2地球的运动.ppt

第二章 地球的运动,地球的自转地球自转及其证明：傅科摆实验地球自转的规律性：极移、进动，地球自转的周期、速度，真太阳日与平太阳日地球自转的后果：天体的周日运动，水平运动的偏转地球的公转地球公转及其证明：恒星周年视差、光行差地球公转的规律性：公转轨道、周期、速度地球公转的后果：恒星周年视差，太阳周年运动，行星同太阳的会合运动，月球同太阳的会合运动,第1节 地球的自转 地球自转及证明一、傅科摆实验北半球为顺时针偏转，证明了地球自转的为逆时针（向东）方向；偏转速度为sinφ·15°/ h，在两极，傅科摆偏转速度最大，等于地球自转的角速度；（30°N，θ=7.5°/ h）证明了地球自转的周期,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,该傅科摆是一个镀金球体,球内装有一些铜,球体由一根不锈钢丝从75英尺高的天花板上悬吊下来万向接头使它可以自由地朝任何方向摆动傅科摆下方的电磁铁抵销了空气摩擦力,使摆可以持续地均匀摆动由于地球的自转, 摆在一天中摆动的方向似乎会变化这个球体需要36小时45分钟才能完成一个周期。

图3-2 联合国总部的傅科摆,二、落体偏东：高空下落的物体，由于原来的自转线速度大于地面，因而有趋前（即偏东）的现象在很深的矿井中做实验）三、水平运动的偏转：北半球向右，南半球向左 四、天体的周日视运动：自东向西,图3-3 落体偏东 由地面上A点自由下落的物体，在地球不自转时，应落到a点；在地球自转时，由于A点的初速度大于a点的初速度，物体落到地面时，a点转到a’点，A点下落的物体的落点超前于a’，到达a”点，a”在a’的东边，即“落体偏东”地极：地球瞬时自转轴与地球表面的交点 CIO（国际习用原点）：统一的地极坐标原点极移（polar motion）定义：地球瞬时自转轴在地球本体内的运动或南北两极在地面上的移动）原理：地球内部物质不均匀性，不规则椭球体造成地球自转的规律性 一、 地轴和极移,极移特征：南北两极在地面上的移动，极移范围不超过±0.″4，15米极移周期：包括14个月的周期，1年为周期的受迫摆动（主要成分）结果：各地经纬度变化，不造成天北极在天球上的变化极移是地极的移动，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（岁差：Precession）定义：在外力作用下，地轴绕黄轴的缓慢的周期性的圆锥形运动，引起了春分点位置沿黄道的西退和天北极位置在星空中的变迁。

或地轴绕黄轴的圆锥形运动）,地轴的一种圆锥运动圆锥轴垂直于轨道平面，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（主要为日月岁差，还有行星岁差） ；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 M1>M2，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） ；,图3-7 北极星的变迁,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,图3-8 太阳日与恒星日,四、地球自转的速度角速度：除极地为0外，全球相等。

线速度：随纬度增大而减小，随高度增大而增大地球自转速度的变化：长期变慢季节变化不规则变化,图3-9 地球自转速度演示,角速度：15/h线速度：V0＝2R/T=465m/sV V0 cosV0为赤道上的线速度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，这部分周日圈与地平圈相交的恒星；,图3-10 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）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  Vm·sin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2节 地球的公转,地球公转及其证明,一、恒星视差位移现象,恒星周年视差,π,地球轨道半径对于恒星的最大张角π（∠CAE）π =a / D（1弧度=206265角秒）π=206265a / D（秒差距PC =206265a）π =1 / D（PC）,a,D,,恒星愈远，其周年视差愈小若周年视差以角秒为单位，距离以秒差距为单位，则二者互为倒数恒星周年视差与恒星距离,恒星周年视差位移椭圆的偏心率因黄纬而不同：在黄极是正圆，在黄道是一直线，其余都是椭圆。

