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1、第二節(jié) 地球的公轉(zhuǎn) 第二節(jié)地球的公轉(zhuǎn) 地球在自轉(zhuǎn)的同時(shí)，還不停的繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)，這種轉(zhuǎn)動(dòng)是以太陽(yáng)的存在和吸引為前提的，參與這種轉(zhuǎn)動(dòng)的還有太陽(yáng)系其他天體，它們?cè)谥行奶祗w太陽(yáng)的作用下共同繞太陽(yáng)轉(zhuǎn)動(dòng)，因此這種繞日轉(zhuǎn)動(dòng)被稱作“公轉(zhuǎn)”。 一．地球公轉(zhuǎn)的證明 嚴(yán)格的說，地球公轉(zhuǎn)并不是地球繞太陽(yáng)單方面的運(yùn)動(dòng)，而是地球和太陽(yáng)繞其公共質(zhì)心的轉(zhuǎn)動(dòng)。但因Ｍ日＝33萬(wàn)Ｍ地，故日地公共質(zhì)心距日心僅450ＫＭ，（Ｒ日＝70萬(wàn)KM），故將太陽(yáng)繞公共質(zhì)心的轉(zhuǎn)動(dòng)忽略不計(jì)，而看作是地球繞日心的單方面轉(zhuǎn)動(dòng)。 地球公轉(zhuǎn)的證據(jù)是在哥白尼的日心學(xué)說提出近300年之后才被發(fā)現(xiàn)的。 （一）恒星的周年視差 １．視差位移：由于地球在

2、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。 ２．視差位移路線：Ｐ79圖3-21 黃極方向：地球軌道的縮影（圓形）。 圓 橢圓 扁 黃道方向：一段直線。 ３．視差位移的大?。褐苣暌暡瞀? 視差位移的大小同恒星的距離有關(guān)： 距離越大，位移越小。為測(cè)定視差位移的 大小，人們?cè)O(shè)：從太陽(yáng)上觀測(cè)到的恒星位 置為其平均位置，而從地球上觀測(cè)的實(shí)際 位置與平均位置總有一定的差值，此差值 同由太陽(yáng)觀測(cè)恒星的方向線和由地球觀 測(cè)恒星的方向線之間的夾角有關(guān)。 此夾角的大小因地球的軌道位置而 不同。當(dāng)?shù)厍蜍壍腊霃酱怪庇谛堑剡B線時(shí)，該夾角最大，稱之為周年視差。 由于恒星的距離極其

3、遙遠(yuǎn)，恒星的周年視差很小，也很難測(cè)定。觀測(cè)不到年視差一直是日心說反對(duì)者的有力證據(jù)。 哥白尼：“恒星沒有這種現(xiàn)象（周年視差），說明它們的距離太大，以至地球軌道同它們相比可以忽略不計(jì)，從而不能看到這種現(xiàn)象?！保ā短祗w運(yùn)行論》Ｐ30，科學(xué)出版社，1973年第1版） 開普勒：現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)沒有成功，不要緊，我相信將來一定能夠成功。 或早或晚，或許是明天，或許是百年之后，天文學(xué)家總有一天會(huì)找出地球繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的證據(jù)來。 科學(xué)終究經(jīng)受住了時(shí)間的檢驗(yàn)。1838-1839年，三位天文學(xué)家最先測(cè)定出了幾顆恒星的周年視差：Ｐ81。此時(shí)，距1543年哥白尼提出日心說已近300年了。 （二）光行差 光行差是地球軌

