huì)合