不论偏心率大小如何，圆的半径或椭圆的半长轴或直线的一半（L13）相等，都是恒星周年视差恒星周年视差椭圆,二、 光行差光行差是由于地球轨道速度对于光速的影响，使星光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雨行差）雨中奔跑的行人，跑得愈快，雨伞愈应向前方倾斜；在运动的车里，看窗外的雨，雨是向后倾斜的与此类似的，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光行差示意图,,,光行差示意图 由于地球轨道速度对于光速的影响，使星光视方向E’与真方向E之间存在着一定的偏离 ，这就是恒星的光行差位移光行差椭圆,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，光行差轨道是半径接近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，椭圆扁率愈大周年视差和光行差比较黄纬愈高，周年视差椭圆的偏心率愈小；恒星周年视差沿轨道半径方向（对称）偏离其平均位置；恒星光行差则沿轨道切线方向（旋转）偏离其真实位置二者的偏离方向90差,周年视差,光行差,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= c/a ）：0.016；扁 率 （f =(a-b)/c ）：7 000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；由于引力摄动，近日点（远日点）每年东一11′中距点（地球轨道短轴的两端，地球4月初和10月初过中距点）,地球的近日点和远日点,二、 黄赤交角,三、地球公转的周期,恒星年，地球公转真正周期；回归年，季节变化周期；近点年和交点年均与日月食发生有关。

参考点自东向西移动，对应周期缩短，如回归年、食年；参考点自西向东移动，对应周期加长，如近点年地轴进动,地轴进动成因,春分点西移示意图,,四种年的比较,由于太阳对月球的引力，两个黄白交点的连线沿黄道向西移动，交点每年移动19°21′，约18.6年完成一周,四、 地球公转速度角速度：平均每日59（因距离而变化） 近日点61 ′ 10 ″/日 ，远日点57 ′ 10 ″/日线速度：平均29.78km/s（因距离而变化）近日点30.3km/s，远日点29.3km/s面速度：不变（开普勒第二定律）,一、 恒星周年视差位移二、 太阳周年运动二十四节气 我国古代把黄道按黄经等分为24个弧段从太阳黄经270°冬至起，每段跨黄经15°太阳在黄道上视行通过这二十四等分点的日期时刻，结合地面上的物候气候的特征给以专名，形成二十四节气在二十四节气中，逢单数的叫节气，逢双数的叫中气 黄道十二宫 西方的天文学家把黄道按黄经等分成12个弧段，叫做黄道十二宫，每宫跨黄经30°名称来源于它们几千年前所在的星座 二分点、二至点,地球公转的影响,一年的不同时间在地球上能看到的星座,黄道十二宫与星座间的关系,每年约11月29日，太阳会从蛇夫座穿越，蛇夫座直至12月17日进入人马座为止，所以蛇夫座在天文学上，于1928年 被国际天文学联合会认定为黄道上的十三个星座之一,,,,三、 行星同太阳的会合运动,行星同太阳的会合运动：太阳和行星都在天球上沿黄道带（黄道南北9°的球带）运动，由于它们的周期和角速度各不相同，因而彼此间存在着相对运动。

这种相对运动，叫做行星同太阳的会合运动（又叫行星的动态 )行星与太阳的会合运动实质是行星同地球的会合运动,会合速度角速度是周期的倒数行星与地球的会合速度(1/S)，就是二者的角速度(1/P和1/E)之差周期相差愈大，会合周期愈短；反之，则愈长地内行星,地外行星,行星同太阳相对位置的变化,行星的会合运动(假定地球不动)左图：地内行星 右图：地外行星,行星的会合运动（地球和行星同时运动）左图：地内行星 右图：地外行星,金星的位相,金星,地球,行星相对于恒星的视运动顺行：行星相对于恒星向东运动逆行：行星相对于恒星向西运动地内行星在下合前后逆行；地外行星在冲日前后逆行留：顺行与逆行的转折处，留时，行星的视位置保持不动行星的顺行、逆行是周期性的，其周期等同于上述的会合周期。