4、道速度對(duì)于星光方向的影響。 １．光行差位移 設(shè)：星光以Ｃ＝30萬(wàn)KM/S 則在地球上看到該恒星在天球上的位置為 Ｍ１（真位置）； 因：地球以Ｖ＝30KM/S的速度公轉(zhuǎn)， 則必然引起恒星與地球的相互運(yùn)動(dòng)，亦即 恒星以－Ｖ的速度相對(duì)于地球運(yùn)動(dòng)。 故：星光一方面以Ｃ＝30萬(wàn)KM/S的 速度投向地球，另一方面又以－Ｖ＝30KM/S的速度相對(duì)于地球運(yùn)動(dòng)，則地球上看到的星光的視方向應(yīng)是這二速度的合成方向。 所以：真方向與視方向之間存在一個(gè)角度θ，該角度叫做光行差位移。（Ｐ81） tgθ＝Ｖ/Ｃ＝0.0001 θ＝20.47″因此，光行差位移為一常數(shù)，稱為光行差常數(shù)，與恒星距離無關(guān)。

5、 ２．光行差位移路線 由于光行差的存在，恒星的視位置Ｍ２總是偏離其真實(shí)位置的前方（地球公轉(zhuǎn)的前方）。 由于地球以一年為周期公轉(zhuǎn)，所以光行差表現(xiàn)為恒星的視位置以一年為周期繞轉(zhuǎn)其真實(shí)位置。（Ｐ83圖3-27左） 光行差軌道因恒星的黃緯β而不同。（Ｐ83圖3-26） （三）多普勒效應(yīng)： 多普勒效應(yīng)是地球運(yùn)動(dòng)對(duì)星光頻率的影響。 星光亦有類似的現(xiàn)象。星光由不同波長(zhǎng)的光組成（如陽(yáng)光：赤橙紅綠青藍(lán)紫），各種波長(zhǎng)的光排列成光譜。 設(shè)地球與恒星相對(duì)靜止的恒星光譜為實(shí)際光譜， 若：地球向恒星靠近，則相當(dāng)于把星光壓縮，使其波長(zhǎng)變短，譜線向紫光方向移動(dòng)——紫移； 若：地球遠(yuǎn)離恒星，則相當(dāng)于將星光拉伸

6、，故其波長(zhǎng)變長(zhǎng)，譜線向紅光方向移動(dòng)——紅移。 由于地球公轉(zhuǎn)，半年靠近恒星，半 年遠(yuǎn)離恒星，故恒星的譜線在一年中交 替發(fā)生紫移和紅移。 二、地球公轉(zhuǎn)的規(guī)律性 （一）公轉(zhuǎn)軌道 １．軌道形狀：橢圓 根據(jù)開氏第一定律，地球的公轉(zhuǎn)軌道是一橢圓，太陽(yáng)位于其中的一個(gè)焦點(diǎn)上。 軌道參數(shù)：Ｐ84 近日距離＝1.471*108KM 遠(yuǎn)日距離＝1.521*108KM 近日點(diǎn)在軌道上不固定，東旋11″/ 目前地球１月初通過近日點(diǎn)，７月初通過遠(yuǎn)日點(diǎn)。 ２．軌道平面：黃道面 黃赤交角ε＝2326′ Ｐ對(duì)Ｋ的偏離為2326′ 所以地軸對(duì)軌道面的傾斜為6634′ 黃道與天赤道的最大距離為23

7、26′ （二）公轉(zhuǎn)周期 公轉(zhuǎn)周期即地球繞日公轉(zhuǎn)一周所用時(shí)間。亦即太陽(yáng)周年運(yùn)動(dòng)周期。由于選擇參考點(diǎn)的不同，所度量出的周期也不同。 １．恒星年：太陽(yáng)在黃道上連續(xù)兩次通過同一恒星的時(shí)間間隔。 遙遠(yuǎn)的恒星沒有明顯的自行，可看作是天球上的不動(dòng)點(diǎn)，因此，在１恒星年中，地球公轉(zhuǎn)了360。 １恒星年＝365.2564日 ２．回歸年：太陽(yáng)在黃道上連續(xù)兩次通過春分點(diǎn)的時(shí)間間隔。 ∵地軸進(jìn)動(dòng)造成春分點(diǎn)西移50.29″/年， ∴在１回歸年中，地球公轉(zhuǎn)了360－50.29″。 １回歸年＝365.2422日 歲差：回歸年與恒星年之差，-0.0142日或-20m24s。 ３．近點(diǎn)年：地球在軌道上連續(xù)兩

8、次通過近日點(diǎn)的時(shí)間間隔。 ∵近日點(diǎn)每年?yáng)|移11″ ∴在１近點(diǎn)年中地球公轉(zhuǎn)了360＋11″ １近點(diǎn)年＝365.2596日 ４．交點(diǎn)年（食年）：太陽(yáng)在黃道上連續(xù)兩次通過同一黃白交點(diǎn)的時(shí)間間隔。 ∵黃白交點(diǎn)每年西移20 ∴在１交點(diǎn)年中地球公轉(zhuǎn)了360－20 １交點(diǎn)年＝346.6200日 在上述年中，只有恒星年是地球公轉(zhuǎn)的真正周期。 （三）公轉(zhuǎn)速度 遵循開普勒定律，地球公轉(zhuǎn)速度在近日點(diǎn)最快，遠(yuǎn)日點(diǎn)最慢。 １．角速度 ω＝3600/T＝59′/日 ω近＝61′/日（1月初） ω遠(yuǎn)＝57′/日（7月初） ２．線速度 Ｖ＝Ｌ/Ｔ＝29.78KM/S Ｖ＝30.3 KM/S（

9、1月初） Ｖ＝29.3 KM/S（7月初） 由于地球公轉(zhuǎn)速度的變化，使地球在軌道上轉(zhuǎn)過同樣的角度所用時(shí)間不同，如公轉(zhuǎn)150的時(shí)間：近日點(diǎn)附近需14.7日,遠(yuǎn)日點(diǎn)附近需15.7日。 三．地球公轉(zhuǎn)的后果 地球自西向東繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)，其軌道位置的改變必然會(huì)引起其他天體如恒星、太陽(yáng)、行星視位置的改變，從而出現(xiàn)恒星的周年視差位移、太陽(yáng)的周年運(yùn)動(dòng)、行星（月球）同太陽(yáng)的會(huì)合運(yùn)動(dòng)。其中，后三種是顯而易見的。 （一）太陽(yáng)的周年運(yùn)動(dòng) 由于地球公轉(zhuǎn)造成了太陽(yáng)以恒星年為周期在黃道上自西向東的運(yùn)動(dòng)叫太陽(yáng)的周年運(yùn)動(dòng)。 這種運(yùn)動(dòng)是地球公轉(zhuǎn)的真實(shí)反映。 １．太陽(yáng)周年運(yùn)動(dòng)的路線，真實(shí)的反映了地球軌道平面在天空中的位

10、置。 由于黃道即地球軌道平面無限擴(kuò)大與天球 的交線，故黃道所經(jīng)過的星座反映了地球軌道面 在天空中的位置：Ｐ９圖１－９。 二十四氣與十二宮 為表示太陽(yáng)周年運(yùn)動(dòng)的位置，我國(guó)古代按λ⊙將黃道等分為24段（150/段），稱為二十四氣。西方為了同樣的目的，將黃道等分為十二段，稱十二宮。見P88圖3-32。 ●二十四氣的含義 ａ．弧段：黃道按λ等分的24個(gè)弧段，150/段。 ｂ．時(shí)段：太陽(yáng)在黃道上經(jīng)過24個(gè)弧段的時(shí)段。 ｃ．等分點(diǎn)：黃道上的24個(gè)等分點(diǎn)（其中包括二分二至點(diǎn)）。 ｄ．時(shí)刻：太陽(yáng)經(jīng)過24個(gè)等分點(diǎn)的時(shí)刻。 ２．太陽(yáng)在黃道上的位置，真實(shí)的反映了地球在軌道上的位置。 由于從地

11、球上看太陽(yáng)的位置與從太陽(yáng)上看地球的位置，二者之間總相差1800，所以太陽(yáng)的黃道位置間接反映了地球的軌道位置。 如：當(dāng)太陽(yáng)在黃道上位于最北點(diǎn)時(shí)，說明地球位于軌道的最南端。 ３．太陽(yáng)周年運(yùn)動(dòng)的方向、周期和速度，分別反映了地球公轉(zhuǎn)的方向、周期和速度。 ●方向：自西向東。 ●周期：恒星年?！?日（1月初） ●角速度：59′/日57′/日（7月初） （二）行星同太陽(yáng)的會(huì)合運(yùn)動(dòng) 地球與其他行星均繞日公轉(zhuǎn)，在運(yùn)動(dòng)的地球上觀察，則反映為太陽(yáng)和其他行星以不同的周期在天球上運(yùn)行，因此太陽(yáng)與行星之間存在著相對(duì)運(yùn)動(dòng)，表現(xiàn)為太陽(yáng)與行星之間不停的聚合又分離，稱為行星同太陽(yáng)的會(huì)合運(yùn)動(dòng)。 １．行星的軌道速度比

12、較 設(shè)：行星Ｐa Ｐb 軌道半徑ａｂ 公轉(zhuǎn)周期Ｔa Ｔb 軌道速度Ｖa Ｖb 則：Ｖa＝2πa/Ｔa Ｖb＝2πb/Ｔb Ｖa/Ｖb= 即：行星的軌道速度與其軌道半徑的平方根成反比。 所以，距日越近，速度越大。 因此：Ｖ地內(nèi)>Ｖ地>Ｖ地外 ２．會(huì)合周期（Ｓ） 行星兩次會(huì)合的周期，叫會(huì)合周期。 設(shè)：兩行星Ｐa Ｐb 公轉(zhuǎn)周期Ｔa Ｔb 在一會(huì)合周期 中轉(zhuǎn)過的角度3600+θθ 則：對(duì)于Ｐb θ＝ 對(duì)于Ｐa 3600+θ＝ ３．行星與太陽(yáng)相對(duì)位置的變化 地內(nèi)行星同太陽(yáng)的會(huì)合運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)為 上合－東大距－下合－西大距－上合的 反復(fù)循環(huán)。 當(dāng)?shù)貎?nèi)行星東大距時(shí)，星

13、在日之東，為昏星； 當(dāng)?shù)貎?nèi)行星西大距時(shí)，星在日之西，為晨星。 水星大距為28０，金星大距為48０。 地外行星同太陽(yáng)的會(huì)合運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)為 ４．行星相對(duì)于恒星的視行（逆行） 行星除與太陽(yáng)的會(huì)合運(yùn)動(dòng)外，還有相對(duì)于恒星背景的移動(dòng)。一般來說，行星在恒星背景上自西向東移動(dòng)，稱為順行，但有時(shí)卻表現(xiàn)為自東向西的移動(dòng)，稱逆行。 （１）地外行星的逆行 ∵Ｖ地>Ｖ地外 ∴當(dāng)?shù)厍蜈s上并超過地外行星時(shí)， 行星在天球上的視位置自東向西移動(dòng)， 為逆行。 因此，地外行星在沖前后逆行。 （２）地內(nèi)行星的逆行 當(dāng)?shù)貎?nèi)行星趕上并超過地球時(shí)發(fā)生 逆行，即地內(nèi)行星在下合前后逆行。 （三）月球同太陽(yáng)的會(huì)合運(yùn)動(dòng) 日月會(huì)合運(yùn)動(dòng)前已講述，表現(xiàn)為合（朔）－上弦－望－下弦－合的反復(fù)循環(huán)。為朔望月。 日月會(huì)合運(yùn)動(dòng)周期的推算： 設(shè)：會(huì)合周期為Ｓ 月球公轉(zhuǎn)周期為Ｍ 太陽(yáng)周年運(yùn)動(dòng)周期為Ｅ 月球轉(zhuǎn)過的為3600+θ； 則：